Kleinste Teilchen mit giftiger Wirkung
Warum die Analyse von Aerosolpartikeln in der Atmosphäre eine wichtige Aufgabe für die Zukunft ist
Prof. Dr. Otto Klemm
Wie wollen wir leben? Wie müssen wir wirtschaften? Wie können wir unsere Umwelt bewahren? Drei zentrale Fragen im „Wissenschaftsjahr 2012 – Zukunftsprojekt Erde“. Wie könnte man sich solch wichtigen Zukunftsfragen nähern? Zum Beispiel durch Analyse der dynamischen Prozesse der Aerosolpartikel in der Atmosphäre.
Aerosolpartikel sind natürliche Bestandteile der Atmosphäre, von großer Bedeutung für die Bildung von Wolken und Niederschlag. Überall und immer sind Partikel vorhanden, die als Kondensationskerne wirken können. Wolken wiederum sind bedeutende Spieler im Strahlungshaushalt der Atmosphäre. Sie reflektieren einen Teil der einkommenden kurzwelligen Sonnenstrahlung und wirken andererseits wärmend auf die Atmosphäre durch Aufnahme langwelliger Erdabstrahlung.
Der Mensch beeinflusst die Wolken durch Emission von Aerosolpartikeln. Eine größere Anzahl an Partikeln in der Atmosphäre führt dazu, dass sich eine gegebene Menge Wolkenwasser auf dieser größeren Anzahl an Kondensationskernen anlagert. Die Folge: mehr Tropfen, kleinere Tropfen. Durch diesen sogenannten Twomey-Effekt werden die Wolken 'heller' und reflektieren mehr Sonnenstrahlung. Außerdem leben diese Wolken länger, da sie weniger zu Niederschlagsbildung neigen. Man geht zurzeit davon aus, dass sich diese Prozesse „negativ“ auf den Strahlungshaushalt auswirken, also dem Klimawandel entgegenwirken. Dies ist der sogenannte indirekte Effekt der Aerosolpartikel im Klimasystem.
Allerdings ist der Effekt kurzzeitig. Aerosolpartikel sind in der Atmosphäre nur einige Tage vorhanden, im Vergleich zur jahrzehntelangen Wirkung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid (CO2). Für Wissenschaftler ist ein weiterer Aspekt fast genauso wichtig: Die Unsicherheiten der Klimawirksamkeit der Prozesse gehören zu den größten überhaupt in der heutigen Klimaforschung. Hier gibt es viel zu tun. Weiter gibt es den direkten Effekt der Aerosolpartikel auf den Treibhauseffekt, der unsicher zu quantifizieren ist: Viele Aerosolpartikel fördern auch ohne Wolkenbildung die Reflektion solarer Strahlung und wirken dem Treibhauseffekt entgegen. Dies sind größere Partikel, häufig mit mineralischer Zusammensetzung. Andere wiederum, kleine „schwarze“ Nano-Rußpartikel, absorbieren die Sonnenstrahlung und fördern den Treibhauseffekt. Aus Sicht des Klimaschutzes gilt es also, mit allerhöchster Priorität die Emission dieser kleinsten Partikel zu reduzieren. Sie stammen aus Verbrennungsprozessen, zum großen Teil aus dem Autoverkehr.
Die Angelegenheit ist aus einem weiteren Grund von großer Relevanz. Denn die kleinen Nanopartikel gelten als diejenigen mit dem größten toxikologischen Potenzial für die Menschen. Sie können über die Lunge in die Blutbahn und somit in den gesamten Körper vordringen. Die durchschnittliche Lebenserwartung der Menschen wird durch Aerosolpartikel in der Atemluft erheblich reduziert.
Es gibt also zwei wichtige Motivationen, die Emission dieser kleinsten Partikel zu minimieren: ihre Klimawirksamkeit und ihre giftige Wirkung.
Leider ist die Gesetzgebungspolitik der vergangenen Jahre nicht optimal verlaufen: Die Richtlinien zur Luftreinhaltung beziehen sich auf die Masse der Aerosolpartikel in der Luft. Nun ist die Masse (zum Beispiel PM10) dominiert von den großen Partikeln (Mikrometer Durchmesser), die nicht nur in toxikologischer, sondern auch in klimatologischer Hinsicht weniger bedenklich sind. Die kleinen Nano-Partikel, „bad guys“ in doppelter Hinsicht, sind kaum geregelt. Das liegt daran, dass ihre herausragende Bedeutung erst vor Kurzem erkannt wurde und daran, dass eine normierte und gerichtsfeste Messtechnik noch lange nicht etabliert ist.
Was forschen wir in Münster? Wir untersuchen die Emission von Nanopartikeln aus der Stadt, die gleichzeitig mit dem Eintrag größerer Partikel aus dem Ferntransport stattfindet. Große und kleine sagen einander „Hallo“ in hundert Metern Höhe über der Stadt. Überraschende Ergebnisse, die erst durch neueste Geräteentwicklungen und interdisziplinäre Methodenanwendung möglich wurden. Kaum eine andere Stadt weltweit ist so gut untersucht, was die Aerosolflüsse betrifft. Welche Rolle spielt das Ökosystem Stadt, das heute so viele und in Zukunft noch viel mehr Menschen beherbergen wird, für die Partikeldynamik der Atmosphäre? Eins ist sicher: Es gibt sehr viel zu erforschen. Wie wollen wir leben? Wie müssen wir wirtschaften? Wie können wir unsere Umwelt bewahren?
Prof. Dr. Otto Klemm leitet die Arbeitsgruppe Klimatologie am Institut für Landschaftsökologie. Er leitet den Klimabeirat der Stadt Münster.
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