1.

Einleitung

Luftverschmutzung, auch Luftverunreinigung, Verunreinigung der Atmosphäre durch luftfremde gasförmige, flüssige oder feste Abfallstoffe oder Nebenprodukte, die für das Wohlergehen von Menschen, Tieren und Pflanzen schädlich sein können, die verschiedene Materialien und die Bausubstanz angreifen, die Sicht trüben oder unerwünschte Gerüche erzeugen.

Gasförmige Stoffe, die in der „reinen” Luft nicht bzw. in geringerer Konzentration vorkommen, sind u. a. Ammoniak, Fluorwasserstoff, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff. Zu den festen luftfremden Stoffen zählen z. B. Pollen, Sporen von Farnen und Moosen sowie Bakterien. Natürliche Quellen der Luftverschmutzung sind Sand- und Staubstürme, großflächige Brände in Wäldern oder Steppen, kosmische Stäube, Vulkanausbrüche und das radioaktive Gas Radon, das Lungenkrebs auslösen kann. Radon ist ein Nebenprodukt des radioaktiven Zerfalls von Uranmineralien in bestimmten Gesteinsarten. Das Gas dringt in die Keller von Häusern, die auf diesem Gestein erbaut wurden. Die künstlich erzeugte Luftverschmutzung wird durch Industrie, Energieerzeugung, Atomwaffenversuche, Kraftfahrzeuge und die privaten Haushalte verursacht. Siehe auch Umwelt

Jedes Jahr erzeugen die Industrienationen Milliarden Tonnen Schadstoffe und verändern dadurch die Luftqualität. Ein geringer Teil der Schadstoffe wird durch die natürliche Konvektion verteilt und dann z. B. von Bodenbakterien auf natürliche Weise biologisch verarbeitet. Durch die gestiegene Industrialisierung, die hohe Bevölkerungszunahme und das steigende Verkehrsaufkommen erreicht die Konzentration der Luftschadstoffe vor allem in den letzten Jahrzehnten bedenkliche Ausmaße. Die häufigsten und am weitesten verbreiteten Luftschadstoffe sind in unserer Tabelle aufgeführt. Das Ausmaß der Belastung wird normalerweise als Konzentration in der Atmosphäre (Mikrogramm Schadstoffe pro Kubikmeter Luft) angegeben. Für Gase wird es als Teilchen pro Million angegeben: Genannt wird die Anzahl von Schadstoffmolekülen pro eine Million Luftmoleküle. Viele Schadstoffe stammen aus direkt identifizierbaren Quellen: Schwefeldioxid entsteht u. a. in Heizkraftwerken, die Kohle oder Öl verbrennen. Andere Schadstoffe entwickeln sich durch den Einfluss des Sonnenlichtes auf zuvor emittierte reaktive Stoffe (diese sind also Vorstufen). So entsteht Ozon – in den unteren Schichten der Atmosphäre ein gefährlicher Schadstoff – durch die Reaktion von Kohlenwasserstoff und Stickstoffoxiden unter dem Einfluss des Sonnenlichtes. Ozon kann Gesundheitsschäden und Ernteschäden verursachen, wenn es in den unteren Luftschichten in zu hoher Konzentration vorkommt. Lebenswichtig ist dagegen die Ozonschicht, die sich in 20 bis 30 Kilometer Höhe über der Erdoberfläche befindet, da sie die Erde vor der schädlichen ultravioletten Strahlung schützt. In den achtziger Jahren wurde entdeckt, dass Luftschadstoffe wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe zu einer Zerstörung dieser Schutzschicht führen, die vor allem an den Polen schon sehr weit fortgeschritten ist. Deshalb wird versucht, die Verwendung dieser Produkte, die sich z. B. als Treibmittel in Sprühdosen befinden, zu reduzieren bzw. zu vermeiden.

2.

Wetterlage und Folgen für die Gesundheit

Schadstoffkonzentrationen werden durch Vermischung in der Atmosphäre verringert. Die Konzentration hängt zum einen von der Zufuhr der Schadstoffe ab, zum anderen von den Wetterbedingungen wie Temperatur, Windgeschwindigkeit und Wanderungen von Hoch- oder Tiefdruckgebieten sowie deren Wechselspiel mit der lokalen Topographie, beispielsweise Bergen und Tälern. Normalerweise nimmt die Temperatur mit steigender Höhe ab, das heißt, die bodennahe erwärmte Luft und mit ihr die Luftschadstoffe können ungehindert aufsteigen und sich verteilen. Wenn aber eine wärmere Luftschicht über einer Kaltluftschicht liegt und so eine Temperaturinversion entsteht, wird die atmosphärische Vermischung verzögert. Die kälteren bodennahen Luftschichten können nicht aufsteigen, die Schadstoffe werden dadurch nicht verteilt sondern sammeln sich in Bodennähe an: Es entsteht Smog. Inversionen können unter einem stationären Hochdrucksystem bei niedrigen Windgeschwindigkeiten sehr lange anhalten. Messungen über Industriegebieten und Ballungsräumen haben z. B. eine Schadstoffkonzentration von 500 000 Fremdteilchen pro Kubikmeter Luft ergeben. Die Vergleichswerte über dem Meer oder über freiem Land betrugen dagegen nur 100 bis zu 1 000 Fremdteilchen pro Kubikmeter Luft.

Ein Zeitraum von nur drei Tagen mit geringem atmosphärischem Austausch kann demnach in stark belasteten Gebieten zu hohen Konzentrationen gefährlicher Schadstoffe führen; in schweren Fällen können Erkrankungen und sogar Todesfälle auftreten. In Donora im US-Bundesstaat Pennsylvania erkrankten im Jahr 1948 bei Smog über 6 000 Menschen an den Atemwegen, und 20 Personen starben. Eine vergleichbare Situation in London kostete 1952 etwa 3 500 bis 4 000 Menschen das Leben, und 1962 starben hier bei Smog 700 Personen. Die Freisetzung von Methylisocyanat aus dem Lagertank einer Fabrik führte in Bhopal (Indien) während einer Temperaturinversion im Dezember 1984 zu einer Katastrophe, bei der mindestens 3 300 Menschen starben und über 20 000 erkrankten. Die Auswirkungen geringer Schadstoffkonzentrationen über einen langen Zeitraum sind nicht genau bekannt; jedoch gehören zu den am meisten gefährdeten Gruppen Kleinkinder und alte Menschen, Raucher, Arbeiter, die mit toxischen (giftigen) Materialien arbeiten, sowie Personen mit Lungen- und Herzerkrankungen. Weitere Auswirkungen der Luftverschmutzung sind mögliche Schäden für Vieh und Feldfrüchte.

Oft sind die ersten spürbaren Auswirkungen einer Verschmutzung nur lästig und nicht unbedingt gefährlich. Dazu gehören Sichtbeeinträchtigungen aufgrund kleiner Staubpartikel in der Luft, oder Geruchsbelästigungen, so z. B. der faulige Gestank, der durch Schwefelwasserstoff entsteht; dieser wird von Zellstoff- und Papierfabriken ausgestoßen.

3.

Quellen und Kontrolle

Die Verbrennung von Kohle, Öl und Benzin trägt erheblich zur Luftverunreinigung bei. Hohe Anteile von Schwefeldioxid, Stickstoffoxiden und suspendierten Partikeln (Feststoffteilchen in Flüssigkeiten), die in die Atmosphäre gelangen, entstehen durch Kraftwerke, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, durch Industrieheizkessel und Öfen in privaten Haushalten. Der größte Anteil des Kohlenmonoxids sowie Stickoxide und Kohlenwasserstoffe entstehen durch die Verbrennung von Benzin- und Dieselkraftstoffen in Automobilen. Andere wichtige Verschmutzungsquellen sind Eisen- und Stahlwerke, Zink-, Blei- und Kupferschmelzhütten, städtische Müllverbrennungsanlagen, Erdölraffinerien, Zementwerke sowie Fabriken, die Salpetersäure oder Schwefelsäure herstellen. Schadstoffe können bereits in dem Material enthalten sein, das einer chemischen Umwandlung oder einem Verbrennungsprozess unterzogen wird (wie z. B. das Blei im Benzin), oder sie können als Ergebnis derartiger Prozesse entstehen. Kohlenmonoxid ist ein typisches Produkt von Verbrennungsmotoren.

Um die Luftverschmutzung zu minimieren bzw. zu verhindern, wurden vor allem in den letzten Jahrzehnten zahlreiche Methoden entwickelt. Dazu gehören beispielsweise die Entfernung des gefährlichen Materials, bevor es überhaupt verwendet wird, das Auffangen des Schadstoffes nach der Entstehung (Entstaubung, Entschwefelung von Rauchgasen) oder die Veränderung des Prozesses, so dass der Schadstoff gar nicht oder nur noch in sehr geringer Konzentration auftritt. Schadstoffe aus Automotoren können u. a. dadurch verringert werden, dass Benzin möglichst vollständig verbrannt wird oder Abgase mittels eines Katalysators in ungiftige Substanzen umgewandelt werden (siehe Verbrennungsmotor). Industriell ausgestoßene Partikel können in Elektroabscheidern und Filtern aufgefangen werden. Gasförmige Schadstoffe lassen sich in Flüssigkeiten oder festen Stoffen auffangen oder zu harmlosen Substanzen abfackeln.

4.

Weltweite Auswirkungen

Hohe Schlote, die von Industrie und Entsorgungsunternehmen benutzt werden, entfernen die Schadstoffe nicht, sondern verteilen sie nur hoch oben in der Atmosphäre. Dadurch wird die Schadstoffkonzentration zwar in der näheren Umgebung verringert, die Schadstoffe werden so jedoch über weite Strecken transportiert und verursachen Schäden in Regionen, die weit vom Standort der ursprünglichen Emission entfernt liegen. Emissionen von Schwefeldioxid und Stickstoffoxid haben sauren Regen zur Folge. Der pH-Wert vieler Süßwasserseen hat sich durch sauren Regen so dramatisch verändert, dass ganze Fischpopulationen ausgerottet wurden. Schwefeldioxidemissionen und die nachfolgende Entstehung von Schwefelsäure können Kalkstein und Marmor weit von der Emissionsquelle entfernt angreifen.

Die weltweite Zunahme der Verbrennung von Kohle und Erdöl seit Ende der vierziger Jahre hat zu immer höheren Konzentrationen von Kohlendioxid geführt. Dadurch entstand der so genannte Treibhauseffekt, der bewirkt, dass die Sonnenenergie zwar in die Erdatmosphäre eindringen kann, die Reflexion der infraroten Wärmestrahlung jedoch durch die hohe Konzentration der Staubpartikel in der Atmosphäre verhindert wird. Dies wird voraussichtlich zu einer weiteren Erwärmung führen, die das globale Klima beeinflussen und schließlich zu einem teilweisen Schmelzen der Eiskappen an den Polen führen könnte. Anfang 1999 veröffentlichte die World Meteorological Organization (WMO), dass 1998 das Jahr mit der bisher höchsten Durchschnittstemperatur war. Die seit Beginn der Datenerfassung zehn wärmsten Jahre liegen alle nach 1983. Möglicherweise wird eine Zunahme der Wolkendecke oder die Aufnahme von überschüssigem Kohlendioxid durch die Ozeane den Treibhauseffekt verringern, bevor die Pole zu schmelzen beginnen. Dennoch besagen aktuelle Forschungsergebnisse, dass die Erwärmung der Atmosphäre eingesetzt hat: Alle Nationen sind deshalb aufgefordert, sofort Maßnahmen einzuleiten, um die Folgen in Grenzen zu halten.

5.

Gesetzliche Grundlagen und Konventionen

Vorschriften zur Reinhaltung der Luft sind in Deutschland im Bundesimmissionsschutzgesetz (Fassung vom 14. Mai 1990) festgelegt. Die technische Anweisung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) vom 1. März 1986 stellt technische Verfahren zur Realisierung der gesetzlichen Vorschriften dar. Es gilt das Verursacherprinzip: Wer Schadstoffe freisetzt, ist dafür verantwortlich, Maßnahmen zu ergreifen, mit denen die Schadstoffe verringert werden. Dazu zählt beispielsweise der Einsatz von Filtern oder Katalysatoren. Bei Ozonalarm oder Smog können Fahrverbote erlassen werden. Auf internationaler Ebene werden seit Jahrzehnten Konferenzen zum Klimaschutz einberufen und Abkommen zum Schutz der Atmosphäre geschlossen (siehe internationale Umweltschutzabkommen).

Siehe auch Berufs- und umweltbedingte Erkrankungen; Wasserverschmutzung