Feinstaub, Smog, Nebel oder Pollen: Was sind eigentlich Aerosole?

Nebel oder Dunst, Pollenflug sowie Luftverschmutzung durch Smog und Feinstaub – all diese Phänomene sind auf Aerosole zurückzuführen. Doch was sind diese Schwebeteilchen überhaupt? Und woraus bestehen sie?

Man kann grundlegend zwischen festen und flüssigen Aerosolen unterscheiden. Zu den flüssigen Aerosolen etwa zählen winzige Wassertropfen in der Luft, die in großer Menge Nebel und Dunst erzeugen. Zu den festen Aerosolen gehören Feinstaub, Ruß und Pollen.

Eine weitere Unterscheidung kann hinsichtlich Ursprung und Beschaffenheit getroffen werden. So gibt es etwa Bioaerosole natürlichen Ursprungs wie Pollen, Sporen, Bakterien und Viren, aber auch anorganische Aerosole natürlichen Ursprungs wie Wüsten- oder Mineralstaub, vulkanische Asche, Schwefeldioxid oder Meersalz.

Aerosole menschlichen (anthropogenen) Ursprungs sind Verbrennungsprodukte wie Rauch (Brandgas, Rauchgas), Asche oder Stäube und industriell hergestellte Nanopartikel.

Aerosole und Luftverschmutzung

Für sich genommen sind Aerosole erst einmal harmlos. Gesundheitsschädigend werden sie, wenn sie sich in den Lungen ablagern oder giftig sind. Das ist oft bei Aerosolen menschlichen Ursprungs der Fall, beispielsweise bei Feinstaub. Der Begriff fast sämtliche anthropogene Aerosole, die zur Luftverschmutzung beitragen, zusammen, wie etwa Rußpartikel aus Autoabgasen oder Industrie.

Der Weltgesundheitsorganisation WHO zufolge atmen 99 Prozent der Weltbevölkerung Luft, welche die Richtwerte überschreitet und hohe Schadstoffkonzentrationen aufweist. Die Luftverschmutzung im Freien hat im Jahr 2019 weltweit schätzungsweise 4,2 Millionen vorzeitige Todesfälle verursacht. Etwa 89 % dieser vorzeitigen Todesfälle ereigneten sich in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen, die meisten in Südostasien und im Westpazifik.

Die schädlichsten Stoffe in der Luft sind:

• Feinstaub (PM): ein gängiger Indikator für Luftverschmutzung. Die wichtigsten Bestandteile von PM sind Sulfate, Nitrate, Ammoniak, Natriumchlorid, schwarzer Kohlenstoff, Mineralstaub und Wasser.
• Kohlenmonoxid (CO): ein farb-, geruch- und geschmackloses giftiges Gas, das bei der unvollständigen Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen wie Holz, Benzin, Holzkohle, Erdgas und Kerosin entsteht.
• Ozon (O₃): Ozon am Boden (nicht in der oberen Atmosphäre) ist einer der Hauptbestandteile des photochemischen Smogs und wird durch die Reaktion mit Gasen bei Sonnenlicht gebildet.
• Stickstoffdioxid (NO₂): ein Gas, das häufig bei der Verbrennung von Kraftstoffen im Verkehrs- und Industriesektor freigesetzt wird.
• Schwefeldioxid (SO₂): ein farbloses Gas mit einem scharfen Geruch. Es entsteht bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen (Kohle und Öl) und bei der Verhüttung von schwefelhaltigen Erzen.

Aber es gibt auch Luftverschmutzung innerhalb von Haushalten, etwa durch das Kochen über offenem Feuer oder in ineffizienten Öfen mit Kerosin, Biomasse oder Kohle. Es wird geschätzt, dass diese Luftverschmutzung innerhalb von Haushalten verantwortlich für 3,2 Millionen Todesfälle jährlich ist, davon 237.000 Kinder unter 5 Jahren.

Untersuchung von Aerosolen aus dem Weltraum

Damit die Luftverschmutzung im Freien besser überwacht werden kann und Maßnahmen für saubereren Verkehr, energieeffiziente Häuser, Stromerzeugung, Industrie und Abfallwirtschaft getroffen werden können, wird die Entwicklung der Aerosole aus dem Weltraum überwacht.

Ende 2023 hat das MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) auf dem Aqua-Satelliten der NASA diese Aufnahme von Nordindien gemacht. Starker Rauch und Dunst sowie die schlechte Luftqualität treten dort saisonal auf, als Folge von Erntebränden, städtischer Verschmutzung durch Verkehr und Industrie, Emissionen aus Koch- und Heizfeuern, verwehtem Staub und anderem. Saisonale Wettermuster tragen schließlich dazu bei, die Luftverschmutzung in Bodennähe zu halten.

Vor etwa einem Jahr hatte das MODIS eine Rauchwolke, die von Waldbränden in der kanadischen Provinz Quebec stammte, aufgenommen. Die Rauchwolke hatte den Atlantik überquert und traf dann auf Südwesteuropa.

Über die bestehenden Satellitenbeobachtungen hinaus soll der neue NASA-Satellit PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem) Informationen über den Zusammenhang von Aerosolen, Wolken und Klima liefern. Möglich machen dies zusammenarbeitende Instrumente wie die drei Hauptsensoren, das Ocean Color Instrument (OCI) und zwei Polarimeter (SPEXone und HARP2).

Durch die Untersuchung von Spektralsignaturen bei Rauch, Meeresgischt und Staub können Rückschlüsse auf die Luftqualität und die Entwicklung des Wetters gezogen werden. Das Monitoring von besonders gefährdeten Regionen wird dadurch verbessert.