Langzeitstudie zu Luftverschmutzung in Sachsen Aufatmen in Ostdeutschland: bessere Luftqualität

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Wie eine zehnjährige Messreihe im ländlichen Sachsen zeigt, ist die Feinstaubbelastung dort im Schnitt um 5 Prozent pro Jahr zurückgegangen. Untersucht wurden unter anderem sehr kleine Partikel unter einem Mikrometer Durchmesser. Sie gelten als risikoreich, weil sie besonders tief in die Lunge vordringen können.

Aerosolpartikel beeinflussen Klima und Gesundheit. Schätzungen der Europäischen Umweltagentur (EEA) zufolge starben 2021 etwa 293.000 Menschen in Europa an den Folgen von Luftverschmutzung. Obwohl die Luftqualität seit vielen Jahren kontrolliert wird, mangelt es noch an Wissen darüber, wie sich die Feinstaubquellen im Laufe der Jahre verändern und wie das die chemische Zusammensetzung der Feinstaubpartikel in Mitteleuropa beeinflusst.

Forschende vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (Tropos), der Universität Modena und Meteo Swiss haben nun Messdaten von 2012 bis 2022 ausgewertet und gezeigt, wie sich die die chemische Zusammensetzung von Aerosolen im ländlichen Sachsen verändert hat. Für die Messung nutzten sie neue Online-Messverfahren mit einem speziellen Aerosol-Massenspektrometer, einem so genannten Aerosol Chemical Speciation Monitor (ACSM). Die Daten ermöglichen eine deutlich detaillierte chemische Analyse als bisher und zeigen, wie wichtig Langzeitmessungen für die Auswertung von Maßnahmen zur Luftreinhaltung sind.

Im Vergleich zu den üblichen täglichen 24-Stunden-Filtermessungen macht ein Langzeit-Ansatz wie hier angewendet die Zuordnung von Windrichtungen besser erkennbar, da diese selten über 24 Stunden konstant sind. In Deutschland sind nur zwei der für diese Studie genutzten ACSM-Geräte seit einigen Jahren im Dauereinsatz: Eines davon an der Tropos-Forschungsstation Melpitz in Sachsen. Die Station im Tiefland von Sachsen ist repräsentativ für weite Teile des ländlichen Ostdeutschlands und liegt an der Grenze zwischen atlantischem und kontinentalem Klima, was sie für großräumige Analysen in Europa besonders interessant macht.

Menge an Sauerstoffradikalen völlig unterschätzt

Feinstaub enthält viel mehr schädliche Substanzen als angenommen

Feinstaubgrenzen werden nach unten angepasst

Die EU-Luftqualitäts-Richtlinie hat 2008 für die Feinstaubfraktion PM₁₀ einen Grenzwert von 40 Mikrogramm pro Kubikmeter (µg/m³) im Jahresdurchschnitt zum Schutz der menschlichen Gesundheit festgeschrieben. Ab 2030 soll der EU-Grenzwert für PM₁₀ jedoch auf 20 µg/m³herabgesenkt werden und der Jahresgrenzwert für PM_2,5 um mehr als die Hälfte gesenkt, nämlich von 25 auf 10 µg/m³. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt sogar nur die Hälfte, also 5 µg/m³.

Für besonders kleine Feinstaubpartikel wie den hier gemessenen PM₁ gibt es aktuell keine Grenzwerte. Sie gelten in der Wissenschaft aber als wichtiger Indikator für die negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, weil diese kleinen Feinstaub-Fraktionen – im Gegensatz zum groben Staub – tief in die Lunge vordringen und dann über die Blutbahn im Körper Entzündungsreaktionen auslösen können.

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Maßnahmen für saubere Luft zeigen Wirkung

Die Partikelmassenkonzentration von Feinstaub der Größe PM₁ (also kleiner als 1 Mikrometer) lag von 2012 bis 2022 in Melpitz im Mittel bei knapp 10 µg/m³ mit einigen bedeutenden jahreszeitlichen Schwankungen zwischen 5,6 µg/m³ im Herbst 2019 und fast 16 µg/m³ im Winter 2016/17. Fast die Hälfte der Partikelkonzentration machten organische Bestandteile aus, gefolgt von Nitrat, Sulfat, Ammonium und Ruß (Equivalent Black Carbon, eBC).

Erstmals alle Grenzwerte zur Luftqualität eingehalten

Rückblick auf 2024: Immerhin die Luft war zum durchatmen

Wie die Datenanalyse zeigt, ist die Luftverschmutzung mit Feinstaub kleiner 1 Mikrometer im ländlichen Sachsen im Schnitt um 5 Prozent pro Jahr zurückgegangen. Dies geht vor allem auf den Rückgang an Nitrat und Ruß (je rund 1 Prozent pro Jahr) zurück. „Diese Rückgänge verdeutlichen die positiven Auswirkungen der Luftreinhaltungsmaßnahmen in Europa, insbesondere derjenigen, die auf verkehrsbedingte Emissionen wie NOx und Ruß (eBC) abzielen. Die osteuropäischen Luftmassen wiesen durchweg höhere Verschmutzungswerte auf als die westeuropäischen, aber dieser Unterschied nahm im Laufe der Zeit ab, was auf potenzielle Verbesserungen der Luftqualität im Osten hinweist“, erklärt Samira Atabakhsh vom Tropos.

Dagegen lässt die detaillierte Quellenanalyse der organischen Bestandteile gut auf Trends bei fossilen Energieträgern und bei Biomasse aus Holzverbrennung und Waldbränden schließen. Von den fünf identifizierten Quellen wurden drei mit anthropogenen Quellen in Verbindung gebracht:

• Verbrennung von Mineralöl (z. B. Autoabgase und Hausheizungen, genannt HOA für Kohlenwasserstoff-ähnliches organisches Aerosol)

• Verbrennung von Biomasse (z. B. Holzverbrennung, genannt BBOA)

• Verbrennung von Kohle (genannt CCOA)

Die verbleibenden zwei Feinstaubquellen wurden hingegen nicht speziell mit älteren anthropogenen oder biogenen Quellen in Verbindung gebracht:

• weniger oxidiertes sauerstoffhaltiges organisches Aerosol (less-oxidized oxygenated organic aerosol, LO-OOA)

• stärker oxidiertes sauerstoffhaltiges organisches Aerosol (more-oxidized oxygenated organic aerosol, MO-OOA)

Die fünf Gruppen (HOA, BBOA, CCOA, LO-OOA und MO-OOA) trugen im Durchschnitt zu 7, 10, 12, 31 bzw. 40 Prozent zum organischen Aerosol bei.

Abgasuntersuchungen in der Umwelt

Kohlenwasserstoffähnliche organische Aerosole (HOA) sind ein deutlicher Indikator für die Verbrennung von Mineralöl in Kfz-Motoren sowie in Heizungen. Diese HOA-Konzentrationen blieben insgesamt stabil, was auf konstante lokale Emissionen hindeutet, aber bei Ostwind konnte ein leichter Rückgang beobachtet werden (0,25 Prozent pro Jahr).

Biomasseverbrennungs-OA (BBOA) und Kohleverbrennungs-OA (CCOA) wiesen bei östlichen Luftmassen höhere Konzentrationen auf, was auf den Einfluss von Emissionen über Ferntransport unterstreicht. Die Biomasse-Beiträge (BBOA) stiegen im Winter leicht an (+0,32 Prozent im Laufe des Jahrzehnts), was auf eine zunehmende Verbrennung von Biomasse zu Heizzwecken in Privathaushalten hinweist. Überraschend zeigte sich bei den Kohleverbrennungsaerosolen (CCOA) bei Westwind ein steigender Trend (+0,27 Prozent pro Jahr), was möglicherweise auf einen höheren Kohleeinsatz in westeuropäischen Kraftwerken zurückzuführen ist.

Hier sind weitere Untersuchungen notwendig, um herauszufinden, wie sich der Trend in den kommenden Jahren fortsetzen wird, aber auch um die Ergebnisse an verschiedenen Orten zu vergleichen. Ein solcher Vergleich wird bald möglich sein, indem man die verschiedenen europäischen Observatorien nutzt, die im Rahmen der EU-Forschungsinfrastruktur Actris mit entsprechenden Instrumenten ausgestattet sind. So wird es künftig möglich sein, die Veränderungen in der europäischen Luft deutlich besser zu verfolgen und die Ursachen leichter zu identifizieren.

Ziel sind verbesserte Klimamodelle und Maßnahmen zur Luftreinhaltung

„Unsere Langzeitmessungen an einem Hintergrundstandort zeigen deutlich, dass die europäische und nationale Luftqualitätspolitik und die Energieversorgung nicht nur die Luftqualität in den Städten beeinflussen, sondern sich über weiträumige Transportprozesse auch auf die ländliche und die Hintergrundumgebung auswirken“, betont Dr. Laurent Poulain vom Tropos. „Die Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, Veränderungen in der Massenkonzentration sowie in der Verteilung der Quellen und chemischen Spezies zu untersuchen, die zur gesamten Feinstaub-Massenkonzentration beitragen.“

Ein solcher Ansatz ist nicht nur für die Verfolgung der Verteilung von Quellen oder chemischen Spezies in den Partikeln wichtig, sondern auch für die Vorhersage der Veränderung der physikalischen Eigenschaften des Aerosols, z. B. Hygroskopizität, Lichtabsorption oder Streuung. Die Einbeziehung solcher Trends in Vorhersagemodelle könnte das Verständnis für die langfristigen Veränderungen der Eigenschaften von Aerosolpartikeln verbessern und letztlich zu Verbesserungen bei der Klimamodellierung beitragen.

Originalpublikation: Atabakhsh, Samira & Poulain, Laurent & Bigi, Alessandro & Collaud Coen, Martine & Pöhlker, Mira & Herrmann, Hartmut.: Trends of PM1 aerosol chemical composition, carbonaceous aerosol, and source over the last 10 years at Melpitz (Germany), Atmospheric Environment. 346. (2025); DOI: 10.1016/j.atmosenv.2025.121075

(ID:50409457)