Langzeitstudie: Bessere Luft im ländlichen Osten

Eine zehnjährige Messreihe der ländlichen Hintergrundstation Melpitz bei Leipzig offenbart einen erfreulichen Trend: Die Feinstaubbelastung der Luft mit Partikeln kleiner als einen Mikrometer (PM1) sank im Durchschnitt um fünf Prozent pro Jahr. PM steht für Particulate Matter und bezieht sich auf Schwebstoffe in der Luft, die ein Gesundheitsrisiko darstellen, insbesondere PM1, PM2,5 und PM10. Je kleiner, desto tiefer können die in die Atemwege eindringen, was zu gesundheitlichen Problemen führen kann.

Besonders deutlich fiel der Rückgang bei Luftmassen aus Osteuropa aus. Dabei hier verringerten sich die PM1-Konzentrationen sogar um 28 Prozent jährlich. Weniger stark ging der organische Anteil in den Partikeln zurück, er sank um zwei Prozent pro Jahr. Während die Belastung mit organischen Partikeln aus der Verbrennung von Mineralöl und Kohle nahezu konstant blieb, stieg der Anteil aus Biomasseverbrennung leicht um ein halbes Prozent jährlich an. Das deutet darauf hin, dass entweder verstärkt Holz zum Heizen genutzt wird oder aber Waldbränden zunehmen. Zu diesen Erkenntnissen gelangten Forschende vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), der Universität Modena und MeteoSwiss nach Auswertung der Messreihe von 2012 bis 2022.

Die Daten ermöglichten dank neuer Online-Messverfahren eine wesentlich detailliertere chemische Analyse der Feinstaubpartikel als bisher. Aerosolpartikel haben Auswirkungen auf Klima und Gesundheit. Die Europäische Umweltagentur (EEA) schätzt, dass 2021 rund 293.000 Menschen in Europa vorzeitig an den Folgen von Luftverschmutzung starben. Obwohl die Luftqualität seit vielen Jahren überwacht wird, ist noch nicht vollständig erforscht, wie sich die Feinstaubquellen über die Jahre verändern und welchen Einfluss dies auf die chemische Zusammensetzung der Feinstaubpartikel in Mitteleuropa hat. Die Entwicklung von Online-Messansätzen auf Basis von Aerosol-Massenspektrometern, wie dem in dieser Studie verwendeten Aerosol Chemical Speciation Monitor (ACSM), bietet unter anderem Möglichkeit, organische Aerosolquellen zu identifizieren.

Melpitz: Idealer Standort für Langzeitstudien zur Luftverschmutzung

In Deutschland sind zwei ACSM-Geräte im Dauereinsatz: eines am DWD-Observatorium Hohenpeißenberg in Bayern und eines an der TROPOS-Forschungsstation Melpitz. Die Station im Tiefland von Sachsen ist repräsentativ für weite Teile des ländlichen Ostdeutschlands und liegt an der Grenze zwischen atlantischem und kontinentalem Klima. Diese Lage macht Melpitz für großräumige Analysen in Europa interessant und zu einem idealen Standort für Langzeitstudien zur Luftverschmutzung in Mitteleuropa.

Die EU-Luftqualitäts-Richtlinie schreibt seit 2008 zum Schutz der menschlichen Gesundheit einen Grenzwert von 40 Mikrogramm pro Kubikmeter im Jahresdurchschnitt für die Feinstaubfraktion PM10 vor. Ab 2030 soll dieser Grenzwert jedoch auf 20 Mikrogramm pro Kubikmeter gesenkt werden. Auch der Jahresgrenzwert für PM2,5 soll dann mehr als halbiert werden, von 25 auf 10 Mikrogramm pro Kubikmeter. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt sogar nur 5 Mikrogramm pro Kubikmeter. Für kleinere Feinstaubpartikel wie den in der Studie gemessenen PM1 existieren aktuell keine Grenzwerte.

Rückgang der PM1-Belastung zeigt Erfolge gegen Luftverschmutzung

Die Studie ergab, dass die Partikelmassenkonzentration von PM1 in Melpitz von 2012 bis 2022 im Mittel bei knapp zehn Mikrometer pro Kubikmeter lag, mit jahreszeitlichen Schwankungen. Fast die Hälfte der Partikelkonzentration machten organische Bestandteile aus, gefolgt von Nitrat, Sulfat, Ammonium und Ruß (eBC). Der Rückgang der Gesamtmassenkonzentration von organischen Bestandteilen ist vor allem auf die Abnahme von Nitrat und Ruß zurückzuführen. „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. Dieser Unterschied nahm im Laufe der Zeit ab, was auf potenzielle Verbesserungen der Luftqualität im Osten hinweist“, erklärt Samira Atabakhsh vom TROPOS.

Eine Quellenanalyse der organischen Bestandteile ermöglicht Rückschlüsse auf Trends bei fossilen Energieträgern sowie bei Biomasse aus Holzverbrennung und Waldbränden. Von den fünf identifizierten Quellen wurden drei mit menschgemachten Ursachen wie der Verbrennung von Mineralöl (z.B. Autoabgase und Hausheizungen), Biomasseverbrennung (z.B. Holzverbrennung) und Kohleverbrennung in Verbindung gebracht. Die verbleibenden zwei Quellen konnten nicht speziell zugeordnet werden.

Observatorien ermöglichen künftig bessere Überwachung der Luftverschmutzung

Die Studie zeigt, dass weitere Untersuchungen notwendig sind, um die zukünftige Entwicklung der Trends zu verfolgen und die Ergebnisse an verschiedenen Orten zu vergleichen. Ein solcher Vergleich sollte möglich sein, indem die verschiedenen europäischen Observatorien genutzt werden, die im Rahmen der EU-Forschungsinfrastruktur ACTRIS mit entsprechenden Instrumenten ausgestattet sind. So soll es künftig möglich sein, die Veränderungen in der europäischen Luft deutlich besser zu verfolgen und die Ursachen leichter zu identifizieren.

„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“, sagt Laurent Poulain vom TROPOS.