In mehreren Gemeinden in Südkalifornien, darunter auch Riverside, ist der Rauch des riesigen Line Fire in den San Bernardino Mountains stark, was zu einer Luftqualität führt, die die US-Umweltschutzbehörde als „sehr ungesund“ einstuft.
Experten für Umweltverschmutzung an der UC Riverside beschreiben, was wir einatmen, wie lange die in der Luft schwebenden Partikel wahrscheinlich in der Luft bleiben und welche langfristigen Auswirkungen sie haben. Zu den Experten gehören:
Was genau wird bei einem Waldbrand in die Luft freigesetzt?
James Gomez: Bei Waldbränden verbrennt Biomasse wie Gras, Bäume und Sträucher. Während diese Brände die Pflanzenmasse verbrennen, geht das Material in der Pflanze chemische Reaktionen mit der Umgebungsluft ein, die eine Vielzahl von Produkten erzeugen können. Dazu gehören vor allem Spurengase: Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Methan.
Beim Verbrennen werden außerdem Feinstaubpartikel freigesetzt, darunter Ruß, organische Aerosole und Schwefeldioxid. Diese Partikel sowie Spurengase wie Kohlenmonoxid können beim Einatmen eine Reihe negativer Auswirkungen auf die Gesundheit haben.
Markus Petters: Bei der Verbrennung von Biomasse entsteht der Großteil des Brennstoffs Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Ein kleiner Teil wird zu Feinstaub mit einer Partikelgröße von weniger als 2,5 Mikrometer Durchmesser, kurz PM2,5. Die mittlere Partikelgröße liegt bei etwa 0,1 Mikrometer.
Die Partikel bestehen aus einer Mischung von Ruß (oder schwarzem Kohlenstoff), einigen in den Pflanzen vorhandenen Salzen, einigen teilweise verbrannten Pflanzenmaterialien, etwas Erdstaub, der durch das Feuer aufgewirbelt wird, und einigen Aschepartikeln.
Ist die Partikelmasse gleichbleibend oder variieren Art und Menge je nach Brand?
Gomez: Die Feinstaubbelastung variiert je nach Feuer stark. Menge und Art der Feinstaubbelastung hängen davon ab, was verbrannt wird und wie vollständig die Verbrennung ist. Große Brände verbrauchen mehr Biomasse, und je mehr Biomasse verbrannt wird, desto mehr Feinstaub entsteht.
Bei kühleren Bränden werden mehr Aerosole freigesetzt, da Ruß das Produkt unvollständiger Verbrennung von Kohlenwasserstoffen (die in Pflanzen vorkommen) ist. Bei heißeren Bränden werden mehr Spurengase freigesetzt.
Darüber hinaus spielt auch die Art der Vegetation eine Rolle. Ölige oder saftreiche Pflanzen stoßen mehr organische Aerosole aus als andere Pflanzen. Daher kann das Verbrennen von Kiefern oder Eukalyptusbäumen zu mehr Luftverschmutzung führen als das Verbrennen von etwas wie Gras.
Welche Auswirkungen haben die freigesetzten Partikel auf die Gesundheit?
Petters: Die gesundheitlichen Auswirkungen von PM2,5 sind gut dokumentiert. Ich empfehle hierzu die Website des California Air Resources Board. Wie dort erwähnt, sind kurzfristige akute Belastungen, wie sie bei Waldbränden der Fall sind, mit einer erhöhten Zahl von Krankenhauseinweisungen wegen Herz- oder Lungenerkrankungen, Bronchitis, Asthmaanfällen und Atemwegssymptomen verbunden. Die Mortalität (die Zahl der Todesfälle pro Tag) nimmt während Luftverschmutzungsepisoden erwartungsgemäß zu.
Wie lange bleiben Partikel, die bei Waldbränden freigesetzt werden, in der Regel in der Luft?
Will Porter: Was die Zeit angeht, können Waldbrandemissionen noch lange nach der Kontrolle oder sogar weitgehenden Löschung eines Feuers anhalten, insbesondere wenn es noch Schwelbrandherde gibt. Ohne Wetterbedingungen, die die Lage aufhellen können (Regen, Vermischung, Transport in abgelegene Gebiete), können Feinstaubpartikel auch Tage oder sogar Wochen in der Luft verbleiben, da es lange dauern kann, bis sich diese winzigen Partikel absetzen.
Roya Bahreini: Die größeren Partikel setzen sich schneller ab, aber die kleineren können länger in der Luft verweilen und weit transportiert werden. Jeder Niederschlag kann die Partikel wegspülen und die Atmosphäre reinigen. Der South Coast Air Quality Management District verfügt über viele gute Informationen hierzu.
Gomez: Feuer können weiterschwelen, nachdem sie „gelöscht“ wurden. Das können Sie selbst feststellen, wenn Sie das nächste Mal zelten gehen und ein Feuer machen. Wenn Sie zu wenig Wasser auf Ihr Lagerfeuer gießen, werden Sie feststellen, dass noch stundenlang Rauch aus Ihrer Feuerstelle aufsteigt.
Es kommt zwar nicht zu einem echten Brand, es sind jedoch genügend Hitze und Brennstoff vorhanden, um die chemischen Reaktionen fortzusetzen, bei denen Partikel und Spurengase freigesetzt werden.
Welche langfristigen Auswirkungen haben die Waldbrandpartikel auf die Umwelt?
Francesca Hopkins: Wenn es sich um Grasland wie die Hügel hinter dem UCR-Campus handelt, das abgebrannt ist, besteht der größte Teil des Feuerbrennstoffs aus toten Gräsern, die erst seit einem Jahr oder weniger im Ökosystem „fest“ sind. Wenn es sich um einen Wald handelt, verbrennt man wahrscheinlich feine Brennstoffe wie tote Nadeln oder kleine Äste.
In dieser Art von Brennstoffen ist der Kohlenstoff etwa ein Jahr lang gebunden. Wenn das Feuer heftiger ist und Bäume brennen, kann Kohlenstoff freigesetzt werden, der über Jahrzehnte im Ökosystem gebunden war.
Kohlenstoff, der nur für kurze Zeit (ein Jahr oder weniger) gebunden war, unterliegt grundsätzlich Zeitzyklen, bei denen wir davon ausgehen, dass er für die Menge der Treibhausgase in der Atmosphäre keinen großen Unterschied macht.
Wenn bei intensiven Bränden älterer Kohlenstoff freigesetzt wird, wird CO2 in die Atmosphäre freigesetzt, das lange Zeit „eingeschlossen“ war. Wenn Kohlenstoff in Pflanzen gebunden oder eingeschlossen ist, trägt er nicht zur globalen Erwärmung bei, aber wenn dieser Kohlenstoff in der Atmosphäre ist, verursacht er eine stärkere Erwärmung, erhöht das Brandrisiko und verursacht mehr Brände mit hoher Intensität, die wiederum mehr Kohlenstoff in Form von CO2 und Methan freisetzen, die beide wichtige Treibhausgase sind. Das ist die Teufelsschleife.
Mehr Erwärmung –> mehr Brände –> mehr Freisetzung von jahrzehntealtem Kohlenstoff –> mehr Erwärmung.
Gomez: Es ist nicht nur der Ausstoß von Treibhausgasen, der die Bedingungen für Brände begünstigen kann. Frühere Studien haben ergeben, dass der von diesen Bränden freigesetzte Ruß Sonnenlicht absorbieren und die Atmosphäre erwärmen kann. Dies kann zu einer stärkeren Erwärmung der Atmosphäre und zu einer Austrocknung der Atmosphäre sowohl am Brandort als auch in seiner Umgebung führen.
Die trockeneren Bedingungen können die Wolkenbedeckung und den Niederschlag verringern, was zu einer Rückkopplungsschleife am Brandort führen und zu günstigeren Bedingungen für Brände an anderen Orten beitragen kann. Darüber hinaus bilden einige Brände Pyrocumuluswolken. In seltenen Fällen haben diese Wolken Blitze erzeugt, die weitere Brände entfachen können.