Rund 30 Millionen Menschen in Europa leben in Bergtälern. Ein großer Teil dieser Bevölkerung ist stärker von Luftverschmutzung betroffen als bisher angenommen. Zu diesem Schluss kommt ein slowenisch-deutsches Forscherteam aus Messungen in den nördlichen Dinarischen Alpen. Durch Temperaturinversionen im Winter werden Schadstoffe in einem solchen Ausmaß in den Tälern eingeschlossen, dass Ruß und Feinstaub selbst in kleinen Dörfern besorgniserregende Werte erreichen könnten, wie sie sonst vor allem in den Zentren verstopfter Metropolen auftreten, schreiben Forscher der Universitäten Ljubljana , Molise und Nova Gorica und dem Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) in Chemie und Physik der Atmosphäre (ACP). Durch mobile Messungen mit einem instrumentierten Rucksack des TROPOS war es möglich geworden, die Schadstoffverteilung genauer zu untersuchen.
Die Holzverbrennung ist für mehr als die Hälfte des gesundheitsgefährdenden Feinstaubs (PM2,5) in Europa verantwortlich. Nach Angaben der Europäischen Umweltagentur (EEA) ist die Holzverbrennung mittlerweile die größte Quelle dieses Schadstoffs. Die Förderung von Holz als „kohlendioxidneutraler“ Brennstoff, die steigenden Kosten für fossile Brennstoffe und mehrere Finanzkrisen haben zu einer deutlich zunehmenden Nutzung von Holz als alternativer Energiequelle geführt. Holz zum Heizen im Haushalt wird eher in kleinen Heizungsanlagen verbrannt.
Luftqualitätsstudien haben sich bisher hauptsächlich auf Städte konzentriert. In der EU, im Vereinigten Königreich und in den vier EFTA-Staaten Island, Liechtenstein, Norwegen und der Schweiz lebt jedoch über ein Viertel der Bevölkerung in ländlichen Gebieten. Um die Auswirkungen der Holzverbrennung auf die Luftqualität in solchen Dörfern zu untersuchen, haben die Forscher eine Karstmulde in Slowenien genauer unter die Lupe genommen. Die Mulde in der Gemeinde Loški Potok rund um das Dorf Retje steht stellvertretend für viele bergige und hügelige ländliche Gebiete in Mittel- und Südosteuropa mit Holzheizungen. Das Untersuchungsgebiet liegt in einer flachen Karstsenke mit einer Topographie, die die Bildung von Temperaturinversionen und Kaltluftseen begünstigt, die für viele Täler und Reliefsenken im Winter typisch sind. Neben zwei festen Messstationen am Talboden im Dorf und auf einem Hügel lieferten vor allem mobile Messungen mit Instrumenten an Bord eines Rucksacks entscheidende Details zur Verteilung von Luftschadstoffen im All. Mit diesem Rucksack ging das Team im Dezember 2017 und Januar 2018 dreimal täglich die sechs Kilometer lange Strecke durch das Tal – morgens, mittags und abends. In 107 Messtouren wurden 642 Kilometer zu Fuß zurückgelegt.
Neben Feinstaub untersuchte das Team auch einen seiner Bestandteile: Ruß – umgangssprachlich auch einfach „Ruß“ genannt. Ruß entsteht durch unvollständige Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Materialien wie fossilen Brennstoffen oder Holz. An den winzigen Rußpartikeln haften unter anderem krebserregende Stoffe. Ruß gilt daher als gesundheitlich höchst problematischer Bestandteil des Feinstaubs. Während die stationären Messstationen stündliche Rußkonzentrationen (eBC) von 1 bis 40 Mikrogramm pro Kubikmeter und Feinstaubkonzentrationen (PM10) von 10 bis 205 Mikrogramm pro Kubikmeter lieferten, lieferten die mobilen Messungen Ruß und PM2,5, aber mit Werten, die repräsentativer für die tatsächlichen Konzentrationen sind, denen viele Menschen in der Mulde ausgesetzt waren. Diese hohen Schadstoffbelastungen sind auf einen im Winter häufig auftretenden Effekt in den Bergen zurückzuführen, der sich als besonders problematisch herausstellte: Morgens erwärmt die Sonne die oberen Teile der Entlastungssenke schneller als die unteren Teile – morgens bedingt Nebel, der sich in der windgeschützten Entlastungsmulde bildet und eine Erwärmung in Bodennähe verhindert. Die dadurch entstehende Temperaturinversion wirkt wie ein Topfdeckel: Die Abgase und Partikel können nicht nach oben entweichen und konzentrieren sich am Boden. In dieser Studie traten mehrere Temperaturinversionsereignisse auf, bei denen die Schadstoffkonzentrationen von Ruß (eBC) auf Fußgängerebene durchschnittlich 4,5 Mikrogramm pro Kubikmeter und Feinstaub (PM2,5) 48 Mikrogramm pro Kubikmeter erreichten, was vergleichbar ist in die verkehrsreichen Zentren großer Metropolen. Diese Werte liegen weit über dem Jahresgrenzwert der Europäischen Union (20 Mikrogramm pro Kubikmeter) und den Empfehlungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) für den Tagesgrenzwert (15 Mikrogramm pro Kubikmeter). Gemessen am EU-Luftqualitätsindex für Feinstaub (PM10 und PM2,5) war die Luftqualität während solcher Temperaturumkehrungen sehr schlecht. Insgesamt war die Luftqualität während des gesamten Untersuchungszeitraums (Dezember und Januar) nur mäßig.
„Während der Temperaturumkehr waren die Schadstoffwerte in der Mulde am frühen Abend am höchsten und erreichten bis zu 22 Mikrogramm pro Kubikmeter Ruß und 560 Mikrogramm pro Kubikmeter Feinstaub Menschen, die nach der Arbeit nach Hause kommen, und die stabile Luftschicht am Boden der Mulde Bei etwas Wind sanken jedoch sowohl der Ruß- als auch der Feinstaubgehalt im Becken auf weniger als 1 bzw. 12 Mikrogramm pro Kubikmeter etwa viermal niedriger als während einer Temperaturinversion und im Einklang mit europäischen regionalen Hintergrundwerten“, berichtet Dr. Kristina Glojek, die für ihre Promotion an der Universität Ljubljana. Während der morgendlichen und nachmittäglichen Temperaturinversionen waren im Dorf Retje die Menschen, die im unteren Teil der nach Süden ausgerichteten Hänge lebten, den hohen Feinstaubkonzentrationen am stärksten ausgesetzt, während in den frühen Abendstunden, wenn die Inversion auf die beschränkt ist Am Grund der Mulde atmen die Menschen dort die höchsten Schadstoffwerte ein.
Solche Wetterbedingungen sind typisch für hügelige und bergige Regionen. Während der Studie traten Temperaturinversionen an mehr als 70 Prozent aller Winternächte und -morgen auf. „Diese sehr stabilen Bedingungen verhindern eine effektive Durchmischung der Luft in der Entlastungsmulde, was zu erhöhten Schadstoffwerten führt. Daher steigen bei Temperaturinversionen die Feinstaubkonzentrationen in der Senke auf vergleichbare Werte wie in größeren europäischen Innenstädten und über der EU Tagesgrenzwert (PM10 = 50 Mikrogramm pro Kubikmeter) sowie über dem Jahresgrenzwert und den WHO-Tagesrichtwerten (PM2,5 = 20 bzw. 15 Mikrogramm pro Kubikmeter) liegen“, betont Prof. Mira Pöhlker vom TROPOS .
Das Beispiel der kleinen Reliefmulde in Slowenien weist aus Sicht der Forscher auf ein Problem hin, das nicht nur auf diese Region beschränkt ist: „Die während der Temperaturinversionen gemessenen Schadstoffkonzentrationen in der eher dünn besiedelten kleinen Reliefmulde sind besorgniserregend, da ähnliche Bedingungen in zahlreichen Hügel- und Bergregionen in ganz Europa zu erwarten sind, wo etwa 20 Prozent der Gesamtbevölkerung leben, davon 30 Prozent in ländlichen Reliefmulden vergleichbar mit dem Standort Retje“, betont Prof. Griša Močnik von der Universität Nova Gorica.
Nach Ansicht des slowenisch-deutschen Forschungsteams unterstreichen die Ergebnisse dieser Studie die Bedeutung hochauflösender Luftqualitätsmessungen auch in ländlichen Gebieten für die Überwachung und zielen darauf ab, insbesondere die Verschmutzung durch die Holzverbrennung in Wohngebieten und ihre daraus resultierenden gesundheitlichen Auswirkungen zu reduzieren in Berggebieten mit begrenzter atmosphärischer Selbstreinigungskapazität. Daher schlagen sie konkret vor:
Wichtig ist auch, die lokale Bevölkerung stark in die Maßnahmen zur Reduzierung der Schadstoffemissionen einzubeziehen. Darüber hinaus sollte sich jeder darüber im Klaren sein, dass es für dieses komplexe Problem nicht die eine universelle Lösung gibt. Vielmehr sind Maßnahmen auf mehreren Ebenen unter Berücksichtigung geografischer und kultureller Besonderheiten erforderlich.
Kristina Glojek et al, Der Einfluss von Temperaturinversionen auf Ruß- und Partikelmassenkonzentrationen in einem Berggebiet, Atmosphärische Chemie und Physik (2022). DOI: 10.5194/acp-22-5577-2022
Bereitgestellt vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS)