Laut einer Studie hat sich die Luftqualität in Europa in den letzten zwei Jahrzehnten erheblich verbessert

Eine vom Barcelona Institute for Global Health (ISGlobal) durchgeführte Studie hat die täglichen Umgebungskonzentrationen von PM2,5, PM10, NO2 und O3 in einem großen Ensemble europäischer Regionen zwischen 2003 und 2019 auf der Grundlage maschineller Lerntechniken konsistent geschätzt. Ziel war es, das Auftreten von Tagen zu bewerten, an denen die Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation (WHO) für einen oder mehrere Schadstoffe aus dem Jahr 2021 überschritten wurden, sogenannte „Tage unreiner Luft“.

Das Forschungsteam analysierte den Verschmutzungsgrad in mehr als 1.400 Regionen in 35 europäischen Ländern, die 543 Millionen Menschen repräsentieren. Die Ergebnisse, veröffentlicht in Naturkommunikationzeigen, dass die Gesamtkonzentration an Schwebstaub (PM2,5 und PM10) und Stickstoffdioxid (NO2) in den meisten Teilen Europas zurückgegangen ist.

Insbesondere sanken die PM10-Werte im Untersuchungszeitraum am stärksten, gefolgt von NO2 und PM2,5 mit jährlichen Rückgängen von 2,72 %, 2,45 % bzw. 1,72 %. Im Gegensatz dazu stiegen die O3-Werte in Südeuropa jährlich um 0,58 %, was zu einem fast vierfachen Anstieg der Tage mit unreiner Luft führte.

Die Studie untersuchte auch die Anzahl der Tage, an denen die Grenzwerte für zwei oder mehr Schadstoffe gleichzeitig überschritten wurden, ein Zusammenfluss, der als „Tag der zusammengesetzten unreinen Luft“ bekannt ist. Trotz der allgemeinen Verbesserungen erlebten 86,3 % der europäischen Bevölkerung während des Untersuchungszeitraums immer noch mindestens einen zusammengesetzten Tag mit Unreinheit pro Jahr, wobei PM2,5-NO2 und PM2,5-O3 die häufigsten Verbindungskombinationen waren.

Die Ergebnisse verdeutlichen die deutliche Verbesserung der Luftqualität in Europa, gefolgt von einem Rückgang von PM10 und NO2, während die PM2,5- und O3-Werte in vielen Regionen weiterhin über den WHO-Richtlinien liegen, was dazu führt, dass mehr Menschen unreiner Luft ausgesetzt sind.

„Gezielte Anstrengungen sind erforderlich, um die PM2,5- und O3-Werte und die damit verbundenen zusammengesetzten unreinen Tage anzugehen, insbesondere vor dem Hintergrund der schnell zunehmenden Bedrohungen durch den Klimawandel in Europa“, sagt Zhao-Yue Chen, ISGlobal-Forscher und Hauptautor der Studie.

„Unsere konsistente Schätzung der Belastung der Bevölkerung durch komplexe Luftverschmutzungsereignisse bietet eine solide Grundlage für zukünftige Forschung und politische Entwicklung, um Bedenken hinsichtlich des Luftqualitätsmanagements und der öffentlichen Gesundheit in ganz Europa anzugehen“, betont Carlos Pérez García-Pando, ICREA- und AXA-Forschungsprofessor am BSC-CNS.

Heterogene geografische Verteilung

Das Forschungsteam hat Modelle für maschinelles Lernen entwickelt, um hochauflösende tägliche Konzentrationen wichtiger Luftschadstoffe wie PM2,5, PM10, NO2 und O3 abzuschätzen. Dieser datengesteuerte Ansatz erstellt ein umfassendes tägliches Luftqualitätsbild für den europäischen Kontinent und geht über dünn verteilte Überwachungsstationen hinaus.

Die Modelle sammeln Daten aus mehreren Quellen, darunter satellitengestützte Aerosolschätzungen, vorhandene Atmosphären- und Klimadaten sowie Landnutzungsinformationen. Durch die Analyse dieser Luftverschmutzungsschätzungen berechnete das Team die jährliche durchschnittliche Anzahl der Tage, an denen der WHO-Tagesgrenzwert für einen oder mehrere Luftschadstoffe überschritten wird.

Trotz Verbesserungen der Luftqualität leben 98,10 %, 80,15 % und 86,34 % der europäischen Bevölkerung in Gebieten, in denen die von der WHO empfohlenen jährlichen Werte für PM2,5, PM10 bzw. NO2 überschritten werden. Diese Ergebnisse stimmen weitgehend mit den Schätzungen der Europäischen Umweltagentur (EUA) für 27 EU-Länder überein, die ausschließlich Daten von städtischen Stationen verwenden.

Darüber hinaus erfüllte kein Land in der Hochsaison von 2003 bis 2019 den jährlichen Ozonstandard (O3). Bei der kurzfristigen Exposition lebten über 90,16 % bzw. 82,55 % der europäischen Bevölkerung in Gebieten, in denen die täglichen WHO-Richtlinien mindestens vier Tage überschritten wurden für PM2,5 und O3 im Jahr 2019, während die Zahlen für NO2 und PM10 55,05 % und 26,25 % betrugen.

Während des Untersuchungszeitraums waren die PM2,5- und PM10-Werte in Norditalien und Osteuropa am höchsten, während die PM10-Werte in Südeuropa am höchsten waren. Hohe NO2-Werte wurden hauptsächlich in Norditalien und in einigen Gebieten Westeuropas beobachtet, beispielsweise im Süden des Vereinigten Königreichs, in Belgien und in den Niederlanden.

In ähnlicher Weise stieg O3 in Südeuropa um 0,58 %, während es im Rest des Kontinents zurückging oder einen nicht signifikanten Trend zeigte. Andererseits wurden die deutlichsten Rückgänge bei PM2,5 und PM10 in Mitteleuropa beobachtet, während sie bei NO2 hauptsächlich in städtischen Gebieten Westeuropas zu verzeichnen waren.

Das komplexe Management von Ozon

Die durchschnittliche Expositionszeit und die Bevölkerung, die den Konzentrationen unreiner Luft von PM2,5 und O3 ausgesetzt ist, sind viel höher als bei den anderen beiden Schadstoffen. Nach Ansicht des Forschungsteams unterstreicht dies die Dringlichkeit einer stärkeren Kontrolle dieser Schadstoffe und die Bedeutung der Bewältigung des zunehmenden Trends und der zunehmenden Auswirkungen der O3-Exposition.

Bodennahes oder troposphärisches O3 kommt in den unteren Schichten der Atmosphäre vor und gilt als sekundärer Schadstoff, da es nicht direkt in die Atmosphäre emittiert wird, sondern aus bestimmten Vorläufern gebildet wird – wie flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), Kohlenmonoxid ( CO) und Stickoxide (NOx), die bei Verbrennungsprozessen, hauptsächlich im Transportwesen und in der Industrie, entstehen. In hohen Konzentrationen kann Ozon die menschliche Gesundheit, die Vegetation und die Ökosysteme schädigen.

„Das Ozonmanagement stellt aufgrund seines sekundären Bildungswegs eine komplexe Herausforderung dar. Herkömmliche Strategien zur Luftreinhaltung, die sich auf die Reduzierung der primären Schadstoffemissionen konzentrieren, reichen möglicherweise nicht aus, um O3-Überschreitungen und die damit verbundenen zusammengesetzten unreinen Tage effektiv zu mindern“, sagt Joan Ballester Claramunt, ISGlobal Forscher und leitender Autor der Studie. „Die Bekämpfung des Klimawandels, der die Ozonbildung durch mehr Sonnenlicht und steigende Temperaturen beeinflusst, ist jedoch für die langfristige Ozonbewältigung und den Schutz der öffentlichen Gesundheit von entscheidender Bedeutung.“

Die Herausforderung zusammengesetzter Episoden

Trotz Verbesserungen bei der Luftverschmutzung berichtete das Forschungsteam, dass über 86 % der Europäer zwischen 2012 und 2019 jedes Jahr mindestens einen Tag mit schwerwiegenden Luftverschmutzungsereignissen konfrontiert waren, bei denen mehrere Schadstoffe gleichzeitig die WHO-Grenzwerte überschritten.

Unter diesen zusammengesetzten Tagen stieg der Beitrag der zusammengesetzten PM2,5-O3-Tage von 4,43 % im Jahr 2004 auf 35,23 % im Jahr 2019 und wurde damit zum zweithäufigsten Typ in Europa, was auf einen besorgniserregenden Trend hindeutet. Sie treten hauptsächlich in niedrigeren Breiten in der warmen Jahreszeit auf und stehen wahrscheinlich im Zusammenhang mit dem Klimawandel und dem komplexen Zusammenspiel zwischen PM2,5 und O3.

Wärmere Temperaturen und stärkere Sonneneinstrahlung im Sommer fördern die O3-Bildung durch chemische Reaktionen. Folglich beschleunigt ein höherer O3-Gehalt die Oxidation organischer Verbindungen in der Luft. Dieser Oxidationsprozess führt zur Kondensation bestimmter oxidierter Verbindungen und zur Bildung neuer PM2,5-Partikel.

Darüber hinaus erhöht der Klimawandel die Wahrscheinlichkeit von Waldbränden, was sowohl die O3- als auch die PM2,5-Werte weiter erhöht. „Dieses komplexe Zusammenspiel erzeugt einen schädlichen Kreislauf und verdeutlicht die dringende Notwendigkeit, den Klimawandel und die Luftverschmutzung gleichzeitig anzugehen“, erklärt Ballester Claramunt.