Immer größere und intensive Waldbrände im pazifischen Nordwesten verändern das saisonale Muster der Luftverschmutzung und verursachen im August einen Anstieg ungesunder Schadstoffe, wie neue Forschungsergebnisse zeigen. Laut der Studie untergräbt der Rauch die Errungenschaften sauberer Luft und birgt potenzielle Risiken für die Gesundheit von Millionen von Menschen.
Die von Wissenschaftlern des National Center for Atmospheric Research (NCAR) geleitete Untersuchung ergab, dass die Kohlenmonoxidwerte – ein Gas, das auf das Vorhandensein anderer Luftschadstoffe hinweist – stark angestiegen sind, als sich die Waldbrände im August ausbreiteten. Die Kohlenmonoxidwerte sind im Sommer aufgrund chemischer Reaktionen in der Atmosphäre im Zusammenhang mit Änderungen des Sonnenlichts normalerweise niedriger, und die Feststellung, dass ihre Werte sprunghaft angestiegen sind, zeigt das Ausmaß der Auswirkungen des Rauchs.
„Die Emissionen von Waldbränden haben so stark zugenommen, dass sie das jährliche Muster der Luftqualität in ganz Nordamerika verändern“, sagte NCAR-Wissenschaftlerin Rebecca Buchholz, die Hauptautorin. „Es ist ganz klar, dass es im August einen neuen Höhepunkt der Luftverschmutzung gibt, den es früher nicht gab.“
Obwohl Kohlenmonoxid im Freien im Allgemeinen kein erhebliches Gesundheitsrisiko darstellt, weist das Gas auf das Vorhandensein schädlicherer Schadstoffe hin, darunter Aerosole (Partikel in der Luft) und bodennahes Ozon, das sich an heißen Sommertagen bildet.
Das Forschungsteam nutzte satellitengestützte Beobachtungen der Atmosphärenchemie und globale Brandinventare, um die Emissionen von Waldbränden während des größten Teils der letzten zwei Jahrzehnte zu verfolgen, sowie Computermodelle, um die potenziellen Auswirkungen des Rauchs zu analysieren. Sie konzentrierten sich auf drei nordamerikanische Regionen: den pazifischen Nordwesten, die zentralen Vereinigten Staaten und den Nordosten.
Buchholz sagte, die Ergebnisse seien besonders auffällig, da die Kohlenmonoxidwerte aufgrund von Verbesserungen bei Technologien zur Schadstoffkontrolle sowohl weltweit als auch in ganz Nordamerika gesunken seien.
Zunehmende Auswirkungen auf die Luftverschmutzung
Waldbrände haben im pazifischen Nordwesten und anderen Regionen Nordamerikas aufgrund einer Kombination aus Klimawandel, verstärkter Entwicklung und Landnutzungspolitik zugenommen. Die Brände werden zu einem immer größeren Faktor bei der Luftverschmutzung, insbesondere da die Emissionen durch menschliche Aktivitäten aufgrund effizienterer Verbrennungsprozesse in Kraftfahrzeugen und Industrieanlagen abnehmen.
Um die Auswirkungen von Bränden zu analysieren, verwendeten Buchholz und ihre Mitarbeiter Daten von zwei Instrumenten auf dem Terra-Satelliten der NASA: MOPITT (Measurements of Pollution in the Troposphere), das Kohlenmonoxid seit 2002 kontinuierlich verfolgt; und MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectrometer), das Brände erkennt und Informationen über Aerosole liefert. Sie untersuchten auch vier Verzeichnisse von Waldbrandemissionen, die sich auf MODIS-Daten stützen.
Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf den Zeitraum von 2002, dem Beginn einer konsistenten und langfristigen Aufzeichnung von MOPPIT-Daten, bis 2018, dem letzten Jahr, für das zum Zeitpunkt des Beginns ihrer Studie vollständige Beobachtungen vorlagen.
Die Ergebnisse zeigten einen Anstieg der Kohlenmonoxidwerte in ganz Nordamerika im August, was mit der Hauptbrandzeit im pazifischen Nordwesten zusammenfiel. Der Trend war von 2012 bis 2018 besonders ausgeprägt, als die Feuersaison im pazifischen Nordwesten laut den Emissionsinventaren viel aktiver wurde. Daten des MODIS-Instruments zeigten, dass Aerosole im August ebenfalls einen Aufwärtstrend zeigten.
Um festzustellen, ob die höheren Schadstoffbelastungen durch die Brände verursacht wurden, eliminierten die Wissenschaftler andere potenzielle Emissionsquellen. Sie fanden heraus, dass die Kohlenmonoxidwerte in Windrichtung des pazifischen Nordwestens über dem Pazifischen Ozean im August viel niedriger waren – ein Zeichen dafür, dass die Verschmutzung nicht aus Asien hereinwehte. Sie fanden auch heraus, dass die Brandsaison in der Mitte der USA und im Nordosten nicht mit der Zunahme der Umweltverschmutzung im August zusammenfiel, was bedeutete, dass lokale Brände in diesen Regionen nicht verantwortlich waren. Darüber hinaus untersuchten sie zwei Emissionsinventare fossiler Brennstoffe, die zeigten, dass die Kohlenmonoxidemissionen aus menschlichen Aktivitäten in keiner der drei Studienregionen von 2012 bis 2018 zugenommen haben.
„Mehrere Beweislinien weisen auf die sich verschlechternden Waldbrände im pazifischen Nordwesten als Ursache für die verschlechterte Luftqualität hin“, sagte Buchholz. „Es ist besonders bedauerlich, dass diese Brände die Errungenschaften untergraben, die die Gesellschaft bei der Reduzierung der Umweltverschmutzung insgesamt erzielt hat.“
Risiken für die menschliche Gesundheit
Die Ergebnisse haben Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, da der Rauch von Waldbränden mit erheblichen Atemproblemen in Verbindung gebracht wurde und auch das Herz-Kreislauf-System beeinträchtigen und die Schwangerschaftsergebnisse verschlechtern kann.
Buchholz und ihre Co-Autoren verwendeten ein NCAR-basiertes Computermodell, das Community Atmosphere Model mit einer Chemiekomponente, um die Bewegung von Emissionen aus den Bränden im pazifischen Nordwesten und ihre Auswirkungen auf Kohlenmonoxid, Ozon und Feinstaub zu simulieren. Sie führten die Simulationen auf dem Supercomputer Cheyenne im NCAR-Wyoming Supercomputing Center durch. Die Ergebnisse zeigten, dass die Schadstoffe mehr als 130 Millionen Menschen betreffen könnten, darunter etwa 34 Millionen im pazifischen Nordwesten, 23 Millionen in der Mitte der USA und 72 Millionen im Nordosten.
Obwohl sich die Studie nicht eingehend mit den gesundheitlichen Auswirkungen der Emissionen befasste, untersuchten die Autoren die Atemwegssterblichkeitsraten in Colorado für den Monat August von 2002 bis 2011 im Vergleich zum gleichen Monat in den Jahren 2012 bis 2018. Sie wählten Colorado mit Sitz in die zentrale US-Region der Studie, da Atemwegssterblichkeitsraten in dem Bundesstaat leicht erhältlich waren.
Sie fanden heraus, dass die Todesfälle durch Atemwege in Colorado im August im Zeitraum 2012-2018 deutlich zunahmen, als Brände im pazifischen Nordwesten – aber nicht in Colorado – im August mehr Emissionen verursachten.
„Es ist klar, dass mehr Forschung zu den gesundheitlichen Auswirkungen dieses ganzen Rauchs erforderlich ist“, sagte Buchholz. „Vielleicht sehen wir bereits die Folgen dieser Brände für die Gesundheit der Bewohner, die Hunderte oder sogar Tausende von Kilometern in Windrichtung leben.“
Neue saisonale Verschmutzungsmuster ergeben sich aus wechselnden nordamerikanischen Waldbränden, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-29623-8