Zugrunde liegende Annahmen zur Luftqualität müssen neu definiert werden, heißt es in der Studie

Der 40 Meter hohe Messturm des Innsbruck Atmospheric Observatory in der Nähe des Stadtzentrums von Innsbruck in Österreich liefert kontinuierlich Daten über die Zusammensetzung der bodennahen Atmosphäre. Pro Stunde werden 36.000 Datenpunkte aufgezeichnet. Mit einem speziellen Messverfahren – dem sogenannten Eddy-Kovarianz-Verfahren – kann die Konzentration von Luftbestandteilen kontinuierlich überwacht werden.

Ein internationales Team um Thomas Karl vom Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissenschaften der Universität Innsbruck hat diese Daten nun genutzt, um die Chemie von Ozon, Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid im urbanen Raum im Detail zu untersuchen. Der hohe Anteil an Dieselfahrzeugen in europäischen Städten führt zu starken Konzentrationen von Stickstoffmonoxid. Dieses reagiert mit Ozon zu Stickstoffdioxid. In der Atmosphäre zerfällt Stickstoffdioxid wieder zu Stickstoffmonoxid und atomarem Sauerstoff, der sich sofort mit Luftsauerstoff zu Ozon verbindet.

Gemeinsame Annahmen müssen neu definiert werden

Dieser chemische Kreislauf wurde vor mehr als 60 Jahren im ersten Luftverschmutzungs-Lehrbuch von Philip Leighton mathematisch beschrieben. Der Zusammenhang zwischen den beiden Prozessen wird seither als Leighton-Ratio bezeichnet. Computermodelle der Atmosphärenchemie verwenden das Leighton-Verhältnis, um die Komplexität zu minimieren, indem sie die Konzentration von Ozon, Stickoxid und Stickstoffdioxid aus der Konzentration der beiden anderen ableiten.

In der Praxis wurde dies beispielsweise zur Ableitung von Ozonkonzentrationen in stickoxidbelasteten Gebieten genutzt. Die Daten der Innsbrucker Atmosphärenforscher zeigen nun, dass Rechenvereinfachungen von Leighton bei hohen Stickstoffmonoxid-Emissionen zu falschen Ergebnissen führen. Thomas Karl sagt: „In Städten mit hohen Stickstoffmonoxid-Emissionen kann dieses Verhältnis um bis zu 50 % überschätzt werden, was dazu führen kann, dass Modellrechnungen die bodennahen Ozonkonzentrationen in städtischen Gebieten überschätzen.“ Der Effekt der Chemie – Turbulenzwechselwirkungen – spielt eine bedeutende Rolle in der untersten Schicht der Atmosphäre, bis zu 200 Meter über dem Boden.

Verantwortlich für den in Innsbruck untersuchten Effekt ist die Kombination aus starken Turbulenzen im urbanen Raum bei hohen Stickstoffmonoxid-Emissionen. Die Vermischung der Gase in Verbindung mit den relativ schnellen chemischen Prozessen führt dazu, dass mehr Ozon in Stickstoffdioxid umgewandelt wird. Die Daten der Forscher zeigen auch, dass die direkten Emissionen von Stickstoffdioxid aus dem Stadtverkehr im Vergleich zur Sekundärbildung weitgehend vernachlässigbar sind.

„Wichtig bleibt, dass Umweltvorschriften nicht auf Modellrechnungen beruhen, sondern in Abhängigkeit von tatsächlich gemessenen Schadstoffkonzentrationen greifen“, sagte Thomas Karl.

Die Ergebnisse wurden jetzt in veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.