Aerosolpartikel beeinflussen Atmosphärenchemie, Klima und Gesundheit

Sie sind winzig und feinst verteilt und spielen eine bedeutende Rolle für unser Klima und unsere Gesundheit. Die Rede ist von Aerosolpartikeln, luftgetragenen Tröpfchen und festen Teilchen im Mikro- und Nanomaßstab. Diese stammen aus einer Vielfalt natürlicher und anthropogener Quellen: der unvollständigen Verbrennung fossiler Brennstoffe, Waldbränden, Vulkanausbrüchen, Aufwirbelung von Staub und Seesalz, dazu kommen biologische Materialien wie Pflanzenbruchstücke, Mikroorganismen oder Pollen. Das augenfälligste Beispiel für Aerosole sind Wolken. Sie weisen Teilchendurchmesser von etwa 10 µm auf und entstehen durch Kondensation von Wasserdampf auf kleineren Partikeln.

"Konzentration, Zusammensetzung und Größenverteilung atmosphärischer Aerosolpartikel sind örtlich und zeitlich hoch variabel," erklärt Ulrich Pöschl vom Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz, in einem Übersichtsartikel in der Angewandten Chemie. "Die genaue Bestimmung ihrer chemischen Zusammensetzung ist eine anspruchsvolle analytische Herausforderung. Neben mehreren Hauptkomponenten liegen Hunderte von Spurenbestandteilen vor, und vielfältige chemische Reaktionen sind zu berücksichtigen."

Dass Aerosole einen starken Einfluss auf Klima und Gesundheit haben, ist unbestritten. Die Zusammenhänge sind aber derart komplex, dass bei vielen Effekten und Rückkopplungen sogar unklar bleibt, ob sie verstärkend oder mildernd wirken. So kann die Zunahme des atmosphärischen CO₂-Gehalts und die globale Erwärmung durch Verstärkung der Photosynthese und der Biomasseproduktion zu einer Zunahme biogener Aerosolpartikel führen. Diese dienen als Kondensationskerne für Wolken, und eine Zunahme der Bewölkung wirkt kühlend (negative Rückkopplung). Umgekehrt kann die höhere Temperatur für Pflanzen Stress bedeuten, Photosynthese und Aerosol-Bildung nehmen ab, die Bewölkung geht zurück, die globale Erwärmung wird verstärkt (positive Rückkopplung).

"Sehr wenig ist über die Zusammenhänge zwischen Luftqualität und Allergien bekannt," sagt Pöschl. Die prominenteste Gruppe luftgetragener Allergene sind Proteine, die bis zu etwa 5% der Aerosolpartikelmasse in Stadtluft ausmachen. In mit Stickoxiden und Ozon verunreinigter Luft ("Sommersmog") werden Proteine wie das Birkenpollenallergen leicht nitriert, und chemisch veränderte Proteine können physiologische Immunreaktionen verstärken. So liegt es nahe, dass die Inhalation nitrierter Protein-Aerosole Allergien fördern kann. "Sind solche Zusammenhänge nicht ausreichend erforscht," so Pöschl, "besteht die Gefahr, dass neue Umweltschutzgesetze oder -technologien unerwünschte Nebeneffekte haben und mehr schaden als nutzen. Bestimmte Abgassysteme für Dieselfahrzeuge etwa entfernen zwar Rußpartikel, setzen jedoch vermehrt Stickoxide frei."

Vollständiger Artikel: Angew. Chem. 2005, 117, 7690-7712

Quelle: Angewandte Chemie