2. Von Daten zu fachlichem Wissen

Hintergrund: Das größte Umweltrisiko unserer Zeit


"Saubere Luft ist ein grundlegendes Menschenrecht. Dennoch stellt die Luftverschmutzung weiterhin eine erhebliche Bedrohung für die Menschen weltweit dar – sie ist die größte umweltbedingte Gefahr für die Gesundheit und eine der Hauptursachen für nicht übertragbare Krankheiten (NCDs) wie Herzinfarkte oder Schlaganfälle. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation gibt es jedes Jahr 7 Millionen vorzeitige Todesfälle aufgrund der kombinierten Auswirkungen von Luftverschmutzung im Freien und in Haushalten – und Millionen weitere Menschen erkranken durch das Einatmen verschmutzter Luft. Mehr als die Hälfte dieser Todesfälle werden in Entwicklungsländern verzeichnet.


Was ist Luftverschmutzung?

Luftverschmutzung ist eine komplexe Mischung aus festen Partikeln, Flüssigkeitströpfchen und Gasen. Sie kann aus vielen Quellen stammen, z. B. aus der Verbrennung von Haushaltsbrennstoffen, Industriekaminen, Verkehrsabgasen, der Stromerzeugung, der offenen Verbrennung von Abfällen, landwirtschaftlichen Praktiken, Wüstenstaub und vielen anderen Quellen.

Unterschiedliche Quellen können zu unterschiedlichen Mischungen von Luftverschmutzung führen. Beispielsweise kann in einer Stadt in Meeresnähe Feinstaub aus Meersalz, Straßenstaub und Rauch von Dieselmotoren bestehen. In einem ländlichen Gebiet in der Nähe eines Waldes kann Feinstaub hingegen aus Erde, Rauch von Kochherden und Waldbränden bestehen.

Zu den gemessenen Luftschadstoffen gehören PM2,5 und PM10 (Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von 2,5 Mikrometern bzw. weniger, auch Feinstaub genannt, und 10 Mikrometern), Ozon (O3) und Stickstoffdioxid (NO2)."


World Health Organization. (n.d.). What are the WHO air quality guidelines? Retrieved November 24, 2024, from https://www.who.int/news-room/feature-stories/detail/what-are-the-who-air-quality-guidelines#




Klassische Luftschadstoffe 



A) Feinstaub PM10 Feinstaub ist nahezu unsichtbar und wird auch als Schwebstaub (englisch: Particulate Matter, PM) bezeichnet. Die meisten Daten liegen für PM10 vor, Partikel mit einem Durchmesser von zehn Mikrometer, also zehn Millionstel Meter und weniger (PM10).


Quelle: https://www.getair.eu/wissen/feinstaub-gesundheitsrisiken-durch-feinstaubbelastung/


Feinstaub entsteht durch Verbrennungsprozesse in Fahrzeugen, Kraftwerken, in Öfen und Heizungen. In Ballungsgebieten ist der Straßenverkehr eine bedeutende Feinstaubquelle. Hier spielen jedoch der Abrieb beim Bremsen und die Abnutzung der Reifen eine größere Rolle als die eigentlichen Abgase.

Welchen Anteil die Landwirtschaft am gesamten Feinstaub in der Luft hat, ist nicht ganz klar. Das Max-Planck-Institut für Chemie geht davon aus, dass rund 45 Prozent des Feinstaubs in Deutschland aus der Landwirtschaft stammen. Die Berechnungen des Umweltbundesamtes (UBA) haben ergeben, dass es rund 20 Prozent sind. Es gibt auch natürliche Feinstaubquellen: Er entsteht bei Vulkanausbrüchen, Bodenerosion, Wald- und Buschfeuer.


Gesundheitliche Wirkungen

Dass Feinstaub gesundheitsschädlich ist, ist wissenschaftlich gut belegt. Teilweise lagern sich an den Oberflächen der Partikel gefährliche Stoffe wie Schwermetalle oder Aluminium an, die dann beispielsweise Krebs erzeugen können. Doch auch die Partikel selbst sind ein Risiko - und je kleiner sie sind, desto größer ist das Risiko.

Feinstaubproblem lösen

Kleinräumige isolierte Fahrverbote seien [...] wenig sinnvoll, um die Luftqualität zu verbessern, sagen die Expert:innen der Leopoldina. Vielmehr empfehlen sie einen Mix aus kurz- und langfristigen Maßnahmen. Dazu gehören Software-Updates und Hardware-Nachrüstungen für Dieselfahrzeuge, aber auch die Reduktion des Verkehrs durch „sozial ausgewogene Änderungen des Steuer- und Abgabensystems sowie höhere Treibstoffpreise“.
Um die Feinstaubbelastung zu verringern, müssten auch Quellen wie Landwirtschaft und Holzfeuerung berücksichtigt werden.

Quelle: https://www.quarks.de/gesundheit/warum-feinstaub-so-gefaehrlich-ist/#:~:text=Vor%20 allem%20an%20die%20kleinen,Herz%2DKreislauf%2DErkrankungen%20aus.


B) Feinstaub PM2.5

Feinstaub ist nahezu unsichtbar und wird auch als Schwebstaub (englisch: Particulate Matter, PM) bezeichnet. Seit 2008 wird an rund 200 Messstellen PM2.5 gemessen – Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 Mikrometer. Sie sind maximal so groß wie Bakterien und können daher mit freiem Auge nicht gesehen werden.

Quelle: https://www.getair.eu/wissen/feinstaub-gesundheitsrisiken-durch-feinstaubbelastung/


Gesundheitliche Wirkungen
Je kleiner die Partikel sind, desto größer ist das Gesundheitsrisiko. Denn die kleineren Partikel dringen tiefer in die Atemwege ein. Damit wirkt sich Feinstaub PM2.5 negativ auf Atemwegserkrankungen und Herz- Kreislauf-Erkrankungen aus. Besonders anfällig sind Menschen mit Vorerkrankungen, ältere Menschen und Kinder. Bei Kindern können unter hoher Feinstaubbelastung Lungenwachstum und Lungenfunktion eingeschränkt werden.

Feinstaubproblem lösen
Ca. zwei Drittel der Emissionen resultieren aus Verbrennungsvorgängen, die größten Anteile haben die Haushalte und Kleinverbraucher sowie der Straßenverkehr (Abrieb von Reifen, Bremsen, Straßen). Weitere relevante Mengen an Feinstaub PM2.5 stammen aus Produktionsprozessen (vorwiegend bei der Herstellung von Metallen und mineralischer Produkte), verteilten Emissionen von Gewerbe und Handel, Schüttgutumschlägen sowie aus der Landwirtschaft. So empfehlen die Expert:innen der Leopoldina einen Mix aus kurz- und langfristigen Maßnahmen. Dazu gehört zum Beispiel die Reduzierung des Verkehrsaufkommens.
Eine weitverbreitete Annahme ist, dass Vegetation (Grünflächen) die Luftschadstoffkonzentrationen aktiv reduziert, [...] indem sich die Luftschadstoffe auf den Blattoberflächen ablagern und anschließend durch die Spaltöffnungen der Blätter aufgenommen werden. Dies wird allerdings durch experimentelle Studien nicht immer unterstützt. Die Forschung kommt mitunter zu gegenläufigen Ergebnissen.

Quelle: https://www.quarks.de/gesundheit/warum-feinstaub-so-gefaehrlich-ist/#:~:text=Vor%20 allem%20an%20die%20kleinen,Herz%2DKreislauf%2DErkrankungen%20aus.


Quelle: Pickford, R., Kraus, U., Frank, U. et al. Kombinierte Effekte verschiedener Umweltfaktoren auf die Gesundheit: Luftschadstoffe, Temperatur, Grünflächen, Pollen und Lärm. Bundesgesundheitsbl 63, 962–971 (2020). https://doi.org/10.1007/s00103-020-03186-9


C) Stickstoff und Stickstoffdioxid
Stickstoffdioxid (NO2) ist ein rotbraunes, giftiges, stechend chlorähnlich riechendes Gas und eine Vorläufersubstanz für die Bildung von Feinstaub und von bodennahem Ozon (O3).

Stickstoffoxide entstehen bei Verbrennungsprozessen. Die Hauptquellen von Stickstoffoxiden in der Außenluft sind Verbrennungsmotoren und Feuerungsanlagen (für Kohle, Öl, Gas, Holz, Abfälle). In Ballungsgebieten ist der Straßenverkehr die bedeutendste Stickstoffoxid-Quelle, wobei der größte Anteil aus Dieselmotoren von Pkw, leichten und schweren Nutzfahrzeugen sowie Bussen mit Dieselantrieb stammt.

Eine natürliche Quelle von Stickstoffdioxid sind Gewitter.


Gesundheitliche Wirkungen

Stickstoffdioxid (NO2) als solches ist ein Reizgas und wirkt [...] besonders an den unteren Atemwegen. Dort kommt es je nach Stärke und Dauer der Belastung zu Schäden an den Lungenzellen. Diese Schäden betreffen sowohl die Funktion als auch die Struktur dieser Zellen. Aus der Reizwirkung resultieren entzündliche Prozesse, die auch in anderen Organen schädigende Wirkungen entfalten können.

Bei kurzfristig hoher Belastung zum Beispiel an stark befahrenen Straßen oder auch im Auto selbst tritt bei empfindlichen Menschen Husten auf. Bei langfristig hoher Belastung können schwere Lungenschäden auftreten, die auch dauerhaft bestehen bleiben.

Quelle: https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe-im-ueberblick/stickstoffoxide/ stickstoffdioxid-gesundheitliche-bedeutung-von#welche-unterschiedlichen-beurteilungswerte-gibt-es-fur-stickstoffdioxid

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Stickstoffdioxid#


D) Ozon Ozon ist ein Reizgas. Er wird nicht direkt freigesetzt, sondern bildet sich in den unteren Luftschichten der Atmosphäre bis in etwa zehn Kilometer Höhe bei intensiver Sonneneinstrahlung durch komplexe photochemische Reaktionen von Sauerstoff und Luftverunreinigungen. Vor allem flüchtige organische Verbindungen einschließlich Methan sowie Stickstoffoxide (NOx) sind an diesen Reaktionen beteiligt.

Gesundheitliche Wirkungen
An Tagen mit hoher Ozonkonzentration leiden viele Menschen an Reizerscheinungen der Augen (Tränenreiz), Atemwegsbeschwerden (Husten) und Kopfschmerzen. Diese Reizungen treten weitgehend unabhängig von der körperlichen Aktivität auf. Ihr Ausmaß wird primär durch die Aufenthaltsdauer in der ozonbelasteten Luft bestimmt. Besonders nach reger körperlicher Aktivität im Freien wurde bei Schulkindern und Erwachsenen eine verminderte Lungenfunktion sowie eine Einschränkung der körperlichen Leistungsfähigkeit festgestellt. Zur Einordnung des Gesundheitsrisikos dient die Kenngröße „Heißer Tag“ des Deutschen Wetterdienstes, definiert als Tag, dessen höchste Temperatur oberhalb von 30 Grad Celsius liegt.


Quelle: https://www.umweltbundesamt.de/daten/umwelt-gesundheit/gesundheitsrisikendurch- ozon#gesundheitliche-risiken-von-ozon-und-hoher-lufttemperatur
Quelle: https://www.umweltbundesamt.de/daten/luft/ozon-belastung#herkunft






Auf den folgenden Seiten werden wir die Luftqualität Berlins mithilfe eines Datensatzes, der auf der offiziellen Website von Berlin veröffentlicht wurde, analysieren. Mal schauen, was unsere Ergebnisse sein werden.



Die Aktivitäten in diesem Abschnitt (2. Von Daten zu fachlichem Wissen) basieren auf einer Data-Science-Fallstudie, die mit dem Tool Orange von Viktoriya Olari erstellt wurde (CC-BY-NC-SA).