Die hellsten Sonnenuntergänge, bewölkten Himmel und Tage, an denen alle husten, haben alle etwas gemeinsam: Das liegt an Aerosolen, winzigen Partikeln, die in der Luft schweben. Aerosole können winzige Tröpfchen, Staubpartikel, feine Rußpartikel und andere Substanzen sein, die in der Atmosphäre schweben und die gesamte Energiebilanz des Planeten verändern.
Aerosole haben einen enormen Einfluss auf das Klima der Erde. Einige, wie schwarzer und brauner Kohlenstoff, erwärmen die Erdatmosphäre, während andere, wie Sulfattröpfchen, sie kühlen. Wissenschaftler glauben, dass im Allgemeinen das gesamte Spektrum von Aerosolen den Planeten schließlich leicht abkühlt. Doch noch ist nicht ganz klar, wie stark dieser Kühleffekt ist und wie stark er im Laufe von Tagen, Jahren oder Jahrhunderten fortschreitet.
Was sind Aerosole?
Der Begriff „Aerosol“ ist ein Sammelbegriff für die vielen Arten von kleinen Partikeln, die überall in der Atmosphäre schweben, von ihren äußersten Rändern bis zur Oberfläche des Planeten. Sie können fest oder flüssig, winzig klein oder groß genug sein, um mit bloßem Auge gesehen zu werden.
„Primäre“ Aerosole wie Staub, Ruß oder Meersalz kommen direkt von der Erdoberfläche. Sie werden von böigen Winden in die Atmosphäre gehoben, von explodierenden Vulkanen hoch in die Luft geschleudert oder aus Schornsteinen und Feuern geschossen. „Sekundäre“ Aerosole entstehen, wenn verschiedene in der Atmosphäre schwebende Substanzen – zum Beispiel von Pflanzen freigesetzte organische Verbindungen, flüssige Säuretröpfchen oder andere Materialien – aufeinanderprallen, was zu einer chemischen oder physikalischen Reaktion führt. Sekundäre Aerosole beispielsweise erzeugen den Dunst, nach dem die Great Smoky Mountains in den Vereinigten Staaten benannt sind.
Aerosole werden sowohl aus natürlichen als auch aus anthropogenen Quellen emittiert. Beispielsweise steigt Staub aus Wüsten, ausgetrockneten Flussufern, ausgetrockneten Seen und vielen anderen Quellen auf. Atmosphärische Aerosolkonzentrationen steigen und fallen mit klimatischen Ereignissen; in kalten, trockenen Perioden der Erdgeschichte, wie etwa der letzten Eiszeit, befand sich mehr Staub in der Atmosphäre als in wärmeren Perioden der Erdgeschichte. Aber die Menschen haben diesen natürlichen Kreislauf beeinflusst – einige Teile des Planeten wurden durch die Produkte unserer Aktivitäten verschmutzt, während andere übermäßig nass geworden sind.
Meersalze sind eine weitere natürliche Quelle von Aerosolen. Sie werden durch Wind und Gischt aus dem Ozean geblasen und neigen dazu, die unteren Teile der Atmosphäre zu füllen. Im Gegensatz dazu können einige Arten von hochexplosiven Vulkanausbrüchen Partikel und Tröpfchen hoch in die obere Atmosphäre schießen, wo sie monate- oder sogar jahrelang schweben können, viele Meilen von der Erdoberfläche entfernt.
Menschliche Aktivität produziert viele verschiedene Arten von Aerosolen. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt Partikel, die als Treibhausgase bekannt sind – daher produzieren alle Autos, Flugzeuge, Kraftwerke und industriellen Prozesse Partikel, die sich in der Atmosphäre anreichern können. Die Landwirtschaft erzeugt Staub sowie andere Produkte wie Aerosol-Stickstoffprodukte, die die Luftqualität beeinträchtigen.
Im Allgemeinen haben menschliche Aktivitäten die Gesamtmenge der in der Atmosphäre schwebenden Partikel erhöht, und jetzt gibt es etwa doppelt so viel Staub wie im 19. Jahrhundert. Die Anzahl sehr kleiner (weniger als 2,5 Mikrometer) Partikel eines Materials, das gemeinhin als „PM2,5“ bezeichnet wird, hat seit der industriellen Revolution um etwa 60 % zugenommen. Auch andere Aerosole wie Ozon haben zugenommen, mit schwerwiegenden gesundheitlichen Folgen für Menschen auf der ganzen Welt.
Luftverschmutzung wurde mit einem erhöhten Risiko für Herzerkrankungen, Schlaganfälle, Lungenerkrankungen und Asthma in Verbindung gebracht. Nach einigen aktuellen Schätzungen waren Feinstaubpartikel in der Luft im Jahr 2016 weltweit für mehr als vier Millionen vorzeitige Todesfälle verantwortlich, und Kinder und ältere Menschen waren am stärksten betroffen. Die Gesundheitsrisiken durch die Exposition gegenüber Feinstaub sind in China und Indien am höchsten, insbesondere in städtischen Gebieten.
Wie wirken Aerosole auf das Klima?
Aerosole beeinflussen das Klima hauptsächlich auf zwei Arten: durch Veränderung der Wärmemenge, die in die Atmosphäre eintritt oder aus ihr austritt, und durch Beeinflussung der Wolkenbildung.
Einige Aerosole, wie viele Arten von Staub aus Schotter, haben eine helle Farbe und reflektieren das Licht sogar leicht. Wenn die Sonnenstrahlen auf sie fallen, reflektieren sie die Strahlen der Atmosphäre zurück und verhindern, dass diese Wärme die Erdoberfläche erreicht. Dieser Effekt kann aber auch negativ besetzt sein: Der Ausbruch des Mount Pinatubo auf den Philippinen im Jahr 1991 schleuderte eine Menge winziger lichtreflektierender Partikel in die hohe Stratosphäre, die einer Fläche von 1,2 Quadratmeilen entsprach. was in der Folge zu einer Abkühlung des Planeten führte, die zwei Jahre lang nicht aufhörte. Und der Ausbruch des Tambora-Vulkans im Jahr 1815 verursachte 1816 in Westeuropa und Nordamerika ungewöhnlich kaltes Wetter, weshalb es den Spitznamen „Das Jahr ohne Sommer“ erhielt – es war so kalt und düster, dass es sogar Mary Shelley zu ihrem Gothic inspirierte Roman Frankenstein.
Aber andere Aerosole, wie kleine Rußpartikel aus verbrannter Kohle oder Holz, arbeiten umgekehrt und absorbieren die Wärme der Sonne. Dies erwärmt letztendlich die Atmosphäre, kühlt jedoch die Erdoberfläche ab, indem es die Sonnenstrahlen verlangsamt. Im Allgemeinen ist dieser Effekt wahrscheinlich schwächer als die Abkühlung durch die meisten anderen Aerosole – aber er wirkt sich durchaus aus, und je mehr Kohlenstoffmaterial sich in der Atmosphäre ansammelt, desto stärker erwärmt sich die Atmosphäre.
Aerosole beeinflussen auch die Bildung und das Wachstum von Wolken. Wassertröpfchen verschmelzen leicht um Partikel herum, sodass eine an Aerosolpartikeln reiche Atmosphäre die Wolkenbildung begünstigt. Weiße Wolken reflektieren einfallende Sonnenstrahlen und verhindern, dass sie die Oberfläche erreichen und die Erde und das Wasser erwärmen, aber sie absorbieren auch die ständig vom Planeten abgestrahlte Wärme und fangen sie in der unteren Atmosphäre ein. Je nach Art und Ort der Wolken können sie die Umgebung erwärmen oder kühlen.
Aerosole haben eine komplexe Reihe unterschiedlicher Auswirkungen auf den Planeten, und der Mensch hat ihre Anwesenheit, Menge und Verteilung direkt beeinflusst. Und während die Auswirkungen des Klimas komplex und variabel sind, sind die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit klar: Je mehr Feinstaub in der Luft, desto mehr schaden sie der menschlichen Gesundheit.