Feinstaub ist ein globales Problem. Die winzigen Partikel von weniger als einigen Mikrometer Größe sind gesundheitsschädlich und könnten weltweit für Millionen Todesfälle verantwortlich sein. Allein in Europa könnte zudem rund ein Drittel aller Asthmafälle bei Kindern auf die Feinstaubbelastung zurückgehen. Gleichzeitig wirken gerade die ultrafeinen Feinstaubpartikel als Kondensationskeime für Wolken Feinstaub kann zwar auch durch natürliche Prozesse entstehen, ein Großteil stammt aber heute aus anthropogenen Quellen. So werden Feinstaubpartikel, die kleiner sind als 2,5 Mikrometer, vorwiegend direkt durch Verbrennungsprozesse zum Beispiel in Kraftfahrzeugen oder Heizungen freigesetzt, man spricht von primärem Feinstaub. Die winzigen Teilchen können aber auch sekundär durch Anlagerung von Luftschadstoffen an bereits in der Luft umherschwebenden Nanopartikeln entstehen. Vor allem bei Wintersmog in Ballungsräumen macht dieser sekundäre Feinstaub einen erheblichen Anteil der Belastung aus.
Rasantes Partikelwachstum in der Wolkenkammer
Die schon bekannten Entstehungsmechanismen können aber nur einen Teil der in Großstädten gemessenen Feinstaubbelastungen erklären. Gerade in den asiatischen Megacities wird bei Wintersmog oft eine höhere Ultrafeinstaubbildung gemessen als es eigentlich geben dürfte. Denn gängiger Ansicht nach bleiben die kleinsten Anteile des Feinstaubs nicht lange erhalten: Nanopartikel von weniger als zehn Nanometern Größe lagern sich nach kurzer Zeit an größere Schwebstoffe an, was die Partikeldichte verringern müsste, erklären Mingyi Wang von der Carnegie Mellon University in Pittsburgh und ihre Kollegen. Sie sprechen daher auch von einem “Tal des Todes” für diese Feinstaubgrößen. In einem Experiment am Forschungszentrum CERN bei Genf haben die Forscher nun untersucht, woher der zusätzliche Ultrafeinstaub kommen könnte. Dafür stellten sie in der Wolkenkammer des CLOUD-Experiments die Bedingungen nach, die bei Wintersmog in den Straßen einer Großstadt herrschen. Bei diesen Wetterlagen liegt eine warme Luftschicht wie eine Decke über einer kälteren, tieferen Luftmasse und verhindert so ihr Aufsteigen und die Durchmischung der Luft. Dadurch bleiben auch die Abgase des Verkehrs, der Haushalte und anderer Emittenten in den Straßenschluchten gefangen und konzentrieren sich dort.
Die Experimente ergaben, dass die in der Luft schwebenden Nanopartikel entgegen den Erwartungen nicht von größeren “geschluckt” werden, sondern unter bestimmten Bedingungen erhalten bleiben – und dann zu Keimen für Ultrafeinstaub werden. Dies geschieht immer dann, wenn sich die beiden aus Autoabgasen gebildeten Luftschadstoffe Ammoniak und Salpetersäure in der Straßenluft kurzzeitig stark anreichern. Bisher dachte man, dass diese beiden Schadstoffe nur eine passive Rolle bei der Partikelbildung spielen”, sagt Jasper Kirkby, Leiter des CLOUD-Experiments am CERN. Doch wie das Team feststellte, lagern sich diese Schadstoffe an den Nanopartikeln an, bilden Ammoniumnitrat und führen zum Heranwachsen der Partikel zu Ultrafeinstaub. “Wir haben beobachtet, dass diese Nanopartikel innerhalb weniger Minuten sehr rasch anwachsen”, sagt Joachim Curtius von der Goethe-Universität Frankfurt. Die Wachstumsraten liegen teilweise beim Hundertfachen des bisher Bekannten. Resultat dieses Prozesses ist dann der dichte Smog aus Feinstaub und Ultrafeinstaub, der im Winter vor allem in asiatischen Großstädten für “dicke Luft” sorgt.
