Hohe Feinstaubbelastung als Folge sekundärer Aerosolbildung

• Dipl.-Umweltwis. Sabina Drechsler
• Dipl.-Met. Dr. Dieter Ahrens
• Dipl.-Chem. Dr. Ralf Lumpp
• Dipl.-Met. Dr. Thomas Holst
• Dipl.-Met. Dr. Ulrich Uhrner

Extreme PM₁₀-Belastungen treten verstärkt in einzelnen, ausgeprägten Episoden auf. Damit unterscheiden sich die Feinstaubimmissionen von anderen Luftbelastungen durch eine sehr starke zeitliche Variabilität. Solche Episoden treten großräumig auf und zeigen eine überragende Abhängigkeit von steuernden meteorologischen Größen, wie Luftmassenherkunft (Trajektorie), Mischungsschichthöhe, Globalstrahlung, Wind, Luft-Feuchte und Temperatur. Die Episoden zeigen in ihrem Auftreten ausgeprägte jahreszeitliche Unterschiede und konzentrieren sich in Baden-Württemberg im Wesentlichen auf Hochdruckwetterlagen im Winterhalbjahr (Oktober- April). Typisch ist zudem das zeitgleiche Auftreten erhöhter PM₁₀-Konzentrationen an mehreren, auch weit auseinander liegender Luftmessstationen. Vermutlich finden in solchen Situationen Aerosolbildungsprozesse auf einer regionalen Skala statt, welche sich in den Ballungsgebieten weiter verstärken und durch lokale Emissionen zusätzlich angereichert werden. Daher ist auch die Sekundäre Aerosolbildung, d.h. die Entstehung von Partikeln aus der Gasphase, als mögliche Ursache in Betracht zu ziehen. Für eine Episode im Februar 2005 im Raum Stuttgart wird versucht, über die zeitlichen Verläufe der Staubinhaltstoffe zusammen mit einer meteorologischen Situationsanalyse Hinweise auf die Entstehung und Herkunft des Schwebstaubs abzuleiten. Ergänzend wird mit einer Berechnung abgeschätzt, ob durch sekundäre Aerosolbildung im begrenzten Stadtgebiet aufgrund der dort emittierten gasförmigen Vorläufersubstanzen relevante Konzentrationswerte erreicht werden können. Es zeigt sich, dass für die großräumige Ausbildung von hohen PM₁₀-Konzentrationen weitgehend natürliche Einflussgrößen mit austauschhemmenden meteorologischen Bedingungen, vor allem niedrigen Mischungsschichthöhen, verantwortlich sind. Die sekundäre Aerosolbildung leistet einen erheblichen Beitrag zur Konzentrationserhöhung, die vorgestellten Untersuchungen liefern aber nur erste indirekte Hinweise über den Bildungsmechanismus. Es fehlen zur Absicherung dieser These weitgehend Daten, sowohl theoretischer als auch messtechnischer Art. Regelmäßige Messungen der Staubinhaltsstoffe und Vorläufersubstanzen wie Ammoniak und Salpetersäure sowie Ammonium auch in Stadtgebieten sind eine Vorraussetzung für vertiefte Erkenntnisse über die Reaktionsmechanismen.

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