Die Luftqualität ist von vielen Schadstoffen beeinflusst, die sowohl gasförmiger als auch staubförmiger Natur sein können. Insbesondere die Kombination beider Aggregate kann wie in vergangenen Smogperioden durch Schwefeldioxid und Staubpartikeln zu erhöhten Belästigungen oder gar zu Gefahren für die Gesundheit führen.
Epidemiologische und toxikologische Studien führten zu der Erkenntnis, dass nicht nur allein die Konzentration aller Staubpartikel in der Luft erfasst und bewertet werden, sondern dass insbesondere feine und ultrafeine Staubpartikel messtechnisch erfasst werden sollten, damit diese Komponenten gesondert bewertbar sind.
Dabei handelt es sich um Staubpartikel, die über den Kehlkopf hinaus in die Lunge gelangen und dort je nach Größe und Zusammensetzung gesundheitsschädigende Wirkungen hervorrufen können.
Man unterteilt diese Feinstäube anhand ihres Durchmessers in drei Kategorien:
Inhalierbarer Feinstaub PM10*: < 10 µm
Lungengängiger Feinstaub PM2,5*: < 2,5 µm
Ultrafeine Partikel UP: < 0,1 µm
*PM: Particulate Matter
Feine Teilchen (von weniger als 2,5 µm Durchmesser) und ultrafeine Teilchen (bis unter 0,1 µm Durchmesser), die für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar sind, machen dabei den gesundheitlich relevanten Teil des Schwebstaubs aus. Die Konzentration von Feinstaub wird in mg, µg oder ng pro m³ Luft angegeben.
Die Teilchen stammen aus natürlichen und anthropogenen -also durch menschliche Aktivitäten erschlossene Quellen, die man in sekundäre und primäre Quellen unterteilt.
Zu den primären natürlichen Quellen zählen z.B.Seesalzaerosole, Bodenerosion, Vulkanismus, Biomasseverbrennung (Waldbrände) und biogene Quellen (Viren, Bakterien, Algen, Pilze, Pflanzenteile). Unter sekundären natürlichen Quellen versteht man chemische und physikalische Vorgänge in der Atmosphäre, die zu einer Entstehung von Partikeln führen.
Insbesondere für die Beurteilung regionaler und lokaler Staubbelastungen spielen jedoch anthropogene primäre Quellen eine entscheidende Rolle. Industrieprozesse, Straßenverkehr (unvollständige Verbrennung, Reifenabrieb, Aufwirbelung), Kraft- und Fernheizwerke (Flugaschepartikel), Haushalte, Kleinverbraucher und Schüttgutumschläge sind Hauptquellen für Staub. Folgende Übersicht zeigt die Anteile an der PM10-Emission der Industrieprozesse 1996 in Deutschland [UBA 1999] und unterstreicht die Metallindustrie und Steine und Erden als Hauptemittenten.
[ta]Industrieprozesse [z]Anteil %
[r]Stahl, Eisen [z]58,1
[r]Steine, Erde, Glas, Baustoffe [z]21,8
[r]Bergbau [z]7,8
[r]Chemische Industrie [z]6,6
[r]Holz, Zellstoff [z]3,7
[r]Andere [z]2,0
[r]Summe [z]100[te]
Sekundär anthropogen gebildete Partikel entstehen durch chemische und physikalische Reaktionen anthropogener Vorläufersubstanzen wie SO2, NOx, VOC und NH3, deren Quellen hauptsächlich in Industrie, Verkehr und Landwirtschaft zu suchen sind.
Die gesundheitliche Wirkung von Stäuben insbesondere von Feinstaub wurde gerade in den letzten Jahren in umweltepidemiologischen und toxikologischen Studien beschrieben. Inwieweit eine Gefahr für unsere Gesundheit besteht, hängt ganz entscheidend von der Konzentration, der Expositionszeit und der Partikelgröße ab.
Es werden der inhalierbarer Feinstaub PM10, die lungengängiger Feinstaub und der ultrafeine Feinstaub unterschieden. Die inhalierbare Fraktion wird bei Mund- und Nasenöffnung eingeatmet und zum Teil dort gebunden. Die lungengängige Fraktion gelangt beim Einatmen über den Kehlkopf hinaus in die Lunge, während die ultrafeine Fraktion bis in die inneren Teile der Lunge – die Alveolen – vordringt.
Das bedeutet, je kleiner die Partikel sind, um so größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass diese in die sensible alveolare Region vordringen und dort deponiert werden. Lösliche Anteile können toxische Substanzen freisetzen und somit zu entzündlichen Prozessen führen. Unlösliche Anteile bilden Schnittstellen zu Zellen, Gewebe und Lungenflüssigkeit.
Erhöhte Konzentrationen von Feinstaub können abhängig von der Konzentration und Dauer der Exposition zum Auftreten von Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, zu vermehrten Atemwegssymptomen bei Asthmatikern und sogar zum Anstieg der Mortalität führen.
Bei der Betrachtung der einzelnen Halbstundenmittelwerte, der Diagramme etc. darf zur Interpretation lediglich die zu Tagesmittelwerten und Jahresmittelwerten zusammengefassten Messwerte mit den jeweiligen gesetzlich vorgegebenen Immissionsgrenzwerten und deren Zeitbezug vergleichen werden (Vergleichbarkeit der Bezüge). Ein Vergleich der aktuellen Halbstunden z.B. mit Tagesmittelwerten oder gar Jahresmittelwerten ist hingegen nicht zulässig, da die festgelegten Grenzwerte unter Wirkungszusammenhängen nur für die jeweils entsprechenden Zeiträume festgelegt wurden.
Es ist keineswegs ungewöhnlich, dass einzelne Halbstundenmittelwerte gelegentlich hohe Konzentrationswerte aufweisen. Ursachen sind z.B. in Baustellentätigkeiten, Windböen nach längerer Trockenheit, Inversionswetterlagen u.a. zu suchen. So wurden an der Messstation Bremen-Nord schon Halbstundenspitzenwerte von 4000 µg/m³ registriert, die auf eine Baustellentätigkeit auf einem Nachbargrundstück zurückzuführen waren.
Die nachfolgende Tabelle der Arbeitsgruppe "Wirkung von Feinstaub auf die menschliche Gesundheit" der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN zeigt die Bandbreite der auftretenden Konzentrationen.
| Stationskategorie | ländlich | städtischer Hintergrund | verkehrsnah | Nähe Schwerindustrie (mit diffusen Quellen) |
|---|---|---|---|---|
| Jahresmittel (µg/m3) | 10-18 | 20-30 | 30-45 | 30-40 |
| Anzahl der Tage mit Tagesmittel >50 µg/m3 | 0-5 | 5-20 | 15-100 | 50-90 |
| Spitzenwerte Tagesmittel (µg/m3) | 50-70 | 60-100 | 70-150 | 100-200 |
Werden vorgegebene Immissionsgrenzwerte einschließlich der Toleranzmarge überschritten, hat die zuständige Behörde entsprechend § 47 BImSchG einen Luftreinhalteplan aufzustellen, welcher die erforderlichen Maßnahmen zur dauerhaften Verminderung von Luftverunreinigungen festlegt und den Anforderungen der Rechtsverordnung entspricht.
Für Feinstaub wurde diese Grenze bisher an keiner Station überschritten. Hingegen wurde für Stickstoffdioxid der einzuhaltenden Immissionsgrenzwertes plus Toleranzmarge an den beiden Verkehrsmessstationen in der Vergangenheit nicht eingehalten. Daher stellt das Land Bremen einen derzeit einen Luftreinhalteplan auf, der auch auf eine Verminderung der Feinstäube abzielt.
Aus den oben genannten Problemen bei der Interpretation von Einzelmesswerten in der Öffentlichkeit ergibt sich die Frage, wie Aussagen über die tägliche aktuelle Luftqualität in einer bewerteten und zusammenfassenden Form bereitgestellt werden können. Seit einiger Zeit beschäftigt sich der Länderausschuss für Immissionsschutz (LAI) mit der Aufstellung eines Luftqualitätsindex zur Information der Öffentlichkeit. Ein Anlass für diese Bemühungen war der von der Fa. Georisk entwickelte Luftbelastungs-Index. Dieser berechnet sich als Summen-Index nach den jeweils vier höchsten der fünf gemessenen Luftschadstoffe Ozon, Kohlenmonoxid, Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid und Feinstaub. Eine solche Aufsummierung der Quotienten aus Messwert und Grenzwert ist nach Einschätzung des LAI wirkungsseitig nicht begründet.
Die Fa. Georisk veröffentlicht auch eine s.g. Top Twenty, allerdings fehlt in dieser Darstellung ein Hinweis, dass es sich bei dieser Tabelle offenbar um einzelne Halbstundenwerte handelt. Dem Leser wird suggeriert, dass es sich hierbei um eine längere Belastungssituation über eine Woche handelt. Der LAI hat mit Hilfe toxikologisch begründeter Bewertungsskalen (analog zum Schulnotensystem, 1...sehr gut, ..., 6...sehr schlecht) für die Schadstoffe Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, Ozon und Schwebstaub PM10 einen wirkungsbezogenen Index aufgestellt. Hierbei bestimmt das gesundheitliche Potential die jeweiligen Indexklassen eines jeden Schadstoffes. Der Luftqualitätsindex wird definiert als die höchste besetzte Indexklasse.
Neue Überlegungen innerhalb des LAI gehen dahin, dass ein Index mit zusammengefassten Daten nicht empfehlenswert ist. Es sollte vielmehr auf die luftverunreinigenden Einzelstoffkomponenten zurückgegriffen werden, die für die Bundesrepublik Deutschland relevant und daher auch in die entsprechenden Regelwerke übernommen sind. Beurteilungsmaßstäbe sind dabei die jeweiligen Grenzwerte.