Waldbrandrauch reagiert mit Stadtverschmutzung und schafft neue giftige Luftgefahr

Der Rauch von Waldbränden enthält nicht nur gefährliche Partikel, sondern kann auch mit der städtischen Luftverschmutzung reagieren und giftiges Ozon erzeugen

Der Rauch massiver kanadischer Waldbrände weht über Tausende von Kilometern durch die USA, verdunkelt die Sonne und hüllt viele Städte in einen hustenauslösenden Dunst. Da der Rauch mit dem Wind weht, entsteht unterwegs auch eine neue Gefahr, die größer ist als die Summe seiner Teile: ein beunruhigender Ozoncocktail, der aus einer chemischen Reaktion zwischen den Rauchbestandteilen von Waldbränden und der städtischen Luftverschmutzung entsteht.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass Ozon ein Nebenprodukt der Reaktion zwischen Sonnenlicht und Chemikalien im Rauch von Waldbränden ist, die als flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und Stickoxide (NOx) bezeichnet werden. Wenn in der Atmosphäre viel Ozon vorhanden ist, ist dies von Vorteil, da es schädliche ultraviolette Strahlen blockiert. Aber Ozon an der Erdoberfläche kann Atemprobleme und andere Gesundheitsprobleme verursachen. Eine Anfang des Jahres in Environmental Science and Technology veröffentlichte Studie hat gezeigt, dass der Rauch Ozon erzeugen kann, selbst wenn das gesamte darin enthaltene NOx verschwunden ist. Wenn Wolken über Städten wehen, haben alle VOCs, die noch nicht chemisch reagiert haben, eine weitere Chance, sich mit den reichlich vorhandenen NOx-Mengen zu vermischen, die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in städtischen Gebieten entstehen.

Ein Großteil der Aufmerksamkeit für Luftqualitätsprobleme, die durch den Waldbrandrauch verursacht wurden, der in den letzten Tagen den Osten der USA bedeckt hat, konzentrierte sich auf Feinstaub: feine Partikel, die tief in die Lunge eingeatmet werden können und erhebliche Gesundheitsrisiken darstellen. Aber auch eine längere Exposition gegenüber erhöhten Ozonwerten ist gefährlich. Es kann Asthma verschlimmern und Husten, Halsschmerzen und Atembeschwerden verursachen, insbesondere bei Kindern, älteren Erwachsenen und Personen, die viel Zeit im Freien verbringen.

Ozonprobleme betreffen nicht nur Städte in der Nähe von Waldbränden: VOCs können langlebig sein, was bedeutet, dass selbst Brände aus mehr als 1.000 Meilen Entfernung die Ozonwerte in NOx-gefüllten Städten erhöhen können. Und der Klimawandel erhöht das Risiko, weil er zu häufigeren und intensiveren Waldbränden führt. „Das ist derzeit ein ernstes Problem“, sagt Steven Brown, Atmosphärenchemiker bei der National Oceanic and Atmospheric Administration und Mitautor der neuen Studie. „Mit dieser Reaktion auf den Klimawandel stehen wir nun vor einer ganz anderen Herausforderung. Diese neuen Emissionen, die durch Waldbrände entstehen, stellen eine Herausforderung für Menschen dar, die eine kontinuierliche Verbesserung der Luftqualität wünschen.“

Der Ozongehalt in den USA wird durch die National Ambient Air Quality Standards reguliert, die ihn auf 70 Teile pro Milliarde (ppb) im Durchschnitt über acht Stunden festlegen. Dieser Standard hat rechtliche Konsequenzen für Städte, die an zu vielen Tagen im Jahr mehr als 70 ppb Ozon aufweisen. Das durch Waldbrände verursachte Ozon „reicht leicht aus, um den Unterschied zu machen, ob eine Stadt über oder unter dem Standard liegt“, sagt Brown. Am 23. Mai, als Waldbrandrauch aus dem Westen Kanadas die Stadt einhüllte, überstieg an einem Standort in Denver die Ozonbelastung 81 ppb, verglichen mit einem durchschnittlichen Wert von etwa 40 ppb im bisherigen Jahresverlauf. Die Atmosphärenchemikerin Suzanne Paulson von der University of California in Los Angeles sagt, die Ergebnisse der neuen Studie seien wichtig, da erhöhte Ozonwerte „für bestimmte Gruppen von Bedeutung seien, insbesondere für diejenigen mit Atemwegserkrankungen“. Paulson, der an der neuen Forschung nicht beteiligt war, sagt, sie zeige, dass „es definitiv mehr Ozon geben wird, als es sonst der Fall gewesen wäre.“

Wenn ungesunde Ozonwerte vorliegen, empfiehlt die Environmental Protection Agency, drinnen zu bleiben, einen Luftreiniger zu kaufen, die Erholung im Freien auf die frühen Morgen- und Abendstunden zu beschränken und eine N95-Maske zu tragen.

Die Eindämmung des Beitrags des Waldbrandrauchs zum Ozon wird für jede Stadt eine einzigartige Herausforderung sein, sagt Brown. Die Ozonproduktion steigt mit der NOx-Konzentration – allerdings nur bis zu einem bestimmten Punkt. Oberhalb eines bestimmten NOx-Schwellenwerts wird die Ozonproduktion weniger effizient.

Eine Stadt gilt als „NOx-empfindlich“, wenn sie nicht die maximale Ozonmenge erreicht hat, die aus den NOx-Werten in der Atmosphäre erzeugt werden kann. Wenn umgekehrt eine Stadt den maximalen Ozonwert überschreitet, der aus dem verfügbaren NOx erzeugt werden kann, gilt sie als „NOx-gesättigt“. Die NOx-Sättigung ist tendenziell in der Nähe des Stadtkerns vorherrschend, wo der Großteil der Emissionen freigesetzt wird.

Entgegen der Intuition würde eine mit NOx gesättigte Stadt, die versucht, ihre NOx-Werte zu senken, um dem Rauch von Waldbränden Rechnung zu tragen, ihre Ozonwerte vorübergehend erhöhen. NOx-empfindliche Städte hingegen hätten einen viel einfacheren Ansatz zur Eindämmung: Strengere Vorschriften zur NOx-Produktion von Autos, Lastwagen, Baumaschinen und anderen industriellen Quellen könnten die Ozonwerte verbessern.

Trotz dieser Komplikation ist Brown optimistisch, dass das Problem gelöst werden kann. „Man kann ein Problem erst dann lösen, wenn man es versteht“, sagt er. Für viele machen die jüngsten schockierenden Bilder von Rauch, der die Freiheitsstatue auslöscht, deutlich, wie wichtig es ist, zu verstehen, wie die Komplexität der Luftqualität in unserem sich verändernden Klima für die Gesundheit von Millionen Menschen von entscheidender Bedeutung wird. Wie Paulson es ausdrückt, ist unsere rauchbeladene Landschaft ein „starkes Bild für die Auswirkungen des Klimawandels“.

Devin Farmiloe ist eine Umweltjournalistin mit Sitz in Boulder, Colorado. Derzeit ist sie Masterkandidatin im Journalismusprogramm der University of Colorado Boulder. Folgen Sie Devin auf Twitter @devinafarmiloe.

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