Luftschadstoffe und Grenzwerte
Luftschadstoffe können auf Menschen, Tiere, Gewässer und Böden eine schädliche Wirkung haben. Vor allem menschliche Aktivitäten führen dazu, dass die Konzentration natürlich vorkommender Luftinhaltsstoffe erhöht wird beziehungsweise neue Stoffe in die Atmosphäre eingetragen werden und so die Sauberkeit der Luft beeinträchtigen.
In den letzten Jahrzehnten wurden zwar erhebliche Verbesserungen erzielt und Grenzwerte teils deutlich unterschritten. Einzelne Luftschadstoffe erfordern jedoch aktuell und zukünftig noch Aufmerksamkeit. Folgende Übersicht gibt Aufschluss über Eigenschaften, Quellen, gesundheitliche Wirkung und Grenzwerte von Luftschadstoffen.
Übersicht Luftschadstoffe
Eigenschaften und Quellen
Arsen ist ein Halbmetall und kommt nahezu überall in der Erdkruste in zumeist geringen Konzentrationen und unterschiedlichen Verbindungen vor. In der Luft tritt Arsen in partikulärer Form als Oxid auf. Als natürliche Quellen hierfür gelten Vulkanausbrüche und mikrobiologische Aktivität. Durch menschliche Aktivität wird Arsen durch Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Öl) in Feuerungsanlagen der Industrie, beim Hausbrand und in Kraftfahrzeugmotoren in die Umwelt freigesetzt.
Gesundheitliche Wirkung
Lösliche Verbindungen von Arsen haben gegenüber unlöslichen eine größere toxische Relevanz. Die gesundheitlichen Folgen sind abhängig von der Konzentration und Dauer der Einwirkungen und reichen von Hauterkrankungen und Schäden an Blutgefäßen bis zur Tumorbildung.
Zielwert
Der Zielwert für das Jahresmittel der Konzentration an Arsen im Feinstaub (PM10) beträgt zum Schutz der menschlichen Gesundheit 6 Nanogramm pro Kubikmeter.
Situation in Leipzig
Der für Arsen gesetzlich vorgegebene Zielwert für das Jahresmittel der Konzentration wird an den Luftmessstationen deutlich unterschritten.
Eigenschaften und Quellen
Benzo[a]pyren gehört zu den polyzyklisch aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und tritt häufig gemeinsam mit anderen PAK in der Umwelt auf. PAK entstehen bei der unvollständigen Verbrennung organischer Stoffe, beispielsweise in Öfen (Feuerungsanlagen) und in Kraftfahrzeugmotoren. Weitere Quellen von PAKs sind das Grillen oder Räuchern und das Rauchen. Benzo[a]pyren ist nur gering wasserlöslich und besitzt bei Raumtemperatur einen festen Aggregatzustand.
Gesundheitliche Wirkung
Benzo[a]pyren kann inhalativ, über die Haut und über den Magen-Darm-Trakt in den menschlichen Körper gelangen. Die Substanz ist als krebserregend eingestuft, kann genetische Defekte verursachen, die Fruchtbarkeit beeinträchtigen oder ungeborene Kinder schädigen.
Zielwert
Der Zielwert für das Jahresmittel der Konzentration an Benzo[a]pyren im Feinstaub (PM10) beträgt zum Schutz der menschlichen Gesundheit 1 Nanogramm pro Kubikmeter.
Situation in Leipzig
Der für Benzo[a]pyren gesetzlich vorgegebene Zielwert für das Jahresmittel der Konzentration wird an den Luftmessstationen unterschritten.
Eigenschaften und Quellen
Benzol ist eine farblose, leicht flüchtige und giftige Flüssigkeit. Natürlicherweise kommt es in Steinkohle und Erdöl vor, woraus es mittels chemischer Verfahren gewonnen werden kann. Es hat einen breiten Anwendungsbereich als Laborchemikalie (Lösungsmittel). Weiterhin wird Benzol dem Benzin zugemischt, um eine klopffreie Verbrennung zu gewährleisten. Der Hauptanteil der Emissionen geht deshalb auf Kraftfahrzeuge zurück.
Gesundheitliche Wirkung
Benzoldämpfe sind beim Einatmen giftig. Eine Benzolkonzentration von 2 Prozent in der Atemluft verursacht bereits nach 5 bis 10 Minuten den Eintritt des Todes. Ist man einer geringen Konzentration über einen längeren Zeitraum ausgesetzt, führt dies zu Schädigungen der inneren Organe und des Knochenmarks, wo Benzol eine krebserregende Wirkung entfaltet.
Grenzwert
Der Grenzwert für das Jahresmittel der Konzentration beträgt zum Schutz der menschlichen Gesundheit 5 Mikrogramm pro Kubikmeter.
Situation in Leipzig
Der für Benzol gesetzlich vorgegebene Grenzwert für das Jahresmittel der Konzentration wird an den Luftmessstationen unterschritten.
Eigenschaften und Quellen
Blei ist ein Schwermetall, verhältnismäßig weich, besitzt eine hohe Dichte und eine niedrige Schmelztemperatur. In der Atmosphäre zählt Blei zu den metallischen Hauptschadstoffen. Wurden seit Beginn der 50er Jahre noch große Mengen an Blei durch den Betrieb von Verbrennungsmotoren mit verbleitem Benzin freigesetzt, hat sich nach dem Inkrafttreten des Benzinbleigesetzes im Jahr 1971 die Freisetzung erheblich verringert. Seit dem 1.1.2000 ist das Inverkehrbringen von verbleitem Ottokraftstoff in den Mitgliedstaaten der EU untersagt (RL 98/70/EG). Der Grenzwert für den Bleigehalt im Ottokraftstoff beträgt 0,005 Gramm pro Lieter. Ausnahmen davon gelten nur in geringem Umfang.
Der Straßenverkehr ist auch heute noch die maßgebliche Emissionsquelle. Blei wird durch Abrieb von Bremsen und Reifen in die Luft emittiert.
Geringe Emissionen an Bleiverbindungen gehen zudem mit der Verbrennung fossiler Brennstoffe in Feuerungsanlagen der Industrie und beim Hausbrand einher.
Gesundheitliche Wirkung
Blei ist wie viele Schwermetalle giftig. Bleihaltige Aerosole gelangen über die Lunge in den menschlichen Körper. Schon geringe Schadstoffmengen können insbesondere bei Kindern zu einer Schädigung des Nervensystems führen. Symptome einer chronischen Vergiftung sind unter anderem Kopfschmerz, Müdigkeit und Appetitlosigkeit. Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) hat Blei und seine anorganischen Verbindungen als möglicherweise/ wahrscheinlich krebserregend eingestuft.
Grenzwert
Der Grenzwert für das Jahresmittel der Konzentration von Blei im Feinstaub (PM10) beträgt zum Schutz der menschlichen Gesundheit 0,5 Mikrogramm pro Kubikmeter.
Situation in Leipzig
Der für Blei gesetzlich vorgegebene Grenzwert für das Jahresmittel der Konzentration wird an den Luftmessstationen deutlich unterschritten.
Eigenschaften und Quellen
Cadmium ist ein silberweißes, glänzendes und sehr weiches, plastisch formbares Schwermetall. Als natürliche Quellen sind Vulkanausbrüche und Waldbrände zu nennen. Durch menschliche Aktivität gelangen Cadmium und seine Verbindungen durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und Siedlungsabfällen in industriellen Feuerungsanlagen in die Luft. Daneben stellen technologische Prozesse bei der Gewinnung cadmiumhaltiger Erze sowie in der Metallindustrie (zum Beispiel Zinkschmelzen) und der Straßenverkehr eine Quelle für die Belastung der Luft mit Cadmium dar.
Gesundheitliche Wirkung
Cadmium ist wie viele Schwermetalle giftig. Es reichert sich im Körper an und kann aufgrund seiner gegenüber Kalzium bevorzugten Einlagerung in den Knochen zu einer Knochenerweichung und schmerzhaften Skelettveränderungen führen. Cadmium ist vor allem nierentoxisch und kann bei akuten Vergiftungen tödlich wirken. Cadmium und seine Verbindungen sind als krebserregend eingestuft.
Zielwert
Der Zielwert für das Jahresmittel der Konzentration an Cadmium im Feinstaub (PM10) beträgt zum Schutz der menschlichen Gesundheit 5 Nanogramm pro Kubikmeter.
Situation in Leipzig
Der für Cadmium gesetzlich vorgegebene Zielwert für das Jahresmittel der Konzentration wird an den Luftmessstationen deutlich unterschritten.
Eigenschaften und Quellen
Als Feinstaub oder englisch "Particulate Matter" (PM) wird ein Teil der in der Luft suspendierten Schwebstoffe (Schwebstaub) bezeichnet. Schwebstoffe bestehen aus festen oder flüssigen Partikeln, die nicht sofort zu Boden sinken, sondern eine gewisse Zeit in der Atmosphäre verweilen - schweben.
Je nach Korngröße der Partikel werden diese in einzelne Fraktionen unterteilt. Unter PM10 sind alle Partikel zu verstehen, deren Durchmesser kleiner als 10 Mikrometer (das sind 10 Millionstel Meter) ist. Eine Teilmenge der PM10-Fraktion sind die feineren Partikel, deren Durchmesser weniger als 2,5 Mikrometer beträgt. Diese werden als "Feinfraktion" oder PM2,5 und im Gegensatz dazu Partikel im Größenbereich 2,5 bis 10 Mikrometer als "Grobfraktion" bezeichnet. Partikel die kleiner als 0,1 Mikrometer (100 Nanometer) sind, werden als ultrafeine Partikel (PM0,1 oder häufig UP für "Ultrafine Particles") bezeichnet.
Die Grafik (jpg 244 KB) verdeutlicht das Größenverhältnis der einzelnen Partikelfraktionen untereinander an Hand visuell vorstellbarer Gegenstände.
Feinstaub gelangt durch natürliche Vorgänge in die Atmosphäre, beispielsweise durch Vulkanausbrüche, Aufwirbelung von Bodenmaterial ("Saharastaub") oder in Form von Seesalzkernen. Daneben tragen von Pflanzen freigesetzte flüchtige organische Verbindungen zur Bildung von Feinstaub ("sekundärer Feinstaub") bei. Durch Menschen veranlasste Emissionen rühren aus dem Betrieb von Kraftfahrzeugen, Feuerungsanlagen der Industrie (Kraftwerke) und Heizungsanlagen in Wohngebäuden. Neben industriellen Prozessen, zum Beispiel der Metall- und Stahlerzeugung, dem Abbau und der Verarbeitung von Kiesen und Sanden sowie dem Schüttgutumschlag, wird ein Großteil der Feinstaubbelastung durch die Landwirtschaft erzeugt. Bei der Tierhaltung entstehen gasförmige Verbindungen, wie zum Beispiel Ammoniak, die als sogenannte Vorläuferstoffe an der Feinstaubbildung ("sekundärer Feinstaub") beteiligt sind.
Gesundheitliche Wirkung
Die gesundheitliche Relevanz von Feinstaub (PM10) hängt von verschiedenen Faktoren ab. Neben der Konzentration der Partikel in der Luft spielen die Expositionsdauer, die Partikelgröße und damit ihre Eindringtiefe in den Organismus, die chemische Zusammensetzung und die Beladung der Oberfläche der Partikel mit chemischen Substanzen eine entscheidende Rolle.
Partikel mit einem Durchmesser kleiner als 10 Mikrometer (PM10) werden beim Einatmen bis in die Bronchien und Bronchiolen transportiert. Kleinere Partikel (PM2,5) können bis in die Lungenbläschen vordringen. Ultrafeine Partikel (PM0,1), hierzu zählt der besonders toxische Dieselruß, können in die Blutbahn übertreten und ihre schädigende Wirkung im Blut oder in anderen Organen (Leber, Herz, Gehirn) entfalten.
Zu den dokumentierten Kurzzeiteffekten zählen beispielsweise erhöhte Krankenhausaufnahmen und Arztbesuche wegen Atemwegs- und Herz-Kreislauferkrankungen unmittelbar nach kurzzeitig erhöhter Feinstaubbelastung. Die Ergebnisse der Untersuchungen zur Langzeitexposition gegenüber Feinstaub zeigen einen Anstieg der Sterblichkeit in Folge von Herz-Kreislauferkrankungen und Lungenkrebs.
Grenzwerte
Der Grenzwert für das Jahresmittel der Konzentration an Feinstaub (PM10) beträgt zum Schutz der menschlichen Gesundheit 40 Mikrogramm pro Kubikmeter. Daneben gilt ein Grenzwert in Höhe von 50 Mikrogramm pro Kubikmeter gemittelt über einen Tag, der nicht öfter als 35 Mal im Kalenderjahr überschritten werden darf. Der Grenzwert für das Jahresmittel der Konzentration an Feinstaub (PM2,5) beträgt zum Schutzder menschlichen Gesundheit 25 Mikrogramm pro Kubikmeter.
Situation in Leipzig
Die Belastung mit Feinstaub (PM10 und PM2,5) hat ausgehend vom Jahr 2010 sowohl an verkehrsreichen Straßen als auch im städtischen Hintergrund weiter abgenommen. Dies ist an den Jahresmittelwerten der Luftmessstationen gut erkennbar. Zudem hat sich die Anzahl der Tage verringert, an denen der Tagesgrenzwert für PM10 in Höhe von 50 Mikrogramm pro Kubikmeter überschritten wurde. Schwankungen zwischen einzelnen Jahren sind überwiegend auf meteorologische Einflüsse zurückzuführen (siehe Messung der Luftbelastung).
Rechnerische Untersuchungen geben Hinweis darauf, dass wenige bewohnte Straßenabschnitte mit hohem Verkehrsaufkommen und eingeschränkter Durchlüftung von einer Überschreitung des Grenzwertes für das Tagesmittel an mehr als 35 Tagen betroffen sind. Aus diesem Anlass wurde der Luftreinhalteplan für Leipzig fortgeschrieben.
Der für Feinstaub (PM2,5) gesetzlich vorgegebene Grenzwert für das Jahresmittel der Konzentration wird an den Luftmessstationen deutlich unterschritten.
Eigenschaften und Quellen
Kohlenmonoxid ist ein farbloses sowie geruch- und geschmackloses Gas. Es entsteht beispielsweise bei unvollständiger Verbrennung von Kohlenstoff sowie kohlenstoffhaltigen Verbindungen in Feuerungsanlagen der Industrie, beim Hausbrand und in Kraftfahrzeugmotoren. Durch motortechnische Optimierung und Abgasnachbehandlung haben sich die Emissionen im Kraftfahrzeugbereich erheblich reduziert, so dass der geltende Grenzwert aktuell weit unterschritten wird. Kohlenmonoxid wird unter anderem auch durch photochemische Reaktion leicht flüchtiger organischer Verbindungen mit Hydroxyl-Radikalen gebildet.
Gesundheitliche Wirkung
Kohlenmonoxid kann an den roten Blutfarbstoff Hämoglobin binden und so die Aufnahme von Sauerstoff im Körper verhindern. Die gesundheitlichen Folgen sind abhängig von der Konzentration in der Luft beziehungsweise im Blut und reichen von Kopfschmerzen, Müdigkeit über Atemstörungen bis zum Tod.
Grenzwert
Der Grenzwert für das Jahresmittel der Konzentration beträgt zum Schutz der menschlichen Gesundheit 10 Milligramm pro Kubikmeter.
Situation in Leipzig
Der für Kohlenmonoxid gesetzlich vorgegebene Grenzwert für das Jahresmittel der Konzentration wird an den Luftmessstationen deutlich unterschritten.
Eigenschaften und Quellen
Nickel ist ein silberweißes Schwermetall von mittlerer Härte. Das Metall gelangt durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und Siedlungsabfällen in industriellen Feuerungsanlagen und bei der Mineralölverarbeitung in die Luft. Zudem wird Nickel bei der Verbrennung fossiler Kraftstoffe im Straßenverkehr freigesetzt. Ein weiterer bedeutsamer Emittent ist die Metallindustrie.
Gesundheitliche Wirkung
Nickel kann sowohl über die Atemwege als auch über die Haut Eingang in den Körper finden. Im Wesentlichen ist Nickel in der Allgemeinbevölkerung als Kontaktallergen von Bedeutung. Verbindungen die Nickel enthalten, sind generell als krebserzeugend für den Menschen eingestuft. Metallisches Nickel gilt als wahrscheinlich krebserregend.
Zielwert
Der Zielwert für das Jahresmittel der Konzentration an Nickel im Feinstaub (PM10) beträgt zum Schutz der menschlichen Gesundheit 20 Nanogramm pro Kubikmeter.
Situation in Leipzig
Der für Nickel gesetzlich vorgegebene Zielwert für das Jahresmittel der Konzentration wird an den Luftmessstationen deutlich unterschritten.
Eigenschaften und Quellen
Ozon (O3) ist ein sogenannter sekundärer Luftschadstoff. Bei intensiver Sonneneinstrahlung wird Ozon durch komplexe photochemische Prozesse aus Vorläuferstoffen, überwiegend Stickstoffoxide und flüchtige organische Verbindungen, gebildet. Sommerliche Hochdruckwetterlagen (hohe Temperaturen, starke Sonneneinstrahlung) begünstigen somit die Entstehung von bodennahem Ozon (= troposphärisches Ozon → in Abgrenzung zu stratosphärischem Ozon). In städtischen Ballungsräumen kommt es aufgrund des nächtlichen Ozonabbaus - Rückreaktion mit Stickstoffmonoxid (NO) der Autoabgase und sonstigen Quellen unter Bildung von Stickstoffdioxid (NO2) - kaum zu Grenzwertüberschreitungen. Stickstoffdioxid (NO2) kann allerdings über weite Strecken transportiert werden und an quellfernen Orten unter dem Einfluss von Sonnenlicht unter Bildung von Ozon wieder zerfallen. In ländlichen Gebieten, in denen weniger Schadstoffe vorhanden sind, die den Ozonabbau beschleunigen, führt dies häufig zu höheren Ozonkonzentrationen als im Ballungsraum, dem eigentlichen Ausgangsort der Entstehung.
Gesundheitliche Wirkung
Ozon ist ein giftiges und chemisch sehr reaktives Gas. Es greift deshalb viele Stoffe an und kann Menschen, Pflanzen und Materialien schädigen. Erhöhte Ozonkonzentrationen reizen die Atemwege sowie Schleim- und Bindehäute, können die Lungenfunktion beeinträchtigen und das Gewebe schädigen.
Zielwert
Zum Schutz der menschlichen Gesundheit darf der maximale 8-Stunden-Wert eines Tages an höchstens 25 Tagen pro Kalenderjahr, gemittelt über 3 Jahre, den Wert von 120 Mikrogramm pro Kubikmeter überschreiten. Langfristiges Ziel sind gar keine Überschreitungen.
Situation in Leipzig
Der für Ozon gesetzlich vorgegebene Zielwert mit 25 Überschreitungen wird an den Luftmessstationen unterschritten. Das langfristige Ziel wird aktuell nicht erreicht (siehe Messung der Luftbelastung).
Eigenschaften und Quellen
Der Begriff Stickstoffoxide (NOx) ist eine Sammelbezeichnung für gasförmige Oxide des Stickstoffs. Nach der Begriffsbestimmung in der 39. Verordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetz sind Stickstoffoxide die Summe der Volumenmischungsverhältnisse von Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2). Stickstoffdioxid ist ein Gas von stechend stickigem Geruch.
Stickstoffoxide entstehen als unerwünschtes Nebenprodukt bei Verbrennungsprozessen. Hauptquellen sind Kraftfahrzeugmotoren und Feuerungsanlagen, wobei den Auspuffabgasen der Autos wegen der direkten Freisetzung in den Aufenthaltsbereich des Menschen eine besondere Bedeutung beizumessen ist.
Gesundheitliche Wirkung
Stickstoffmonoxid stellt in den Konzentrationen, die normalerweise in der Atmosphäre auftreten, keine gesundheitliche Gefährdung dar. Da es relativ reaktionsfreudig ist, wird es allerdings schnell zu Stickstoffdioxid (NO2) umgewandelt.
Stickstoffdioxid kann aufgrund seiner sauren Reaktion mit Wasser die Schleimhäute der Atemwege angreifen. Es kann langfristig zu einer Beeinträchtigung der Lungenfunktion, bei Kindern zu einer Beeinträchtigung des Lungenwachstums, und zu infektbedingten Atemwegssymptomen wie Husten oder Bronchitis führen.
Grenzwerte
Der Grenzwert für das Jahresmittel der Konzentration beträgt zum Schutz der menschlichen Gesundheit 40 Mikrogramm pro Kubikmeter. Daneben gilt ein Grenzwert in Höhe von 200 Mikrogramm pro Kubikmeter gemittelt über eine Stunde, der nicht öfter als 18 Mal im Kalenderjahr überschritten werden darf.
Situation in Leipzig
An der verkehrsnahen Messstelle Leipzig-Mitte nimmt die NO2-Konzentration im Jahresmittel ausgehend vom Jahr 2010/2011 im Trend stetig ab. Der Jahresmittelwert für das Jahr 2014 war mit Stand zum 31.12.2014 der niedrigste seit 1995.
An der verkehrsnahen Messstelle in der Lützner Straße ist von 2010 bis 2012 ein Absinken, gefolgt von einem Wiederanstieg der NO2-Konzentration im Jahresmittel zu beobachten. Dieser Effekt ist überwiegend auf ein baustellenbedingt geringeres Verkehrsaufkommen zurückzuführen. Für die Überschreitung des Grenzwertes in Höhe von 40 Mikrogramm pro Kubikmeter im Jahr 2018 war ebenfalls baustellenbedingter Umleitungsverkehr mitursächlich (siehe Messung der Luftbelastung).
Daneben geben rechnerische Untersuchungen Hinweis darauf, dass einzelne bewohnte Straßenabschnitte mit hohem Verkehrsaufkommen und eingeschränkter Durchlüftung von Grenzwertüberschreitungen betroffen sind (siehe Modellierung der Luftbelastung). Aus diesem Anlass wurde der Luftreinhalteplan für Leipzig fortgeschrieben.
Eigenschaften und Quellen
Schwefeldioxid ist ein farbloses Gas von stechendem Geruch. Natürliche Quellen sind schwefelhaltige Verbindungen in Ozeanen und Sümpfen und deren Oxidation sowie Vulkanausbrüche. Durch menschliche Aktivität wird Schwefeldioxid durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe (Kohle, Öle) in industriellen Feuerungsanlagen und beim Hausbrand freigesetzt. Die Emissionen haben sich jedoch seit den 1990er Jahren durch die Entschwefelung des Rauchgases von Kohlekraftwerken und die Nutzung schwefelarmer und schwefelfreier Brenn- und Kraftstoffe stark reduziert.
Gesundheitliche Wirkung
Schwefeldioxid kann aufgrund seiner Wasserlöslichkeit und sauren Reaktion mit Wasser unter Bildung von Schwefelsäure die Schleimhäute der Atemwege angreifen, sie reizen und schädigen. Neben Krämpfen der Bronchialmuskulatur und Reizhusten treten bei höheren Konzentrationen Hornhauttrübung und Atemnot auf. Anzeichnen längeren Einatmens sind Geschmacksverlust, Beklemmungsgefühl, Lungenentzündung bis hin zu Herz-Kreislauf-Versagen.
Grenzwerte
Der Grenzwert für das Tagesmittel der Konzentration beträgt zum Schutz der menschlichen Gesundheit 125 Mikrogramm pro Kubikmeter. Dieser darf höchstens 3 Mal im Jahr überschritten werden. Daneben gilt ein Grenzwert in Höhe von 350 Mikrogramm pro Kubikmeter gemittelt über eine Stunde, der nicht öfter als 24 Mal im Kalenderjahr überschritten werden darf.
Situation in Leipzig
Die für Schwefeldioxid gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit werden an den Luftmessstationen deutlich unterschritten.