Definition: Was ist Luft?
Luft ist das gasförmige Gemisch, das die Erde umgibt und die Atmosphäre bildet. Sie ist für Menschen, Tiere, Pflanzen und zahlreiche Mikroorganismen eine grundlegende Lebensvoraussetzung. Obwohl Luft meist unsichtbar erscheint, besitzt sie Masse, übt Druck aus und enthält verschiedene gasförmige sowie feste und flüssige Bestandteile.
Die bodennahe Luft besteht überwiegend aus Stickstoff und Sauerstoff. Hinzu kommen Argon, Kohlendioxid, Wasserdampf und zahlreiche Spurengase. Ihre genaue Zusammensetzung verändert sich abhängig von Höhe, Temperatur, Feuchtigkeit, Wetterlage und örtlichen Emissionsquellen. Außerdem enthält Luft natürliche und vom Menschen verursachte Partikel wie Staub, Pollen, Meersalz, Ruß oder Rauch.
Luft ist kein räumlich abgegrenzter Stoffvorrat. Sie bewegt sich ständig, wird erwärmt und abgekühlt, steigt auf, sinkt ab und wird durch Winde über große Entfernungen transportiert. Dadurch verbindet die Atmosphäre unterschiedliche Landschaften, Staaten und Kontinente miteinander. Luftverunreinigungen können deshalb weit entfernt von ihrem Entstehungsort nachgewiesen werden.
Zusammensetzung der Luft
Trockene, saubere Luft enthält ungefähr 78 Prozent Stickstoff und etwa 21 Prozent Sauerstoff. Knapp ein Prozent entfällt auf Argon. Kohlendioxid ist nur in einem wesentlich geringeren Anteil vorhanden, besitzt jedoch eine große Bedeutung für den Kohlenstoffkreislauf und das Klima.
Der Wasserdampfgehalt ist stark veränderlich. In trockenen Luftmassen kann nur wenig Wasserdampf enthalten sein, während feuchtwarme Luft deutlich größere Mengen aufnimmt. Wasserdampf beeinflusst Wolkenbildung, Niederschlag, Wärmehaushalt und Wettergeschehen.
Stickstoff
Stickstoff ist der mengenmäßig wichtigste Bestandteil der Luft. Molekularer Stickstoff reagiert unter normalen Bedingungen nur langsam und verdünnt den reaktionsfreudigeren Sauerstoff. Für Lebewesen ist Stickstoff ein wichtiger Bestandteil von Eiweißen und Erbmaterial. Die meisten Organismen können den gasförmigen Stickstoff der Atmosphäre jedoch nicht direkt nutzen.
Bestimmte Mikroorganismen wandeln Luftstickstoff in chemische Verbindungen um, die von Pflanzen aufgenommen werden können. Weitere Umwandlungen erfolgen im Boden, in Gewässern und durch technische Verfahren. Auf diese Weise ist die Luft in den natürlichen und vom Menschen veränderten Stickstoffkreislauf eingebunden.
Sauerstoff
Sauerstoff wird von Menschen und vielen Tieren für die Zellatmung benötigt. Dabei werden energiereiche Stoffe umgesetzt und Energie für Lebensvorgänge bereitgestellt. Auch viele Mikroorganismen nutzen Sauerstoff. Darüber hinaus ermöglicht das Gas Verbrennungsprozesse und zahlreiche chemische Reaktionen.
Der Sauerstoff der Atmosphäre wird vor allem durch Fotosynthese gebildet. Pflanzen, Algen und bestimmte Bakterien nehmen Kohlendioxid auf und setzen unter Nutzung von Lichtenergie Sauerstoff frei. Atmung, Zersetzung und Verbrennung verbrauchen Sauerstoff und führen Kohlendioxid in die Atmosphäre zurück.
Kohlendioxid und Spurengase
Kohlendioxid kommt nur in vergleichsweise geringer Konzentration vor, ist aber für Pflanzen ein notwendiger Ausgangsstoff der Fotosynthese. Es entsteht unter anderem durch Atmung, Zersetzung, Brände, vulkanische Aktivität und die Verbrennung kohlenstoffhaltiger Energieträger.
Als Treibhausgas trägt Kohlendioxid dazu bei, dass ein Teil der von der Erde abgegebenen Wärmestrahlung in der Atmosphäre zurückgehalten wird. Dieser natürliche Treibhauseffekt ermöglicht lebensfreundliche Temperaturen. Eine zusätzliche Anreicherung durch menschliche Aktivitäten verstärkt jedoch die Erwärmung des Klimas.
Weitere Spurengase sind unter anderem Methan, Lachgas, Ozon und verschiedene Edelgase. Obwohl sie nur geringe Anteile ausmachen, können sie für Klima, Luftchemie und Gesundheit von großer Bedeutung sein.
Die Atmosphäre
Die Lufthülle der Erde wird als Atmosphäre bezeichnet. Sie reicht weit über die Erdoberfläche hinaus, wird mit zunehmender Höhe jedoch immer dünner. Der größte Teil ihrer Masse befindet sich in den unteren Kilometern. Die Atmosphäre wird nach Temperaturverlauf und physikalischen Eigenschaften in mehrere Schichten gegliedert.
Troposphäre
Die Troposphäre ist die unterste Atmosphärenschicht. In ihr findet der größte Teil des Wettergeschehens statt. Wolken, Regen, Schnee, Wind und Gewitter entstehen überwiegend in diesem Bereich. Die Lufttemperatur nimmt mit steigender Höhe im Allgemeinen ab.
Die Höhe der Troposphäre variiert. Über den Polen ist sie niedriger, über den Tropen höher. Da Menschen, Tiere und Landpflanzen in ihrem untersten Bereich leben, wirken sich Veränderungen der Luftzusammensetzung hier besonders unmittelbar aus.
Stratosphäre und Ozonschicht
Oberhalb der Troposphäre liegt die Stratosphäre. In ihr befindet sich ein großer Teil des atmosphärischen Ozons. Dieses Gas absorbiert einen erheblichen Anteil der energiereichen ultravioletten Sonnenstrahlung und schützt dadurch Lebewesen vor schädlicher Strahlung.
Ozon erfüllt abhängig von seiner Höhenlage unterschiedliche Funktionen. In der Stratosphäre ist es für den Strahlenschutz wichtig. In Bodennähe gilt es dagegen als Luftschadstoff, der Atemwege und Pflanzen schädigen kann.
Funktionen der Luft
Luft stellt Atemgase bereit, transportiert Wärme und Feuchtigkeit und ermöglicht zahlreiche Stoffkreisläufe. Ohne Atmosphäre würden starke Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht herrschen. Die Lufthülle verteilt einen Teil der eingestrahlten Sonnenenergie und beeinflusst das Klima der gesamten Erde.
Die Atmosphäre schützt die Erdoberfläche außerdem vor einem Teil der kosmischen Strahlung. Kleinere Gesteins- und Staubteilchen aus dem Weltraum verglühen häufig beim Eintritt in dichtere Luftschichten. Gleichzeitig ermöglicht die Atmosphäre die Ausbreitung von Schall, da Schallwellen ein Medium benötigen.
Luft als Lebensraum
Obwohl die Luft kein dauerhaft stabiler Lebensraum wie Boden oder Wasser ist, wird sie von zahlreichen Organismen genutzt. Vögel, Fledermäuse und Insekten bewegen sich aktiv durch die Luft. Sporen, Pollen, Samen, Bakterien und kleine Tiere können über Luftströmungen verbreitet werden.
Dieser Transport trägt zur Fortpflanzung und Ausbreitung von Arten bei. Gleichzeitig können Krankheitserreger, Allergene oder invasive Organismen über die Luft verbreitet werden. Wie weit Partikel transportiert werden, hängt von Größe, Gewicht, Wetter und atmosphärischer Stabilität ab.
Luftbewegungen und Wetter
Luft gerät durch Temperatur- und Druckunterschiede in Bewegung. Von der Sonne erwärmte Luft dehnt sich aus, wird leichter und steigt auf. Kühlere Luft sinkt ab. Dadurch entstehen Druckunterschiede, die durch horizontale Luftbewegungen ausgeglichen werden. Diese Bewegungen werden als Wind wahrgenommen.
Auf globaler Ebene werden Luftströmungen zusätzlich durch die Erdrotation, die Verteilung von Land und Meer sowie Gebirge beeinflusst. Sie transportieren Wärme von den Tropen in höhere Breiten und prägen regionale Klimaverhältnisse.
Luftfeuchtigkeit und Niederschlag
Wasser verdunstet aus Meeren, Seen, Flüssen, Böden und Pflanzen und gelangt als Wasserdampf in die Luft. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen als kalte Luft. Kühlt feuchte Luft ab, kann Wasserdampf zu kleinen Tröpfchen oder Eiskristallen kondensieren.
Auf diese Weise entstehen Wolken und Nebel. Wachsen die Wassertröpfchen oder Eiskristalle ausreichend an, fallen sie als Regen, Schnee, Hagel oder anderer Niederschlag zur Erdoberfläche. Die Luft bildet damit ein wichtiges Transportmedium im Wasserkreislauf.
Luftverschmutzung
Luftverschmutzung entsteht, wenn Schadstoffe in Konzentrationen auftreten, die Menschen, Tiere, Pflanzen, Materialien oder Ökosysteme beeinträchtigen können. Zu den wichtigen Luftschadstoffen gehören Feinstaub, Stickoxide, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, bodennahes Ozon und flüchtige organische Verbindungen.
Die Stoffe stammen aus Verkehr, Industrie, Energieerzeugung, Landwirtschaft, Heizungen und Verbrennungsprozessen. Hinzu kommen natürliche Quellen wie Vulkane, Waldbrände, Meersalz, Bodenerosion und Pollen. Ob eine Belastung entsteht, hängt nicht nur von der ausgestoßenen Menge ab, sondern auch von Wetter, Gelände und chemischen Reaktionen in der Atmosphäre.
Feinstaub
Feinstaub besteht aus sehr kleinen festen oder flüssigen Partikeln. Gröbere Teilchen werden teilweise in Nase und Rachen zurückgehalten. Kleinere Partikel können tief in die Atemwege gelangen. Besonders kleine Teilchen können unter bestimmten Bedingungen bis in den Blutkreislauf vordringen.
Feinstaub entsteht direkt bei Verbrennung, Reifen- und Bremsabrieb, Bauarbeiten oder landwirtschaftlichen Tätigkeiten. Ein Teil bildet sich erst in der Atmosphäre aus gasförmigen Vorläuferstoffen. Dazu gehören Stickoxide, Schwefeldioxid und Ammoniak.
Stickoxide und bodennahes Ozon
Stickoxide entstehen vor allem bei Verbrennungsprozessen mit hohen Temperaturen. Wichtige Quellen sind Motoren, Kraftwerke und Feuerungsanlagen. Sie reizen die Atemwege und tragen zur Bildung von bodennahem Ozon sowie sekundärem Feinstaub bei.
Bodennahes Ozon entsteht nicht direkt an einer einzelnen Quelle. Es bildet sich bei intensiver Sonneneinstrahlung aus Stickoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen. Hohe Konzentrationen treten deshalb häufig an warmen, sonnigen Tagen auf. Ozon kann Schleimhäute reizen, die Lungenfunktion beeinträchtigen und Pflanzengewebe schädigen.
Luft und Klimawandel
Die Atmosphäre enthält verschiedene Treibhausgase, die den Wärmehaushalt der Erde beeinflussen. Durch die Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas, durch Landwirtschaft, Industrieprozesse und Landnutzungsänderungen steigen die Konzentrationen mehrerer dieser Gase.
Die zunehmende Erwärmung verändert Lufttemperaturen, Verdunstung, Niederschlagsmuster und großräumige Zirkulationen. Wärmere Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen. Dadurch können sich sowohl Trockenperioden als auch intensive Niederschlagsereignisse verstärken.
Luftreinhaltung und Klimaschutz überschneiden sich in vielen Bereichen. Eine geringere Verbrennung fossiler Energieträger reduziert sowohl Kohlendioxid als auch zahlreiche gesundheitsschädliche Luftschadstoffe. Einige Maßnahmen können jedoch unterschiedliche Wirkungen haben und müssen deshalb gemeinsam bewertet werden.
Schutz und Verbesserung der Luftqualität
Saubere Luft erfordert die Begrenzung von Emissionen an ihrer Quelle. Technische Filter, Abgasreinigung, emissionsarme Produktionsverfahren und saubere Energiequellen können den Schadstoffausstoß verringern. Im Verkehr tragen öffentliche Verkehrsmittel, Rad- und Fußverkehr sowie emissionsarme Antriebe zur Entlastung bei.
In der Landwirtschaft lässt sich insbesondere die Freisetzung von Ammoniak durch angepasste Lagerung und Ausbringung von Düngemitteln reduzieren. Gebäude können durch effiziente Heizsysteme, gute Dämmung und schadstoffarme Brennstoffe weniger Emissionen verursachen.
Überwachung der Luftqualität
Messstationen erfassen die Konzentration wichtiger Luftschadstoffe. Die Daten zeigen zeitliche Entwicklungen, regionale Unterschiede und Belastungsspitzen. Sie bilden eine Grundlage für Grenzwerte, Luftreinhaltepläne und die Bewertung politischer Maßnahmen.
Die Messergebnisse werden durch Modelle und Satellitenbeobachtungen ergänzt. Dadurch lässt sich abschätzen, wie Schadstoffe transportiert werden und welche Quellen zur Belastung beitragen. Da Luftströmungen keine politischen Grenzen beachten, ist Luftreinhaltung häufig eine regionale und internationale Aufgabe.
Zusammenfassung
Luft ist ein Gemisch aus Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Kohlendioxid, Wasserdampf und weiteren Spurengasen. Sie bildet die Atmosphäre, ermöglicht Atmung und Fotosynthese, beeinflusst Wetter und Klima und schützt die Erdoberfläche vor Teilen der Strahlung aus dem Weltraum.
Durch Luftströmungen werden Wärme, Feuchtigkeit, natürliche Partikel und Schadstoffe über große Entfernungen transportiert. Verschmutzungen durch Feinstaub, Stickoxide, Ozon und weitere Stoffe können Gesundheit, Vegetation und Ökosysteme beeinträchtigen. Gleichzeitig verändert die zunehmende Konzentration von Treibhausgasen den Wärmehaushalt der Erde.
Der Schutz der Luft erfordert eine dauerhafte Verringerung von Emissionen aus Verkehr, Energieerzeugung, Industrie, Landwirtschaft und Gebäuden. Technische Maßnahmen, saubere Energiequellen, effiziente Nutzung von Ressourcen und eine kontinuierliche Überwachung tragen dazu bei, Luftqualität und Klima langfristig zu schützen.
