Definition: Was ist Smog?
Smog bezeichnet eine starke Belastung der bodennahen Atmosphäre durch Luftschadstoffe. Der Begriff entstand aus den englischen Wörtern „smoke“ für Rauch und „fog“ für Nebel. Ursprünglich beschrieb er vor allem dichte Gemische aus Rauch, Schwefeldioxid und Nebel in stark industrialisierten Städten.
Heute wird zwischen unterschiedlichen Smogformen unterschieden. Besonders bekannt sind der winterliche Industriesmog und der sommerliche photochemische Smog. Beide entstehen durch hohe Schadstoffemissionen in Verbindung mit ungünstigen Wetterbedingungen, unterscheiden sich jedoch deutlich in ihren chemischen Prozessen und wichtigsten Schadstoffen.
Entstehung von Smog
Smog bildet sich, wenn Luftschadstoffe in Bodennähe freigesetzt werden und nicht ausreichend durch Luftbewegungen verteilt werden können. Besonders stabile Wetterlagen mit geringem Wind begünstigen eine Anreicherung.
Zusätzlich können chemische Reaktionen in der Atmosphäre neue Schadstoffe erzeugen. Deshalb besteht Smog häufig aus einem komplexen Gemisch unterschiedlicher Substanzen.
Wetterbedingungen
Wind verteilt Luftschadstoffe und reduziert lokale Konzentrationen. Bei windschwachen Hochdrucklagen kann dieser Austausch stark eingeschränkt sein.
Auch die vertikale Durchmischung der Luft spielt eine entscheidende Rolle. Besonders problematisch sind sogenannte Inversionswetterlagen.
Temperaturinversion
Normalerweise nimmt die Lufttemperatur mit zunehmender Höhe ab. Dadurch kann erwärmte bodennahe Luft aufsteigen und sich mit höheren Luftschichten vermischen.
Bei einer Temperaturinversion liegt dagegen wärmere Luft über einer kalten bodennahen Schicht. Diese stabile Schichtung wirkt wie ein Deckel und verhindert einen starken vertikalen Austausch.
Anreicherung von Schadstoffen
Verkehr, Heizungen und Industrie geben weiterhin Schadstoffe an die Luft ab. Können diese nicht nach oben entweichen, steigen die Konzentrationen in Bodennähe.
Besonders in Tälern und dicht bebauten Städten kann dieser Effekt ausgeprägt sein.
Wintersmog
Wintersmog entsteht vor allem bei kaltem, windarmem Wetter und hohen Emissionen aus Verbrennungsprozessen. Historisch waren Kohleheizungen und Industrieanlagen wichtige Quellen.
Typische Schadstoffe waren Schwefeldioxid, Ruß und andere Feinstaubbestandteile.
London-Smog
Der klassische Wintersmog wird häufig auch als London-Smog bezeichnet. Der Begriff erinnert an schwere Smogereignisse in stark kohleabhängigen Industriestädten.
Hohe Luftfeuchtigkeit und Nebel können dabei mit Verbrennungsabgasen reagieren und besonders belastende Aerosole bilden.
Schwefeldioxid
Schwefeldioxid entsteht vor allem bei der Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe. Besonders Kohle und schwere Heizöle können relevante Schwefelmengen enthalten.
In der Atmosphäre kann Schwefeldioxid zu Sulfaten und Schwefelsäurebestandteilen umgewandelt werden.
Rückgang durch Luftreinhaltung
Durch schwefelärmere Brennstoffe, Rauchgasentschwefelung und Veränderungen der Energieversorgung sind Schwefeldioxidbelastungen in vielen Industriestaaten deutlich zurückgegangen.
Dadurch tritt klassischer Wintersmog vielerorts seltener auf als früher.
Photochemischer Smog
Photochemischer Smog entsteht vor allem bei starker Sonneneinstrahlung und hohen Temperaturen. Ausgangsstoffe sind insbesondere Stickoxide und flüchtige organische Verbindungen.
Unter Einfluss von Sonnenlicht laufen komplexe chemische Reaktionen ab, bei denen unter anderem bodennahes Ozon entsteht.
Sommersmog
Photochemischer Smog wird häufig als Sommersmog bezeichnet, weil hohe Ozonkonzentrationen besonders an warmen und sonnigen Sommertagen auftreten.
Die Belastung kann sich über große Regionen erstrecken und ist nicht auf Innenstädte beschränkt.
Stickoxide
Stickoxide entstehen vor allem bei Verbrennungsprozessen unter hohen Temperaturen. Wichtige Quellen sind Straßenverkehr, Kraftwerke und Industrieanlagen.
Stickstoffdioxid spielt eine wichtige Rolle in den photochemischen Reaktionen, die zur Bildung von Ozon führen.
Stickstoffdioxid
Stickstoffdioxid ist selbst ein gesundheitsschädlicher Luftschadstoff. Gleichzeitig kann es unter Einfluss von Sonnenlicht zerlegt werden.
Dabei entstehen reaktive Sauerstoffverbindungen, die an der Ozonbildung beteiligt sind.
Flüchtige organische Verbindungen
Flüchtige organische Verbindungen stammen aus Kraftstoffen, Lösungsmitteln, industriellen Prozessen und natürlichen Quellen wie Pflanzen.
In Verbindung mit Stickoxiden beeinflussen sie die komplexe Chemie des photochemischen Smogs.
Vorläuferstoffe
Stickoxide und flüchtige organische Verbindungen werden als Vorläuferstoffe bezeichnet, weil aus ihnen sekundäre Schadstoffe entstehen können.
Eine Verringerung dieser Emissionen ist daher ein zentraler Bestandteil der Ozon- und Smogbekämpfung.
Bodennahes Ozon
Ozon in Bodennähe ist ein starkes Oxidationsmittel und ein wesentlicher Bestandteil des Sommersmogs. Es wird nicht direkt in großen Mengen ausgestoßen, sondern entsteht durch chemische Reaktionen in der Atmosphäre.
Hohe Konzentrationen können Menschen, Tiere und Pflanzen beeinträchtigen.
Ozon in Städten und Umland
Die höchsten Ozonwerte treten nicht immer direkt an stark befahrenen Straßen auf. Andere Luftschadstoffe können Ozon in unmittelbarer Nähe von Verkehrsquellen teilweise wieder abbauen.
Im Umland können sich dagegen hohe Konzentrationen bilden, nachdem Vorläuferstoffe mit der Luft transportiert und chemisch umgewandelt wurden.
Feinstaub im Smog
Smog enthält häufig hohe Konzentrationen von Feinstaub. Ein Teil wird direkt durch Verbrennung und Abrieb freigesetzt.
Ein weiterer Teil entsteht sekundär aus gasförmigen Vorläuferstoffen wie Schwefeldioxid, Stickoxiden und Ammoniak.
Sekundärer Feinstaub
Chemische Reaktionen in der Atmosphäre können Sulfat-, Nitrat- und Ammoniumverbindungen erzeugen, die sich zu feinen Partikeln verbinden.
Dadurch können Feinstaubbelastungen auch weit entfernt von den ursprünglichen Emissionsquellen auftreten.
Gesundheitliche Auswirkungen
Smog kann Atemwege, Herz-Kreislauf-System und Schleimhäute belasten. Besonders relevant sind Feinstaub, Ozon, Stickstoffdioxid und andere reaktive Verbindungen.
Die gesundheitlichen Auswirkungen hängen von Konzentration, Dauer der Belastung und individueller Empfindlichkeit ab.
Atemwege
Ozon kann Schleimhäute reizen und die Lungenfunktion beeinträchtigen. Feinstaub kann tief in die Atemwege gelangen.
Menschen mit Atemwegs- oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen können besonders empfindlich auf hohe Belastungen reagieren.
Smog und Pflanzen
Photochemischer Smog kann auch Vegetation schädigen. Bodennahes Ozon gelangt über Spaltöffnungen in Blätter und kann dort Zellstrukturen beeinträchtigen.
Bei empfindlichen Pflanzen können sichtbare Blattschäden, geringeres Wachstum und Ertragsverluste auftreten.
Landwirtschaftliche Auswirkungen
Bestimmte Nutzpflanzen reagieren empfindlich auf hohe Ozonkonzentrationen. Langfristige Belastungen können die Fotosyntheseleistung und Biomassebildung reduzieren.
Luftreinhaltung besitzt deshalb auch Bedeutung für Landwirtschaft und Waldökosysteme.
Smog in Großstädten
Großstädte besitzen zahlreiche Emissionsquellen auf engem Raum. Verkehr, Heizungen, Industrie und Baustellen tragen zu Luftschadstoffen bei.
Dichte Bebauung kann den Luftaustausch zusätzlich erschweren.
Straßenschluchten
Hohe Gebäude auf beiden Seiten einer Straße können die Luftzirkulation verringern. Schadstoffe aus dem Verkehr können sich dadurch stärker ansammeln.
Stadtplanung und Verkehrsmanagement beeinflussen daher ebenfalls die lokale Luftqualität.
Smog und Verkehr
Der Straßenverkehr ist eine wichtige Quelle von Stickoxiden, Feinstaub und bestimmten organischen Verbindungen. Neben Motorabgasen entstehen Partikel durch Reifen-, Brems- und Straßenabrieb.
Emissionsärmere Antriebe können bestimmte Schadstoffe reduzieren, lösen jedoch nicht sämtliche verkehrsbedingten Partikelprobleme.
Verkehrsreduzierung
Öffentlicher Verkehr, Radverkehr und geringeres Verkehrsaufkommen können zur Verringerung lokaler Emissionen beitragen.
Besonders in dicht bebauten Städten kann eine Reduzierung der Gesamtverkehrsmenge die Luftqualität verbessern.
Smog und Industrie
Industrieanlagen können Stickoxide, Schwefelverbindungen, Feinstaub und organische Stoffe freisetzen.
Moderne Abgasreinigung reduziert viele dieser Emissionen erheblich.
Filter und Abgasreinigung
Partikelfilter, Entschwefelungsanlagen und Verfahren zur Stickoxidminderung können Schadstoffkonzentrationen im Abgas senken.
Strenge Emissionsvorgaben und kontinuierliche Überwachung sind wesentliche Bestandteile industrieller Luftreinhaltung.
Smog und Landwirtschaft
Auch Landwirtschaft beeinflusst die Entstehung sekundärer Luftschadstoffe. Besonders Ammoniak aus Tierhaltung und Düngung kann in der Atmosphäre mit anderen Verbindungen reagieren.
Dabei entstehen sekundäre Feinstaubpartikel.
Ammoniak
Ammoniak kann mit Salpeter- und Schwefelsäure reagieren und Ammoniumsalze bilden. Diese sind Bestandteil von Feinstaub.
Eine Verringerung von Ammoniakemissionen kann deshalb zur Verbesserung der regionalen Luftqualität beitragen.
Smog und Wetter
Wetter bestimmt wesentlich, wie stark sich Schadstoffe anreichern. Wind, Niederschlag, Temperatur und Sonneneinstrahlung beeinflussen sowohl Verteilung als auch chemische Reaktionen.
Regen kann bestimmte Partikel aus der Atmosphäre auswaschen, während starke Sonneneinstrahlung photochemische Prozesse beschleunigt.
Hitzewellen
Lange Hitzeperioden mit viel Sonnenschein können die Bildung bodennahen Ozons fördern. Gleichzeitig herrschen häufig stabile Hochdrucklagen mit geringem Luftaustausch.
Dadurch können besonders ausgeprägte Sommersmoglagen entstehen.
Smog und Klimawandel
Der Klimawandel kann bestimmte Bedingungen begünstigen, unter denen photochemischer Smog entsteht. Häufigere Hitzewellen und hohe Temperaturen können die Ozonbildung verstärken.
Die tatsächliche Entwicklung hängt jedoch zugleich von Veränderungen der Vorläuferemissionen und regionalen Wetterlagen ab.
Wechselwirkung mit Klimaschadstoffen
Einige Bestandteile von Smog besitzen auch Klimawirkungen. Bodennahes Ozon ist ein Treibhausgas, während Ruß Sonnenstrahlung absorbieren kann.
Luftreinhaltung kann daher teilweise gleichzeitig Gesundheits- und Klimaschutz fördern.
Luftreinhaltepläne
Bei dauerhaft hohen Schadstoffkonzentrationen können Luftreinhaltepläne eingesetzt werden. Sie enthalten Maßnahmen zur Verringerung von Emissionen aus Verkehr, Industrie und anderen Quellen.
Ziel ist es, gesetzliche Luftqualitätswerte einzuhalten und gesundheitliche Belastungen zu reduzieren.
Umweltzonen
Umweltzonen können den Zugang besonders emissionsreicher Fahrzeuge zu bestimmten Stadtgebieten begrenzen.
Sie sind eines von mehreren möglichen Instrumenten zur lokalen Verbesserung der Luftqualität.
Vermeidung von Smog
Die wirksamste Strategie gegen Smog besteht in der Reduzierung seiner Vorläuferstoffe. Dazu gehören vor allem Stickoxide, flüchtige organische Verbindungen, Schwefeldioxid, Ammoniak und primärer Feinstaub.
Saubere Energieversorgung, emissionsarme Verkehrssysteme und wirksame industrielle Abgasreinigung können die Belastung deutlich verringern.
Zusammenfassung
Smog ist eine starke Belastung der bodennahen Luft durch ein Gemisch verschiedener Schadstoffe. Beim klassischen Wintersmog dominieren vor allem Verbrennungsabgase und Feinstaub, während beim Sommersmog photochemisch gebildetes Ozon eine zentrale Rolle spielt.
Ungünstige Wetterlagen können die Schadstoffe in Bodennähe anreichern. Smog beeinträchtigt menschliche Gesundheit, Pflanzen und Ökosysteme. Die wirksamste Gegenmaßnahme ist eine dauerhafte Reduzierung der Vorläuferemissionen aus Verkehr, Energieerzeugung, Industrie und Landwirtschaft.
