Mikropartikel machen krank - Feinstaub - Eine Gefahr für unsere Lunge

Feinstaub ist nahezu unsichtbar und wird auch als Schwebstaub bezeichnet. Die Partikel gefährden unsere Gesundheit. Je kleiner sie sind, desto größer ist die Gefahr, weil die Mikropartikel tiefer in die Atemwege eindringen. Ultrafeinstaub kann sogar ins Blut gelangen. Dadurch erhöht sich das Krebsrisiko. Ebenso können Schlaganfälle oder Herzinfarkte ausgelöst werden.

Laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) sind bis zu 85 Prozent aller Stadtbewohner und Stadtbewohnerinnen in Europa Feinstaubwerten ausgesetzt, die sie als schädlich für den Menschen erachtet.

Feinstaub besteht aus unterschiedlichen Substanzen und stammt aus verschiedenen Quellen. Er kann direkt abgegeben werden, zum Beispiel bei Verbrennungsprozessen. In diesem Fall bezeichnet man ihn als primären Feinstaub.

Die Partikelchen können aber auch aus gasförmigen Vorläufersubstanzen wie Schwefel- und Stickoxiden und Ammoniak entstehen. Dann wird er als sekundärer Feinstaub bezeichnet. Auch nach seiner Größe unterscheiden Experten Feinstaub. Dabei unterteilen sie die Partikel in sogenannte Größenfraktionen ein. PM steht für "particulate matter", englisch "Feinstaub".

Die meisten Daten liegen für PM10 vor. Stationen messen diese Partikel in Deutschland flächendeckend seit 2010. Seit 2008 wird an rund 200 Messstellen auch PM2,5 gemessen. Am wenigsten gut untersucht ist bisher der Ultrafeinstaub. Das German Ultrafine Aerosol Network (GUAN) misst diese kleinen Partikel nur an 17 Stationen.

Die kleinen und kleinsten Partikel können über die Atmung in den Körper gelangen und dort verschiedenste Reaktionen verursachen. Erste Eintrittspforte für Feinstaub sind unsere oberen Atemwege, das heißt: Nase und Mund. Je nach Größe der Partikel können sie unterschiedlich tief in unseren Körper eindringen.

Teilchen der Kategorie PM10 können in die Nasenhöhle, PM2,5-Partikel bis in die Bronchien und Lungenbläschen hinein und Ultrafeinstaub sogar bis in unseren Blutkreislauf vordringen.

Der Feinstaub lagert sich beim Einatmen in den Lungenbläschen ab. Dort versucht unser Immunsystem den Feinstaub abzuwehren. Fresszellen können ihn aufnehmen, doch es kommt oft zu einer Überreaktion, weil sie den Feinstaub wie Bakterien bekämpfen. Dadurch kann die Lunge geschädigt werden.

Sobald Feinstaub in den Blutkreislauf gelangt, kann er alle Organe erreichen. Das Blut kann dickflüssiger werden, die Gefahr eines Infarkts steigt. Die Feinstaubpartikel erreichen in seltenen Fällen auch das Gehirn, wo sie kleine Schlaganfälle auslösen können.

Dabei kommt es auch vor, dass sich an den Oberflächen der Feinstaubkörner gefährliche Stoffe wie Schwermetalle und Aluminium anlagern. Diese gelten als cancerogen (krebserzeugend).

Viele epidemiologische Studien belegen die schädliche Wirkung von Feinstaub. Die Expertinnen und Experten der Weltgesundheitsorganisation WHO und der amerikanischen Umweltbehörde EPA fanden heraus, dass sich Partikel mit 2,5 Mikrometer und weniger auch dann negativ auf die Sterberate auswirken, wenn Menschen ihnen nur kurze Zeit ausgesetzt sind. Außerdem nehmen die Beschwerden bei Betroffenen mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Atemwegserkrankungen zu.

Hinweise auf solche Effekte gibt es auch bei Partikeln der Kategorie PM10. Eine länger andauernde Belastung mit Feinstaub hat ähnliche schädliche Auswirkungen auf die Gesundheit.

Besonders anfällig sind Menschen mit Vorerkrankungen, ältere Menschen und Kinder. Bei Kindern schränken hohe Feinstaub-Belastungen das Lungenwachstum und die Lungenfunktion ein.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie (MPIC) in Mainz und der dortigen Uniklinik schätzen die Gesundheitsrisiken von Luftschadstoffen sehr hoch ein. In einem Beitrag im Fachblatt "European Heart Journal" kommen sie zu dem Schluss, dass in Deutschland pro 100.000 Einwohner jedes Jahr 154 vorzeitige Todesfälle auf Luftverschmutzung zurückzuführen sind.

Weltweit beziffern die Forscher die Zahl vorzeitiger Todesfälle durch Luftschadstoffe auf 8,8 Millionen im Jahr. Die Studie konzentriert sich auf PM2,5.

Den Forschern zufolge ist Feinstaub die Hauptursache für Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, was die hohen Sterberaten erklärt. Im Vergleich zum Feinstaub sind die gesundheitlichen Effekte von Stickstoffdioxid (NO2) deutlich geringer einzustufen.

Ebenso ist festzustellen, dass Luftschadstoffe gesundheitsschädlicher als das Rauchen sind, dem die WHO jährlich 7,2 Millionen vorzeitige Todesfälle zuordnet. Für Deutschland gehen die Forscher davon aus, dass im Jahr gut 100.000 Menschen vorzeitig durch Luftverschmutzung sterben.

Feinstaubpartikel wirken sich unterschiedlich auf die Gesundheit aus. Mögliche Folgen sind:

Forscherinnen und Forscher vermuten, dass Feinstaubpartikel im Hirn die Entstehung von Alzheimer-Demenz fördern können. Das Risiko, an verschiedenen Krebsarten zu sterben, steigt bei einer hohen Feinstaubbelastung stark an.

Die Weltgesundheitsorganisation hat einen Grenzwert von 20 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft im Jahresmittel festgelegt. Konzentrationen darunter sind zwar besser für die Gesundheit, doch auch geringe Konzentrationen bergen ein Gesundheitsrisiko, da jeder einzelne anders auf Feinstaub reagiert.

Seit 2005 gelten in der EU-Grenzwerte für die Feinstaubfraktion PM10:

Insgesamt ist in der EU und in Deutschland festzustellen, dass der Trend dahin geht, dass die Krankheitslast geringer wird. Die vielen Gegenmaßnahmen der Kommunen und Städte haben gewirkt, doch die Länder müssen laut Expertinnen und Experten noch mehr Maßnahmen ergreifen. Vor allem in den skandinavischen Ländern gibt es möglicherweise bereits weniger Todesfälle durch Feinstaub, weil dort deutlich mehr Elektroautos fahren.

Expertinnen und Experten üben an den aktuellen EU-Grenzwerten Kritik, insbesondere an den Grenzwerten für die kleineren Partikel, also PM2,5. So empfiehlt die WHO deutlich niedrigere Grenzwerte als die EU.

Allerdings stammt die WHO-Empfehlung aus dem Jahr 2005. Sie spiegelt also längst nicht mehr den aktuellen Forschungsstand zu gesundheitlichen Auswirkungen durch Feinstaubbelastungen wider. Noch älter ist die Regelung der EU, die seit dem Jahr 2000 nicht mehr geändert worden ist. Doch seit dem Frühjahr 2021 wird über neue Regelungen diskutiert.

Feinstaub entsteht auf unterschiedliche Weise: Zum Beispiel immer dann, wenn etwas verbrannt wird – ob im Kamin, im Kraftwerk oder im Automotor. Auch Bremsen und Reifen erzeugen ihn. Es gibt Dünger- und Pestizidstaub aus der Landwirtschaft. Zu den natürlichen Quellen zählen Saharastaub oder auch Ascheteilchen durch Vulkanausbrüche.

Insbesondere der Straßenverkehr und die Industrie erzeugen viel Feinstaub:

An dicht befahrenen Straßen sind die Konzentrationen oft besonders hoch. Zum Teil ist dafür der Abrieb unterschiedlicher Herkunft verantwortlich. Abrieb entsteht vor allem im Straßenverkehr, zum Beispiel als Brems-, Reifen- und Straßenabrieb. Als 2005 neue EU-Grenzwerte für den Feinstaubgehalt der Luft in Kraft traten, zeigte sich, dass in Ballungsgebieten der Straßenverkehr die größte Quelle von Feinstaub ist.

Besonders in den Herbst- und Wintermonaten überschreiten die Feinstaubkonzentrationen in Städten mit viel Verkehr den erlaubten Tagesgrenzwert von 50 µg/m³ immer wieder.

In Ballungsräumen wie beispielsweise an Rhein und Ruhr, im Großraum Frankfurt, Hamburg, Berlin oder München messen Stationen regelmäßig zu hohe Werte.

Die Feinstaubkonzentration unterliegt auch tageszeitlichen Verläufen. So sind in den Nachtstunden die Feinstaubkonzentrationen gering, weil dann der Verkehr meistens ruht und Industriebetriebe pausieren. Von 6 bis 9 Uhr gibt es zum Berufsverkehr den ersten Peak, den zweiten dann von 16 bis 19 Uhr.

Vor allem bei kalten und windschwachen Hochdruckwetterlagen im Herbst und Winter können sich erdbodennah viele Schadstoffe sammeln. In Hochdruckgebieten kühlt sich die Luft bodennah stark ab, während weiter oben die Temperatur wieder ansteigt. Diese sogenannte Inversion unterbindet den Austausch der Luft innerhalb der Luftschichten. Die wärmere Luft in der Höhe wirkt wie ein Deckel, sodass sich die Schadstoffe bodennah weiter verteilen können.

Meist liegt diese Sperrschicht wenige Hunderte Meter über dem Boden. Der bodennahe Nebel reichert sich dann mit den teils giftigen Schadstoffen stark an.

Inversionen gelten als stabil, wenn der Temperaturunterschied zwischen Boden und "Inversionsobergrenze" mehr als fünf Grad beträgt.

Auch im Sommer können hohe Feinstaubwerte erreicht werden, wenn eine stabile Hochdruckwetterlage mit Trockenheit einhergeht.

Winterliche Hochdruckwetterlagen führen nicht zwangsläufig zu starken Feinstaubbelastungen. Wenn sich Deutschland am Rande eines kräftigen Hochs über dem Baltikum und Skandinavien befindet, lenkt dieses trockene und kalte Luft aus Sibirien nach Mitteleuropa. Diese ist sehr klar und rein. Kommt noch ein böiger Ostwind hinzu, kann sich keine Inversion ausbilden. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn die Luft in der mittleren Troposphäre kälter als am Boden ist.

Generell reinigen kräftige Tiefdruckgebiete die Luft von Schadstoffen. Anhaltender Regen wäscht den Feinstaub meistens aus der Luft. Außerdem beeinflusst die Windgeschwindigkeit die Feinstaubkonzentration. Je schneller Luft transportiert wird, umso besser ist die Durchmischung der Luftschichten. Je langsamer sich die Luft bewegt, desto geringer ist der Austausch und die Feinstaubkonzentration steigt an. Viel Wind bläst demnach die Schadstoffe weg.

Feinstaub belastet unsere Gesundheit nicht nur, wenn wir uns im Freien aufhalten. Besonders in geschlossenen Innenräumen kann er ebenfalls hoch konzentriert auftreten. Der Feinstaub in der Wohnung ist sogar viel gefährlicher als der auf der Straße, denn oftmals sind die Konzentrationen in Innenräumen um ein Vielfaches höher als draußen.

Drinnen verschmutzen unter anderem Rauchen, Öllampen, Öfen, Kamine, Kerzen, Kochen und Braten, aber auch der Staubsauger und der Staub unter dem Sofa die Atemluft. In Büros zählen auch Kopierer und Drucker zu "Feinstaub-Schleudern".

Jeder einzelne kann sich gegen Feinstaub schützen und aber auch dazu beitragen, die Luft nicht weiter zu "verschmutzen". In der Fotostrecke fassen wir alle wichtigen Fakten zum Feinstaub zusammen und geben einige Tipps, was man gegen Feinstaub tun kann:

Beim Aerosolspektrometer nutzen die Geräte das Prinzip der optischen Streuung. Eine Infrarot-LED und ein Detektor sind durch eine Wand getrennt und „sehen“ sich nie direkt. Erst wenn ein Feinstaubpartikel im Licht der LED auftaucht, sieht der Detektor ein Aufblitzen.

Der Sensor zählt diese Blitze und je nachdem wie hell diese sind, wird erkannt, ob es sich um ein großes Partikel (hell, PM10) oder ein sehr kleines Partikel (dunkel, PM2,5) handelt.

Der Nachteil dieses Messprinzips ist, dass das Messgerät ebenfalls auf Wasserdampf bzw. Nebel reagiert. Die Wassertröpfchen blitzen bei sehr hoher relativer Luftfeuchtigkeit (> 90 %) auf und werden als Feinstaub gezählt.

Beim gravimetrischen Messverfahren wird die staubhaltige Luft durch einen größenselektiven Einlass gesaugt und über einen Filter geleitet. Dieser wird anschließend ausgewogen.

Feinstaub lässt sich auch sichtbar machen. So sind in Messcontainern etliche Geräte verbaut. Dabei wird die Luft durch ein weißes Band aus einem Glasfaserfilter gesaugt. Auf dem Band bleiben die Partikel hängen, die unterschiedliche Farbnuancen hinterlassen. Jeder einzelne Fleck wird mit einem optischen Messverfahren ausgewertet. So können die Forscherinnen und Forscher bestimmen, wann die Feinstaubbelastung in welchem Zeitraum hoch war.

Aber wo genau und zu welcher Zeit besonders viel in der Luft ist, das wird nur an wenigen Stellen offiziell gemessen. Inzwischen gibt es aber auch immer mehr Privatinitiativen, die den Feinstaub regelmäßig an festgelegten Stellen vor allem in den Städten messen.

Da weniger Fabriken in Betrieb sind und bessere Filter eingesetzt werden, sind die Feinstaubwerte in den vergangenen Jahren zurückgegangen. Doch der Schein trügt: Weil Feinstaubpartikel nach Gewicht gemessen werden, sind die offiziellen Messwerte nicht immer aussagekräftig. Das liegt daran, dass die Zusammensetzung der Partikel ganz unterschiedlich sein kann.

Kleinere Partikel werden wegen ihres geringeren Gewichts weniger erfasst. Vor allem kleine Partikel verfügen im Verhältnis zu ihrem Volumen besonders große Oberflächen. An ihnen kleben oft andere Stoffe wie beispielsweise Polycyclische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK).

In Städten und generell in Ballungsgebieten ist es fast unmöglich, der Feinstaubbelastung zu entkommen. Nach kräftigem Regen, bei Wind sowie nachts und morgens vor dem Berufsverkehr ist die Luft dort allerdings am saubersten.

Hilfreich gegen Feinstaub sind folgende Maßnahmen:

Ob Chirurgenmasken vor Feinstaub schützen, ist jedoch nicht gesichert. Möglicherweise dringt er auch durch dieses Material. Das Beste ist, Staubquellen zu meiden. Im ländlichen Raum, besonders an den Küsten, ist die Luft in der Regel sauberer als in den Städten.

Feinstaub - Tagesmaxima in Deutschland

Farbkarte - Prognose Tagesmittel Deutschland

Modellprognose Feinstaub PM10 Europa

Modellprognose Feinstaub PM2,5 Europa