Häufige Luftschadstoffe und ihre Auswirkungen einfach erklärt

Hast du schon einmal an einer stark befahrenen Straße gestanden und den unangenehmen Geruch der Abgase bemerkt? Oder hast du Bilder von Städten gesehen, die unter einer dicken, grauen Glocke aus Smog liegen? Wenn wir über häufige Luftschadstoffe und ihre Auswirkungen sprechen, geht es genau um diese Phänomene.

Jeden Tag atmen wir tausende Liter Luft ein. Doch durch Autos, Fabriken und Heizungen gelangen Stoffe in die Luft, die dort eigentlich nicht hingehören. In dieser Lektion schauen wir uns an, welche unsichtbaren (und manchmal sichtbaren) Schadstoffe bei Verbrennungen entstehen, wie sie unsere Gesundheit beeinflussen und was sie mit unserer Umwelt machen.

Vorwissen

• Bedingungen für eine Verbrennung: Damit ein Feuer brennt, wird immer ein Brennstoff und Sauerstoff benötigt.

  Beispiel: Ein Lagerfeuer erstickt, wenn man ihm durch eine Decke den Sauerstoff entzieht.

• Zusammensetzung der Luft: Unsere Atemluft besteht nicht nur aus Sauerstoff, sondern zum größten Teil aus dem Gas Stickstoff.

  Beispiel: Wenn wir einatmen, nutzt unser Körper den Sauerstoff, aber der Stickstoff wird einfach wieder ausgeatmet, ohne dass er reagiert.

Aufgabentyp 1: Schwefeldioxid und saurer Regen

Viele Brennstoffe wie Kohle oder Erdöl sind nicht völlig rein. Sie enthalten kleine Mengen an Schwefel. Wenn diese Brennstoffe in Fabriken oder Kraftwerken verbrannt werden, reagiert der Schwefel mit dem Sauerstoff aus der Luft.

Dabei entsteht ein neues, giftiges Gas namens Schwefeldioxid:

$\textcolor{#FFCE51}{\text{Schwefel}} + \textcolor{#08BFFF}{\text{Sauerstoff}} \to \textcolor{#FF7D57}{\text{Schwefeldioxid}}$

Dieses Gas ist gefährlich für uns, weil es unsere Schleimhäute reizt und die Atmungsorgane schädigt. Doch es hat auch schlimme Folgen für die Umwelt. Wenn das Schwefeldioxid in den Himmel steigt, trifft es dort auf die feuchte Luft (Wasser in den Wolken). Die beiden Stoffe reagieren miteinander und bilden eine saure Lösung.

$\textcolor{#FF7D57}{\text{Schwefeldioxid}} + \text{Wasser} \to \text{saure Lösung}$

Wenn diese Wolken abregnen, spricht man von saurem Regen. Dieser Regen ist so aggressiv, dass er Bauwerke aus Kalkstein langsam auflöst, Eisen schneller rosten lässt und die Bäume in unseren Wäldern stark schädigt (Waldsterben).

Aufgabentyp 2: Stickstoffdioxid

Wir wissen bereits, dass unsere Luft zum größten Teil aus Stickstoff besteht. Normalerweise ist Stickstoff sehr reaktionsträge, das heißt, er reagiert nicht so leicht mit anderen Stoffen.

Doch im Inneren eines Automotors oder in großen Verbrennungsanlagen wird es extrem heiß. Bei diesen sehr hohen Temperaturen wird der Stickstoff plötzlich aktiv und reagiert mit dem Sauerstoff der Luft.

$\textcolor{#9570FF}{\text{Stickstoff}} + \textcolor{#08BFFF}{\text{Sauerstoff}} \to \textcolor{#CE5331}{\text{Stickstoffdioxid}}$

Das entstehende Stickstoffdioxid ist ein schädliches Abgas. Es hat ganz ähnliche Auswirkungen wie das Schwefeldioxid: Es schädigt unsere Gesundheit beim Einatmen und trägt ebenfalls zur Entstehung von saurem Regen bei. Außerdem spielt es eine wichtige Rolle bei der Bildung von einem weiteren Schadstoff, dem Ozon, das wir uns später noch ansehen.

Aufgabentyp 3: Kohlenstoffmonooxid und seine Giftigkeit

Damit ein Feuer sauber brennt, braucht es ausreichend Sauerstoff. Wenn aber zu wenig Sauerstoff vorhanden ist (zum Beispiel in einem schlecht belüfteten Raum oder einem kaputten Ofen), findet eine unvollständige Verbrennung statt.

Dabei entsteht Kohlenstoffmonooxid:

$\text{Brennstoff} + \text{unzureichender } \textcolor{#08BFFF}{\text{Sauerstoff}} \to \textcolor{#D2942B}{\text{Kohlenstoffmonooxid}}$

Dieses Gas ist extrem heimtückisch, denn es ist völlig farblos und geruchlos. Man kann es weder sehen noch riechen.

Warum ist es so gefährlich? Normalerweise transportieren unsere roten Blutkörperchen den lebenswichtigen Sauerstoff durch unseren Körper. Wenn wir jedoch Kohlenstoffmonooxid einatmen, bindet sich dieses Gas 300-mal stärker an den roten Blutfarbstoff als der Sauerstoff.

Das Kohlenstoffmonooxid besetzt also alle Plätze auf den Blutkörperchen und blockiert den Sauerstofftransport. Der Körper erstickt innerlich. Schon eine winzige Menge (1 Vol.-%) in der Atemluft kann tödlich sein. Die einzige lebensrettende Maßnahme bei einer solchen Vergiftung ist die sofortige Beatmung mit reinem Sauerstoff.

Aufgabentyp 4: Feinstaub und bodennahes Ozon

Neben den bisherigen Gasen gibt es noch zwei weitere wichtige Schadstoffe in unserer Luft:

Feinstaub Im Gegensatz zu Gasen besteht Feinstaub aus winzigen, festen Teilchen, die in der Luft schweben. Er entsteht nicht nur durch Abgase von Dieselmotoren, sondern auch durch mechanische Reibung, wie zum Beispiel den Abrieb von Autoreifen auf der Straße oder beim Bremsen. Diese Teilchen sind so extrem klein, dass sie beim Einatmen tief in unsere Lunge gelangen. Die feinsten von ihnen können sogar durch die Lungenbläschen direkt in unseren Blutkreislauf wandern und dort wie ein Gift wirken.

Bodennahes Ozon Ozon ist ein giftiges Gas, das unsere Augen und Schleimhäute reizt und zu Husten oder Kopfschmerzen führen kann. Es kommt nicht direkt aus dem Auspuff eines Autos. Stattdessen bildet es sich erst in der Luft, wenn zwei Dinge zusammenkommen:

1. Hohe Konzentrationen von Abgasen (wie Stickstoffdioxid) in der Stadt.

2. Intensive Sonneneinstrahlung an heißen Sommertagen.

Wenn die Sonne stark auf die Abgase scheint, entsteht das bodennahe Ozon. Zum Glück baut sich dieses Gas von selbst wieder ab, wenn die Sonne untergeht oder der Verkehr abnimmt.

Wichtige Erkenntnisse

• Schwefeldioxid entsteht bei der Verbrennung von schwefelhaltigen Brennstoffen und verursacht sauren Regen, der Gebäude und Wälder zerstört.

• Stickstoffdioxid bildet sich bei sehr hohen Temperaturen (z. B. im Motor) aus der Luft und schädigt die Atemwege.

• Kohlenstoffmonooxid ist ein unsichtbares, geruchloses Gas aus unvollständiger Verbrennung. Es ist tödlich, weil es den Sauerstofftransport im Blut blockiert.

• Feinstaub besteht aus winzigen festen Teilchen (z. B. Reifenabrieb), die bis ins Blut gelangen können.

• Bodennahes Ozon entsteht an heißen Tagen, wenn starke Sonnenstrahlung auf Autoabgase trifft.