SMOG, Luftverschmutzung und Thermische Inversion: Ein Überblick

SMOG: Definitionen und Arten der Luftverschmutzung

Was bedeutet das Wort „SMOG“?

„SMOG“ ist ein englisches Kofferwort, das sich aus den Begriffen Smoke (Rauch) und Fog (Nebel) zusammensetzt. Es bezeichnet eine starke Luftverschmutzung, die in einigen Städten als Folge der Kombination aus bestimmten Wetterlagen und spezifischen Schadstoffen auftritt.

Industrie-Smog (London-Smog)

Der Industrie-Smog war typisch für große Industriestädte, in denen vor einigen Jahrzehnten große Mengen an schwefelhaltiger Kohle und Schweröl für Industrie und Heizung verbrannt wurden. Dabei bildete sich eine Mischung aus Schwefeldioxid, Schwefelsäuretröpfchen und einer Vielzahl fester Schwebepartikel. Dies führte zu einem dichten, schadstoffbelasteten Nebel, der die menschliche Gesundheit schädigte und die Bausubstanz von Gebäuden und Materialien angriff.

Was ist Photochemischer Smog (Sommersmog)?

Photochemischer Smog ist eine Mischung aus primären Schadstoffen (hauptsächlich Stickoxide (NOx) und flüchtige Kohlenwasserstoffe) und sekundären Schadstoffen (wie Ozon, Peroxyacylnitrate und Hydroxyl-Radikale). Diese sekundären Schadstoffe entstehen durch chemische Reaktionen der primären Schadstoffe, die durch intensive Sonneneinstrahlung ausgelöst werden.

Auswirkungen des Photochemischen Smogs

Diese Mischung verdunkelt die Atmosphäre und verleiht der Luft eine rotbraune Färbung. Sie ist mit schädlichen Inhaltsstoffen beladen, die lebende Organismen und Materialien angreifen.

Wo tritt diese Art der Luftverschmutzung auf?

Diese Art der Verschmutzung kann in jeder Stadt der Welt auftreten, besonders aber an Orten mit spezifischen klimatischen Merkmalen: trocken, warm und sonnig, sowie hohem Verkehrsaufkommen. Der Sommer ist die kritischste Jahreszeit für photochemischen Smog.

Definitionen von Gasen und Partikeln

Was ist ein Gas?

Ein Gas ist ein Stoff, der im Normalzustand fließfähig ist und sich unbegrenzt ausdehnen kann, um einen Behälter vollständig auszufüllen.

Definition von Dämpfen

Dampf wird allgemein als der gasförmige Zustand eines Stoffes definiert, der unter normalen Bedingungen fest oder flüssig ist.

Partikel und Schwebstoffe

• Aerosole: Stoffe, die in der Atmosphäre vorhanden sind und chemische oder toxische Risiken darstellen können.
• Staub (Pulver): Feste, fliegende Partikel unterschiedlicher Größe, die durch physikalische Prozesse der Desintegration entstehen.
• Rauch (Humo): Feste, fliegende Partikel, die aus unvollständigen Verbrennungsprozessen resultieren.
• Metallrauch (Metallic Smoke): Fliegende Partikel aus massivem Metall, die durch einen Prozess der Kondensation aus dem gasförmigen Zustand entstehen. Dies basiert auf der Sublimation oder Verdampfung des Metalls und wird in der Regel von einer chemischen Oxidationsreaktion begleitet.

Tau (Luftgetragene Flüssigkeitströpfchen)

Tau bezeichnet luftgetragene Flüssigkeitströpfchen, die entweder durch Kondensation aus einem gasförmigen Zustand oder durch den Zerfall eines flüssigen Sprays (z. B. beim Kochen) entstehen. Die Größe dieser Tröpfchen variiert stark, von 0,01 bis 10 Mikrometer (µm). Einige sind mit bloßem Auge sichtbar.

Was ist Nebel?

Nebel wird als Ansammlung von luftgetragenen Flüssigkeitströpfchen definiert, die durch Kondensation aus dem gasförmigen Zustand verursacht werden und mit bloßem Auge sichtbar sind. Ihre Größe liegt typischerweise zwischen 2 und 60 Mikrometer (µm).

Die Thermische Inversion

Definition der Thermischen Inversion

Die Thermische Inversion ist ein natürliches Phänomen, das den Austausch von Wärmeenergie zwischen der Erdoberfläche und den atmosphärischen Luftschichten beeinflusst. Obwohl der Prozess an sich keine Gefahr darstellt, behindert er die Ausbreitung von Luftschadstoffen, was zu negativen Folgen führt, wenn er in deren Gegenwart auftritt.

Das Problem der Inversion

Die Inversion verhindert die Entstehung von Luftströmungen. Da die obere Schicht wärmer und die untere Schicht kälter und dichter ist, wirkt die warme Schicht wie ein „Deckel“, der die Ausbreitung von Schadstoffen blockiert.

Normale Schichtung der Luftschichten

Normalerweise sind die Luftschichten so geschichtet, dass kühlere Luft über heißerer Luft liegt. Die heiße Luft neigt dazu, aufzusteigen und dabei abzukühlen.

Wichtigste Ursachen für eine Thermische Inversion

• Advektion
• Strahlung
• Absinken (Senkung)

Erklärung des Thermischen Gradienten

Der thermische Gradient beschreibt die Abnahme der Temperatur mit der Höhe. Da die Hauptwärmequelle in der Atmosphäre die Strahlung vom Boden ist, gilt: Je weiter die Luft von dieser Quelle entfernt ist, desto kälter ist sie normalerweise.

Was ist die Absinkinversion (Senkungsinversion)?

Wenn Gasvolumen aufsteigen, expandieren sie auf Kosten der inneren Energie, was zu einer Temperaturabnahme führt. Umgekehrt führt die Kompression von Luftmassen (Absinken) zu einer Erhöhung der inneren Energie und somit zu einer Erwärmung – ein Phänomen, das als Absinkinversion oder Senkung bekannt ist.