Umweltverschmutzung: Ursachen, Auswirkungen und Bekämpfung

Merkmale der Schadstoffausbreitung

Die Ausbreitung ist durch die Natur des Schadstoffs, seine Konzentration und seine physikochemischen Eigenschaften bestimmt. Bei Ausbreitung steigt Gas auf und erleichtert die Dispersion, wenn die Temperatur eines Gases höher ist als die des Mediums. In höheren Lagen besteht eine größere Chance, thermische Inversionsschichten zu überwinden, was die Ausbreitung der Verunreinigung erleichtert.

Atmosphärische Bedingungen

Lufttemperatur und Höhenvariation

Die Lufttemperatur und ihre Variation mit der Höhe bestimmen die Bewegungen der Luftmassen und die Bedingungen der atmosphärischen Stabilität oder Instabilität. Diese Temperaturschwankungen können zu thermischen Inversionssituationen führen, die es erschweren, eine Kontamination zu verbreiten.

Winde

Winde sind Elemente von großer Bedeutung für die Ausbreitung der Schadstoffe. Die Windrichtung gibt an, in welche Gebiete Schadstoffe verlagert werden können. Die Windgeschwindigkeit ist direkt mit der Dispersionskapazität verbunden: Je höher die Geschwindigkeit, desto größer ist die Ausbreitung der Schadstoffe; Turbulenzen können jedoch auch zu einer Ansammlung von Schadstoffen führen.

Niederschlag

Niederschläge haben eine reinigende Wirkung auf die Atmosphäre, indem sie einige Schadstoffe in den Boden ziehen.

Sonneneinstrahlung

Sonneneinstrahlung fördert die Reaktionen zwischen den Vorläufersubstanzen von sekundären Schadstoffen, was deren Konzentration erhöht.

Geographische & Topographische Eigenschaften

Die Lage und Anordnung haben einen Einfluss auf die Entstehung von Bedingungen, die die Ausbreitung oder Ansammlung von Schadstoffen beeinflussen.

Küstengebiete

Es entstehen Brisen, die tagsüber Schadstoffe ins Landesinnere transportieren, während sie nachts die Kontamination in Richtung Meer bewegen.

Flusstäler und Voralpen

Tal- und Bergwinde werden durch die unterschiedliche Erwärmung der Hänge und Täler im Tages- und Nachtverlauf erzeugt. Im Laufe des Tages erwärmen sich die Hänge und erzeugen einen aufsteigenden Strom heißer Luft, während sich im Talboden eine Masse kalter Luft ansammelt, was zu einer thermischen Inversionssituation führt, die die Bewegung der Luftmassen behindert und die Ausbreitung von Schadstoffen erschwert.

Vegetationsmassen

Vegetationsmassen verringern die Luftverschmutzung durch Verlangsamung der Windgeschwindigkeit. Die Vegetation absorbiert CO₂ für die Photosynthese und dient somit als Senke, wodurch sie eine wichtige Reinigungsfunktion erfüllt.

Städtische Zentren

Städtische Zentren beeinflussen die Bewegung der Luftmassen, indem sie die Windgeschwindigkeit reduzieren oder verlangsamen und Turbulenzen bilden. Dies ist der Wärmeinsel-Effekt, der dazu führt, dass die Temperatur innerhalb der Stadt höher ist als in der Peripherie, bedingt durch die große Hitze, die bei der Verbrennung in Fahrzeugen produziert wird. Dies begünstigt das Auftreten von städtischen Brisen. Diese Effekte behindern die Ausbreitung der Schadstoffe, erhöhen deren Konzentration und verursachen die Bildung der typischen "Kuppel" urbaner Schadstoffe.

Auswirkungen der Luftverschmutzung

Luftverschmutzung hat negative Auswirkungen auf Lebewesen, Materialien und Ökosysteme, die kurzfristig (z.B. menschliche Gesundheit) oder langfristig (z.B. Klimawandel) bewertet werden können. Je nach Aktionsradius sind die Effekte lokal, regional oder global. Das Ausmaß und die Art der Effekte hängen von der Art des Schadstoffs, seiner Konzentration und der Expositionszeit ab.

Lokale Effekte: Smog

Die Smogbildung ist eine Beziehung zwischen atmosphärischen Bedingungen und Luftverschmutzung.

Ätzender oder nasser Smog

Er entsteht bei hoher Konzentration von Schwebeteilchen, SO₂ und grauem Nebel in einer Stadt. Er ist stechend und verursacht Atemprobleme, insbesondere bei Asthma.

Photochemischer Smog

Photochemischer Smog in der Atmosphäre sind oxidierende Reaktionen, die aus Stickoxiden (NO_X), Kohlenwasserstoffen (HC) und Sauerstoff (O) unter Einwirkung ultravioletter Sonnenstrahlung entstehen. Er wird durch Hochdruckgebiete, starke Sonneneinstrahlung und schwache Winde begünstigt. Die photochemischen Reaktionen sind:

• Ozonbildung aus dem NO₂-Photolysezyklus.
• Aktive Bildung freier Radikale aus Kohlenwasserstoffresten, die NO zu NO₂ oxidieren. Wenn Kohlenwasserstoffe vorhanden sind, gerät der photolytische Zyklus aus dem Gleichgewicht, die oxidierten organischen Reste reagieren mit NO, oxidieren und bilden aktive freie Radikale, was den Ozongehalt erhöht.
• Bildung von PAN (Peroxyacetylnitrat): Freie Radikale reagieren miteinander und bilden PAN und andere Verbindungen.

Grenzüberschreitende Luftverunreinigung

Grenzüberschreitende Luftverunreinigung tritt auf, wenn Schadstoffe in Gebieten nahe und fern der Emissionsquellen auf die Erde zurückkehren.

Regionale Effekte: Saurer Regen

Entstehung von Saurem Regen

Saurer Regen ist die Rückkehr von in der Atmosphäre freigesetzten Schwefel- und Stickoxiden in Form von gelösten Säuren in Regentropfen oder Nebel zur Erde. Es beginnt, wenn Schwefel- und Stickoxide aus fossilen Brennstoffen durch Verbrennungsprozesse in die Atmosphäre freigesetzt werden. Diese reagieren und kehren auf zwei Arten zur Oberfläche zurück:

• Trockene Deposition: In Form von Gasen oder Partikeln in der Nähe der Emissionsquellen.
• Nasse Deposition: SO₂ und NO_X in der Atmosphäre werden zu H₂SO₄ und HNO₃ oxidiert, die sich in Wassertröpfchen auflösen, Wolken bilden und durch Wind und Regen wieder auf den Boden transportiert werden.

Die Intensität des sauren Regens hängt von der Geschwindigkeit der chemischen Reaktionen, der Feuchtigkeit in der Atmosphäre und der Dynamik der Ionenverschiebung ab.

Auswirkungen von Saurem Regen

Die Auswirkungen von saurem Regen manifestieren sich wie folgt:

• Aquatische Ökosysteme: Erhöhung des Säuregehalts, was zum Verschwinden von Lebewesen führt.
• Boden: Erhöhter Säuregehalt, der zu Veränderungen in seiner Zusammensetzung führt.
• Vegetation: Verlust von Blattmaterialien und Schäden an Pflanzen.

Luftqualität

Überwachung der Luftqualität

Es werden Systeme und Verfahren eingesetzt, um das Vorhandensein von Schadstoffen in der Atmosphäre sowie die Entwicklung ihrer Konzentrationen in Zeit und Raum zu beurteilen, um gesundheitliche und umweltbedingte Auswirkungen zu vermeiden und zu reduzieren. Dies geschieht durch:

• Überwachungsnetze (lokal, kommunal oder global).
• Analysemethoden (physikalisch oder chemisch).
• Biologische Indikatoren.
• Lidar-Sensoren.

Präventions- und Korrekturmaßnahmen

• Prävention: Durch Raumplanung, Umweltverträglichkeitsprüfungen, den Einsatz von Technologien mit geringen oder keinen Emissionen, F&E-Programme, Qualitätsverbesserung von fossilen Brennstoffen und Treibstoffen, soziale Informationsmaßnahmen und gesetzgeberische Maßnahmen.
• Korrektur: Reduzierung und Bindung von Partikelkonzentrationen, Reinigung von Anlagen zur Gas- und Schadstoffentfernung.

Lärmbelästigung

Definition und Ursprung von Lärm

Lärm ist unerwünschter Schall, der physiologische und psychologische Auswirkungen auf den Menschen haben kann. Die Hauptursprünge des Lärms sind:

• Industrie (Maschinen)
• Bauwesen
• Transportmittel
• Öffentliche Gebäude und Innenräume von Gebäuden
• Andere Quellen (Freizeit, freie Zeit etc.)

Auswirkungen von Lärm

Die Lärmbelastung wird beeinflusst durch die Dauer der Exposition, das individuelle Alter, die Art des Lebensstils und die Arbeit.

Physiologische Veränderungen

Dazu gehören der Verlust des Hörvermögens sowie Auswirkungen auf Atmung, Kreislauf, Magen-Darm-Trakt und das endokrine System.

Psychische Störungen

Die größten Auswirkungen hängen von der Lautstärke, der Emissionsquelle, der Ausbreitung und der Empfindlichkeit des Empfängers ab. Die häufigsten Erkrankungen sind Neurosen, Reizbarkeit und Stress.

Lösungen zur Lärmbekämpfung

Präventive Maßnahmen

Dazu gehören Raumplanung und Stadtarchitektur, Umweltverträglichkeitsstudien, Bußgelder, Gebühren etc., Lärmüberwachungssysteme zur Festlegung von Quellen sowie Informations- und Umweltbildung.

Korrektive Maßnahmen

Diese umfassen die Begrenzung und Reduzierung von Lärm an der Quelle und den Schutz der am stärksten exponierten Bevölkerung. Dazu gehören staatliche Verordnungen oder direkte Maßnahmen an den Emissionsquellen.