Luftschadstoffe und meteorologische Größen
Atmosphärische Kohlendioxid-Konzentration Mauna Loa Observatorium, Hawaii, 1958-2024
Kohlendioxid ist ein farb- und geruchloses, unbrennbares Gas.
Kohlendioxid stellt keinen Schadstoff im herkömmlichen Sinne mit unmittelbaren toxischen Eigenschaften dar. Als zentrales Stoffwechselprodukt von Menschen, Tieren und Pflanzen ist es für das Leben auf der Erde unverzichtbar und in atmosphärischer Luft enthalten. Die Zunahme der CO2-Konzentration hat aber negative Folgen, denn sie trägt wesentlich zur beobachteten globalen Erwärmung der Erdoberfläche, dem sogenannten anthropogenen (menschengemachten) Treibhauseffekt, bei.
Ausführliche Informationen zum Klimawandel und seinen Auswirkungen bietet das Fachzentrum Klimawandel.
Die wesentliche anthropogene CO2-Quelle resultiert aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Seit Beginn der Industrialisierung hat der Verbrauch fossiler Brennstoffe enorm zugenommen. Infolge dessen ist seitdem der CO2-Gehalt von ca. 280 ppm auf über 420 ppm angestiegen. Die globale atmosphärische CO2-Konzentration wird mithilfe von emissionsfernen Dauermessungen wie beispielsweise derer des Mauna Loa Observatoriums auf Hawaii ermittelt (siehe Abbildung).
In Hessen wurde CO2 von 1995 bis 2022 an der Umweltbeobachtungs- und Klimafolgenforschungsstation Linden gemessen und seit Ende 2001 außerdem an der Messstation Wasserkuppe (Biosphärenreservat Rhön). In der Umwelt hat CO2 in den dort üblicherweise vorkommenden geringen Konzentrationen keine unmittelbaren negativen Wirkungen auf Menschen, Tiere, Pflanzen und Sachgüter; daher ist auch kein Grenz- oder Richtwert zur Bewertung von Immissionskonzentrationen vorhanden.
Kohlendioxid stellt die Schlüsselverbindung im komplexen Kohlenstoffkreislauf der Natur dar und ist somit in zahlreiche biologische, physikalische und geologische Kreisläufe eingebunden. Diese laufen in stark unterschiedlichen Zeitskalen ab. Daher kann für die atmosphärische Lebensdauer von CO2 kein bestimmter Wert angegeben werden.
Aktuelle Messwerte der Kohlendioxid-Konzentration finden Sie im Messdatenportal für unsere Luftmessstation Wasserkuppe.
Zeitreihen der Jahresmittelwerte für Kohlenmonoxid an hessischen Luftmessstellen
Kohlenmonoxid ist ein farb- und geruchloses, brennbares, schlecht wasserlösliches Gas. Es entsteht hauptsächlich bei der unvollständigen Verbrennung fossiler Brennstoffe. Dabei ist das Verhältnis von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid, das sich gleichzeitig als Produkt der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff bildet, stark von den Randbedingungen des Verbrennungsprozesses wie z. B. dem Sauerstoffangebot abhängig. Als anthropogene Quellen für CO sind der Kfz-Verkehr, Industrieprozesse sowie die Energie- und Wärmeerzeugung zu nennen.
In der freien Atmosphäre wird Kohlenmonoxid nur langsam zu Kohlendioxid oxidiert; die Reaktion wird durch UV-Strahlung und Wärme begünstigt. Die mittlere Verweilzeit von CO wird auf einige Monate geschätzt.
Die Giftigkeit von Kohlenmonoxid beruht darauf, dass über die Lunge aufgenommenes CO an das Hämoglobin des Blutes angelagert wird und dadurch den Mechanismus des Sauerstofftransports stört.
In der 39. BImSchV wird für Kohlenmonoxid folgender Grenzwert zum Schutz vor Gesundheitsgefahren angegeben:
- max. 8-h-Wert: 10 mg/m3
Die Abbildung zeigt die Entwicklung der Jahresmittelwerte für Kohlenmonoxid an hessischen Luftmessstellen. Für die Ermittlung der Jahresmittelwerte wurde ein arithmetisches Mittel über alle Luftmessstellen gleichen Charakters (Verkehrsschwerpunkte, städtischer Hintergrund) in ganz Hessen gebildet. Dabei wurden die Werte aller im jeweiligen Jahr verfügbaren Messstellen, die zur Beurteilung der Luftqualität herangezogen werden, in der Berechnung verwendet. Durch erfolgreiche emissionsmindernde Maßnahmen sind die Konzentrationen zurückgegangen und bewegen sich nun auf einem niedrigen Niveau.
Aktuelle Messwerte der Kohlenmonoxid-Konzentrationen finden Sie hier
Zeitreihen der Jahresmittelwerte für Ozon an hessischen Luftmessstellen
Bei Ozon in der Atmosphäre muss man grundsätzlich zwischen zwei Fällen unterscheiden:
- In der oberen Atmosphäre (Stratosphäre, 10 - 50 km Höhe) stellt Ozon einen natürlichen Bestandteil dar. Im Höhenbereich von 20 - 30 km befindet sich die sogenannte Ozonschicht, die einen lebensnotwendigen Schutz für das Leben auf der Erde gegen energiereiche UV-Strahlung bildet. Die Ausdünnung dieser Ozonschicht durch langlebige, ozonzerstörende Substanzen wird mit dem Schlagwort "Ozonloch" bezeichnet.
- In der unteren Atmosphäre (Troposphäre) wirkt Ozon hingegen als Schadgas mit negativen Auswirkungen auf Organismen. Ein Teil des hier vorkommenden Ozons stammt aus der Stratosphäre; der Rest wird aus Vorläufersubstanzen gebildet, die entweder natürlich vorhanden sind oder aber auf anthropogene Emissionen zurückgehen.
Das Ozonmolekül besteht nicht wie der Luftsauerstoff aus zwei, sondern aus drei Sauerstoffatomen. Sein Name leitet sich aus dem griechischen Begriff für "das Riechende" ab; Ozon ist ein Gas von etwas stechendem Geruch. Es wird zwar vom Geruchssinn bereits in sehr hoher Verdünnung (ab 40-50 µg/m3) wahrgenommen, jedoch lässt die Geruchsempfindung sehr rasch nach. Das ist auch der Grund dafür, dass der Eigengeruch von Ozon bei den in normaler Umgebungsluft üblichen Konzentrationen gar nicht wahrgenommen wird. Ozon ist ein schlecht wasserlösliches Gas. Da Ozon sehr leicht ein Sauerstoffatom abgibt, stellt es eines der stärksten Oxidationsmittel dar; es wird zur Trinkwasserentkeimung, Lebensmittelkonservierung und als Bleichmittel eingesetzt.
Bodennahes Ozon wird unter dem Einfluss intensiver Sonnenstrahlung aus Stickstoffoxiden und Kohlenwasserstoffen gebildet. Durch die umfangreiche anthropogene Emission der Vorläufersubstanzen wird die Ozonbildung in der bodennahen Luftschicht so verstärkt, dass es im Sommer zu Episoden erhöhter Ozonkonzentration (Sommersmog) kommen kann. Für die Stickstoffoxid-Emissionen ist hauptsächlich der Kfz-Verkehr verantwortlich; die Kohlenwasserstoffe stammen neben dem Verkehr von der Industrie, privater Anwendung und darüber hinaus auch aus biogenen Quellen.
Die Ozonkonzentration in der Atmosphäre ergibt sich aus einem komplexen dynamischen Gleichgewicht zwischen Ozon bildenden und Ozon abbauenden Reaktionen, bei dem auch die meteorologischen Bedingungen eine wichtige Rolle spielen. Ozon kann durch andere Luftverunreinigungen wieder zerstört werden; insbesondere wird es durch die Anwesenheit von Stickstoffmonoxid schnell abgebaut. Deshalb liegen die Ozon-Konzentrationen in städtischen Gebieten häufig niedriger als an emittentenfernen Standorten, die vergleichsweise geringere NO-Werte aufweisen. Ozon wird auch an Oberflächen abgebaut, so dass z. B. der Boden und der Pflanzenbewuchs eine Ozonsenke bilden. In der freien Troposphäre ist Ozon aber ein recht stabiles Gas, soweit die Stickstoffmonoxid-Konzentration verschwindend gering ist.
Neben der Konzentration der Vorläuferstoffe bestimmt die Intensität der Sonneneinstrahlung das Ausmaß der Ozonbildung. Dies erklärt den ausgeprägten Jahresgang der Ozonwerte mit einem Maximum im Sommerhalbjahr. Die Ozonkonzentrationen zeigen außerdem einen starken Tagesgang; die höchsten Ozonwerte treten dabei in den Nachmittagsstunden auf.
Ozon reizt die Schleimhäute und greift vor allem Atemwege, Augen und Lungengewebe an; beim Einatmen dringt Ozon tief in die Lunge ein. Höhere Ozonkonzentrationen bewirken neben Änderungen der Lungenfunktionsparameter subjektive Befindlichkeitsstörungen wie Augentränen, Kopfschmerzen, Konzentrationsschwäche und Reizung der Atemwege, die bei weiter steigenden Konzentrationen mit einer Abnahme der physischen Leistungsfähigkeit einhergehen. Man schätzt, dass ca. 10 % der Bevölkerung besonders empfindlich auf erhöhte Ozonkonzentrationen reagieren.
Bei Pflanzen kann Ozon ein breites Spektrum an Schadsymptomen auslösen; bei vielen empfindlichen Pflanzenarten treten auf den Blättern Verfärbungen oder Flecken auf. Außerdem steht Ozon im Verdacht, für Waldschäden mitverantwortlich zu sein. Eine weitere wichtige Folgewirkung ist die Beeinträchtigung des Pflanzenwachstums, wodurch die Produktivität landwirtschaftlicher Nutzpflanzen sinkt; hohe Ozonkonzentrationen können die Erträge wichtiger Kulturpflanzen (z. B. von Getreide, Buschbohnen und Mais) verringern.
Die Ozon-Schwellenwerte für die Unterrichtung der Bevölkerung sind nach der EU-Richtlinie 2008/50/EG und entsprechend der 39. BImSchV wie folgt festgelegt:
- Informationsschwelle: 180 µg/m3 als Einstundenmittelwert
- Alarmschwelle: 240 µg/m3 als Einstundenmittelwert
Bei Ozonwerten ab 180 µg/m3 wird gesundheitlich empfindlichen Personen empfohlen, auf anstrengende Tätigkeiten im Freien zu verzichten; sportliche Ausdauerleistungen sollten ebenfalls vermieden werden.
Bei Ozonwerten ab 240 µg/m3 richtet sich diese Empfehlung an alle Bürgerinnen und Bürger.
Akute Maßnahmen wie z.B. Verkehrsbeschränkungen sind gemäß 39. BImSchV bei Überschreitung der Alarmschwelle nicht vorgesehen. Diese Entscheidung basiert auf den Erfahrungen in den neunziger Jahren, die gezeigt haben, dass kurzfristige Maßnahmen die Ozon-Spitzenwerte nur geringfügig oder gar nicht senken können. Nur eine großräumige und langfristige Reduzierung der Ozon-Vorläufersubstanzen kann das Niveau der Ozon-Konzentration dauerhaft senken.
Die Abbildung zeigt die Entwicklung der Jahresmittelwerte für Ozon an hessischen Luftmessstellen. Für die Ermittlung der Jahresmittelwerte wurde ein arithmetisches Mittel über alle Luftmessstellen gleichen Charakters (städtischer Hintergrund, ländlicher Hintergrund) in ganz Hessen gebildet. Dabei wurden die Werte aller im jeweiligen Jahr verfügbaren Messstellen, die zur Beurteilung der Luftqualität herangezogen werden, in der Berechnung verwendet.
Die Jahresmittelwerte der Ozonkonzentration bewegen sich auf etwa gleichem Niveau oder steigen sogar leicht an. Dies liegt daran, dass es seltener zu Phasen mit Spitzenkonzentrationen kommt, aber auch geringe Ozonkonzentrationen seltener und mittelhohe stattdessen deutlich häufiger auftreten.
Aktuelle Messwerte der Ozon-Konzentrationen finden Sie hier.
Eine Vorhersage für die Ozonwerte am Folgetag wird im Sommerhalbjahr (1. April bis 30. September) einmal täglich gegen 15:00 Uhr erstellt.
Im Informationsblatt Bodennahes Ozon und Sommersmog finden Sie weitere Informationen.
Zeitreihen der Jahresmittelwerte für Schwefeldioxid (SO2) an hessischen Luftmessstellen
Schwefeldioxid ist ein farbloses, stechend riechendes Gas, das sich unter teilweiser Bildung von schwefliger Säure gut in Wasser löst. Ab einer Konzentration von ca. 1,3 mg/m3 Luft wird es vom Geruchssinn wahrgenommen.
Schwefeldioxid wird bei der Verbrennung von Kohle und Heizöl sowie anderer schwefelhaltiger Brennstoffe gebildet. Feuerungsanlagen im Industriebereich, Gebäudeheizungen sowie der Kraftfahrzeugverkehr (Dieselmotoren) sind die wesentlichen Quellen für die SO2-Belastung der Atmosphäre.
Abgebaut wird Schwefeldioxid in der Atmosphäre durch Oxidation zu Sulfat (SO42-), das aerosolgebunden oder in Wassertröpfchen gelöst vorliegt; außerdem wird SO2 direkt durch Regen aus der Atmosphäre ausgewaschen und kann auch zu einem geringen Anteil aus der Atmosphäre durch trockene Deposition auf Oberflächen entfernt werden. Die Verweilzeit des SO2 in der Atmosphäre wird in der Literatur mit 1-10 Tagen angegeben; bei Regenwetter beträgt die Verweilzeit höchstens einen Tag, während bei kaltem und trockenem Wetter das SO2 mehrere Tage in der Atmosphäre verbleibt. Bei winterlichen Hochdruckwetterlagen kann Ferntransport von SO2 über mehrere hundert Kilometer hinweg stattfinden.
Beim Menschen kann sich Schwefeldioxid bereits in geringen Konzentrationen insbesondere in Kombination mit Staub auf die Atmungsorgane auswirken. Es reizt die Schleimhäute und kann dabei zu Gewebsveränderungen im oberen Atemtrakt, einer Zunahme des Atemwiderstands und einer höheren Infektanfälligkeit führen. Auf Pflanzen wirkt SO2 ebenfalls schädlich; so reagieren beispielsweise Nadelhölzer, Moose und Flechten besonders empfindlich. Außerdem ist Schwefeldioxid an der Versauerung von Böden und Gewässern sowie an Korrosions- und Verwitterungsprozessen von Metallen und Gestein beteiligt.
Hohe SO2-Belastungen mit Grenzwertüberschreitungen waren u. a. die Begründung dafür, dass in Hessen 1975 die Belastungsgebiete Untermain, Rhein-Main, Wetzlar und Kassel ausgewiesen wurden. Seitdem ist die SO2-Belastung sehr stark zurückgegangen. In den Jahren 1985 - 88 gab es noch Smog-Episoden durch SO2-Ferntransport bei Ostwetterlagen, wohingegen im Winter 1996/97 trotz smogrelevanter, austauscharmer Wetterlage mit Ostwind keine außergewöhnlich hohen SO2-Konzentrationen mehr gemessen wurden. Das Auftreten von "hausgemachtem" sowie von "importiertem" Smog kann heute nahezu ausgeschlossen werden; deshalb konnte auch in Hessen die Winter-Smog-Verordnung im Frühjahr 1998 aufgehoben werden.
In der 39. BImSchV werden für Schwefeldioxid folgende Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit angegeben:
- 1-h-Wert: 350 µg/m3 (zulässige Überschreitungshäufigkeit pro Jahr: 24-mal)
- 24-h-Wert: 125 µg/m3 (zulässige Überschreitungshäufigkeit pro Jahr: 3-mal).
Die Abbildung zeigt die Entwicklung der Jahresmittelwerte für Schwefeldioxid an hessischen Luftmessstellen. Für die Ermittlung der Jahresmittelwerte wurde ein arithmetisches Mittel über alle Luftmessstellen gleichen Charakters (städtischer Hintergrund, ländlicher Hintergrund) in ganz Hessen gebildet. Dabei wurden die Werte aller im jeweiligen Jahr verfügbaren Messstellen, die zur Beurteilung der Luftqualität herangezogen werden, in der Berechnung verwendet.
In den letzten Jahrzehnten ist die Verwendung von Kohle zum Zweck der Gebäudeheizung stark zurückgegangen. Der Einsatz von Brennstoffen mit geringerem Schwefelgehalt und technische Maßnahmen wie eine verbesserte Abgasreinigung bei Großfeuerungsanlagen haben zu einer deutlichen Abnahme der SO2-Konzentration geführt.
Aktuelle Messwerte der Schwefeldioxid-Konzentrationen finden Sie hier
Zeitreihen der Jahresmittelwerte für Stickstoffdioxid an hessischen Luftmessstellen
Stickstoffdioxid (NO2) ist ein braunes, süßlich riechendes Gas, welches mit Wasser zu Salpetersäure reagiert. Die Geruchsschwelle für NO2 liegt bei ca. 0,9 mg/m3.
Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) entstehen hauptsächlich als Nebenprodukt bei der Verbrennung durch die Oxidation von Luftstickstoff. An der Schornsteinmündung bzw. am Auspuffrohr liegen die Stickstoffoxide im Allgemeinen zu über 90 % als Stickstoffmonoxid vor, das dann in der Atmosphäre zügig zu Stickstoffdioxid oxidiert wird. Stickstoffdioxid wird in der Atmosphäre langsam weiter zu Nitrat (NO3-) aufoxidiert, lagert sich an Aerosole an und wird in der partikelgebundenen Form durch nasse und trockene Deposition aus der Atmosphäre ausgetragen. Die Verweilzeit von NO2 in der Atmosphäre wird in der Literatur mit 5 - 7 Tagen angegeben und ist damit kürzer als die Verweilzeit von SO2 bei trockenem und kaltem Wetter. NO2 selbst wird bei Regen im Gegensatz zu SO2 kaum ausgewaschen.
Die schädigende Wirkung der Stickstoffoxide auf den Menschen ist insbesondere durch die Schädigung der Atemwege bedingt. Bei längerer Einwirkung können höhere Konzentrationen der Stickstoffoxide zu chronischer Bronchitis oder auch zu einer Erhöhung der Empfindlichkeit gegenüber Atemwegsinfektionen führen. Daneben besitzen die Stickstoffoxide auch pflanzentoxische Wirkungen; so schädigen sie beispielsweise bei Bäumen die Oberschicht von Blättern und Nadeln. Das Auftreten der heutigen Waldschäden wird u. a. mit dem umfangreichen Eintrag von Schadstoffen, darunter auch dem von Stickstoffoxiden, in Verbindung gebracht.
Darüber hinaus hat die Stickstoffoxidbelastung der Atmosphäre für zwei weitere Problemkomplexe ebenfalls entscheidende Bedeutung: Stickstoffoxide und reaktive Kohlenwasserstoffe sind zusammen mit Sonnenstrahlung die Reaktionspartner für die photochemische Ozonbildung; Maßnahmen zur Minderung der Stickstoffoxidemissionen tragen demnach auch zur Verringerung des Sommersmogproblems bei. Außerdem ist der derzeitige Stickstoffeintrag aus der Atmosphäre in schützenswerte Biotope auf stickstoffarmen Böden (Heide, Moor, Magerrasen) ein Problem, weil die dabei stattfindende Überdüngung die Flora gravierend verändern kann; so droht beispielsweise die Lüneburger Heide zu vergrasen.
In der 39. BImSchV werden für Stickstoffdioxid folgende Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit angegeben:
- 1-h Wert: 200 µg/m3 (zulässige Überschreitungshäufigkeit pro Jahr: 18-mal)
- Jahresmittel: 40 µg/m3
Die Abbildung zeigt die Entwicklung der Jahresmittelwerte für Stickstoffdioxid an hessischen Luftmessstellen. Für die Ermittlung der Jahresmittelwerte wurde ein arithmetisches Mittel über alle Luftmessstellen gleichen Charakters (Verkehrsschwerpunkte, städtischer Hintergrund, ländlicher Hintergrund) in ganz Hessen gebildet. Dabei wurden die Werte aller im jeweiligen Jahr verfügbaren Messstellen, die zur Beurteilung der Luftqualität herangezogen werden, in der Berechnung verwendet.
Es zeichnet sich ein abnehmender Trend der Stickstoffdioxid-Konzentrationen ab.
Aktuelle Messwerte der Stickstoffdioxid-Konzentrationen finden Sie hier
In unserem Faltblatt Stickstoffdioxid haben wir ausführliche Informationen zusammengestellt.
Zeitreihen der Jahresmittelwerte für Stickstoffdioxid an hessischen Luftmessstellen
Stickstoffmonoxid (NO) ist ein farbloses, geruchloses und wenig wasserlösliches Gas, das mit Luftsauerstoff zu Stickstoffdioxid reagiert.
Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) entstehen hauptsächlich als Nebenprodukt bei der Verbrennung durch die Oxidation von Luftstickstoff. An der Schornsteinmündung bzw. am Auspuffrohr liegen die Stickstoffoxide im Allgemeinen zu über 90 % als Stickstoffmonoxid vor, das dann in der Atmosphäre zügig zu Stickstoffdioxid oxidiert wird. Die Stickstoffoxide stammen hauptsächlich aus den Abgasen von Industrie, Gebäudeheizung und Verkehr. Die Emittentengruppe Kfz-Verkehr trägt mit Abstand am meisten zu den Stickstoffoxid-Emissionen bei. Außerhalb der Städte spielen auch biogene Emissionen (durch mikrobiologische Prozesse im Boden) für die Stickstoffoxidbilanz eine nicht zu vernachlässigende Rolle.
Die Abbildung zeigt die Entwicklung der Jahresmittelwerte für Stickstoffmonoxid an hessischen Luftmessstellen. Für die Ermittlung der Jahresmittelwerte wurde ein arithmetisches Mittel über alle Luftmessstellen gleichen Charakters (Verkehrsschwerpunkte, städtischer Hintergrund, ländlicher Hintergrund) in ganz Hessen gebildet. Dabei wurden die Werte aller im jeweiligen Jahr verfügbaren Messstellen, die zur Beurteilung der Luftqualität herangezogen werden, in der Berechnung verwendet.
Für Stickstoffmonoxid liegen keine Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit vor.
Aktuelle Messwerte der Stickstoffmonoxid-Konzentrationen finden Sie hier
Zeitreihen der Jahresmittelwerte für Benzol an hessischen Luftmessstellen
Die Bezeichnung BTEX steht für die Stoffgruppe Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol. Dabei handelt es sich um flüchtige organische Verbindungen. Chemisch sind sie den aromatischen Kohlenwasserstoffen zuzuordnen.
Die zu den BTEX gehörenden Substanzen sind in Reinform bei Raumtemperatur farblose Flüssigkeiten, die gar nicht oder nur gering wasserlöslich sind. Sie sind leicht flüchtig und liegen in der Umgebungsluft deshalb gasförmig vor. Von allen BTEX-Substanzen gehen Gesundheitsgefahren abhängig von der Konzentration und der Expositionsdauer aus.
Benzol (C6H6)
Ein Benzolmolekül (C6H6) besteht aus einem planaren Kohlenstoffsechsring, an dessen Ecken sich jeweils ein Wasserstoffatom befindet. Es ist an seinem charakteristischen aromatischen, süßlichen Geruch erkennbar.
Der Hauptanteil der Benzolemissionen geht auf den Kfz-Verkehr zurück; dabei gelangt das Benzol über die Abgase sowie über Verdunstungsprozesse in die Außenluft.
In der 39. BImSchV wird für Benzol folgender Grenzwert zum Schutz der menschlichen Gesundheit angegeben:
- 5 µg/m3 im Jahresmittel
Das vorangestellte Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf der Benzol-Jahresmittelwerte. Für die Ermittlung wurde ein arithmetisches Mittel über alle Luftmessstellen gleichen Charakters (Verkehrsschwerpunkte, städtischer Hintergrund) in ganz Hessen gebildet. Die Konzentrationen weisen einen abnehmenden Trend auf, der vermutlich überwiegend auf emissionsmindernde Maßnahmen im Verkehrsbereich zurückgeht.
Aktuelle Messwerte der Benzol-Konzentrationen finden Sie hier.
Außer Benzol werden noch weitere Benzol-Derivate erfasst, für die im Rahmen der Luftreinhaltung kein Grenzwert vorgegeben ist:
- Toluol (C7H8)
Benzolring mit einer Methylgruppe - Ethylbenzol (C8H10)
Benzolring mit einer Ethylgruppe - o‑Xylol (ortho-Xylol, C8H10)
Benzolring mit zwei Methylgruppen
Xylole haben eine unterschiedliche räumliche Anordnung der Methylgruppen - m‑/p‑Xylol (meta-Xylol und para-Xylol, C8H10)
Benzolring mit zwei Methylgruppen
Xylole haben eine unterschiedliche räumliche Anordnung der Methylgruppen
Aktuelle Messwerte finden Sie hier unter der jeweiligen Bezeichnung.
Bei der Stoffgruppe der Kohlenwasserstoffe handelt es sich um verschiedene chemische Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff.
Ein großer Teil der Kohlenwasserstoffe entsteht bei der unvollständigen Verbrennung (Verkehr). Bei Industrie, Gewerbetrieben sowie privatem Verbrauch und Handwerk stehen Lösungsmittel und leichtflüchtige Verbindungen im Vordergrund. Auch Pflanzen (v. a. Nadelbäume) setzen erhebliche Mengen an flüchtigen organischen Komponenten frei.
Die meisten der in der Luft anzutreffenden Kohlenwasserstoffe sind aus lufthygienischer Sicht als unbedenklich, ein geringer Anteil ist aber auch als kritisch zu bezeichnen. Jedoch sind die Kohlenwasserstoffe in einem anderen Zusammenhang von Bedeutung: Sie tragen in den Sommermonaten (gemeinsam mit den Stickstoffoxiden) als Vorläufersubstanzen zur Entstehung von Ozon bei.
Messtechnisch erfasst wird zum einen die Summe der Kohlenwasserstoffe und zum anderen die Einzelkomponente Methan; als Messergebnis wird in der Regel die Summe der Kohlenwasserstoffe ohne Methan angegeben. Grund dafür ist, dass die vergleichsweise hohe Konzentration von Methan die Konzentrationswerte aller übrigen Kohlenwasserstoffe überdecken würde. Insgesamt ist die Immissionsbelastung durch Kohlenwasserstoffe in den letzten Jahrzehnten zurückgegangen.
Die Komponenten BTEX (Benzol, Toluol, Ethylbenzol, o-/m-/p-Xylol) werden separat erfasst.
Für die Stoffgruppe der Kohlenwasserstoffe ist im Rahmen der Luftreinhaltung kein Grenzwert vorgegeben.
Unter Feinstaub versteht man die in der Atmosphäre verteilten festen oder flüssigen Teilchen. Man bezeichnet diese Teilchen auch als Aerosolpartikel. Feinstaub kann sowohl durch natürliche als auch anthropogene Quellen in die Luft eingetragen werden. Beispielsweise stellen direkte Emissionen staubhaltiger Abluft vor allem aus Industrie, Gebäudeheizung und Kfz-Verkehr einen wichtigen Beitrag dar. Daneben gibt es noch indirekte anthropogene Staubemissionen. Hierzu gehören z. B. Staubaufwirbelungen vom Boden (Kraftfahrzeugverkehr, Baustellen etc.) oder verstärkte Staubemissionen durch geänderte Landnutzung (Landwirtschaft).
Eine weitere wichtige Quelle stellen partikelbildende Gasreaktionen (wie beispielsweise die Oxidation von Schwefeldioxid zu Sulfat oder Stickstoffdioxid zu Nitrat etc.) in der Atmosphäre dar. Die daraus entstehenden Partikel werden auch als „Sekundäre Aerosolpartikel“ bezeichnet.
Aufgrund der Vielzahl an unterschiedlichen Quellen haben Feinstaubpartikel keine einheitliche Größe oder chemische Zusammensetzung. An den Partikeln können wiederum weitere Schadstoffe wie Schwermetalle oder polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) angehaftet sein.
Wie sich die Feinstaubpartikel in der Atmosphäre verhalten, hängt unter anderem von ihrer Größe ab. Die Partikel reichen von kleinsten nanometergroßen Partikeln, die aus wenigen Molekülen bestehen können, bis hin zu Partikeln mit Durchmessern größer als 50 µm. Kleine Teilchen bis 1 µm schweben ohne erkennbare Fallgeschwindigkeit in der Atmosphäre. Die Verweilzeit für diese kleinen Staubpartikel beträgt einige Tage bis wenige Wochen, daher können Feinstaubpartikel über großen Entfernungen transportiert werden. Selbst für etwas größere Partikel ist Ferntransport möglich. Beispielsweise können in der Saharawüste aufgewirbelte Staubpartikel bis in unsere Regionen und darüber hinaus transportiert werden. Mit wachsendem Partikeldurchmesser nimmt die Fallgeschwindigkeit zu, so dass größere Partikel nur eine geringe Verweilzeit in der Atmosphäre haben.
Abhängig von ihrer Größe gelangen inhalierte Partikel in bestimmte Regionen des Atemtrakts. Während gröberer Feinstaub meist bereits im Nasen- und Rachenraum abgeschieden wird, gelangen feinere Partikel (kleiner 2,5 µm) bis tief in die Lunge, d.h. in die Bronchien, Bronchiolen und auch in die Lungenbläschen, die Alveolen. Je kleiner die Partikel sind, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie wieder ausgeatmet oder durch die Reinigungsmechanismen der Lunge unschädlich gemacht und abtransportiert werden. Ultrafeine Partikel können sogar in den Blutkreislauf übergehen und damit in den Blutgefäßen oder anderen Organen Schaden anrichten.
Feinstaubpartikel können im Zellgewebe Entzündungen und sogenannten oxidativen Stress auslösen. Langfristig kann dies zu Erkrankungen der Atemwege, des Herz-Kreislaufsystems, des Stoffwechsels und des Nervensystems führen.
Zeitreihen der Jahresmittelwerte für Feinstaub (PM10) an hessischen Luftmessstellen
Bei Feinstaub PM 10 handelt es sich um inhalierbare Feinstaubpartikel mit einem Durchmesser kleiner 10 µm (Particulate Matter 10 µm).
In der 39. BImSchV werden für PM10 folgende Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit angegeben:
- 24-h Wert: 50 µg/m3 (zulässige Überschreitungshäufigkeit pro Jahr: 35-mal)
- Jahresmittel: 40 µg/m3.
Die Abbildung zeigt die Entwicklung der Jahresmittelwerte für Feinstaub PM10 an hessischen Luftmessstellen. Für die Ermittlung der Jahresmittelwerte wurde ein arithmetisches Mittel über alle Luftmessstellen gleichen Charakters (Verkehrsschwerpunkte, städtischer Hintergrund, ländlicher Hintergrund) in ganz Hessen gebildet. Dabei wurden die Werte aller im jeweiligen Jahr verfügbaren Messstellen, die zur Beurteilung der Luftqualität herangezogen werden, in der Berechnung verwendet.
Erfolgreiche Emissionsminderungsmaßnahmen wie zum Beispiel der Einsatz von Partikelfiltern in der Industrie und beim KfZ-Verkehr haben zu einer deutlichen Abnahme der Feinstaubkonzentration geführt.
Aktuelle Messwerte der PM10-Konzentrationen finden Sie hier.
Zeitreihen der Jahresmittelwerte für Feinstaub (PM2,5) an hessischen Luftmessstellen
Bei Feinstaub PM2,5 handelt es sich um lungengängige Feinstaubpartikel mit einem Durchmesser kleiner 2,5 µm (Particulate Matter 2,5 µm).
In der 39. BImSchV wird für Feinstaub PM2,5 zum Schutz der menschlichen Gesundheit folgender Grenzwert angegeben:
- Jahresmittel: 25 µg/m3
Die Abbildung zeigt die Entwicklung der Jahresmittelwerte für Feinstaub PM2,5 an hessischen Luftmessstellen. Für die Ermittlung der Jahresmittelwerte wurde ein arithmetisches Mittel über alle Luftmessstellen gleichen Charakters (Verkehrsschwerpunkte, städtischer Hintergrund, ländlicher Hintergrund) in ganz Hessen gebildet. Dabei wurden die Werte aller im jeweiligen Jahr verfügbaren Messstellen, die zur Beurteilung der Luftqualität herangezogen werden, in der Berechnung verwendet.
Aktuelle Messwerte der PM2,5-Konzentrationen finden Sie hier.
Als ultrafeine Partikel beziehungsweise Ultrafeinstaub werden alle Partikel mit einem Durchmesser kleiner als 100 nm bezeichnet. UFP sind damit die kleinsten festen und flüssigen Teilchen in unserer Luft, verhalten sich aber aufgrund ihrer geringen Größe eher wie Gasmoleküle. Sie stellen eine Teilmenge des Feinstaubs dar, tragen aber aufgrund ihrer geringen Größe kaum zur Massenkonzentration der Feinstaubfraktionen PM10 oder PM2,5 bei. Man gibt ihre Konzentration deshalb auch nicht als Massen- sondern als Anzahlkonzentration an.
Diese besonders kleinen Feinstaubteilchen stellen ein potentiell höheres gesundheitliches Risiko dar als „gewöhnlicher“ Feinstaub, da sie aufgrund ihrer geringen Größe tief in die Lunge eindringen können, von wo aus sie auf den menschlichen Organismus wirken können. Bisher existieren jedoch zu wenige Studien, die die Effekte der ultrafeinen Partikel epidemiologisch untersuchen, so dass noch keine gesetzlich einzuhaltenden Grenzwerte vorliegen. Jedoch hat die Weltgesundheitsorganisation (WHO) in ihren 2021 veröffentlichten Luftgüteleitlinien erstmals auch Empfehlungen zur Beurteilung der Partikelanzahl- bzw. UFP-Konzentration gegeben. Laut WHO-Leitlinien kann von einer hohen Belastung durch UFP ausgegangen werden, wenn ein Tagesmittelwert von 10 000 Partikeln pro Kubikzentimeter oder ein Stundenmittelwert von 20 000 Partikeln pro Kubikzentimeter überschritten wird.
An den Messstationen Frankfurt Friedberger Landstraße, Frankfurt-Schwanheim und Raunheim werden dauerhaft ultrafeine Partikel gemessen. Darüber hinaus wird die UFP-Belastung temporär an weiteren Messstellen erfasst.
Aktuelle UFP- Messwerte finden Sie hier.
Weitere Informationen zu ultrafeinen Partikeln finden Sie in unserem Sondermessprogramm UFP.
Zeitreihen der Jahresmittelwerte für Blei im Feinstaub PM10 (Pb) an hessischen Luftmessstellen
Blei zählt zur Gruppe der Schwermetalle und kommt in der Umwelt als anorganische Spurenverunreinigung vor. Bleiverbindungen liegen in der Außenluft überwiegend partikelgebunden vor und werden deshalb als Bestandteil im Feinstaub PM10 erfasst. Aus der Luft werden sie durch trockene und nasse Deposition entfernt. Die Verweilzeit von Blei in der Atmosphäre entspricht daher ungefähr der von Staub (1-10 Tage).
Blei wird bei der Gewinnung von Blei und anderen Metallen, bei industriellen Produktionsprozessen (wie z. B. der Akkumulatoren-Herstellung) und bei Verbrennungsvorgängen emittiert. In früheren Jahrzehnten wurden bleiorganische Verbindungen den Ottokraftstoffen als Antiklopfmittel zugesetzt. Die enorme Bleibelastung der Umwelt durch den Kraftfahrzeugverkehr ist seit der Einführung von unverbleitem Benzin ab Mitte der 80er Jahre schrittweise abgebaut worden. Die heutigen Bleiemissionen stammen von der Industrie sowie (aufgrund des natürlichen Bleigehalts in Kohle und Erdöl) von der Gebäudeheizung und dem Verkehr.
Für den Menschen ist die fortgesetzte Aufnahme kleiner Bleimengen gefährlich, wohingegen akute Bleivergiftungen kaum eine Rolle spielen. Im Organismus wird der Hauptteil des Bleigehalts in den Knochen abgelagert. Hohe chronische Exposition führt zur sog. Bleikrankheit mit zentralnervösen Beschwerden (wie z. B. Kopfschmerzen, Müdigkeit, Schwindel). Die wichtigste Aufnahmequelle für den Menschen stellt die Nahrung dar. Blei wird über die Nahrungskette angereichert.
Die 39. BImSchV sieht für Blei folgenden Grenzwert zum Schutz der menschlichen Gesundheit vor:
- Jahresmittel: 0,5 µg/m3.
Die Abbildung zeigt die Entwicklung der Jahresmittelwerte für Blei im Feinstaub PM10 an hessischen Luftmessstellen. Für die Ermittlung der Jahresmittelwerte wurde ein arithmetisches Mittel über alle Luftmessstellen gleichen Charakters (Verkehrsschwerpunkte, städtischer Hintergrund, ländlicher Hintergrund) in ganz Hessen gebildet. Dabei wurden die Werte aller im jeweiligen Jahr verfügbaren Messstellen, die zur Beurteilung der Luftqualität herangezogen werden, in der Berechnung verwendet.
![Zeitreihen der Jahresmittelwerte für Benzo[a]pyren im Feinstaub PM10 (BaP) an hessischen Luftmessstellen](/fileadmin/img_content/luft/komponenten/BaP.gif)
Zeitreihen der Jahresmittelwerte für Benzo[a]pyren im Feinstaub PM10 (BaP) an hessischen Luftmessstellen
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) gehören zu den organischen Verbindungen. Sie bestehen aus mehreren miteinander verbundenen Kohlenwasserstoffringen. In der Luft liegen sie in partikelgebundener Form vor und werden deshalb als Bestandteil im Feinstaub PM10 erfasst. Die gesammelten Staubproben werden auf die folgenden PAK untersucht: Benzo[a]pyren, Benzo[a]anthracen, Benzo[b,j,k]fluoranthen, Dibenzo[a,h]anthracen und Indeno[1,2,3-cd]pyren.
Benzo[a]pyren, kurz BaP, dient dabei als Marker für die kanzerogene Wirkung der PAK. In der 39. BImSchV wird deshalb zum Schutz der menschlichen Gesundheit 1 ng/m³ im Jahresmittel als Zielwert für BaP angegeben.
Benzo[a]pyren entsteht vor allem bei der Verbrennung von organischem Material wie Holz oder Kohle, aber auch im Straßenverkehr durch die Verbrennung von Kraftfahrstoffen.
Die Abbildung zeigt die Entwicklung der Jahresmittelwerte für Benzo[a]pyren (BaP) im Feinstaub PM10 an hessischen Luftmessstellen. Für die Ermittlung der Jahresmittelwerte wurde ein arithmetisches Mittel über alle Luftmessstellen gleichen Charakters (Verkehrsschwerpunkte, städtischer Hintergrund, ländlicher Hintergrund) in ganz Hessen gebildet. Dabei wurden die Werte aller im jeweiligen Jahr verfügbaren Messstellen, die zur Beurteilung der Luftqualität herangezogen werden, in der Berechnung verwendet.
Ruß (Black Carbon) ist ein Bestandteil von Feinstaub und entsteht bei der unvollständigen Verbrennung, beispielsweise bei der Kraftstoffverbrennung in Fahrzeugen oder bei der Feuerung mit Biomasse. Aufgrund ihrer teilweise geringen Größe können Rußpartikel tief in den menschlichen Organismus eindringen und dort gesundheitliche Schäden hervorrufen. Ruß enthält eine Vielzahl von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und andere toxische Verbindungen und trägt daher dazu bei, schwere Lungen- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen auszulösen oder zu verstärken.
Es gibt aktuell keinen Grenz- oder Zielwert für Ruß, jedoch wird Ruß in der Luftqualitätsrichtlinie (EU) 2024/2881 als Schadstoff mit zunehmendem Anlass zur Besorgnis gelistet und soll daher an den zukünftig einzurichtenden Großmessstationen gemessen werden.
Mit der Messung meteorologischer Größen werden Bedingungen erfasst, die für die Entstehung und Ausbreitung von Luftverunreinigungen bedeutsam sind.
Unter Lufttemperatur versteht man die Temperatur der Luftschichten in der Atmosphäre, wobei deren Erwärmung im Wesentlichen auf Wärmeabgabe der Erdoberfläche beruht. Die Messungen erfolgen unter Ausschaltung jeglicher Strahlungseinflüsse und kontinuierlicher Zuführung der Umgebungsluft an den Messfühler (Ventilation). Die Messwerte werden in Grad Celsius angegeben.
Aus den Halbstundenmesswerten werden die gebräuchlichen Angaben der Lufttemperatur, wie z.B. die mittlere Tagestemperatur oder der Jahresmittelwert, durch arithmetische Mittelwertbildung erhalten.
Aktuelle Messwerte der Temperaturen finden Sie hier
Die relative Luftfeuchte ist der Wasserdampfgehalt der Luft, angegeben als relative Feuchte in Prozent. Bei einer relativen Luftfeuchte von 100 % ist die Luft völlig mit Wasserdampf gesättigt; überschüssiger Wasserdampf kondensiert zu Tröpfchen bzw. sublimiert zu Eiskristallen. Absolut trockene Luft (0 % Luftfeuchte) wird selbst in Wüsten und bei sehr tiefen Temperaturen nicht angetroffen.
Aktuelle Messwerte der relativen Luftfeuchte finden Sie hier
Die Windrichtung ist die Himmelsrichtung, aus der der Wind weht. Sie wird zwischen 1 und 360 Grad angegeben. Die Messung der Windrichtung erfolgt entweder mit Windfahnen oder mit Ultraschall-Anemometern.
Es gibt zwei Fälle, in denen keine Vorzugsrichtung des Windes angegeben werden kann: bei geringen Windgeschwindigkeiten von im Mittel unter 0,4 m/s (Angabe "00") oder bei umlaufenden Winden (Angabe "0").
Die Zuordnung der Gradzahlen zu den gebräuchlichen Windrichtungsangaben ist der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen:
| Windrichtung | Abkürzung | Grad auf der Windskala |
|---|---|---|
| Nordost | NO | 45 |
| Ost | O | 90 |
| Südost | SO | 135 |
| Süd | S | 180 |
| Südwest | SW | 225 |
| West | W | 270 |
| Nordwest | NW | 315 |
| Nord | N | 360 |
Aktuelle Messwerte der Windrichtung finden Sie hier
Die Windgeschwindigkeit ist die horizontale Geschwindigkeit der Luft. Sie wird in m/s, km/h und Knoten gemessen, wobei 1 m/s gleich 3,6 km/h ist und 1 Knoten 1,852 km/h entspricht. Die Auswirkungen des Windes im Binnenland und auf See sind in der Beaufortskala angegeben, die Windstärken zwischen 0 (still) und 12 (Orkan) umfasst.
Die Messung der Windgeschwindigkeit erfolgt mit Anemometern (Schalen-Anemometern bzw. Utraschall-Anemometern). Bei Windstille heißt der Eintrag für die Windgeschwindigkeit "000".
Aktuelle Messwerte der Windgeschwindigkeit finden Sie hier