Wissenschaftler des Paul Scherrer Instituts (PSI) haben in einer aktuellen Studie untersucht, wie Waldbrände zur Bildung von gesundheitsschädlichen und klimawirksamen Stickoxiden in der Atmosphäre beitragen. Diese Forschung ist von großer Bedeutung, da sie dazu beiträgt, die Auswirkungen von Waldbränden auf die Luftqualität und das Klima besser zu verstehen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung wurden in der renommierten Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Waldbrände erzeugen nicht nur beeindruckende Feuer und dichte Rauchwolken, sondern setzen auch eine Vielzahl von Schadstoffen in die Atmosphäre frei. Diese Schadstoffe können über weite Strecken transportiert werden, was bedeutet, dass selbst in weit entfernten Regionen, wie den Alpen, Rückstände aus Waldbränden nachgewiesen werden können. Zu den gefährlichen Emissionen gehören unter anderem Feinstaub, Kohlendioxid und Stickoxide, die sowohl zur Verschlechterung der Luftqualität als auch zur Beschleunigung des Klimawandels beitragen. Insbesondere Stickoxide sind problematisch, da sie in der unteren Atmosphäre zur Bildung von Ozon führen, einem schädlichen Treibhausgas.
Die Forscher um Markus Ammann am PSI haben sich darauf konzentriert, die Mechanismen zu entschlüsseln, die hinter der Bildung von Stickoxiden stehen, insbesondere in Gebieten, die weit entfernt von den eigentlichen Brandherden liegen. Stickoxide entstehen typischerweise bei Verbrennungsprozessen, wobei Waldbrände und Blitze natürliche Quellen sind. Doch die gegenwärtigen Konzentrationen in städtischen Ballungsräumen sind deutlich höher als in der vorindustriellen Zeit, was hauptsächlich auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe zurückzuführen ist.
Ein bemerkenswerter Aspekt dieser Forschung ist die Umwandlung von Stickoxiden in Salpetersäure, die sich in Aerosolen auflöst und als Keim für Wolkentröpfchen dient. Diese Umwandlung sollte theoretisch zu einer geringeren Menge an Stickoxiden in der Atmosphäre führen, als tatsächlich gemessen wird. Ein bereits bekannter Prozess, der als Photolyse bezeichnet wird, wandelt Nitrat unter Sonnenlichteinstrahlung wieder in Stickoxide um. Dennoch ist diese Umwandlung zu langsam, um die beobachteten hohen Konzentrationen zu erklären.
Um diese Diskrepanz zu untersuchen, führten die Wissenschaftler ein kontrolliertes Experiment durch, bei dem sie einen Waldbrand in einem Holzofen simulierten. Durch die Regulierung der Luftzufuhr erzeugten sie eine größere Menge an Rauch und braunem Kohlenstoff, der bei der unvollständigen Verbrennung von Holz entsteht. Dieser braune Kohlenstoff hat die Fähigkeit, Licht im sichtbaren Bereich zu absorbieren und spielt eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung von Nitrat in Stickoxid.
In ihrem Experiment setzten die Forscher Nitrat verschiedenen UV-Lichtquellen aus, um zu beobachten, wie der braune Kohlenstoff die Stickoxidproduktion beeinflusst. Die Ergebnisse waren beeindruckend: Unter dem Einfluss von hartem UV-Licht, das bekannt dafür ist, Nitrat in Stickoxid umzuwandeln, stieg die Produktion von Stickoxiden signifikant an. Doch noch bemerkenswerter war, dass auch bei Verwendung von weichem UV-Licht Stickoxide nur in Anwesenheit des braunen Kohlenstoffs nachgewiesen werden konnten. Dies deutet darauf hin, dass die organischen Verbindungen im braunen Kohlenstoff das Licht absorbieren und in einen angeregten Zustand übergehen, wodurch sie Elektronen an Nitrat abgeben und es in Stickoxid umwandeln.
Die Forscher schätzen, dass dieser Mechanismus die Stickoxid-Produktion um das Zehnfache beschleunigt. Markus Ammann äußert sich optimistisch über die Ergebnisse und betont, dass sie entscheidend zur Verbesserung der Vorhersagen über die Auswirkungen von Waldbränden auf Luftqualität und Klima beitragen können.
Zukünftige Forschungen sollen darauf abzielen, weitere Mechanismen zu identifizieren, die zur Bildung von Stickoxiden beitragen, um ein noch umfassenderes Bild der Atmosphärenchemie im Zusammenhang mit Waldbränden zu erhalten. Diese Erkenntnisse könnten dazu beitragen, Strategien zur Minderung der negativen Auswirkungen von Waldbränden auf die Umwelt und die Gesundheit der Menschen zu entwickeln.
