Im internationalen Atmosphären-Forschungsprojekt CLOUD (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) am CERN werden seit 2009 die Grundlagen der Wolkenentstehung und Prozesse der Luftverschmutzung unter Laborbedingungen untersucht. Die Wissenschafterinnen und Wissenschafter fanden dabei in früheren Studien beispielsweise heraus, dass von der Natur emittierte Kohlenwasserstoffe eine wichtige Rolle bei der Wolkenbildung spielen: Pflanzen, vor allem Bäume, stoßen etwa Terpene und Isoprene aus, aus denen sich winzige Partikel bilden, an denen Wasserdampf kondensieren kann.

Smog im Edelstahltank

Doch auch bei unvollständigen Verbrennungsprozessen in Verkehr, Industrie und Haushalten entstehen Kohlenwasserstoffe, aus denen sich gesundheitsschädliche, lungengängige Partikel bilden. Dieser Feinstaub trägt jedes Jahr weltweit zu Millionen von Todesfällen bei.

Bisher ging man davon aus, dass dies durch einen einzigen Oxidationsschritt erfolgt, die Kohlenwasserstoffe also innerhalb kurzer Zeit Sauerstoff binden und so direkt feste Partikel bilden. Das Team um Forscher des Schweizer Paul Scherrer Instituts (PSI), dem auch Wissenschafter der Universitäten Innsbruck und Wien sowie der Technischen Universität Wien angehörten, hat in dem 26 Kubikmeter großen Edelstahltank des CLOUD-Experiments nun besonders präzise Messungen zur Atmosphärenchemie durchgeführt. Sie füllten dazu den Tank mit einem städtischen Smog ähnelnden Gasgemisch, um die Umwandlung von Abgasen in organische Aerosole zu verfolgen.

Neuer Fokus auf mehrstufige Oxidation

Die Wissenschafterinnen und Wissenschafter zeigten, dass die etwa aus Autoabgasen und der Verbrennung organischer Materialien stammenden Vorläufergase wie Toluene und Benzene, mehrere Oxidationsstufen durchlaufen, bevor sie feste Partikel bilden. Das kann zwischen sechs Stunden und zwei Tagen dauern. Das Forschungsteam schätzt, dass diese mehrstufige Oxidation für mehr als 70 Prozent der gesamten anthropogenen organischen Aerosolverschmutzung verantwortlich ist.

"Diese Erkenntnis stellt die bisherige Annahme infrage, Schadstoffe bildeten sich vor allem in der Nähe der Emissionsquellen", erklärte Projektleiter Imad El Haddad vom PSI in einer Aussendung. Offensichtlich hat die Verschmutzung mit anthropogenem Feinstaub eine größere regionale Auswirkung als bisher angenommen. Für die Forscher deutet das darauf hin, dass es nicht ausreicht, die direkten Emissionen von Fabriken, Häusern und Fahrzeugen etwa mit Feinstaubfiltern zu reduzieren. Vielmehr müssten auch die Vorläufergase, aus denen sich später schädliche organische Aerosole bilden, kontrolliert und eingedämmt werden.

Service: https://doi.org/10.1038/s41561-025-01645-z