Schadstoffausbreitung in der Atmosphäre

Schadstoffe, die in die Atmosphäre freigesetzt werden, werden vom Wind erfasst und mit sauberer Umgebungsluft vermischt. Die Belastung der Luft durch Schadstoffe hängt daher von der Menge der freigesetzten Schadstoffe und von den meteorologischen Bedingungen ab. Bei gleicher Schadstofffreisetzung kann die Belastung der Luft durch Schadstoffe aufgrund der meteorologischen Bedingungen erhebliche Unterschiede aufweisen.

• Emission ist die Freisetzung von Schadstoffen in die Atmosphäre (Masse Schadstoff pro Sekunde). Die Freisetzung kann beispielsweise über einen Schornstein, einen Kraftfahrzeugsauspuff oder über natürliche Quellen erfolgen.
• Transmission sind alle jene Prozesse, die in der Atmosphäre auf die Schadstoffe einwirken. Dazu zählen beispielsweise der Transport mit dem Wind, die Vermischung mit Umgebungsluft, chemische Reaktionen, das Auswaschen durch Regen oder die Ablagerung am Boden.
• Immission ist die in der Umgebung einer Schadstoffquelle gemessene Schadstoffkonzentration (Masse Schadstoff pro Kubikmeter Luft).

Transport mit dem Wind

Der Wind kann sich räumlich oder mit der Höhe stark ändern. Bei zu niedrigen Kaminen kann die Abgasfahne im Windschatten vom Gebäude zu Boden gedrückt werden. Schornsteine müssen hoch genug sein, um eine freie Ausbreitung der Abgasfahne zu gewährleisten.

Durchmischung mit der Umgebungsluft

Wirbel, die in die Luftströmung eingelagert sind, bewirken eine Vermischung der Abgasfahne mit Umgebungsluft. Dadurch fächert eine Abgasfahne mit zunehmender Entfernung auf und die Schadstoffkonzentration nimmt ab.

Neutrale oder labile Schichtung

Im Falle von neutraler Schichtung nimmt die Temperatur um genau ein Grad Celsius, im Falle von labiler Schichtung um mehr als ein Grad Celsius pro 100 Meter Höhenzunahme ab. Gelangt ein wärmeres Luftpaket in eine solche Temperaturschichtung, dann steigt es wegen seiner geringeren Dichte auf. Weil der Luftdruck mit der Höhe abnimmt, dehnt sich das Luftpaket beim Aufsteigen aus und kühlt dabei um ein Grad Celsius pro 100 Meter Aufstieg ab. Der Temperaturunterschied zur Umgebungsluft bleibt bei neutraler Schichtung immer gleich, bei labiler Schichtung wird der Temperaturunterschied zur Umgebungsluft immer größer. Das Luftpaket bleibt immer wärmer als die Umgebungsluft und steigt theoretisch ständig auf. In der Natur ist auch hier das Aufsteigen begrenzt, weil sich das Luftpaket mit der Umgebungsluft vermischt.

Stabile Schichtung

Im Falle von stabiler Schichtung nimmt die Temperatur um weniger als ein Grad Celsius pro 100 Meter Höhenzunahme ab.

Gelangt ein wärmeres Luftpaket in eine solche Temperaturschichtung, dann steigt es wegen seiner geringeren Dichte auf. Weil der Luftdruck mit der Höhe abnimmt, dehnt sich das Luftpaket beim Aufsteigen aus und kühlt dabei um ein Grad Celsius pro 100 Meter Aufstieg ab. Der Temperaturunterschied zur Umgebungsluft wird dadurch immer geringer. Ab einer bestimmten Höhe wird das Luftpaket kälter als die Umgebungsluft, verliert seinen Auftrieb und sinkt wieder ab. Die stabile Schichtung setzt vertikalen Luftbewegungen einen Widerstand entgegen.

Wie werden Schadstoffe wieder aus der Atmosphäre entfernt?

• Deposition (Ablagerung) von Schadstoffen an Oberflächen
• Auswaschen durch Niederschlag
• Chemische Umwandlungen bewirken eine Reduktion der ursprünglich in die Atmosphäre freigesetzten Schadstoffe. Dabei können jedoch neue Schadstoffe entstehen. Ozon ist beispielsweise ein Schadstoff, der nicht direkt in die Atmosphäre freigesetzt wird, sondern bei Sonneneinstrahlung aus verschiedenen Luftbeimengungen ("Vorläufersubstanzen") chemisch gebildet wird.