Was ist Luftqualität?

Saubere Luft ist für ein gesundes Leben unerlässlich, doch laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) atmen fast 99 % der Weltbevölkerung Luft, deren Grenzwerte für Luftverschmutzung überschritten werden. „Die Luftqualität ist ein Maß dafür, wie viel Stoff sich in der Luft befindet, darunter Partikel und gasförmige Schadstoffe“, erklärt Kristina Pistone, Wissenschaftlerin am NASA Ames Research Center. Pistones Forschung umfasst sowohl atmosphärische als auch klimatische Bereiche, wobei der Schwerpunkt auf den Auswirkungen atmosphärischer Partikel auf Klima und Wolken liegt. „Es ist wichtig, die Luftqualität zu verstehen, da sie sich auf Ihre Gesundheit auswirkt und darauf, wie gut Sie Ihr Leben leben und Ihren Alltag bewältigen können“, so Pistone. Wir trafen uns mit Pistone, um mehr über Luftqualität und ihre spürbaren Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu erfahren.

Was macht die Luftqualität aus?
Die US-Umweltschutzbehörde EPA reguliert sechs Hauptluftschadstoffe: Feinstaub (PM), Stickoxide, Ozon, Schwefeloxide, Kohlenmonoxid und Blei. Diese Schadstoffe stammen aus natürlichen Quellen, wie etwa Feinstaub, der durch Brände und Wüstenstaub in die Atmosphäre gelangt, oder aus menschlichen Aktivitäten, wie etwa Ozon, das durch die Reaktion von Sonnenlicht mit Autoabgasen entsteht.

Welche Bedeutung hat die Luftqualität?
Die Luftqualität beeinflusst Gesundheit und Lebensqualität. „So wie wir Wasser trinken müssen, müssen wir auch Luft atmen“, sagte Pistone. „Wir erwarten sauberes Wasser, weil wir wissen, dass wir es zum Leben und für unsere Gesundheit brauchen. Und dasselbe sollten wir auch von unserer Luft erwarten.“

Schlechte Luftqualität wird mit Herz-Kreislauf- und Atemwegsproblemen beim Menschen in Verbindung gebracht. Kurzfristige Belastung mit Stickstoffdioxid (NO2) kann beispielsweise Atemwegssymptome wie Husten und Keuchen verursachen, während langfristige Belastung das Risiko für Atemwegserkrankungen wie Asthma oder Atemwegsinfektionen erhöht. Ozon kann die Lunge reizen und die Atemwege schädigen. PM2,5-Partikel (2,5 Mikrometer oder kleiner) verursachen Lungenreizungen und werden mit Herz- und Lungenerkrankungen in Verbindung gebracht.

Neben den Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit kann schlechte Luftqualität auch die Umwelt schädigen und Gewässer durch Versauerung und Eutrophierung verschmutzen. Diese Prozesse töten Pflanzen, verbrauchen Nährstoffe im Boden und schädigen Tiere.

Messung der Luftqualität: der Luftqualitätsindex (AQI)
Die Luftqualität ist ähnlich wie das Wetter; sie kann sich schnell ändern, sogar innerhalb weniger Stunden. Zur Messung und Berichterstattung der Luftqualität verwendet die EPA den US-Luftqualitätsindex (AQI). Der AQI wird berechnet, indem jeder der sechs primären Luftschadstoffe auf einer Skala von „Gut“ bis „Gefährlich“ gemessen wird, um einen kombinierten numerischen AQI-Wert von 0-500 zu erhalten.

„Wenn wir über Luftqualität sprechen, meinen wir normalerweise, dass es Dinge in der Atmosphäre gibt, von denen wir wissen, dass sie für den Menschen nicht gut sind, wenn er sie ständig einatmet“, sagte Pistone. „Um eine gute Luftqualität zu haben, muss die Verschmutzung unter einem bestimmten Grenzwert liegen.“ Weltweit gelten unterschiedliche Grenzwerte für „gute“ Luftqualität, die oft davon abhängen, welche Schadstoffe das jeweilige System misst. Im System der EPA gilt ein AQI-Wert von 50 oder weniger als gut, während 51-100 als mittelmäßig gilt. Ein AQI-Wert zwischen 100 und 150 gilt für empfindliche Gruppen als ungesund, höhere Werte sind für alle ungesund; bei einem AQI von 200 wird eine Gesundheitswarnung herausgegeben. Jeder Wert über 300 gilt als gefährlich und wird häufig mit Feinstaubverschmutzung durch Waldbrände in Verbindung gebracht.

NASA-Forschung und Datenprodukte zur Luftqualität
Luftqualitätssensoren sind eine wertvolle Ressource zur Erfassung von Luftqualitätsdaten auf lokaler Ebene.
Im Jahr 2022 setzte die Trace Gas Group (TGGR) am NASA Ames Research Center die Inexpensive Network Sensor Technology for Exploring Pollution (INSTEP) ein: ein neues Netzwerk kostengünstiger Luftqualitätssensoren, das eine Vielzahl von Schadstoffen misst. Diese Sensoren erfassen Luftqualitätsdaten in bestimmten Gebieten in Kalifornien, Colorado und der Mongolei und haben sich für die Überwachung der Luftqualität während der kalifornischen Brandsaison als vorteilhaft erwiesen.

Die Mission „Airborne and Satellite Investigation of Asian Air Quality“ (ASIA-AQ) aus dem Jahr 2024 integrierte Sensordaten von Flugzeugen, Satelliten und bodengestützten Plattformen, um die Luftqualität über mehreren Ländern Asiens zu bewerten. Die auf diesen Flügen von verschiedenen Instrumenten erfassten Daten, wie beispielsweise dem Meteorological Measurement System (MMS) der NASA Ames Atmospheric Science Branch, werden zur Verfeinerung von Luftqualitätsmodellen verwendet, um die Luftqualität vorherzusagen und zu bewerten.

Die NASA verfügt agenturweit über eine Reihe von Erdbeobachtungssatelliten und andere Technologien zur Erfassung und Meldung von Luftqualitätsdaten. Im Jahr 2023 startete die NASA die Mission „Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution“ (TEMPO), die die Luftqualität und -verschmutzung über Nordamerika misst. Das NASA-Tool „Land, Atmosphere Near real-time Capability for Earth Observations“ (LANCE) liefert Luftqualitätsprognostikern innerhalb von drei Stunden nach der Beobachtung Messwerte einer Vielzahl von NASA-Instrumenten.

Um eine gesunde Luftqualität zu gewährleisten, können wir die Luftqualitätsdaten in Echtzeit überwachen. Die folgenden Sensoren können verschiedene Luftqualitätsparameter messen: