Was ist Luftqualität?

Saubere Luft ist essenziell für ein gesundes Leben. Doch laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) atmen fast 99 % der Weltbevölkerung Luft ein, deren Schadstoffbelastung die Richtwerte überschreitet. „Die Luftqualität misst die Menge an Schadstoffen in der Luft, darunter Feinstaub und gasförmige Schadstoffe“, erklärt Kristina Pistone, Wissenschaftlerin am NASA Ames Research Center. Pistones Forschungsschwerpunkt liegt auf Atmosphäre und Klima, insbesondere auf den Auswirkungen von Feinstaub auf Klima und Wolkenbildung. „Es ist wichtig, die Luftqualität zu verstehen, da sie unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden im Alltag beeinflusst“, so Pistone. Wir haben uns mit Pistone unterhalten, um mehr über Luftqualität und ihre spürbaren Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu erfahren.

Woraus setzt sich die Luftqualität zusammen?
In den Vereinigten Staaten werden sechs Hauptluftschadstoffe von der Umweltschutzbehörde (EPA) reguliert: Feinstaub (PM), Stickoxide, Ozon, Schwefeloxide, Kohlenmonoxid und Blei. Diese Schadstoffe stammen aus natürlichen Quellen, wie beispielsweise Feinstaub, der durch Brände und Wüstenstaub in die Atmosphäre gelangt, oder aus menschlichen Aktivitäten, wie etwa Ozon, das durch die Reaktion von Sonnenlicht mit Fahrzeugabgasen 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 das Gleiche sollten wir auch von unserer Luft erwarten.“

Schlechte Luftqualität steht in Zusammenhang mit Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen beim Menschen. Kurzfristige Belastung durch Stickstoffdioxid (NO₂) kann beispielsweise Atemwegssymptome wie Husten und pfeifende Atemgeräusche verursachen, während langfristige Belastung das Risiko für Atemwegserkrankungen wie Asthma oder Atemwegsinfektionen erhöht. Ozonbelastung kann die Lunge reizen und die Atemwege schädigen. Die Belastung durch PM2,5 (Feinstaub mit einem Durchmesser von 2,5 Mikrometern oder kleiner) reizt die Lunge und wird mit Herz- und Lungenerkrankungen in Verbindung gebracht.

Neben den Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit kann schlechte Luftqualität die Umwelt schädigen und Gewässer durch Versauerung und Eutrophierung verschmutzen. Diese Prozesse führen zum Absterben von Pflanzen, zur Auslaugung von Nährstoffen 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 über die Luftqualität verwendet die EPA den US-amerikanischen Luftqualitätsindex (AQI). Der AQI wird berechnet, indem jeder der sechs primären Luftschadstoffe auf einer Skala von „Gut“ bis „Gefährlich“ gemessen wird, woraus sich ein kombinierter numerischer AQI-Wert zwischen 0 und 500 ergibt.

„Wenn wir von Luftqualität sprechen, meinen wir in der Regel, dass sich in der Atmosphäre Stoffe befinden, die bekanntermaßen schädlich für die menschliche Gesundheit sind“, erklärte Pistone. „Für gute Luftqualität muss ein bestimmter Schadstoffgrenzwert unterschritten werden.“ Weltweit verwenden verschiedene Regionen unterschiedliche Grenzwerte für „gute“ Luftqualität, die oft davon abhängen, welche Schadstoffe gemessen werden. Im System der EPA gilt ein AQI-Wert von 50 oder niedriger als gut, Werte zwischen 51 und 100 als mäßig. Ein AQI-Wert zwischen 100 und 150 gilt als gesundheitsschädlich für empfindliche Bevölkerungsgruppen, höhere Werte sind für alle Menschen gesundheitsschädlich; ab einem AQI-Wert von 200 wird eine Gesundheitswarnung ausgegeben. Werte über 300 gelten als gesundheitsgefährdend und stehen häufig im Zusammenhang mit Feinstaubbelastung durch Waldbrände.

NASA-Luftqualitätsforschung und Datenprodukte
Luftqualitätssensoren sind eine wertvolle Ressource zur Erfassung von Luftqualitätsdaten auf lokaler Ebene.
Im Jahr 2022 installierte die Trace Gas Group (TGGR) am NASA Ames Research Center das Netzwerk INSTEP (Inexpensive Network Sensor Technology for Exploring Pollution): kostengünstige Luftqualitätssensoren zur Messung verschiedener Schadstoffe. Diese Sensoren erfassen Luftqualitätsdaten in bestimmten Gebieten Kaliforniens, Colorados und der Mongolei und haben sich insbesondere bei der Überwachung der Luftqualität während der Waldbrandsaison in Kalifornien als vorteilhaft erwiesen.

Die Mission ASIA-AQ (Airborne and Satellite Investigation of Asian Air Quality) aus dem Jahr 2024 integrierte Sensordaten von Flugzeugen, Satelliten und bodengestützten Plattformen, um die Luftqualität in mehreren asiatischen Ländern zu bewerten. Die von verschiedenen Instrumenten während dieser Flüge erfassten Daten, darunter das Meteorologische Messsystem (MMS) der NASA Ames Atmospheric Science Branch, dienen der Verfeinerung von Luftqualitätsmodellen zur Vorhersage und Bewertung der Luftqualität.

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

Um eine gesunde Luftqualität zu gewährleisten, können wir Luftqualitätsdaten in Echtzeit überwachen. Folgende Sensoren können verschiedene Luftqualitätsparameter messen.