Immer größere und intensivere Waldbrände im pazifischen Nordwesten verändern das jahreszeitliche Muster der Luftverschmutzung und führen zu einem Anstieg der gesundheitsschädlichen Schadstoffe im August, so eine neue Studie. Der Rauch untergräbt die Errungenschaften der Luftreinhaltung und birgt potenzielle Risiken für die Gesundheit von Millionen von Menschen, heißt es in der Studie.
Die von Wissenschaftlern des National Center for Atmospheric Research (NCAR) geleitete Untersuchung ergab, dass die Kohlenmonoxidwerte – ein Gas, das auf das Vorhandensein anderer Luftschadstoffe hinweist – mit der Ausbreitung der Waldbrände im August stark angestiegen sind. Normalerweise sind die Kohlenmonoxidwerte im Sommer aufgrund chemischer Reaktionen in der Atmosphäre, die auf Veränderungen des Sonnenlichts zurückzuführen sind, niedriger, und die Feststellung, dass ihre Werte sprunghaft angestiegen sind, zeigt das Ausmaß der Auswirkungen des Rauchs.
“Die Emissionen von Waldbränden haben so stark zugenommen, dass sie das jährliche Muster der Luftqualität in ganz Nordamerika verändern”, sagte die NCAR-Wissenschaftlerin Rebecca Buchholz, die Erstautorin. “Es ist ganz klar, dass es im August einen neuen Höhepunkt der Luftverschmutzung gibt, den es früher nicht gab.”
Obwohl Kohlenmonoxid im Allgemeinen im Freien nicht besonders gesundheitsgefährdend ist, weist das Gas auf das Vorhandensein schädlicherer Schadstoffe hin, darunter Aerosole (luftgetragene Partikel) und bodennahes Ozon, das sich in der Regel an heißen Sommertagen bildet.
Das Forschungsteam nutzte satellitengestützte Beobachtungen der Atmosphärenchemie und globale Verzeichnisse von Bränden, um die Emissionen von Waldbränden während der meisten der letzten zwei Jahrzehnte zu verfolgen, sowie Computermodelle, um die möglichen Auswirkungen des Rauchs zu analysieren. Sie konzentrierten sich dabei auf drei nordamerikanische Regionen: den pazifischen Nordwesten, die zentralen Vereinigten Staaten und den Nordosten.
Laut Buchholz sind die Ergebnisse besonders bemerkenswert, da die Kohlenmonoxidwerte sowohl weltweit als auch in Nordamerika aufgrund von Verbesserungen bei den Technologien zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung zurückgegangen sind.
Die Studie wurde diese Woche in Nature Communications veröffentlicht. Die Forschung wurde zum Teil von der U.S. National Science Foundation, dem Sponsor des NCAR, finanziert. Die Studie wurde von Forschern der University of Colorado, Boulder, der Columbia University, der NASA, der Tsinghua University und der Colorado State University verfasst.
Zunehmende Auswirkungen auf die Luftverschmutzung
Im Pazifischen Nordwesten und in anderen Regionen Nordamerikas haben Waldbrände zugenommen, was auf eine Kombination aus Klimawandel, zunehmender Bebauung und Landnutzungspolitik zurückzuführen ist. Die Brände werden zu einem größeren Faktor für die Luftverschmutzung, zumal die Emissionen aus menschlichen Aktivitäten aufgrund effizienterer Verbrennungsprozesse in Kraftfahrzeugen und Industrieanlagen abnehmen.
Um die Auswirkungen der Brände zu analysieren, nutzten Buchholz und ihre Mitarbeiter Daten von zwei Instrumenten auf dem NASA-Satelliten Terra: MOPITT (Measurements of Pollution in the Troposphere), das seit 2002 kontinuierlich Kohlenmonoxid misst, und MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectrometer), das Brände erkennt und Informationen über Aerosole liefert. Außerdem untersuchten sie vier Verzeichnisse von Waldbrandemissionen, die auf MODIS-Daten beruhen.
Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf den Zeitraum von 2002, dem Beginn einer konsistenten und langfristigen Aufzeichnung von MOPPIT-Daten, bis 2018, dem letzten Jahr, für das zum Zeitpunkt des Beginns ihrer Studie vollständige Beobachtungen verfügbar waren.
Die Ergebnisse zeigten einen Anstieg der Kohlenmonoxidwerte in ganz Nordamerika im August, der mit der Hauptverbrennungssaison im pazifischen Nordwesten zusammenfiel. Der Trend war von 2012 bis 2018 besonders ausgeprägt, als die Feuersaison im pazifischen Nordwesten laut den Emissionsinventaren viel aktiver wurde. Daten des MODIS-Instruments zeigten, dass auch die Aerosole im August einen Aufwärtstrend aufwiesen.
Um festzustellen, ob die höheren Schadstoffwerte durch die Brände verursacht wurden, schlossen die Wissenschaftler andere mögliche Emissionsquellen aus. Sie stellten fest, dass die Kohlenmonoxidwerte über dem Pazifischen Ozean im Windschatten des pazifischen Nordwestens im August viel niedriger waren – ein Zeichen dafür, dass die Verschmutzung nicht aus Asien kam. Sie fanden auch heraus, dass die Feuersaison im Zentrum der USA und im Nordosten nicht mit dem Anstieg der Verschmutzung im August zusammenfiel, was bedeutet, dass lokale Brände in diesen Regionen nicht verantwortlich waren. Darüber hinaus untersuchten sie zwei Emissionskataster für fossile Brennstoffe, aus denen hervorging, dass die Kohlenmonoxidemissionen aus menschlichen Aktivitäten in keiner der drei Untersuchungsregionen zwischen 2012 und 2018 angestiegen waren.
“Mehrere Indizien deuten darauf hin, dass die zunehmenden Waldbrände im pazifischen Nordwesten die Ursache für die verschlechterte Luftqualität sind”, so Buchholz. “Es ist besonders bedauerlich, dass diese Brände die Errungenschaften untergraben, die die Gesellschaft bei der Reduzierung der Luftverschmutzung insgesamt erzielt hat.”
Risiken für die menschliche Gesundheit
Die Ergebnisse haben Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, da der Rauch von Waldbränden mit erheblichen Atemproblemen in Verbindung gebracht wird und sich auch auf das Herz-Kreislauf-System auswirken und die Schwangerschaftsaussichten verschlechtern kann.
Buchholz und ihre Mitautoren verwendeten ein NCAR-basiertes Computermodell, das Community Atmosphere Model mit einer Chemiekomponente, um die Bewegung der Emissionen aus den Bränden im pazifischen Nordwesten und ihre Auswirkungen auf Kohlenmonoxid, Ozon und Feinstaub zu simulieren. Sie führten die Simulationen auf dem Cheyenne-Supercomputer im NCAR-Wyoming Supercomputing Center durch. Die Ergebnisse zeigten, dass die Schadstoffe mehr als 130 Millionen Menschen betreffen könnten, darunter etwa 34 Millionen im pazifischen Nordwesten, 23 Millionen in der Mitte der USA und 72 Millionen im Nordosten.
Obwohl sich die Studie nicht eingehend mit den gesundheitlichen Auswirkungen der Emissionen befasste, untersuchten die Autoren die Todesraten bei Atemwegserkrankungen in Colorado für den Monat August in den Jahren 2002 bis 2011, verglichen mit demselben Monat in den Jahren 2012 bis 2018. Sie wählten Colorado, das in der zentralen US-Region der Studie liegt, weil die Atemwegssterblichkeitsraten in diesem Bundesstaat leicht zu ermitteln waren.
Sie fanden heraus, dass die Todesfälle durch Atemwegserkrankungen in Colorado im August während des Zeitraums 2012-2018 deutlich zunahmen, als Brände im pazifischen Nordwesten – aber nicht in Colorado – mehr Emissionen im August produzierten.
“Es ist klar, dass die gesundheitlichen Auswirkungen dieses Rauchs weiter erforscht werden müssen”, sagte Buchholz. “Möglicherweise sehen wir bereits die Folgen dieser Brände für die Gesundheit von Anwohnern, die Hunderte oder sogar Tausende von Meilen windabwärts leben.”
Datum: April 19, 2022
Quelle: National Center for Atmospheric Research/University Corporation for Atmospheric Research
Journal Reference:
- Rebecca R. Buchholz, Mijeong Park, Helen M. Worden, Wenfu Tang, David P. Edwards, Benjamin Gaubert, Merritt N. Deeter, Thomas Sullivan, Muye Ru, Mian Chin, Robert C. Levy, Bo Zheng, Sheryl Magzamen. New seasonal pattern of pollution emerges from changing North American wildfires. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-29623-8