Die Spuren der Luftverschmutzer: Stickoxid-Wolken aus dem All erkennen

Jedes Jahr sterben allein in Europa etwa 300.000 Menschen vorzeitig infolge von Luftverschmutzung, insbesondere aufgrund zu hoher Feinstaub- und Stickoxidkonzentrationen. Die Verursacher sind allerdings schwer zu identifizieren. Nun haben Forschende der Harvard University im Fachblatt „PNAS“ eine Methode vorgestellt, mit der punktuelle Quellen hoher Stickstoffoxid-Mengen, etwa Fabriken, auf Satellitenbildern identifiziert werden können.

Seit den 1990er Jahren werden die Konzentrationen verschiedener Stickoxide in der Atmosphäre gemessen. Doch da sich die Gase in der Luft rasch verteilen, ließ sich bislang nicht immer sicher feststellen, aus welchen Quellen plötzlich ansteigende Konzentrationen stammen. Größtenteils entstehen sie im Straßenverkehr in Verbrennermotoren, aber auch in der Bau-, Chemie- und Metallindustrie.

Stickoxide im „blauen Band“ sichtbar

Um solchen punktuell großen Stickoxidquellen auf die Spur zu kommen, durchsuchte das Team um Daniel Varon Aufnahmen der Satelliten Landsat und Sentinel-2. Diese Satelliten machen bei ihren Überflügen „Bänder“ von Fotos der Erdoberfläche und der darüberliegenden Atmosphäre mit einer räumlichen Auflösung von 10 bis 60 Metern. Sentinel-2 deckt dabei das Lichtspektrum von 443 Nanometer (purpurblau) bis 2190 Nanometer Wellenlänge (infrarot) ab. Varons Team konzentrierte sich allerdings auf den ultrablauen (430 bis 450 Nanometer) und blauen (450 bis 530 nm) Bereich des Spektrums.

Denn damit lassen sich Stickstoffdioxid-Quellen erkennen, die mindestens 500 Kilogramm pro Stunde ausstoßen, schreiben die Forschenden. Anhand der Bild-Bänder konnten sie sowohl Kraftwerke in den Vereinigten Staaten als auch in Saudi-Arabien identifizieren, die Gas, Diesel oder Öl verbrennen und Stickoxide produzieren.

So habe etwa die Analyse von 132 Abgasfahnen des Kraftwerks Riad 9 in Saudi-Arabien zwischen 2009 und 2021 ergeben, dass der Stickstoffdioxid-Gehalt in den Emissionsfahnen, die von dem mit Erdgas und Diesel betriebenen Kraftwerk aufstiegen, mit der Entfernung von der Quelle zunahm. Das sei auf atmosphärische chemische Prozesse zurückzuführen, die Ozon-Titration, bei der Stickstoffmonoxid mit Ozon reagiert, sodass Stickstoffdioxid und Sauerstoff entstehen.

Mit der Methode konnten die Forscher auch eine plötzliche Zunahme der Stickoxid-Emissionen in den Sommermonaten feststellen, die vermutlich auf den erhöhten Bedarf an Elektrizität für Klimaanlagen und folglich eine erhöhte Auslastung des Kraftwerks zurückzuführen ist. Ebenso erkannte die Methode auch den Rückgang der Stickoxid-Emissionen, nachdem 2012 Maßnahmen zur Sicherung der Luftqualität in Saudi-Arabien eingeführt worden waren.