Städtische Wärmeinseln sind eine Besonderheit des Stadtklimas. Sie entstehen durch Beton und Asphalt für Straßen und Gebäude in urbanen Räumen.

Eine städtische Wärmeinsel (Urban Heat Island, UHI) ist ein Ballungsgebiet mit einer viel höheren Temperatur als die umliegenden ländlichen Gebiete. Die Wärme wird durch die Energie erzeugt, die von allen Autos, Bussen, Zügen und Menschen in den Großstädten, z.B. Paris, New York und London gehören, kommt. Städtische Wärmeinseln entstehen in hoch aktiven Gebieten mit einer hohen Bevölkerungszahl. Studien der EPA haben gezeigt, dass in vielen Städten der USA die Lufttemperatur im UHI um 5,6℃ höher ist als in der umgebenden Natur.

Entstehung in Städten

Städtische Wärmeinseln entstehen durch den Ersatz der Vegetation durch Beton und Asphalt für Straßen, Gebäude und andere Strukturen, die notwendig sind, um die hohe Bevölkerungszahl unterzubringen. Häuser, Geschäfte und verschiedene Industriegebäude werden dicht beieinander gebaut, und die verwendeten Baumaterialien isolieren sehr gut oder erhalten die Wärme, so dass die Isolierung die Bereiche um die Gebäude herum wärmer macht. Diese Gebäude „absorbieren“ die Sonnenwärme, anstatt sie zu reflektieren, wodurch die Oberflächen- und Umgebungstemperaturen steigen. Hohe Gebäude in Kombination mit engen Straßen erwärmen die zwischen ihnen eingeschlossene Luft und verringern so ihren Durchfluss. Die Vegetation der Stätte wird verdrängt oder zerstört, wodurch der natürliche Kühleffekt der Beschattung und die Verdunstung von Wasser aus Blättern und Boden verringert wird. Ein weiteres Beispiel ist die „Abwärme“. Diese Abwärme wird von den Menschen und ihren Autos oder Fabriken erzeugt, die Energie, die die Menschen verbrennen, wird immer als Wärme freigesetzt, und sie hängt nicht davon ab, ob die Menschen täglich fahren, laufen oder leben. Die einfache Schlussfolgerung lautet: Je mehr Menschen an einem Ort sind, desto mehr Wärme wird erzeugt. Im Vergleich zu ländlichen Gebieten sind städtische Gebiete dicht besiedelt, so dass die Gebäude dicht aneinander gebaut werden. Manchmal bauen Ingenieure aufgrund von Platzmangel in der Stadt riesige Wolkenkratzer. All diese Bauten bedeuten eine große Wärmeverschwendung, denn die von der Isolierung erzeugte Wärme kann nirgendwohin, also bleibt sie in und zwischen den Gebäuden auf der städtischen Wärmeinsel.

Warum sind Wärmeinseln interessant?

Erhöhte Temperaturen von kleineren Hitzeinseln, insbesondere im Sommer, haben Auswirkungen auf die Lebensqualität und die Umwelt einer Gemeinde. Einige Wärmeinseln haben positive Auswirkungen, wie z.B. die Verlängerung der Vegetationsperiode von Pflanzen, die meisten haben negative Auswirkungen:

– erhöhter Energieverbrauch

– erhöhte Emissionen von Schadstoffen, Luft und Treibhausgasen

– reduzierte Wasserqualität

– Auswirkungen auf Gesundheit und Komfort des Menschen.

Auswirkungen auf die Umwelt

Städtische Wärmeinseln haben einen Einfluss auf die Temperaturänderungen in der Umwelt. Sie können das ganze Jahr über auftreten, Tag oder Nacht. Der Temperaturunterschied zwischen Stadt und Land ist oft an ruhigen, sauberen Abenden am größten. Ländliche Gebiete kühlen nachts schneller ab als Städte, die die entstehende Wärme akkumulieren. Dies führt zu einem signifikanten Temperaturunterschied zwischen dem Land und der Stadt, der zwischen drei und fünf Stunden nach Sonnenuntergang liegt. Nachts bleibt die Temperatur im UHI hoch, da Gebäude, Parkplätze und Bürgersteige die vom Boden kommende und in den kalten Nachthimmel aufsteigende Wärme blockieren. Die Wärme bleibt auf niedrigeren Niveaus, so dass die Temperatur höher ist. 

Zu Beginn der Ausbreitung von Covid-19 waren die beiden Regionen in Italien mit der höchsten Sterblichkeit die Regionen mit der höchsten Luftverschmutzung. Ein Großteil der Bevölkerung in Städten ist einer Luftverschmutzung über dem Grenzwert ausgesetzt.

Luftverschmutzung

Luftverschmutzung beeinträchtigt die Umwelt und die menschliche Gesundheit. In den letzten Jahren ist die Zahl der Stoffe, die die Luft verschmutzen, zurückgegangen, was zur Verbesserung der Luftqualität in Europa beigetragen hat. Leider ist die Luftverschmutzung immer noch zu hoch, vor allem in städtischen Gebieten, wo die Emissionen viel höher sind. Das Überschreiten kritischer Werte für Stoffe wie Ozon, Kohlendioxid und Feinstaub ist lebensbedrohlich. Luftverschmutzung ist nicht nur ein Problem für das Land, aus dem sie emittiert wurde, sondern auch ein globales Problem, denn sobald sie in die Atmosphäre gelangt, kann sie eine Verschlechterung der Luftqualität in anderen Ländern verursachen.

Ozon, Kohlendioxid und Feinstaub sind die häufigsten Luftschadstoffe und gelten als gesundheitsgefährdend. Die meisten Feinstaubpartikel werden durch Abrieb von Bremsbelägen, Reifen und Kupplungen verursacht. Die langfristigen Auswirkungen dieser Stoffe auf den menschlichen Körper können zu Gesundheitsproblemen, wie z.B. Erkrankungen der Atemwege, und zum vorzeitigen Tod führen. Bei weniger Feinstaub ist die Zahl der Todesfälle viel geringer. Die wissenschaftliche Forschung berichtet, dass es einen Zusammenhang zwischen Partikeln und Lungenentzündung gibt. In beiden Fällen, d.h. bei kurzer und langer Exposition gegenüber suspendierter Flüssigkeit, wurde eine höhere Anzahl von Fällen von Krankenhausbehandlung beobachtet. Bei Kindern verursacht Feinstaub Allergien und Mittelohrentzündungen. Eine weitere schädliche Substanz ist Benzopyren, ein Karzinogen, das in vielen Gebieten Europas, insbesondere in Mittel- und Osteuropa, über dem Schwellenwert liegt.

Feinstaub

Ein Feinstaub ist ein kleines und fast unsichtbares Feststoffteilchen. Sie werden in drei Klassen eingeteilt:

• Partikel mit 10 Mikrometer Durchmesser (PM10)
• Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 Mikrometern (PM2,5)
• Partikel mit einem Durchmesser von 1 Mikrometer oder weniger (PM0,1).

Sekundäre Feinstaubpartikel entstehen im Zusammenhang mit Stoffen und Gasen, z.B. Ammoniak, die mit den Abgasen von Strassenverkehr und Industrie reagieren. Auch Stickstoffdioxid wird als Vorläufer von Feinstaub (Sekundärpartikel) gezählt.
Feinstaub entsteht in Kraftwerken, Feuerungsanlagen, Heizsystemen und Verbrennungsprozessen. In Städten trägt der Verkehr zur Bildung großer Mengen von Feinstaub bei, wobei hier der Reifenverschleiß und die Abnutzung von Autoreifen eine größere Rolle spielen als die Abgase. In der Landwirtschaft entsteht bei der Ausbringung von Gülle auf die Felder Ammoniak als Dünger, der mit den Schwefeloxiden und dem Stickstoff in der Luft reagiert.
Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass Feinstaub für die menschliche Gesundheit schädlich ist. Manchmal reichern sich gefährliche Verbindungen wie Schwermetalle oder Aluminium, die krebserregend wirken, auf der Oberfläche der Partikel an. Feinstaub an sich ist ebenfalls lebensbedrohlich. Das Risiko steigt, wenn die Partikel klein sind. Sie dringen dann tiefer in die Atemwege ein und gelangen über die Lungenbläschen sogar in die Blutbahn. Dies führt zu einer Konzentration des Blutes im Körper und zum Auftreten von Infarkten. Sie tragen auch zu kleinen Schlaganfällen bei, die durch ihr Eindringen in das Gehirn verursacht werden.
Dies wird durch Studien der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und der US-Umweltschutzbehörde (EPA) bestätigt. Sie haben viele epidemiologische Studien über die Auswirkungen von Feinstaub und seine Folgen für die menschliche Gesundheit durchgeführt. Die Ergebnisse waren schlüssig und zeigten, dass selbst eine kurzzeitige Exposition gegenüber Feinstaub der Klasse II (PM2,5) die Sterblichkeitsrate beeinflusst und die Situation von Menschen mit Atemwegs- und Kreislaufproblemen verschlechtert. Ähnliche Ergebnisse wurden bei Studien über Feinstaub der Klassen eins und drei erzielt. Das langfristige Vorhandensein dieser Partikel hat zu ähnlichen Ergebnissen geführt.

Zu Beginn der Ausbreitung von Covid-19 in Italien beobachteten Wissenschaftler, dass die beiden Regionen in Italien mit der höchsten Sterblichkeit und den höchsten Virusinfektionen die Regionen mit der höchsten Luftverschmutzung waren. Orte, an denen die Luft verschmutzt ist, haben so genannte Hotspots, an denen die Herde größer ist. In Italien ist die Zahl der mit dem Virus infizierten Menschen doppelt so hoch wie in anderen europäischen Ländern und auch in China. US-Wissenschaftler führten ein Experiment durch, um die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die Sterblichkeit von Covid 19 zu untersuchen. In ihren in der Vorveröffentlichung beschriebenen Ergebnissen stellten sie fest, dass bereits ein Mikrogramm mehr Partikel pro Kubikmeter Luft die Sterblichkeit um durchschnittlich 8% erhöht. Zu ähnlichen Ergebnissen kamen Forscher der Universität Halle-Wittenberg, als sie die von Covid-19 betroffenen Regionen in Europa analysierten.
Studien berichten, dass Feinstaub als Träger des Virus gilt. Dies zeigt zum Beispiel die Auswertung der Europäischen Umweltagentur. Sie stellten fest, dass der Wert von PM10 die europäischen Grenzwerte und die von der WHO festgelegten Werte überschreitet. Mit der Festlegung von Grenzwerten sollten verschiedene Gesundheitsgefährdungen ausgeschlossen werden. Wissenschaftler aus den USA und Deutschland befassen sich auch mit dem Feinstaub und der durch Autoabgase verursachten doppelten Oxidation von Stickstoff. Dies hat in diesen Ländern zu einem Fahrverbot für Autos mit Diesel als Kraftstoff geführt. Die Wissenschaftler kommen zu dem Schluss, dass selbst ein geringer Anstieg der Menge dieser Gase in der Luft den Krankheitsverlauf von Menschen, die an Covid-19 erkrankt sind, beeinflussen kann.
Die Tatsache, dass Luftverschmutzung Atemwegsinfektionen beeinflusst, ist nichts Neues. Dies wurde in einer vor vielen Jahren durchgeführten Studie über SARS-CoV deutlich. Dabei wurden zwei Regionen in Asien verglichen. Die eine war mit mäßiger und die andere mit hoher Luftverschmutzung. Es zeigte sich, dass das Sterberisiko in einer Region mit mässiger Luftverschmutzung 86% höher und doppelt so hoch war. Es ist wahrscheinlich, dass im Fall der Grippeepidemie von 1918/1919 die Luftverschmutzung auch die Ausbreitung des Grippevirus beeinflusst hat.

Luftqualität und Corona

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den USA und Deutschland haben zahlreiche Studien durchgeführt und kommen zu ähnlichen Ergebnissen. Sie kommen zu dem Schluss, dass die Verschlechterung der Luftqualität als Indikator für die Häufigkeit des Auftretens schwerer Fälle herangezogen werden kann. Damit könnte die Frage beantwortet werden, warum junge Menschen ernste Symptome zeigen, wenn sie mit dem Virus infiziert sind. Statistiken zeigen, dass Luftverschmutzung und Lungenentzündung in Deutschland höher sind als in Italien, so dass Luftverschmutzung allein nicht die einzige Ursache zu sein scheint. Auch andere Faktoren spielen bei der Erkrankung eine Rolle, aber Statistiken zeigen, dass Atembeschwerden und Lungenentzündungen bei Kindern durch teuren Staub verstärkt werden. Allerdings infizieren sich Kinder selten mit dem Covid-19-Virus oder zeigen Symptome davon.
Einige der Studien sehen jedoch keinen Zusammenhang zwischen Covid-19 und Feinstaub. Eine interessante Tatsache ist, dass die Patienten nie daraufhin untersucht wurden, ob sie Raucher sind. Rauchen ist einer von vielen Faktoren, die Atemwegsprobleme und Lungenentzündung beeinflussen, oder derselbe wie Covid-19. Rauchen erhöht das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, was als eine bedeutende und gefährliche Erkrankung angesehen wird, die bei Covid-19 besteht.
Andere Gründe mögen für die Ausbreitung des Virus wichtiger sein, aber ohne echte wissenschaftliche Forschung werden viele Faktoren vorerst übersehen werden. In Norditalien zum Beispiel altert die Bevölkerung und es gibt Gesundheitsprobleme. In diesem Fall kann selbst ein kleines Bekenntnis die Ausbreitung der Krankheit beeinflussen. Hinzu kommt, dass ältere Menschen hauptsächlich bei ihren Familien leben, so dass sich die Krankheit schneller ausbreiten kann, auch wenn die Ängstlichen nicht nach draußen gehen und die Jungen es tun.

Wissenschaftler behaupten, dass „Luftverschmutzung für Covid-19 nicht unbedeutend ist“, aber sie betrachten es nicht nur als direkten Träger des Virus, sondern gehen auch davon aus, dass sich die Risikofaktoren, die eine Virusinfektion beeinflussen, summieren können. Menschen mit Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen haben bei hoher Luftverschmutzung mit größerer Wahrscheinlichkeit einen schwereren Krankheitsverlauf. Wissenschaftler liefern noch keine genauen Daten über die Auswirkungen einer Kontamination auf das Herz-Kreislauf-System. Feinstaub kann nur einer von vielen Faktoren sein, die die Ausbreitung des Virus beeinflussen. Wissenschaftler gehen davon aus, dass auch die Übertragung durch den Menschen wichtig sein könnte. Es ist noch ungewiss, ob die Infektion über die Luft übertragen werden kann und ob neue Viren über eine Entfernung von mehreren Kilometern ansteckend sein können. Es gibt immer noch keine genauen wissenschaftlichen Studien darüber, ob die Luftverschmutzung mit der Verbreitung von Covid-19 zusammenhängt.
Die Wissenschaftler benötigen mehr Daten, und viele Fragen sind noch unbeantwortet. Wissenschaftliche Forschung zeigt nur verlässliche statistische Korrelationen auf. Ob die Luftverschmutzung tatsächlich die Ursache von Covid-19 ist, kann derzeit nicht eindeutig beantwortet werden. Es gibt viele Theorien, Hypothesen und erste Ergebnisse, die Wissenschaftler zur Charakterisierung des aktuellen Virus verwenden. Je mehr sie über die Eigenschaften des Virus wissen, desto besser können in Zukunft vorbeugende Massnahmen getroffen werden, um eine neue Pandemie zu vermeiden.

Mittlerweile gilt als bekannt, dass sich das COVID-19-Virus in Innenräumen schnell verbreiten kann. Als Grund gelten in der Luft vorhandene Partikel: Aerosole.

Was sind Aerosole?

Aerosole sind ein kolloidales Gemisch aus flüssigen oder festen Partikeln, die in der Atmosphäre schweben. Diese schwebenden Partikel können auch als Aerosolpartikel oder Aerosolpartikel bezeichnet werden. Sie machen einen kleinen Teil der atmosphärischen Masse aus, haben aber einen erheblichen Einfluss auf das Klima und die Biogeochemie. Die Aerosolpartikel können nicht nur die atmosphärische Strahlung verändern, sondern auch die Eigenschaften der Wolken beeinflussen. Wegen der Bedeutung von Aerosolen für das Klima, die Biogeochemie und die menschliche Gesundheit werden Aerosolpartikel seit vielen Jahren untersucht.

Klassifizierungskriterien von Aerosolen sind: Größe, Herkunft, Entstehungsart, chemische Zusammensetzung, optisch-physikalische Eigenschaften und Wirkung im Klimasystem.

Die Größe der Aerosole ist die wichtigste Eigenschaft. Das Größenspektrum der Aerosole reicht von Molekülen mit einem Durchmesser von weniger als einem Nanometer bis hin zu großen und sichtbaren Bakterien, Algen, Pflanzenteilen, Pollen, Staubkörnern und Niederschlag. Atmosphärische Aerosole können Veränderungen unterworfen sein, z.B. Koagulation von kleinen Molekülen zu großen Molekülen, Verdampfung von flüssigen Bestandteilen der Moleküle oder Kondensation von gasförmigen Bestandteilen der Moleküle.

Es wird auch zwischen primären und sekundären Aerosolen klassifiziert. Primäre Aerosole befinden sich direkt in der Luft, z.B. Meersalz und Staub. Zu den Aerosolpartikeln, die von Menschen und Tieren stammen, gehören : Haar- oder Hautabfälle, Brochosomen und Eier, die von Insekten in die Atmosphäre emittiert werden. Tabelle 1 zeigt Arten von primären Aerosolpartikeln mit Beispielen von Mikroorganismen.