Gibt es von Natur aus reaktiven Stickstoff in der Luft?
<p>Im Baustein "Reaktiver Stickstoff" des UBA-Umweltatlas erfahren Sie, was reaktiver Stickstoff ist, wie er entsteht und warum er in Deutschland zu schwerwiegenden Problemen für Umwelt und Gesundheit führt. Außerdem zeigen wir Ihnen, was die Politik unternimmt, um die Situation zu verbessern, und geben Ihnen Tipps, wie Sie selbst Ihren Stickstoff-Fußabdruck verkleinern können.</p><p>Im Themenfeld „Luft und Atmosphäre“ lernen Sie die beiden wichtigsten Luftschadstoffe aus reaktivem Stickstoff kennen: Stickstoffoxide und Ammoniak.</p>
Ja, es gibt natürliche Prozesse, bei denen reaktiver Stickstoff in die Luft gelangt. Bei der Zersetzung organischen Materials im Boden oder in Oberflächengewässern beispielsweise können geringe Mengen von Stickstoffmonoxid, Ammoniak und Lachgas (Distickstoffoxid) entstehen, die in die Luft entweichen. In der Atmosphäre kann elementarer Luftstickstoff durch die starke elektrische Entladung bei Blitzen oxidieren. Hierbei entstehen Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. Auch Vulkanausbrüche und Waldbrände führen dazu, dass auf natürlichem Wege reaktive Stickstoffverbindungen in die Luft emittiert werden.
Doch im Vergleich mit den vom Menschen verursachten Einträgen reaktiven Stickstoffs in die Luft sind die natürlichen Prozesse unbedeutend. Blitze etwa verursachen global gesehen nur rund ein Prozent des Gesamteintrags von reaktivem Stickstoff in die Umwelt. In Deutschland liegt ihr Beitrag noch deutlich darunter.
Aus Biomasse können sich Ammoniak (NH3), Lachgas (N2O), Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) verflüchtigen.
Stickstoffmonoxid (NO) und Lachgas (N2O) entweichen als Nebenprodukt von Denitrifizierungsprozessen, die im Boden und in Gewässern stattfinden, in die Atmosphäre.
Die Energie von Blitzschlägen reicht aus, um elementaren Luftstickstoff zu oxidieren. Es entstehen Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2) und Lachgas (N2O).
Bei Waldbränden bilden sich ebenfalls Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2) und Lachgas (N2O).
Bei Vulkanausbrücken wird Ammoniak (NH3) emittiert.
Es gibt verschiedene natürliche Wege, auf den reaktive Stickstoffverbindungen in die Atmosphäre – und damit auch in unsere Atemluft – gelangen können.
Bei den Verbrennungsprozessen in Industrieunternehmen und Kraftwerken entstehen Stickstoffoxide (NO und NO2).
Industrie und Energiewirtschaft sind auch für rund 13 % der Lachgas-Emissionen (N2O) verantwortlich.
Der Mensch hat viele weitere Emissionsquellen geschaffen, die reaktive Stickstoffverbindungen in die Atmosphäre und in die Atemluft emittieren: Die Industrie und die Energiewirtschaft…
Etwa die Hälfte der Emissionen von Stickstoffoxiden – also NO und NO2 – entstehen im Verkehr; auch hier durch Verbrennung.
…den Verkehr…
Ammoniak (NH3) entweicht aus stickstoffhaltigen Mineraldüngern und den Ausscheidungen der Nutztiere in die Luft. Lachgas (N2O) entsteht bei Umsetzungsprozessen im Boden, wenn dort etwa durch Düngung zu viel reaktiver Stickstoff verfügbar ist.
Rund 80 % der Lachgasemissionen (N2O) kommen aus der Landwirtschaft. Eisbohrkerndaten zeigen, dass der Lachgas-Gehalt der Atmosphäre von 1750 bis 2011 um 20 % angestiegen ist.
…und die Landwirtschaft.
In Deutschland kann die Stickstoffdioxid-Konzentration (NO2) an stark belasteten Standorten mit einem hohen Verkehrsaufkommen und / oder viel Industrie stundenweise um den Faktor 20 und höher über der Belastung in ländlichen Gebieten liegen.
Wir wissen nicht genau, wie groß die Menge reaktiver Stickstoffverbindungen in unserer Atmosphäre „natürlicherweise“ ist oder vor der Industrialisierung war. Wir wissen aber, dass sie deutlich geringer war als heute.
Studien in Europa haben ergeben, dass in ackerbaulich geprägten Gebieten im Jahresmittel 1-3 µg Ammoniak (NH3) in einem Kubikmeter Luft enthalten sind. In Gebieten mit intensiver Viehhaltung wurden sogar mit 5-20 µg gemessen. Zum Vergleich: an unbelasteten Standorten enthält ein Kubikmeter Luft nur 0,1-0,5 µg Ammoniak.
Heute enthält die trockene Atmosphäre durchschnittlich 1 ppb Stickstoffdioxid, 6 ppb Ammoniak und 250 ppb Lachgas.
ppb ist die Abkürzung für „parts per billion“. Das heißt, auf eine Milliarde (1.000.000.000) Luftmoleküle kommt ein Stickstoffdioxid-Molekül.
Als „trockene Atmosphäre“ oder „trockene Luft“ wird das Luftgemisch ohne Wasserdampf bezeichnet. „Trockene Atmosphäre“ ist damit ein theoretischer Begriff, da in unserer Luft immer auch Wasserdampf enthalten ist.
Ein großes Problem ist, dass diese Größenordnungen in Gegenden mit hoher Belastung um ein Vielfaches überschritten werden.