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PSI-Forscher finden heraus: Feinstaub ist gefährlicher als gedacht

Aggressive Moleküle in der Luft können Asthma und Krebs auslösen –und entstehen schon bei alltäglichem Wetter. Doch es gibt auch gute Nachrichten.

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Peter Aaron Alpert analysiert die Vorgänge in feinsten Partikeln in der Luft. Bereits in der Atmosphäre bilden sich darin gesundheitsschädliche Substanzen, nicht erst im menschlichen Körper.

Peter Aaron Alpert analysiert die Vorgänge in feinsten Partikeln in der Luft. Bereits in der Atmosphäre bilden sich darin gesundheitsschädliche Substanzen, nicht erst im menschlichen Körper.

Paul Scherrer Institut/Markus Fischer
(az)

Dass Feinstaub die Gesundheit gefährden kann, ist bekannt. Die kleinen Partikel können tief ins Lungengewebe vordringen und sich dort festsetzen. Nur: Diese aggressiven Moleküle entstehen bereits in der Luft, und das schon bei alltäglichem Wetter. Das haben Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI nun herausgefunden, wie es in einer Mitteilung heisst.

Die kleinen Partikel enthalten reaktive Sauerstoffverbindungen (ROS), auch «Sauerstoffradikale» genannt. Diese können die Moleküle, Proteine oder gar das Erbgut in den Zellen angreifen. Die Folgen können Krankheiten wie Asthma, Lungenentzündungen oder Krebs sein. Je mehr Partikel in der Luft schweben, desto höher das Risiko.

Die Partikel gelangen zwar auch aus natürlichen Quellen wie Wäldern oder Vulkanen in die Luft. Doch menschliche Aktivitäten, beispielsweise in Fabriken und Verkehr, vervielfachen die Menge, so dass bedenkliche Konzentrationen erreicht werden. Nun entdeckten die Forschenden des PSI, dass sich in den Aerosolen unter alltäglichen Bedingungen zusätzliche Sauerstoffradikale bilden, die der menschlichen Gesundheit schaden können.

Untersuchung war nur am PSI möglich

Peter Aaron Alpert und sein Team warfen einen präzisen Blick ins Innere von Feinstaubpartikeln, die aus Eisen und organischen Verbindungen bestanden. Alpert sagt: «Mit dem brillanten Röntgenlicht der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS konnten wir solche Partikel nicht nur einzeln mit einer Auflösung von unter einem Mikrometer betrachten, sondern sogar in sie hineinschauen, während Reaktionen darin ablaufen.»

Dazu verwendete er auch eine neuartige, am PSI entwickelte Zelle, in der sich verschiedenste atmosphärische Umweltbedingungen simulieren lassen. «Diese Kombination – hochauflösendes Röntgenmikroskop und Zelle – gibt es nur einmal auf der Welt», sagt Alpert. Die Studie sei deshalb nur am PSI möglich gewesen.

Das Resultat der Untersuchung: Die höchste Konzentration von Sauerstoffradikalen bildet sich demnach bei alltäglichen Wetterbedingungen. Bei einer mittleren Luftfeuchtigkeit von 50 Prozent sowie Temperaturen um 20 Grad. «Früher dachte man, dass reaktive Sauerstoffverbindungen (ROS) in der Luft – wenn überhaupt – nur dann entstehen, wenn die Feinstaubteilchen vergleichsweise seltene Verbindungen wie Chinone enthalten», sagt Alpert.

Das sind oxidierte Phenole, die etwa in Farbstoffen von Pflanzen und Pilzen vorkommen. Seit Kurzem ist klar, dass viele weitere ROS-Quellen im Feinstaub vorhanden sind. «Wie wir nun feststellten, können diese bekannten ROS-Quellen unter völlig alltäglichen Bedingungen deutlich verstärkt werden.» Etwa jedes zwanzigste Partikel ist organisch und enthält Eisen.

Womöglich müssten Modelle und Grenzwerte bezüglich Luftqualität angepasst werden

Doch damit nicht genug: «Wir gehen davon aus, dass die gleichen fotochemischen Reaktionen auch in anderen Feinstaubpartikeln ablaufen», sagt Forschungsgruppenleiter Markus Ammann. «Wir vermuten sogar, dass nahezu alle Schwebeteilchen in der Luft auf diese Weise zusätzliche Radikale ausbilden», ergänzt Alpert. «Wenn sich dies in weiteren Studien bestätigt, müssen wir dringend unsere Modelle und Grenzwerte bezüglich der Luftqualität anpassen. Womöglich haben wir hier einen zusätzlichen Faktor dafür gefunden, dass so viele Menschen scheinbar ohne konkreten Anlass an Atemwegserkrankungen oder Krebs erkranken.»

Immerhin haben die ROS – zumal in Zeiten der COVID-19-Pandemie – auch ihr Gutes, wie die Studie ebenfalls nahelegt: Sie greifen auch Bakterien, Viren und andere Pathogene an, die auf den Aerosolen sitzen, und machen diese unschädlich. Dieser Zusammenhang könnte erklären, warum das Sars-CoV-2-Virus in der Luft bei Raumtemperatur und mittlerer Feuchte am kürzesten überlebt.