5.1 Luft/Luftreinhaltung

Einleitung

Das Bild rauchender Fabrikschlote haben viele von uns vor sich, wenn die Rede auf das Thema Luft kommt. Doch längst ist in der „postindustriellen Gesellschaft“ die Industrie nur mehr eine Einzelfacette des Problems, das je nach Schadstoff hinsichtlich Verursachern, Wirkungen und Gegenmaßnahmen differenziert betrachtet werden muss.

Der Schulatlas fokussiert auf Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid, Ozon und Staub (Feinstaub) und informiert umfassend über Emittenten, räumliche Verteilung und zeitliche Veränderlichkeit jener gesundheitsschädlichen Substanzen, die über die Atemluft in den menschlichen Körper gelangen.

5.1.1 Luftreinhaltung und Lufthygiene in der Steiermark

5.1.1.1 Das Luftgütemessnetz der Steiermark

Das automatische Luftgütemessnetz der Steiermark besteht derzeit aus rund 40 dauerregistrierenden Immissionsmessstationen. In diesen Messstellen wird der Schadstoffgehalt der Luft permanent registriert und die dabei ermittelten Schadstoffkonzentrationen werden in Form von Halbstundenmittelwerten in die Luftgüteüberwachungszentrale nach Graz übertragen. 

Dabei werden folgende Schadstoffe rund um die Uhr erfasst:

• Schwefeldioxid (SO₂)
• Schwebstaub (TSP – Total Suspended Pariticles)
• Feinstaub (PM10)
• Stickstoffmonoxid (NO)
• Stickstoffdioxid (NO₂)
• Kohlenmonoxid (CO)
• Ozon (O₃)
• BTX (Benzol, Toluol, Xylol)

Zur Interpretation der Immissionswerte werden aber auch meteorologische Messkomponenten benötigt, die ebenfalls an den Luftgütemessstationen aufgezeichnet werden. Dabei werden Strahlung, ultraviolette Strahlung (UVB), Temperatur, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Luftfeuchte, Luftdruck und Niederschlag erfasst. Die Niederschläge werden auf ihren Schadstoffgehalt hin im Labor analysiert. Grundsätzlich sind nicht alle Stationen mit demselben Messinstrumentarium ausgestattet, sondern weisen je nach Messziel eine unterschiedliche Gerätebestückung auf. 

• Das forstrelevante Messnetz, wozu beispielsweise die Luftgütemessstationen Grundlsee, Hochwurzen, Hochgößnitz, Masenberg, Remschnigg und Klöch zählen, registriert vorwiegend den Schadstoffeintrag von SO₂ und O₃ in die Forstkulturen. 
• Das Messnetz in den Ballungsräumen wie etwa im Grazer Zentralraum, im Obersteirischen Zentralraum, im Köflach-Voitsberger Becken oder Judenburg-Knittelfelder Becken hat die Aufgabe, in den dicht besiedelten Gebieten der Steiermark die Immissionsstruktur zu erfassen. Dabei wird der Einfluss der verschiedenen Emittentengruppen (Verkehr, Hausbrand, Gewerbe- und Industriebetriebe) bestimmt. Diese Luftgütemessstellen haben eine mannigfaltige Komponentenbestückung für die Messung von Schwefeldioxid, Feinstaub, Stickstoffoxide, Ozon und Kohlenmonoxid. 
• Das emittentenbezogene Messnetz wurde in Form von Behördenauflagen im Umkreis einiger Großemittenten in der Steiermark errichtet. Derartige Messstellen sind im Gratwein-Gratkorner Becken und in Donawitz. Die Ausstattung der Messstationen richtet sich dabei nach den Emissionskomponenten der jeweiligen Anlage, wobei betriebsspezifische Immissionen ermittelt werden. 

5.1.1.2 Jahresmittelwerte von Schwefeldioxid 1990 – 2020

Seit Anfang der 1970er Jahre wird das dauerregistrierende Immissionsmessnetz der Steiermark kontinuierlich ausgebaut und den aktuellen lufthygienischen Erfordernissen laufend angepasst. Am Beginn der Messungen spielte der Luftschadstoff Schwefeldioxid (SO₂) eine entscheidende Rolle. Saurer Regen und Waldsterben waren die medienwirksamen Schlagworte dieser Zeit, welche eng mit SO₂ in Verbindung gebracht wurden. 

In den steirischen Ballungsräumen wurden Spitzenwerte von über 1000 µg/m³ von den Messgeräten registriert. Aber nicht nur in den städtischen Siedlungsgebieten, sondern auch im Einflussbereich großer Emittenten im Gratwein-Gratkorner Becken oder im Köflach-Voitsberger Becken wurden überhöhte Werte registriert. Gemeinsam mit der „hausgemachten“ Schwefeldioxidbelastung und den Ferneinträgen aus den angrenzenden geographischen Räumen wurde auch ein hoher Schadstoffeintrag in die Forstkulturen gemessen, so dass ein großflächiger Zusammenbruch der Wälder befürchtet werden musste. Als erste Maßnahme wurde daher ein Netz von Luftgütemessstationen in der Steiermark errichtet, um permanent den Schadstoffgehalt der Luft zu registrieren.

Die Karte zeigt die Jahresmittelwerte der SO₂-Konzentrationen seit 1990. Hauptaugenmerk bei dieser Karte wurde auf die derzeit in Betrieb (2022) befindlichen SO₂–Immissionsmessstellen gelegt, um die mehrjährigen Schadstoffkonzentrationen veranschaulichen zu können. Dadurch ergeben sich auch kürzere Reihen wie beispielsweise in Liezen. Fehlende Daten sind daher nicht auf Datenausfälle zurückzuführen, sondern schlicht auf die Tatsache, dass diese Stationen erst einige Jahren nach 1990 aufgebaut wurden. In jenen Fällen, wo die Station nur kleinräumig verlegt wurden, kommen die Messergebnisse der ehemaligen Standorte in die jeweiligen Diagramme zur Ansicht und werden durch eine unterschiedliche Farbnuancierung erkenntlich gemacht. 

Steiermarkweit lässt sich ein durchgehend abnehmender Trend des Belastungsniveaus von SO₂ erkennen. Lediglich die Station Straßengel-Kirche
(454 m) hat zwischen 2000 und 2003 eine merkliche Zunahme der Konzentrationen zu verzeichnen. Diese Messstelle weist auch heute noch das höchste Schwefeldioxidniveau im gesamten Landesgebiet auf. 

Im landesweiten Vergleich wurden in der Landeshauptstadt Graz Anfang der 90er Jahre noch relativ hohe Konzentrationen aufgezeichnet, wobei mittlere Jahreskonzentrationen von 20 µg/m³ registriert wurden. Momentan liegen die SO₂–Werte hier bei 1 – 3 µg/m³. In den steirischen Bezirkshauptstädten hat sich das Belastungsniveau von etwa 15 – 20 µg/m³ auf ebenfalls 1 – 3 µg/m³ abgesenkt. Somit herrscht in den steirischen Ballungsräumen ein erfreulich geringer SO₂–Level vor.

Die Messdaten der Station Masenberg (1180 m) dokumentieren die aktuelle mittlere Grundbelastung mit 1 – 2 µg/m³ durch SO₂ in den Ostalpen. Interessant in diesem Zusammenhang sind die Messergebnisse an den Stationen Klöch (415 m) und Remschnigg (785 m) zu Beginn der jeweiligen Messreihe. Sie belegen den Ferneintrag aus dem slowenischen kalorischen Kraftwerk Šoštanj/Schönstein nahe Velenje/Wöllau bei Celje/Cilli. Mit der Sanierung des Kraftwerkes gingen auch hier die Belastung etwa ab dem Jahr 2000 merklich zurück.  

Für den Rückgang der Schwefeldioxidimmissionen sind verschiedene rechtliche und technische Vorkehrungen verantwortlich, die den Schadstoffausstoß bereits bei den Verursachern eindämmen. Dazu gehören etwa die behördlichen Auflagen zum Einbau von Abgasreinigungsanlagen, die Absenkung des Schwefelgehaltes in Mineralölprodukten und auch die Forcierung von Fernwärmeanschlüssen. Mittlerweile wurden auch die großen Kohlekraftwerke wie ÖDK Zeltweg im Jahr 2001 und ÖDK Voitsberg III 2006 stillgelegt und in der Folge abgebaut. 

Im interaktiven SCHULATLAS STEIERMARK werden für sämtliche derzeit in Betrieb befindlichen SO₂-Luftgütemessstellen (2022), die mehrjährigen Schadstoffverläufe in Form der Mittleren Jahresgänge und der Mittleren Tagesgänge vom 1. Oktober bis 1. April dargestellt. 

5.1.1.3 Jahresgang von Stickstoffdioxid 2001 – 2020

Im Winter 1988/89 führte das Konzentrationsniveau von Stickstoffdioxid (NO₂) in der Landeshauptstadt Graz zu Smogalarm. In diesem Zusammenhang wurde damals sogar kurz vor Weihnachten der Unterricht in den Schulen abgesagt. 

Die wesentlichsten anthropogenen Quellen stellen die Abgase aus Kraftfahrzeugen neben den Emissionen aus verschiedenen Industriezweigen und aus dem Hausbrand dar. Die Stickstoffoxide entstehen dabei hauptsächlich als Nebenprodukt bei der Verbrennung von Brenn- und Treibstoffen durch die Freisetzung von im Brennstoff gebundenem Stickstoff, bei hohen Verbrennungstemperaturen aber auch durch die Oxidation von Luftstickstoff. Es wird zu 90-99 % Stickstoffmonoxid (NO) emittiert, welches in der Folge in der Atmosphäre relativ rasch in Stickstoffdioxid (NO₂) umgewandelt wird. 

Allgemein ist der Jahresgang der Stickstoffdioxidkonzentrationen durch ein Minimum in der warmen Jahreszeit und ein Maximum im Winter gekennzeichnet. Zwar sind auch die Emissionen im Winter durch den Hausbrand höher, aber entscheidend sind die in der kalten Jahreszeit schlechteren Ausbreitungsbedingungen der Luftschadstoffe in den Tal- und Beckenlagen.

Zwischen Mai und August liegt die mittlere Konzentrationshöhe in den steirischen Bezirkshauptstädten bei rund 10 µg/m³. In Graz hingegen sind monatliche Durchschnittswerte bis zu 45 µg/m³ zu erwarten. Das heißt, dass die sommerlichen NO₂-Konzentrationen in Graz höher sind als jene in den Bezirkshauptstädten während der kalten Jahreszeit. Die außerordentlich ungünstige Luftqualität in der Landeshauptstadt im Vergleich mit den anderen steirischen Zentren tritt dadurch deutlich hervor. In Graz muss zudem in den Wintermonaten mit durchschnittlich bis zu 65 µg/m³ NO₂ gerechnet werden.

Unter den einzelnen Bezirkshauptstädten lassen sich nur graduelle Unterschiede erkennen. Im Jänner bewegen sich die mittleren Konzentrationen zwischen 30 µg/m³ und 40 µg/m³. Die allgemeine Hintergrundbelastung der Stickstoffdioxidkonzentrationen in der Steiermark lässt sich an der Mittelgebirgsstation Masenberg (1 170 m) erkennen, hier pendeln die Werte zwischen 2 und 5 µg/m³ im mittleren Jahresverlauf.

5.1.1.4 Mittlerer Tagesgang von Ozon 2001 – 2023

Anfang der 90er Jahre wurde es messtechnisch möglich, das bodennahe Ozon (O₃) kontinuierlich zu messen. Gleich mit Beginn der Erhebungen wurden die Annahmen bestätigt, dass auch in der Steiermark ein hoher Ozonlevel vorliegt.

Die Steiermark weist aufgrund ihrer naturräumlichen und klimatischen Gegebenheiten ein recht unterschiedliches Konzentrationsniveau der Ozonbelastung auf. Allgemein lässt sich eine Abnahme der mittleren sommerlichen Tagesmaxima vom Südosten bis zum Nordwesten der Steiermark feststellen. Die Begünstigung der Obersteiermark ist einerseits auf die Witterungsverhältnisse und andererseits auf die geringere Vorbelastung durch Vorläufersubstanzen zurückzuführen. Die Obersteiermark und hier besonders die Nordstaugebiete von Bad Aussee bis Mariazell sind häufiger niederschlagsbringenden Tiefdrucklagen ausgesetzt, was gegenüber dem Vorland und dem Randgebirge mehr Bewölkung und Niederschlag und weniger Sonneneinstrahlung bedeutet. Die Bildung von Ozon ist jedoch stark von der Sonneneinstrahlung und der Lufttemperatur abhängig, was auch die höheren Werte im Sommer erklärt (vgl. dazu „Das Klima in der Steiermark“). Da es sich aber bei Ozon um einen sekundären Luftschadstoff handelt, der sich aus den Vorläufersubstanzen wie den Stickstoffoxiden und den Kohlenwasserstoffen unter den genannten Witterungsbedingungen bildet, ist auch deren Anteil in der bodennahen Luftschicht maßgebend für die Höhe der Ozonbelastung. Die Karte „Jahresgang von Stickstoffdioxid 2001 – 2021“ zeigt das geringere Belastungsniveau in der Obersteiermark.

Der typische sommerliche Tagesverlauf (1. April bis 31. August) der Ozonkonzentrationen in den Ballungsräumen ist durch ein Minimum in den frühen Morgenstunden gekennzeichnet. Das morgendliche Verkehrsaufkommen mit seinen Stickstoffoxidemissionen bewirkt eine luftchemische Reduktion des Ozons. Erst mit zunehmender Sonneneinstrahlung nimmt die Ozonbildung wieder merklich zu und bleibt tagsüber konstant hoch. Erst in den Abendstunden erfolgt ein Ozonrückgang, der einerseits auf die abnehmende Sonneneinstrahlung, andererseits auf die abendliche Verkehrsspitze zurückzuführen ist, welche neuerlich durch ihren Stickstoffoxidausstoß für eine Reduktion des Ozons sorgen. 

Das in den Ballungsräumen gebildete Ozon wird durch die bodennahen Windsysteme verfrachtet. Der Tagesgang im Gebirge, wie beispielsweise an der Station Rennfeld (1610 m) ablesbar, zeigt kein ausgeprägtes Maximum oder Minimum, sondern vielmehr einen über die gesamten Tagesstunden hinweg wenig akzentuierten Verlauf bei einem gleichbleibend hohen Konzentrationsniveau. Die Stationen abseits der Städte, im Riedelland und in den Mittelgebirgslagen verzeichnen mit zunehmender Seehöhe ein allmähliches Verflachen des Konzentrationsminimums. 

In den Sommermonaten umfassen die mittleren Tagesmaxima in den Tallagen und im Gebirge eine Spannweite zwischen 90 und 110 µg/m³, wobei in der Obersteiermark in jeweils vergleichbaren Höhenlagen mit rund 10 µg/m³ geringeren Werten zu rechnen ist. Die mittleren Tagesminima bewegen sich in den Siedlungsgebieten in einer Größenordnung von etwa 20 bis 30 µg/m³ und in den Gebirgslagen bei rund 100 µg/m³. 

Anschaulich nachvollziehen lassen sich diese Charakteristika in Abbildung 1, welche die Ozontagesgänge von Graz Nord (355 m), Graz-Schlossberg (470 m), Masenberg (1170 m) und Rennfeld (1610 m) in Form eines Stationsprofils zeigen. Der mittlere Tagesgang zeigt den Verlauf der Ozonkonzentrationen über 24 Stunden hinweg. Die Berechnung erfolgt durch eine Mittelwertbildung der Messdaten zu den entsprechenden Tagesstunden, beispielsweise werden sämtliche Werte von 12:00 Uhr über den gesamten Beobachtungszeitraum – in diesem Fall die meteorologischen Sommermonate Juni, Juli und August für die Jahre 2001 bis inklusive 2023 – ermittelt. Im Diagramm lässt sich das durchschnittliche Konzentrationsniveau für jede Stunde ablesen.

Abbildung 1: Mittlerer Sommertagesgang der Ozonkonzentrationen 2001 – 2023 anhand des Stationsprofils Graz-Nord (355 m), Graz-Schlossberg (470 m), Masenberg (1170 m) und Rennfeld (1610 m)

Jahresmittelwerte von Feinstaub 2001 – 2022

Erhebliche Feinstaubbelastungen sind in den Siedlungszentren der Steiermark und Österreichs, aber auch EU-weit in vielen Regionen nachzuweisen.
Die Karte zeigt die Jahresmittelwerte der Feinstaubkonzentrationen seit 2001. Seit diesem Jahr werden die Luftgütemessstellen in der Steiermark schrittweise von der Schwebstaub- auf die Feinstaubmessung umgerüstet. In den jeweiligen Diagrammen werden auch kleinräumige Standortsveränderungen einzelner Immissionsmessstellen dargestellt. Die grauen Balken bedeuten, dass die Luftgütemessstelle kleinräumig verlegt wurde, aber in Hinblick auf die angestrebte Veranschaulichung von mehrjährigen Messreihen die Staubdaten in dieser Form berücksichtigt werden. Fehlende Balken wie beispielsweise an der Station Weiz besagen, dass diese Messstelle im Laufe des Jahres 2003 mit einem Feinstaubmessgerät ausgerüstet wurde und somit ein Jahresmittelwert erst seit 2004 zur Verfügung steht. Zwecks besserer Vergleichbarkeit der einzelnen Diagramme untereinander wurde eine einheitliche Zeitachse mit Beginn 2001 gewählt.

Grundsätzlich lässt sich ein Konzentrationsunterschied zwischen den Ballungsräumen (z.B. Weiz) und den Mittelgebirgslagen (z.B. Masenberg) erkennen. Die höheren Konzentrationen in den Siedlungsräumen sind einerseits durch ihre Nähe zu den Emittenten bestimmt und andererseits auf die geländeklimatischen Rahmenbedingungen zurückzuführen. In den schlecht durchlüfteten Tal- und Beckenlagen kommt es besonders in der kalten Jahreszeit durch den geringen Luftaustausch zu einer verstärkten Feinstaubanreicherung, wobei besonders bei antizyklonalen Wetterlagen die Wahrscheinlichkeit einer hohen Feinstaubbelastung besonders hoch ist. Die Belastungen weisen dann eine große regionale Homogenität auf, die sich bei entsprechender Witterung auf das gesamte Land erstrecken kann, was auf eine großräumig vorhandene regionale und überregionale Hintergrundbelastung hinweist. Einmal freigesetzter Feinstaub kann tagelang in der Atmosphäre verbleiben. 

Staub ist ein Luftschadstoff. Von entscheidender Bedeutung für die gesundheitlichen Auswirkungen sind Inhaltsstoffe und Größe. Je kleiner die Partikel sind, desto rascher und tiefer können sie in die Lungen eindringen und dadurch unsere Gesundheit gefährden. Liegt die Partikelgröße unter 30 Mikrometer (30 µm = 0,03 mm) dann spricht man von Schwebstaub (TSP = Total Suspended Pariticles). Als Feinstaub (PM10) werden jene Teilchen bezeichnet, deren Durchmesser weniger als 10 Mikrometer (10 µm = 0,01 mm) beträgt. Da die international verwendete Bezeichnung für Feinstaub „Particulate Matter“ lautet, kürzt man diesen Luftschadstoff mit PM10 ab.  

Die rechtliche Basis für die Grenzwerte von Feinstaub stellt das Immissionsschutzgesetz – Luft dar. Für den Feinstaub (PM10) beträgt der gültige Tagesmittelgrenzwert 50 µg/m³. Pro Kalenderjahr sind aber folgende Zahlen von Überschreitungen zulässig:

 Der Jahresmittelgrenzwert liegt bei 40 µg/m³, wobei ein Zielwert von 20 µg/m³ angestrebt wird.

 Allgemein liegen die Belastungen mit Feinstaub im Jahresmittel in den steirischen Ballungsräumen unter 20 µg/m³. In der Landeshauptstadt Graz aber etwas über 20 µg/m³. Insgesamt lässt sich eine merkbare Abnahme des Belastungsniveaus an allen steirischen Stationen erkennen.

Quellenverzeichnis

Kartengrundlage:
Amt der Steiermärkischen Landesregierung, Fachstelle GIS

Datenquelle:
Amt der Steiermärkischen Landesregierung, Abteilung 15, Referat Luftreinhaltung

Weiterführende Literatur:
Umwelt-Bildungs-Zentrum Steiermark (2016): Unser Lebensmittel Luft (4. neu überarbeitete Auflage), Graz.

Lehrplan Geographie und Wirtschaftskunde, AHS Unterstufe/NMS:
https://bildung.bmbwf.gv.at/schulen/unterricht/lp/ahs9_784.pdf?61ebyf

Lehrplan Geographie und Wirtschaftskunde, AHS Oberstufe:
https://www.ris.bka.gv.at/GeltendeFassung.wxe?Abfrage=Bundesnormen&Gesetzesnummer=10008568

Lehrpläne BHS (HLW und Tourismusschulen, HAK, HTL, BAfEP):
https://www.abc.berufsbildendeschulen.at/downloads/?kategorie=24

Autorinnen und Autoren

Text:
Mag. Dieter Pirker (2004, 2014, 2023)

Lehrplanbezüge:
Mag. Michael Lieb

Mögliche Lernziele:
Mag. Michael Lieb

Kartengestaltung:
Mag. Dieter Pirker, Mag. Bernadette Ebner (2004, 2014, 2023)

Arbeitsmaterialien:
Mag. Michael Krobath, Mag.^a Dr.ⁱⁿ Marlies Pietsch, Mag. Dieter Pirker

Web-Bearbeitung:
Mag.^a Bernadette Ebner (2023)

Redaktionelle Bearbeitung:
Nora Schopper BA MSc