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Stark vertrocknete Bäume an einer Straße in Nordrhein-Westfalen.

Feinstaub als Katalysator des Vertrocknens

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Die feinen Partikel in der Luft machen Bäume anfälliger, weil sie den Mechanismus der Verdunstung beeinflussen.

Wäre es nicht so gnadenlos heiß – man könnte glatt annehmen, es wäre Herbst: Überall sind die Blätter der Bäume braun gefärbt und verdorrt, auf Bürgersteigen, Wegen und Straßen sammelt sich herabgefallenes Laub. Eine Folge der seit Wochen anhaltenden Hitze und Trockenheit, natürlich. Doch vermutlich trägt noch ein weiterer Faktor zu diesem Zustand bei – der nicht nur ein trauriges Bild im Hochsommer abgibt, sondern auch zu langfristigen Schäden bei der Pflanzenwelt führen kann: Wissenschaftler des Instituts für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz der Universität Bonn, des Centre of Ecology and Hydrology in Edinburgh, des Meteorological and Hydrological Service in Zagreb und der University of California at Riverside haben nachgewiesen, dass Feinstaub das Risiko von Trockenschäden erhöhen kann. Der Grund: Die feinen Ablagerungen steigern die Verdunstung. Deshalb sei Feinstaub „vermutlich an mehr Waldschäden beteiligt als bislang angenommen“, heißt es in einer Mitteilung der Universität Bonn.

Die Forscher hatten Bäume, die in der gefilterten und damit nahezu feinstaubfreien Luft eines Gewächshauses wachsen, mit solchen verglichen, die in der Stadtluft stehen. Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Europäischen Union gefördert, die Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler jetzt im Fachmagazin „Environment Research Letters“.

Feinstaub besteht aus einem Gemisch ultrafeiner fester und flüssiger Teilchen, in jedem Kubikmeter Luft schweben Milliarden dieser Partikel. Quellen sind in den Städten vor allem die Abgase von Benzin- und Dieselmotoren, deshalb ist die Belastung an großen Straßen auch besonders hoch. Der Luftverkehr und die Industrie verursachen ebenfalls Feinstaub in beträchtlicher Menge. Dass winzige Partikel die Gesundheit der Menschen schwer beeinträchtigen können, ist bekannt. Sie schädigen vor allem die Atemwege, weil sie wegen ihrer geringen Größe ungehindert bis in die Lunge vordringen können. Partikel, die sich in Gefäßen absetzen, belasten das Herz-Kreislauf-System. Laut Umweltbundesamt gehen jährlich geschätzt knapp 45 000 vorzeitige Todesfälle auf das Konto von Feinstaub.

Welche Auswirkungen Feinstaub auf Pflanzen hat, war bislang allerdings kaum bekannt. Die Forschergruppe fand nun heraus, dass die Teilchen einen wichtigen Mechanismus beeinflussen, mit dem Pflanzen ihre Verdunstung steuern. Über winzige Poren in den Blättern regulieren diese, wie viel Wasser sie abgeben, ähnlich wie man es vom Schwitzen kennt. Gleichzeitig sind diese Spaltöffnungen bei Pflanzen aber auch dazu da, um Kohlendioxid aufzunehmen, aus dem sie über den Prozess der Photosynthese Zucker herstellen. Und dieser wiederum liefert ihnen überlebenswichtige Energie. 

Genau das bringt die Pflanzen bei großer Hitze und Trockenheit in eine „Zwickmühle“: Würden sie ihre Poren schließen, so könnten sie das Wasser halten, weil es nicht mehr verdunstet – und somit dem Vertrocknen vorbeugen. Allerdings wären die Pflanzen dann nicht mehr in der Lage, Kohlendioxid aufzunehmen, das sie dringend benötigen, um daraus Nahrung zu erzeugen. Der Preis dafür ist der Verlust von Wasser, der durch die geöffneten Poren ermöglicht wird. „Pflanzen haben die Regelung der Spaltöffnungen im Lauf der Evolution an die Umgebungsbedingungen angepasst, allerdings in einer Zeit mit deutlich weniger Feinstaub als heute“, erläutert Jürgen Burkhardt vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz der Universität Bonn. Zugespitzt hätten sie „die Wahl zwischen Verhungern und Verdursten“.

Als Untersuchungsobjekte dienten den Wissenschaftlern Kiefern, Weißtannen und Stieleichen. Sie stellten fest, dass jene Bäume, die in Gewächshäusern mit gefilterter und damit fast partikelfreier Luft standen, weniger Wasser verdunsteten als ihre Verwandten in der „mäßig verschmutzten Bonner Stadtluft“. Dies, so Jürgen Burkhardt, habe sogar dann gegolten, wenn die Spaltöffnungen in den Blättern komplett geschlossen gewesen seien.

Die Forschergruppe hatte in einer vor kurzem publizierten Studie gezeigt, dass Pflanzen in gefilterter Luft bei gleich weit geöffneten Poren weniger transpirieren als Pflanzen in normaler Umgebungsluft. „Abgelagerter Feinstaub auf Blättern“, so Jürgen Burkhardt, „erhöht also die Verdunstung.“

Erklären lässt sich dieser Effekt damit, dass ein großer Teil des Feinstaubs in der Luft Feuchtigkeit aus der Umgebung bindet und sich dann auf der Pflanze ablagert. Dort verbindet er sich mit dem „ausgeschwitzten“ Wasserdampf. Um einen Feuchtigkeitsfilm handelt es sich bei diesem Mix aber mitnichten, sondern vielmehr eher um eine „konzentrierte Salzlösung“, wie Jürgen Burkhardt sagt. 

Unter dem Elektronenmikroskop ähnele es einer „Kruste“. Das Erscheinungsbild dieser Salzkrusten kenne man von geschädigten Bäumen – nur eine schlüssige Erklärung hatte man für dieses Phänomen bislang nicht. Feinstaub sei als Ursache „nicht wirklich“ in Erwägung gezogen worden, sagt Burkhardt.

Die feinstaubhaltigen Salzlösungen bleiben nicht nur auf der Oberfläche, sondern kriechen „als dünne Filme“ in die Spaltöffnungen. Diese, so der Wissenschaftler, verlieren „einen Teil der Kontrolle über die Verdunstung“. Die Folgen liegen nahe: Trockenheit inklusive aller damit verbundenen möglichen Schäden.

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