Bist du auch schon im Winter in den Bergen gewesen und hast über den Tälern und dem Flachland eine trübe Luftschicht gesehen? Oder hast du dich auch schon über die graue Wolkendecke geärgert, die im Winter tief über dir hing und sich einfach nicht auflösen wollte? Das ist typisch für den Winter und hängt mit einem Wetterphänomen zusammen, bei dem eine warme Luftschicht über einer kalten Luftschicht liegt. Dies ist nur möglich, wenn (nahezu) Windstille herrscht. Die Grenze zwischen kalter und warmer Luft wird Inversion genannt. Über der Inversion ist es relativ warm und meist schön. Die Luft darunter hingegen wird mit der Zeit zunehmend durch verschiedene Schadstoffe belastet.

Die Inversion wirkt wie ein Deckel, der die unteren Luftschichten daran hindert, sich mit den oberen Luftschichten zu vermischen. Dadurch sammeln sich die Schadstoffe unter der Inversion. Der sichtbare Dunst unter der Inversion besteht vor allem aus Feinstaub.
Da Inversionslagen meist im Winter vorkommen, wird die stark mit Feinstaub belastete Luft unter der Inversion auch als Wintersmog bezeichnet. Das Wort „Smog“ ist eine Mischung aus den englischen Wörtern „smoke“ (für „Rauch“) und „fog“ (für „Nebel“) und bezeichnet die sichtbare Verschmutzung in der Luft.

Die Feinstaubpartikel entstehen bei einer unvollständigen Verbrennung von Brenn- und Treibstoffen, bei industriellen Prozessen, durch Abrieb (zwischen Reifen und Strasse, Schiene und Eisenbahnrad, Bremsklotz und Bremsscheibe). Feinstaubpartikel können jedoch auch durch chemische Reaktionen in der Luft entstehen. Dabei verbinden sich gasförmige Stoffe wie Ammoniak (NH₃), Stickoxide (NO_x), Schwefeldioxid (SO₂) und andere organische Verbindungen. Die Belastung durch diesen sogenannten sekundären Feinstaub ist ungefähr gleich hoch wie diejenige durch primären Feinstaub.

Unvollständige Verbrennungen finden zum Beispiel in nicht optimal eingestellten Heizungen, in Cheminéeöfen, aber auch in Verbrennungsmotoren von Autos, Lastwagen, Mofas, Rollern und Kleingeräten statt.

Durch die Demonstration deiner Lehrperson des Experiments 'Inversion' (Beobachtungen und Erkenntnisse festhalten) kannst du die Wirkung einer Inversion studieren.

Feinstaub wird häufig auch als PM10 bezeichnet. PM steht für das englische «Particulate Matter» und bedeutet Schwebstoff. Die 10 steht für den maximalen Durchmesser dieser Staubpartikel, nämlich 10 Mikrometer (10 µm). Ein menschliches Haar ist etwa zehnmal so dick. Partikel von dieser Grösse oder kleiner können in den oberen Atemwegen nicht zurückgehalten werden und gelangen in die Lungen (Quelle).

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Nach PM10 gibt es noch feinere Einteilungen wie PM2.5 (feiner Feinstaub) und PM0.1 (ultrafeiner Feinstaub). Ab PM2.5 spricht man auch von lungengängigem Feinstaub (Quelle). Das bedeutet, dass diese Partikel bis in die kleinsten Verästelungen und Lungenbläschen (Alveolen) gelangen können. Die PM0.1 (ultrafeine Partikel) dringen sogar in das Lungengewebe und das Blut ein und gelangen so in den ganzen Körper, sogar bis ins Gehirn.

Durch die verschiedenen Quellen ist Feinstaub aus vielen unterschiedlichen chemischen Verbindungen zusammengesetzt. Besonders giftig sind die sehr kleinen, krebserregenden Russpartikel. In der Nähe der Quelle, z.B. einem Dieselmotor ohne Partikelfilter, haben sie einen Durchmesser von maximal 1 Zehntausendstel Millimeter (PM0.1). Diese besonders feinen Staubteilchen sind sehr stark zerklüftet. Darum können sich weitere toxische Substanzen sehr leicht anlagern.

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Die Feinstaubbelastung ist im Winter für einen Grossteil der Bevölkerung besonders hoch, weil dann Inversionen häufiger vorkommen und sich meist nicht schnell auflösen. Die Schadstoffe beispielsweise aus Holzfeuerungen können sich wegen der Inversion nicht verteilen, deshalb ist die Belastung in Bodennähe dann besonders gross. Feinstaub kann jedoch auch im Sommer ein Problem darstellen.

In der Luftreinhalteverordnung (LRV) der Schweiz sind Grenzwerte für die Feinstaubbelastung definiert. Für PM10 liegt der Jahresmittelwert bei 20 µg/m³ (Mikrogramm pro Kubikmeter Luft) beziehungsweise für den Tagesmittelwert bei 50 µg/m³ . Durch gezielte Massnahmen an der Quelle konnte die Feinstaubbelastung in den letzten Jahren markant gesenkt werden, insbesondere durch Partikelfilter für Dieselmotoren. Mit dem Aktionsplan Feinstaub nimmt die Schweiz weltweit eine führende Position bei der Bekämpfung von Dieselruss ein. Trotz diesen Erfolgen werden die Grenzwerte teilweise immer noch überschritten (Quelle).

Neben den saisonalen gibt es auch regionale Unterschiede bei der Fein­staubbelastung. So ist die Belastung im Tessin oft besonders hoch. Vor allem im Süd-Tessin ist das der Fall. Grund dafür ist der lokale Schadstoffausstoss, verbunden mit der topografischen Situation. Zudem gibt es einen Zustrom von stark belasteter Luft aus der Po-Ebene in Nord-Italien.
Auf der Alpennordseite sind vor allem die grösseren Ballungszentren betroffen. Dazu gehören die Regionen Zürich, Basel, Bern und Genf. Aber auch entlang der wichtigsten Autobahnen werden immer wieder hohe Feinstaubwerte gemessen.

Weltweit gibt es einige Orte, die besonders stark von Smog betroffen sind. Dazu gehören zum Beispiel die Stadt Salt Lake City in den Vereinigten Staaten wegen ihrer topografischen Lage (umgeben von Bergen) oder Peking in China, weil dort viele Kohlekraftwerke in Betrieb sind, die viele Schadstoffe ausstossen.

Spüre im Experiment (Unterrichtsmaterial) 'Wo hat es überall Staub?' Staubteile in deiner Umgebung auf. Dieses Experiment muss 24 h vor der Durchführung vorbereitet werden.

Mit einer angemessenen Temperatur in der Wohnung und richtigem Lüften kannst du im Winter die Heizung entlasten. Neben der Energieersparnis und dem verminderten CO₂-Ausstoss kann damit je nach Heizungstyp der Feinstaubaustoss verringert werden. Je nach Raum sind andere Temperaturen sinnvoll. Aus der Zeichnung kannst du die empfohlene Temperatur in den verschiedenen Räumen ablesen. Lüfte zudem stossweise, also „kurz aber heftig“ statt „immer ein bisschen“. Je nach Heizungstyp kann dadurch der Feinstaubausstoss verringert werden.

Ebenfalls eine wichtige Quelle von Feinstaub sind Holzfeuer. Am besten für die Feinstaubbelastung ist es, wenn du auf Feuer im Freien und sogenannte Komfortfeuer im Cheminée oder Schwedenofen verzichtest. Durch richtiges Anfeuern kann die Entwicklung von Feinstaub durch Holzfeuer wesentlich reduziert werden.

Mit der Wahl des Verkehrsmittels kannst du auch etwas gegen Feinstaub tun. Nutze wenn möglich deine Muskelkraft (zu Fuss oder mit dem Fahrrad) oder die öffentlichen Verkehrsmittel. Denn der motorisierte Individualverkehr, das sind Autos, Motorräder, Roller und Mofas trägt auch zur Feinstaubbelastung bei. Bei Dieselautos muss darauf geachtet werden, dass sie mit einem Partikelfilter ausgerüstet sind. Diese halten bis zu 99% der Feinstaubpartikel zurück.