Stadtbäume sollen uns vor Hitze schützen – doch manche können bei hohen Temperaturen die Ozonbelastung erhöhen

Manche Stadtbäume setzen bei Hitze viel Isopren frei und können so zusammen mit Stickoxiden die Ozonbildung verstärken.

Ein Stadtbaum ist mehr als ein Schattenspender. Seine Blätter verdunsten Wasser und kühlen die Umgebung – manche Baumarten geben dabei jedoch auch große Mengen Isopren an die Luft ab. Bei Hitze steigt diese Freisetzung stark an. Trifft Isopren auf Stickoxide aus Verkehr und Industrie und kommt Sonnenlicht hinzu, kann daraus bodennahes Ozon entstehen.

Wie stark Stadtbäume und Ozon tatsächlich zusammenhängen, hat ein internationales Team mit Beteiligung der Universität Innsbruck in Peking untersucht. Die Messungen zeigen einen auffälligen Temperatureffekt: Zwischen 20 und 35 Grad stieg die chemische Reaktivität der biogenen Emissionen auf etwa das Achtfache. Entscheidend ist deshalb nicht nur, wie viele Bäume eine Stadt pflanzt – sondern auch, welche.

Warum Stadtbäume Ozon bei Hitze begünstigen können

Biogene VOC sind flüchtige organische Verbindungen, die Pflanzen an die Luft abgeben. In Peking machten sie nur rund 10,7 Prozent der gesamten VOC-Emissionen aus. Chemisch wirkten sie jedoch wesentlich stärker als ihr Mengenanteil vermuten lässt. Isopren allein verursachte rund 49 Prozent der gemessenen OH-Reaktivität aller VOC und war damit der wichtigste Einzelstoff.

Mit steigender Temperatur verschob sich das Verhältnis noch deutlicher. Bei 35 Grad Celsius lag die OH-Reaktivität der biogenen Emissionen 700 Prozent höher als bei 20 Grad. Bei den vom Menschen verursachten VOC betrug der Anstieg nur 40 Prozent. Der Anteil der Pflanzenemissionen an der gesamten VOC-Reaktivität wuchs dadurch von 21 auf 74 Prozent.

Ozonspitzen steigen parallel zur Pflanzenchemie

An Tagen, an denen VOC die Ozonbildung besonders stark bestimmten, stiegen auch die Ozonspitzen mit der Temperatur. Ihr Verlauf ähnelte dabei auffällig dem Anstieg der chemischen Reaktivität aus der Vegetation. Die Messungen sprechen damit für einen direkten Zusammenhang zwischen den Pflanzenemissionen und hohen Ozonwerten unter diesen Bedingungen.

Modelle beziffern den Beitrag für Peking genauer. Biogene Emissionen erhöhten die täglichen einstündigen Ozonspitzen im Mittel um 18,5 bis 22,2 ppb. Auf die Vegetation innerhalb des bebauten Stadtgebiets entfielen davon rund 12,8 ppb.

© Science Advances Eichen in den USA, Ahorne in Europa und Weiden in China prägen die Isopren-Emissionen vieler Städte. Verglichen werden unter anderem Berlin und Innsbruck – mit teils großen Unterschieden durch Baumbestand und Grünanteil. © Science Advances

Weiden und Pappeln treiben die Isoprenwerte hoch

Ein Grund für Pekings hohe Werte wächst direkt an Straßen und in Parks. Unter den häufigen Stadtbäumen finden sich die Trauerweide (Salix babylonica) und die Chinesische Weißpappel (Populus tomentosa). Beide gehören zu den starken Isopren-Emittenten. In den ausgewerteten Beständen machten sie 11,7 beziehungsweise 9,1 Prozent aus.

Ähnliche Unterschiede gibt es auch in anderen Weltregionen. Die Forscher nennen Weiden und Pappeln in Nordchina, Eichen in den USA und Eukalyptus in Australien als typische Gruppen mit hohem Isoprenpotenzial. Allerdings lässt sich das nicht pauschal auf jede Art innerhalb einer Gattung übertragen. Auch Umweltbedingungen beeinflussen die tatsächliche Emissionsstärke.

Schon ein Austausch könnte viel Isopren sparen

Wie stark die Baumwahl ins Gewicht fällt, verdeutlicht eine Berechnung für Peking. Dort gehören etwa 35 Prozent der Stadtbäume zu den stärkeren Isopren-Emittenten. Würden zehn Prozent aller Bäume aus dieser Gruppe durch nicht isoprenemittierende Arten ersetzt, könnten die gesamten Isoprenemissionen laut Modell um mindestens 29 Prozent sinken.

Zwischen den untersuchten Städten schwankt der Anteil stark emittierender Bäume erheblich. Er reicht von 6 bis 66 Prozent. Entsprechend unterschiedlich fallen auch die berechneten Isoprenemissionen aus. Die Autoren schreiben: „Unsere Ergebnisse unterstreichen, wie wichtig eine gezielte Stadtplanung bei Begrünungsprogrammen angesichts eines wärmer werdenden Klimas ist.“

Das Messsystem am Pekinger Wetterturm zeichnete in 102 Metern Höhe auf, welche flüchtigen Stoffe über der Stadt freigesetzt werden und wie stark sie zur Ozonbildung beitragen. — © Xianjun He Das Messsystem am Pekinger Wetterturm erfasste in 102 Metern Höhe, welche Stoffe Stadtbäume an die Luft abgeben und wie sie bei Hitze zur Ozonbildung beitragen können. © Xianjun He

Weniger Stickoxide bremsen die Ozonbildung

Die Baumart allein entscheidet jedoch nicht über die Ozonbelastung. Für die chemische Reaktion braucht es auch Stickoxide und Sonnenlicht. Stickoxide stammen in Städten unter anderem aus Verkehr und Industrie. Je nach Zusammensetzung der Luft kann derselbe Isoprenausstoß deshalb unterschiedlich viel Ozon entstehen lassen.

Für Peking bleibt die Senkung der Stickoxidemissionen deshalb ein wichtiger Hebel. Besonders an heißen Tagen könnten strengere Kontrollen von Verkehr und Industrie die Ozonbildung begrenzen. Die Forscher rechnen zugleich damit, dass häufigere Hitzewellen die biogenen Emissionen weiter erhöhen und die Luftreinhaltung damit anspruchsvoller machen.

Kurz zusammengefasst:

Manche Stadtbäume geben bei Hitze viel Isopren ab; zusammen mit Stickoxiden und Sonnenlicht kann dadurch mehr bodennahes Ozon entstehen.
Wie stark dieser Effekt ausfällt, hängt wesentlich von der Baumart ab: Weiden, Pappeln, bestimmte Eichen und Eukalyptusarten gehören zu den stärkeren Isopren-Emittenten.
In Peking könnten weniger stark emittierende Baumarten die Isoprenmenge deutlich senken; zugleich bleibt die Reduktion von Stickoxiden aus Verkehr und Industrie wichtig, um Ozonspitzen zu begrenzen.

Übrigens: Stadtbäume können Hitze lindern, doch gerechter Hitzeschutz hängt auch davon ab, wer Zugang zu kühlen Wohnungen, Grünflächen und geschützten Arbeitsbedingungen hat. Mehr dazu in unserem Artikel.