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Institut für Waldschutz
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Die Luft, die wir atmen: Wie die
Schadstoffanalyse Luftverschmutzung sichtbar macht
Wo Menschen leben, wird Dreck verursacht. Unser Müll ist meistens sichtbar und kann relativ einfach beseitigt werden. Verschmutzte Atemluft kann man manchmal riechen, seltener sieht man die Luftverschmutzung und am häufigsten kann man weder riechen noch sehen, dass etwas nicht in Ordnung ist. Daher analysiert das Bundesforschungszentrum für Wald (BFW) regelmäßig und in ganz Österreich die Einwirkung verschiedener Stoffe auf den Wald, um daraus Rückschlüsse über die ausgestoßenen Schadstoffe ziehen zu können. Die Daten sind online in der Datenbank des Bioindikatornetzes einsehbar.

Über Österreich liegt seit 1983 ein bundesweites flächendeckendes Monitoringnetz (Österreichisches Bioindikatornetz), das im Durchschnitt 16 x 16 Kilometer misst und entlang von Tälern und Industriegebieten Verdichtungen aufweist. Bäume, hauptsächlich Fichten, dienen als Indikator für den Gehalt an Schadstoffen in der Luft. Dabei kann der Baum selbst betroffen sein, wie etwa bei Schwefeldioxid, was sich in Zuwachsverlusten
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Alfred Fürst analysiert eine Nadelprobe auf ihren Schwefelgehalt. Bild: BFW
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zeigt. Oder er dient nur als Indikator der Umweltverschmutzung, wie etwa bei Quecksilber. In beiden Fällen gibt der Wert aber Auskunft darüber, ob der gemessene Wert für den Baum schädlich ist. Durch den Nachweis einer Luftverunreinigung mit Bioindikation können durch die Behörde weitere Untersuchungen veranlasst werden, die letztendlich auch eventuelle Beeinflussungen für den Menschen ersichtlich machen können. Weil jede Baumart eine artenspezifische Zusammensetzung der Elemente aufweist, gibt es verschiedene Beurteilungswerte. So kann man die Werte von Pappelblättern nicht mit jenen von Fichtennadeln vergleichen. Die Fichte ist die pflanzenanalytisch bestuntersuchte Baumart in Europa. Daher stammen auch fast 90 Prozent der Proben von ihr, womit die Wissenschaftler immer gute Referenzwerte zur Verfügung haben.

Duftende Laborarbeit

Ein Arbeitstag im Analyselabor am BFW in Wien fängt meistens mit dem Empfang einer Postsendung an. Beim Auspacken verströmen die vielen kleinen Fichtenzweige einen angenehmen Duft. Von Anfang September bis Mitte November ist die beste Zeit für Nadel- und Blattanalysen. Die Vegetationszeit ist abgeschlossen und durch den begrenzten
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Im Umkreis von Industriegebieten wird verstärkt nach Schadstoffen gesucht. Bild: BFW
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Zeitraum bleiben die Ergebnisse vergleichbar. Geworben und versandt werden die Proben in der Regel von der Landesforstbehörde. Etwa die Hälfte aller am BFW analysierten Proben wird für die Erhebung forstschädlicher Luftverunreinigungen und für das europaweite Waldschadensmonitoring bearbeitet. Die andere Hälfte der mehr als 6.000 Proben jährlich wird für das Bioindikatornetz analysiert.

Im Labor werden die Proben mindestens vier Stunden getrocknet, der vorweihnachtliche Duft der Zweige durchströmt das ganze BFW-Gebäude. Währenddessen wird jede Probe in die Datenbank aufgenommen und mit einem Strichcode versehen, über den man ab jetzt bei allen folgenden Arbeitsschritten die analysierten Daten verknüpfen kann. Die dürren Nadeln, deren Wassergehalt nach der Trocknung um die vier Prozent liegt, werden im Anschluss zu einem feinen Pulver vermahlen. Ein Teil davon geht zur Analyse, der Rest wird als Rückstellprobe aufbewahrt.

Die Qual der Wahl

Nun muss eine Entscheidung getroffen werden. Es gibt zwei Möglichkeiten, anorganische Inhaltsstoffe zu analysieren. Die eine Methode ist die Verbrennung der Probe mit Sauerstoff, die bei Nichtmetallen wie Schwefel, Fluor oder Kohlenstoff, aber auch bei
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Im Schwefelanalysator wird die Probe auf 1.400 Grad Celsius erhitzt. Bild: BFW
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Quecksilber angewandt wird. Für die übrigen Elementanalysen wird die Probe in Salpetersäure/Wasserstoffperoxid aufgelöst. Bei beiden Verfahren wird die organische Matrix zerstört und die zu analysierenden Stoffe werden frei.

Hochpräzise Datenermittlung

Die Flüssigkeit, in der diese Beweismittel nun gelöst sind, wird jetzt in einem ICP-Emissionsspektrometer auf ihre Inhaltsstoffe untersucht. Dieses hochpräzise Gerät erzeugt in seinem Inneren ein 5.000 °C heißes Argonplasma. Die Probe wird zerstäubt und im Plasma atomisiert. Die Ionen und Atome aus der Probe senden je nach Art elementspezifische Lichtwellen aus, deren Intensität Aufschluss über die Konzentration der Probe gibt. Das ICP-Emissionsspektrometer kann so in einigen Sekunden die Konzentrationen von elf relevanten Elementen (Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium, Eisen, Mangan, Zink, Kupfer, Bor, Nickel und Chrom) in einer Probe messen und trägt die Messwerte direkt in die Datenbank ein. Für Blei und Cadmium gibt es ein ähnliches Verfahren auf einem empfindlicheren Gerät, dem Atomabsorptionsspektrometer. Der Gehalt an Quecksilber wird mit einem speziellen Quecksilberanalysator aus der festen Probe bestimmt.
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Der Emissionsspektrometer kann 11 Stoffe in kurzer Zeit analysieren. Bild: BFW
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Auch die Schwefelanalyse aus der festen Probe direkt  durchgeführt. Dieses wird im Schwefelanalysator auf 1.400 °C erhitzt, die organische Masse verbrennt zu Schwefeldioxid welches mittels Infrarotabsorption gemessen wird. Dieses Messprinzip wird schon seit 1983, der Zeit des Waldsterbens in Österreich, angewandt. Durch die Beibehaltung dieser Methode, der Teilnahme an internationalen Laborvergleichstests sowie den Einsatz von Referenzmaterial mit bekannten Elementgehalten ist die Vergleichbarkeit und Richtigkeit der Ergebnisse über diesen langen Zeitraum sichergestellt. Mit der Arbeit am Bioindikatornetz können also Luftverschmutzungen verschiedenster Art nicht nur sichtbar, sondern auch nachvollziehbar gemacht werden.

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Alfred Fürst, Institut für Waldschutz
Publiziert: 04.11.16
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