Wie Verkehr in Tel Aviv das atmosphärische elektrische Feld beeinflusst

Detaillierte Messreihen aus dem Ballungsraum Tel Aviv in Israel zeigen, wie die wechselnde Verkehrsdichte im Wochenverlauf das von der Erdatmosphäre erzeugte elektrische Feld beeinflusst.

Messkampagne in Holon: Daten und Methode

Unter der Leitung eines Forschungsteams der Hebräischen Universität Jerusalem in Israel nutzte die Studie 2024 eine Feldmühle zur Messung des elektrischen Feldes, die in der Stadt Holon installiert wurde. Über einen Zeitraum von sieben Monaten wurden die Messwerte mit lokalen Luftqualitätsdaten abgeglichen. Berücksichtigt wurden ausschliesslich Messungen an Schönwettertagen, um Störeinflüsse durch Regen und Gewitter zu vermeiden.

Erfasst wurde eine Reihe konkreter Luftschadstoffe: darunter Gase und Partikel aus Autoabgasen sowie aus Reifenabrieb, ausserdem zusätzliche Verbindungen, die durch chemische Reaktionen mit Gasen in der Atmosphäre entstehen.

„Durch koordinierte Analysen mit lokalen Luftqualitäts- und meteorologischen Daten untersuchten wir, wie Feinstaub (PM2,5) und Stickstoffoxide (NOx), zwei wichtige städtische Schadstoffe, den Potentialgradienten (PG) beeinflussen, eine Ersatzgrösse für das atmosphärische elektrische Feld in Bodennähe“, schreiben die Forschenden in ihrer veröffentlichten Arbeit.

Grundlagen: Das atmosphärische elektrische Feld

Das atmosphärische elektrische Feld entsteht durch natürliche Ladungsunterschiede zwischen Erdoberfläche und oberer Atmosphäre. Angetrieben wird dieses globale System vor allem durch die Ströme, die in Gewittern zirkulieren.

Auf diesen „planetaren Stromkreis“ wirken verschiedene Einflüsse: etwa lokale Wetterschwankungen ebenso wie Luftverschmutzung. Zwar wurde dieser Zusammenhang in einigen Weltregionen bereits untersucht, andere Gebiete – darunter der westliche Mittelmeerraum – waren bislang noch nicht detailliert analysiert.

Was die Messwerte zeigen: Stosszeiten, NOx und PM2,5

Den Daten zufolge wirkt sich verkehrsbedingte Luftverschmutzung in Tel Aviv unmittelbar auf das atmosphärische elektrische Feld der Region aus. Sowohl die NOx-Konzentrationen als auch die Verkehrsdichte erreichten ihre Spitzenwerte zu denselben Zeitpunkten: in den Stosszeiten zu Beginn und am Ende des Arbeitstags.

Auch zwischen PM2,5 und dem elektrischen Feld zeigte sich ein Zusammenhang, allerdings mit einer Verzögerung von rund zweieinhalb Stunden. Das führt das Team auf Unterschiede bei Partikelgrösse, chemischer Zusammensetzung und Verweildauer in der Atmosphäre zurück.

Zusätzlich berichten die Forschenden von einem ausgeprägten Wochenendeffekt: Wenn die verkehrsbedingte Belastung deutlich sinkt, schwächt sich zugleich das elektrische Feld ab. Das stützt den Befund, dass beide Grössen miteinander verknüpft sind.

„Was wir beobachten, ist eine direkte physikalische Verbindung zwischen Emissionsspitzen und elektrischer Variabilität“, sagt der Geowissenschaftler Roy Yaniv von der Hebräischen Universität Jerusalem.

„Stickstoffoxide verringern die atmosphärische Leitfähigkeit sehr schnell, deshalb reagiert das elektrische Feld während der Verkehrsspitzenzeiten nahezu sofort.“

Warum Schadstoffe das elektrische Feld verändern

Frühere Untersuchungen hatten bereits gezeigt, dass städtischer Rauch das elektrische Feld in unserer Umgebung stören kann. Nun gibt es belastbare Hinweise darauf, welchen Effekt auch Luftverschmutzung durch Strassenverkehr hat.

Der Mechanismus dahinter hängt mit Ionen zusammen, also elektrisch geladenen Teilchen in der Luft. Schadstoffe können diese Ionen binden, wodurch die Leitfähigkeit der Atmosphäre abnimmt. Darauf folgt ein Ausgleichseffekt: Das elektrische Feld wird stärker.

Gefährlich sind diese Veränderungen nicht, und auch das elektrische Feld an sich stellt kein Risiko dar. Die beobachteten Schwankungen sind relativ gering und reichen weder aus, um Wettersysteme durcheinanderzubringen, noch um Elektronik oder andere Geräte zu beeinträchtigen.

Am wichtigsten ist möglicherweise, wie nützlich Messungen des elektrischen Feldes für die Beobachtung von Luftverschmutzung in Städten sein könnten. Damit liessen sich zusätzliche Daten gewinnen, um die gesundheitliche Bedrohung durch Verkehrsabgase besser einzuordnen.

„Diese Ergebnisse verbessern unser Verständnis des Zusammenspiels zwischen städtischer Luftverschmutzung und dem lokalen elektrischen Feld und unterstreichen die Bedeutung, Luftqualitätsdaten in Studien zur atmosphärischen Elektrizität zu integrieren – insbesondere in dicht besiedelten Regionen, in denen anthropogene Einflüsse ausgeprägt sind, mit Implikationen für die öffentliche Gesundheit“, schreiben die Forschenden.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Atmospheric Research“ veröffentlicht.