Die Dust Bowl in den 1930er Jahren war eine der schlimmsten Umweltkatastrophen des 20. Jahrhunderts. Intensive Staubstürme haben die südlichen Great Plains der Vereinigten Staaten unerbittlich heimgesucht und schwere ökologische Schäden angerichtet. 2, 5 Millionen Menschen mussten die Region verlassen, und es kam zu Todesfällen, die überwiegend durch „Staubpneumonie“ verursacht wurden.
Untersuchungen haben gezeigt, dass diese Katastrophe durch eine Kombination aus schwerer Dürre und überbebautem Land verursacht wurde. Der durch menschliche Handlungen verursachte Klimawandel verstärkt heute das Auftreten von Dürren in mehreren Regionen der Welt.
Als Forscher, die an der Schnittstelle von Umweltgesundheit, Luftverschmutzung und Klimawandel arbeiten, wollten wir wissen, wie sich zunehmende Dürrebedingungen und Bevölkerungswachstum im Südwesten der USA auf den Staubgehalt in der Luft und die öffentliche Gesundheit auswirken können.
In einer kürzlich veröffentlichten Studie schätzen wir, dass ein Anstieg des Feinstaubgehalts den vorzeitigen Tod um 130 Prozent und dreifache Krankenhauseinweisungen aufgrund der Feinstaubbelastung in dieser Region erhöhen könnte, wenn die Welt auf ihrem derzeitigen Weg der Treibhausgasemissionen bleibt.
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Wenn die globalen Treibhausgasemissionen nicht stark gesenkt werden, gehen die Wissenschaftler davon aus, dass der Südwesten der USA - bereits die heißeste und trockenste Region des Landes - in den kommenden Jahrzehnten von beispiellosen „Megadürren“ über mehrere Jahrzehnte hinweg heimgesucht wird.
Es ist mittlerweile allgemein bekannt, dass kurz- und langfristige Expositionen gegenüber Partikeln in der Luft, einschließlich Staub, ein erhebliches Gesundheitsrisiko darstellen. Die Auswirkungen reichen von erhöhten Krankenhauseinweisungen bis hin zu einem höheren Risiko für vorzeitigen Tod, hauptsächlich aufgrund von Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen.
In unserer Studie bezieht sich „Staub“ auf bodengebundene Luftpartikel, die durch Winderosion oder menschliche Aktivitäten wie Landwirtschaft oder unbefestigte Straßen entstehen. Jegliche Bodenpartikel, die kleiner als 0, 05 Millimeter sind - ungefähr so breit wie ein menschliches Haar - können in die Luft emporgehoben werden. Wir haben uns auf Partikel mit einer Größe von weniger als 0, 0025 Millimetern (2, 5 Mikrometer) konzentriert, die zusammen als „feine“ Partikel (PM) bezeichnet werden. Diese kleinen Partikel bleiben länger in der Luft und verursachen den größten Schaden für die menschliche Gesundheit, da sie tief in die Lunge eindringen können.
Jahrzehntelange epidemiologische Forschungen haben einen festen Zusammenhang zwischen der Exposition gegenüber Feinstaub und nachteiligen Auswirkungen auf die Gesundheit hergestellt. Obgleich weitere Untersuchungen erforderlich sind, um zwischen der Wirksamkeit und den Auswirkungen verschiedener Materialien, aus denen Feinstaub besteht, zu unterscheiden, einschließlich Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe und anderen industriellen Quellen, deuten die Beweise darauf hin, dass Staub einen erheblichen Beitrag leistet.
Zum Beispiel ist bekannt, dass Siliziumdioxid, das rund 60 Prozent des vom Wind geblasenen Wüstenstaubs ausmacht, chronische Lungenentzündungen, Lungenkrebs und Autoimmunerkrankungen verursacht. Staub kann auch bodenbedingte Krankheitserreger und toxische Kontaminanten über große Flächen transportieren. Im Südwesten der USA wurden Staubepisoden mit Ausbrüchen von Talfieber und Arsenvergiftungen in Verbindung gebracht.
Feinstaub ist viel kleiner als ein menschliches Haar. (USEPA) **********
Der Südwesten der Vereinigten Staaten, von denen ein Großteil aus Wüsten und Trockengebieten besteht, weist den höchsten Staubgehalt in der Luft auf. Die erste Frage, die wir untersuchten, war, wie Dürrebedingungen, die in verschiedenen hydrologischen Systemen wie Oberflächenböden, Abflussgebieten und Grundwasserspeichern auftreten, die Feinstaubbelastung in der Luft in den letzten Jahren beeinflusst haben.
Bei der Analyse der Daten, die zwischen 2000 und 2015 an 35 Überwachungsstandorten in Arizona, Colorado, New Mexico und Utah erhoben wurden, stellten wir fest, dass die an jedem Überwachungsstandort beobachteten Veränderungen des Feinstaubgehalts in der Regel synchron abliefen. Dieses Muster deutet darauf hin, dass es eine oder mehrere häufige Ursachen für große Veränderungen des Feinstaubgehalts gibt.
In der Tat stellten wir fest, dass diese Veränderungen in erheblichem Maße mit den Bodenfeuchtigkeitsbedingungen im Südwesten Nordamerikas korrelierten. Jahre mit überdurchschnittlich hohem Feinstaubgehalt waren auch durch eine überdurchschnittlich trockene Bodenfeuchtigkeit in Gebieten gekennzeichnet, die sich über die Wüstengebiete Chihuahuan, Mojave und Sonora, die südliche Tiefebene und das Colorado-Plateau erstreckten.
Studien haben gezeigt, dass die Staubemissionen in diesen Regionen hauptsächlich aus Wüstengebieten, trockenen Seeböden, zuvor verbrannten Gebieten und Gebieten stammen, die durch landwirtschaftliche Aktivitäten und die Entwicklung fossiler Brennstoffe gestört wurden. Unsere Ergebnisse stimmen mit früheren Feldstudien überein, die zeigen, dass Bodenfeuchtigkeit die Staubemissionen durch Modulation der Vegetationsbedeckung und Bodenstabilität steuern kann.
Anfang Juni 2018 waren 27 Prozent der unteren 48 Staaten von der Dürre betroffen. (NIDIS) **********
In unserem nächsten Schritt haben wir potenzielle zukünftige Änderungen des Feinstaubgehalts und der damit verbundenen Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit in zwei verschiedenen Szenarien für den Klimawandel quantifiziert, die im Fünften Bewertungsbericht des Zwischenstaatlichen Gremiums für Klimawandel verwendet wurden. Das so genannte Worst-Case-Szenario im Bericht ist durch unvermindert steigende Treibhausgasemissionen im Zeitverlauf gekennzeichnet. Im besten Fall müssen die Emissionen drastisch gesenkt werden, um die globale Erwärmung unter zwei Grad Celsius zu halten.
Zunächst verwendeten wir Temperatur- und Niederschlagsvorhersagen für die Jahre 2076-2095 aus einem Ensemble von 22 Klimamodellen in Verbindung mit unseren abgeleiteten Staub-Bodenfeuchtigkeits-Beziehungen, um zukünftige Staubänderungen aufgrund sich ändernder Dürrebedingungen unter den beiden Klimaszenarien zu quantifizieren. Da es Unterschiede zwischen den Klimamodellprojektionen gibt, können wir die Robustheit der Ergebnisse anhand einer großen Gruppe davon beurteilen.
Anschließend haben wir die daraus resultierenden Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit anhand von Beziehungen geschätzt, die aus Studien abgeleitet wurden, in denen das Risiko für vorzeitige Todesfälle und Krankenhausaufenthalte in repräsentativen US-amerikanischen Bevölkerungsgruppen aufgrund der Exposition gegenüber Feinstaub quantifiziert wurde. Bei diesen Berechnungen berücksichtigten wir auch Prognosen des Bevölkerungswachstums im Südwesten und der sich ändernden Anfälligkeit für Krankheiten.
Am 31. März 2017 erstreckten sich dicke Staubwolken hunderte Kilometer von Nordmexiko nach Texas und New Mexico. Die Quelle schien hauptsächlich Ackerland in der Nähe der mexikanischen Stadt Janos zu sein. (NASA Earth Observatory) Im schlimmsten Fall - dem Weg, den wir derzeit beschreiten - könnte der Feinstaubgehalt im Südwesten bis zum Ende dieses Jahrhunderts im Vergleich zu den heutigen Werten um 30 Prozent steigen. Dies würde zu einer Zunahme der vorzeitigen Todesfälle um 130 Prozent und einer Zunahme der Krankenhauseinweisungen um 300 Prozent führen, die auf die Feinstaubexposition zurückzuführen sind.
Selbst im besten Fall eines Klimaschutzszenarios gehen wir davon aus, dass der Feinstaubgehalt in der Region um 10 Prozent steigen könnte. Dieser Anstieg würde die Zahl der vorzeitigen Todesfälle und die Zahl der Krankenhauseinweisungen aufgrund der Feinstaubexposition im Vergleich zu den heutigen Werten um 20 Prozent bzw. 60 Prozent erhöhen.
Es ist erwähnenswert, dass wir uns hier nur mit dem isolierten Effekt zukünftiger Dürrebedingungen befasst haben. Änderungen anderer Faktoren wie Windgeschwindigkeit und Landnutzung können unsere Ergebnisse verbessern oder dämpfen.
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Andere Forscher haben ähnliche Ergebnisse wie unsere Studie in anderen Teilen der Welt gefunden. Zum Beispiel haben Forscher gezeigt, dass das Auftreten von Staubstürmen in China und Saudi-Arabien durch Niederschläge oder Bodenfeuchtigkeit in umliegenden Regionen, einschließlich abgelegener Wüsten und Trockengebiete, moduliert wird.
Heute machen Trockengebiete 41 Prozent der gesamten Landfläche der Welt aus und beherbergen rund 2, 1 Milliarden Menschen. Auf dem derzeitigen Weg der weltweiten Treibhausgasemissionen werden sich die Dürren in Teilen Südamerikas, Afrikas, Australiens und des Mittelmeers verschärfen und die Trockengebiete ausweiten. Unsere Ergebnisse heben das Potenzial des Klimawandels hervor, die Luftqualitätsprobleme in vielen bevölkerungsreichen Trockengebieten auf der ganzen Welt zu verschlimmern - eine der vielen Bedrohungen, die der Klimawandel für die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden darstellt.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht.
Trick Pattanun Achakulwisut, Postdoktorand an der George Washington University
Loretta Mickley, Senior Research Fellow in Chemie-Klima-Wechselwirkungen, Harvard University
Susan Anenberg, außerordentliche Professorin für Umwelt- und Arbeitsschutz sowie für globale Gesundheit an der George Washington University
