Feinstaub lässt Bäume austrocken

Fataler Schmutzfilm: Eine erhöhte Feinstaubbelastung schadet auch der Pflanzenwelt, wie nun ein Experiment enthüllt. Denn die Schwebstoffe lagern sich auf den Blättern ab und bilden dort einen Salzfilm, der den Wasserverlust der Pflanzen fördert. Dadurch jedoch verlieren Bäume und andere Pflanzen in Trockenphasen mehr Wasser als sie verkraften können – und nehmen Schaden. Dieser Effekt könnten erklären, warum Wälder in jüngster Zeit anfälliger gegenüber Dürren reagieren, so die Forscher.

Das die Luft vor allem der Städte viel Feinstaub enthält, ist nicht neu. Die nur wenige Mikrometer kleinen Partikel werden vor allem bei Verbrennungsprozessen in Fahrzeugen oder der Industrie freigesetzt, entstehen aber auch in der Landwirtschaft oder durch Öfen und Heizungen der Haushalte. Weltweit verursacht diese Luftverschmutzung nach Schätzungen von Wissenschaftlern Millionen vermeidbare Krankheits- und Todesfälle.

Rätselhafte Anfälligkeit

Doch auch Pflanzen leiden unter der Feinstaubbelastung, wie nun Jürgen Burkhardt von der Universität Bonn und seine Kollegen herausgefunden haben. Anstoß für ihre Studie war die Beobachtung, dass viele Baumarten in jüngster Zeit besonders anfällig auf Trockenperioden zu reagieren scheinen. Nach trockenen Jahren häufen sich die Schäden an den Wäldern.

„Zu jedem dieser großflächig auftretenden Phänomene gab es bereits eine Vielzahl von Erklärungsversuchen, ein übergreifender Befund liegt bislang jedoch nicht vor“, sagt Burkhardt. Sein Verdacht: Möglicherweise spielt der erhöhte Feinstaubgehalt der Luft dafür eine Rolle. Denn er könnte die Verdunstung von Wasser aus Spaltöffnungen und von Blättern beeinflussen – so die Hypothese.

Vergleich im Gewächshaus

Um herauszufinden, ob das stimmt, führten die Forscher ein Experiment durch: Sie ließen Kiefern, Weißtannen und Stieleichen zwei Jahre lang in Gewächshäusern mit zwei verschiedenen Luftqualitäten aufwachsen. In einem Gewächshaus wurde die Luft so gefiltert, dass sie nahezu feinstaubfrei war. In dem anderen zirkulierte normale Bonner Stadtluft mit einem Schwebstoffgehalt von 6 bis 7 Milliarden Partikeln pro Kubikmeter Luft.

Während der Laufzeit des Experiments ermittelten die Wissenschaftler regelmäßig, wie viel Wasser von den Blättern der Bäume verdunstete, aber auch, wie viele Feinstaubpartikel sich auf den Blattflächen abgesetzt hatten. Zusätzlich nahmen sie Blattproben und untersuchten unter anderem mittels Elektronenmikroskop, was sich rund um die Spaltöffnungen der Testbäume tat.

Normalerweise regulierern die Spaltöffnungen den Wasserverlust der Pflanzen. Doch abgelagerte Schwebstoffe stören diese Schutzfunktion. © barbol88/ iStock.com

Mehr Verdunstung in verschmutzter Luft

Das Ergebnis: Die Bäume, die in feinstaubbelasteter Luft wuchsen, verloren mehr Wasser durch Verdunstung – selbst wenn ihre Spaltöffnungen genauso eng waren wie die ihrer Artgenossen in sauberer Luft. „Damit haben die Pflanzen in gefilterter Luft auch eine höhere Trockentoleranz als bei normal verschmutzter Umgebungsluft“, berichten die Forscher. „Auf den Blättern abgelagerter Feinstaub erhöht demnach die Verdunstung.“

Aber warum? Eine Antwort lieferte der Blick auf und in die Spaltöffnungen. Denn wie die Forscher feststellten, bilden sich auf den verschmutzen Blättern dünne, salzhaltige Flüssigkeitsfilme. „Allerdings sind die Mengen so gering, dass dies mit bloßem Auge nicht erkennbar ist“, erläutert Burkhardt. Diese Filme entstehen, weil die abgelagerten Schwebstoffe größtenteils hygroskopisch sind und daher Feuchtigkeit aus der Luft anziehen und kondensieren lassen.

Wasserabsaugender Schmutzfilm

Das Problem daran: Die dünnen Flüssigkeitsfilme kriechen auch in die Spaltöffnungen – und bilden so eine Art Wasserleitung zwischen Blattinnerem und Blattoberfläche, wie die Forscher erklären. Durch diese Verbindung wird, wie durch einen Docht, zusätzlich Wasser aus dem Blattinneren herausgesogen. „Die Spaltöffnungen verlieren damit einen Teil der Kontrolle über die Verdunstung, und die Pflanzen sind stärker von Trockenheit bedroht“, so Burckhardt.

Die Bäume in verschmutzter Luft verlieren durch diese Ablagerungen auf ihren Blättern deutlich mehr Wasser als ihre Artgenossen in sauberem Umfeld – und das erklärt zunehmende Anfälligkeit gegenüber Dürreperioden. „Die Experimente stellen damit den bislang fehlenden, direkten Zusammenhang zwischen Luftverschmutzung und Trockenheitsanfälligkeit von Bäumen her“, konstatiert Burkhardt. (Environmental Research Letters, 2018; doi: 10.1088/1748-9326/aad346)

(Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, 17.07.2018 – NPO)