Umweltforschung Das Rätsel des Staubs

Staub ist die große Unbekannte der Umweltforschung. Milliarden Tonnen werden jedes Jahr vom Wind über den Globus verteilt, seit den siebziger Jahren ist die Menge rasant gestiegen. Das hat Folgen für das Klima, die Tiere und die menschliche Gesundheit. Welche genau, ist allerdings rätselhaft.
Sahara-Staub vor der Küste West-Afrikas: Welche Auswirkungen haben die Wolken?

Sahara-Staub vor der Küste West-Afrikas: Welche Auswirkungen haben die Wolken?

Foto: NASA

Staub ist überall: am Boden, hoch oben in der Atmosphäre, in Wohnungen und auf den Dächern deutscher Autos, wenn der Wind die Teilchen aus Afrika herangeweht hat. Milliarden Tonnen Staub, so schätzen Fachleute, werden jedes Jahr vom Wind um den Globus geweht, nicht selten Tausende Kilometer weit. Die Mengen sind so gewaltig, dass selbst auf Satellitenbildern regelmäßig Staubwolken zu erkennen sind.

Wissenschaftler sind sich einig, dass Staub gleich auf mehreren Ebenen eine enorm wichtige Rolle spielt: Er beeinflusst das Weltklima, er hat eine direkte Wirkung auf die Tier- und Pflanzenwelt und vermutlich auch auf die menschliche Gesundheit. Wie genau und in welchem Umfang er das tut, stellt die Forscher allerdings vor Rätsel. Und die sind zuletzt keineswegs kleiner geworden. Im Gegenteil: In den vergangenen Jahren hat sich der globale Staubtransport enorm gewandelt - und niemand weiß, warum.

Der Staub in der Atmosphäre stammt aus verschiedenen Quellen: aus Wüsten oder Vulkanen oder durch menschliche Aktivität, entweder indirekt, etwa wenn Flussbetten aufgrund menschlichen Wasserverbrauchs austrocknen. Oder direkt, beispielsweise durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe.

Egal ob es regnet oder nicht - die Menge an Staub in der Atmosphäre steigt

Rund die Hälfte allen Staubs, der über lange Strecken transportiert wird, stammt aus den trockenen Gebieten Afrikas. Bis Ende der sechziger Jahre konnten Forscher einen recht einfachen Mechanismus beobachten: Hat es in Afrika, insbesondere in der Sahelzone, viel geregnet, war weniger Staub in der Atmosphäre. War es trocken, schwebte eine größere Menge der winzigen Partikel umher. Als es Anfang der siebziger Jahre in Afrika zu verheerenden Dürren mit Hunderttausenden Toten kam, stieg folgerichtig auch die freigesetzte Menge an Staub.

Doch dann folgte eine Überraschung.

"Der starke Zusammenhang zwischen Regenfällen und Staubtransfer ist Ende der neunziger Jahre verschwunden", erklärt Joseph Prospero von der University of Miami (US-Bundesstaat Florida). Egal ob es regnet oder nicht - die Menge an Staub in der Atmosphäre steigt. "Die Gründe dafür verstehen wir nicht", sagt der Forscher auf der Jahrestagung des weltgrößten Wissenschaftsverbands AAAS (American Association for the Advancement of Science) in San Diego.

Prospero und sein Team messen seit 1965 auf der Karibikinsel Barbados die Staubkonzentration in der Atmosphäre. An der Ostspitze der Insel herrschen beste Bedingungen, um den aus Afrika heranwehenden Staub abzufangen. Inzwischen komme dort das Vier- bis Fünffache an Staub an, was vor dem Beginn der afrikanischen Trockenperiode gemessen worden sei. "Wir wissen nicht, was hier geschieht", sagt Prospero zu SPIEGEL ONLINE. "Aber es muss etwas Großes sein." Die Menge an Staub sei seit der zweiten Hälfte der neunziger Jahre deutlich größer, als man auf Basis der Messungen aus den 30 Jahren zuvor erwarten würde.

Auch aus nördlichen Breiten dürfte künftig mehr Staub kommen als bisher. Auf Satellitenbildern ist das oft kaum zu erkennen, da große Gebiete im Norden die meiste Zeit von Wolken bedeckt sind. Nur gelegentlich sehe man große Staubfahnen, die aus der Arktis über das Meer wehen, sagt Prospero. Allerdings mehren sich auch hier die Anzeichen, dass die Staubmengen wachsen.

Bei Messungen in Island von 1997 bis 2004 habe man regelmäßig steile Anstiege in der Staubkonzentration der Luft festgestellt. Der mutmaßliche Grund: Die Gletscherzungen, die einst riesige Mengen Gestein aufs Feinste zerrieben haben, ziehen sich im Zuge des Klimawandels zurück - und geben den Staub nun frei. Dieser Zusammenhang lasse sich auch gut an Eisbohrkernen ablesen, die das Weltklima vergangener Jahrhunderte widerspiegeln: In sogenannten Glazialen, besonders kalten Perioden innerhalb einer Eiszeit mit entsprechend starker Gletscherbildung, sei mehr Staub in der Atmosphäre gewesen, sagt Daniel Muhs von Geologischen Dienst der USA (USGS).

Bisher keine Beweise für Gesundheitsgefahr durch afrikanischen Staub

Eine bisher weitgehend ungelöste Frage ist, was der Staub mit Mensch und Natur anstellt. Die Hälfte des Staubs über dem Westatlantik besitze einen Partikeldurchmesser von weniger als 2,5 Mikrometern und könne deshalb vom Menschen eingeatmet werden, erklärt Prospero. "In der Karibik ist die Konzentration dieser Feinstaub-Partikel oft so hoch, dass sie die Grenzwerte der US-Umweltbehörde Epa überschreitet."

Zudem besteht der natürliche Staub bei weitem nicht nur aus Mineralien: Pilzsporen, Bakterien und andere Mikroben machen einen bedeutenden Teil des Staubs aus. Ob er deshalb dem Menschen gefährlich werden kann, ist aber kaum bekannt. Prospero räumt ein, dass bisher keine klaren Beweise für eine Gesundheitsgefahr durch den afrikanischen Staub vorliegen.

Da ist USGS-Forscher Geoffrey Plumlee anderer Meinung. Ein "gutes Beispiel" für potentielle Gefahren durch größere Staubkonzentrationen sei das Wüstenfieber, sagte Plumlee auf der AAAS-Tagung in San Diego. Die auch als Kokzidioidomykose bekannte Krankheit wird durch einen Pilz namens Coccidioides immitis ausgelöst, der im Erdboden schlummert. Laut Plumlee ist "eindeutig dokumentiert", dass die aufgewirbelten Pilzsporen vom Menschen eingeatmet werden und das Wüstenfieber auslösen, das in manchen Fällen auch tödlich verlaufen kann. Nicht umsonst kommt die Krankheit in trockenen Gebieten im Südwesten der USA besonders häufig vor.

Bisher habe das Augenmerk in Sachen Staub vor allem auf vom Menschen verursachte Varianten gelegen: Abgase aus Autos, Asbest in Gebäuden oder Ruß von offenen Feuerstellen. Der Staub aus natürlichen Quellen sei bisher vernachlässigt, sagte Plumlee zu SPIEGEL ONLINE.

"Staub kann positive und negative Effekte haben"

Eine bekannte Folge des Einatmen von Staubs ist Asthma - und die Krankheit ist auf der Antillen-Insel Barbados überraschend stark verbreitet. "17 Prozent der Bevölkerung sind betroffen", sagt Prospero. "Das ist ebenso viel wie in den Städten von Industriestaaten." Ob aber ein direkter Zusammenhang zum Staub aus Afrika besteht, ist auch hier nicht völlig sicher. So ist die Zahl der Menschen, die auf Barbados mit Atembeschwerden zum Arzt gingen, laut Prospero nicht merklich gestiegen, wenn gerade viel Staub von Afrika nach Barbados kam. Ob aber eine Langzeitwirkung existiert, ist damit noch nicht geklärt.

Für die Umwelt müssen höhere Staubkonzentrationen in der Atmosphäre nicht unbedingt schlecht sein. "Staub kann positive und negative Effekte haben", sagt USGS-Experte Muhs. Das gelte etwa für das Weltklima: Über dunklen Gebieten wie etwa dem Ozean und Wäldern, die viel Sonnenenergie absorbieren, habe Staub eine stark kühlende Wirkung, indem er Sonnenstrahlung ins All reflektiert. Über anderen Gebieten könne er wiederum wärmen.

Außerdem hat der Staub auch starke Wirkung auf die Pflanzenwelt: Er transportiert Mineralien über weite Strecken. Staub aus Afrika versorgt so beispielsweise das Amazonasgebiet mit wertvollen Nährstoffen, sagt Oliver Chadwick, Atmosphärenforscher an der University of California in Santa Barbara. "Selbst auf Hawaii, einem der staubärmsten Orte der Welt, ist die Düngung der Wälder durch den Phosphor nachweisbar, der mit afrikanischem Staub dorthin gelangt." Andererseits aber könne Staub in trockenen Regionen die lokalen Pflanzen durchaus auch schädigen und so zusätzlich zur Wüstenbildung beitragen.

Ein weiteres Rätsel ist, wie sich der globale Staubtransfer in Zukunft entwickeln wird. Zwar geht die Klimaforschung davon aus, dass weite Teile der Subtropen trockener werden. Für die nordafrikanischen Regionen, aus denen der größte Teil des Staubs kommt, ist die Einigkeit allerdings weniger groß. "Zwei Drittel der Klimamodelle", sagt Prospero, stimmen nicht darin überein, ob die Niederschläge in der Zeit von 2090 bis 2099 größer oder kleiner sein werden als zwischen 1980 und 1999."

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