Ein bunter Drache fliegt durch die Luft

© ruslanshug - stock.adobe.com

Luft im Unterricht

Warum lüften im Klassenzimmer notwendig ist, woraus Feinstaub besteht und warum saubere Luft überhaupt so wichtig ist, erfahren Sie hier.

Was ist Luft

Luft ist unsichtbar und doch überall. Sie ist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen. Mit 78 % ist Stickstoff (N2) der Hauptbestandteil. Nur 21 % der Luft besteht aus Sauerstoff (O2) und 1 % aus anderen Gasen. Es reicht nicht, wenn die Luft nur "da" ist - sie muss auch sauber sein, damit Mensch und Natur sie nutzen können. Und das ist wichtig, denn immerhin machen wir als Erwachsener rund 15 Atemzüge pro Minute. Ein Schulkind benötigt sogar doppelt so viel.

Luftballone mit Luftbestandteilen (Stickstoff, Sauerstoff, andere Gase)

© eNu

Zusammensetzung von Luft

10 Liter Luft pro Minute

Pro Atemzug atmen wir ca. einen halben Liter Luft ein, das sind rund 10 Liter Luft pro Minute beim Erwachsenen. Bei Kindern sind es rund 20 Liter/Minute. Je ruhiger wir sind, desto weniger Atemzüge machen wir – je aufgeregter (Sport, Prüfungen, etc.) desto häufiger. Pro Tag atmen wir als Erwachsene im ruhigen Zustand ca. 21.200 mal, das heißt wir veratmen jeden Tag durchschnittlich 12.000 Liter Luft. Das entspricht dem Inhalt von rund 67 Badewannen.

Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid

Der größte Anteil der Luft, der eingeatmet wird, wird unverändert wieder ausgeatmet. Die Luft dient bei der Atmung im Wesentlichen als Transportmittel für Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2). Wir atmen also Sauerstoff ein und Kohlenstoffdioxid (CO2) aus (O2 verbindet sich mit Kohlenstoff C aus der Nahrung zu CO2).

Methoden & Materialien

Luftverschmutzung – Feinstaub und Co.

Die Ursachen für Luftverschmutzung sind vordergründig Industrie, Verkehr, Landwirtschaft und private Haushalte – Luftverschmutzung ist also überwiegend menschlichen Ursprungs.

An der Luftverschmutzung beteiligte Stoffe

Verschiedene chemische, biologische oder physikalische Schadstoffe entstehen durch unvollständige Stoffumwandlungsprozesse wie etwa bei der Verbrennung und werden in die Luft abgegeben (emittiert). Man unterscheidet dabei primäre und sekundäre Luftschadstoffe.

Zu den primären Luftschadstoffen zählen:

  • feste Partikel, z.B. Staub, Rauch oder Ruß
  • Gase, z.B. CO2, Ammoniak, Stickoxide und Schwefeloxide, sowie
  • Aerosole, z.B. natürliche Bioaerosole (Pollen, Sporen, Bakterien und Viren), natürliche anorganische Aerosole (vulkanische Asche) und vom Menschen verursachte Aerosole (Rauch und Asche)

In der Luft kommt es durch Wind, Wärme und Sonneneinstrahlung zu chemischen Prozessen. Die primären Luftschadstoffe werden vermischt und reagieren miteinander. Dadurch entstehen beispielsweise Feinstaub oder Ozon (sekundäre Luftschadstoffe). Da im Sommer die Faktoren Wärme und Sonneneinstrahlung verstärkt wirken, erreichen zu dieser Zeit die Ozon- und Feinstaubbelastung vor allem in Städten oft kritische Werte.

Methoden & Materialien

Von Grobstaub und Feinstaub 

Neben Stickstoff, Sauerstoff und Edelgasen können sich noch viele weitere Stoffe in der Luft befinden,
besonders wichtig ist dabei der Staub. Staub ist eine Sammelbezeichnung für alle festen Teilchen in der Luft, die schweben können. Genau genommen wäre die richtige Bezeichnung also „Schwebestaub“.

Man kann den Staub je nach Größe unterteilen in Grobstaub (mit einem Durchmesser größer als 10 Mikrometer ist er für das freie Auge gut sichtbar  – z.B. Staubwolke auf einer Baustelle) und Feinstaub.

Feinstaub ist ein physikalisch-chemisches Gemisch von extrem kleinen festen, flüssigen und schwerflüchtigen Partikel die 100 bis 100'000 Mal kleiner sind als ein Stecknadelkopf. Die festen Partikel bestehen sowohl aus anorganischen und organischen Stoffen wie Salzen, Metallen, Ruß, Fetten und Ölen als auch aus biologischem Material wie Viren, Bakterien, Sporen, Pollen und Pilzen. Flüssige Partikel sind feine Tröpfchen. Festpartikel können mit einer Flüssigkeitshaut überzogen sein. Ein besonders problematischer Anteil ist der feine, krebserregende Russ.

Feinstaub wird abhängig von dessen Größe in unterschiedliche Fraktionen eingeteilt:

  • Feinstaub (Durchmesser kleiner als 10 Mikrometer) PM10 (PM = particulate matter)
  • Lungengängiger Feinstaub (Durchmesser kleiner als 2,5 Mikrometer) PM2,5
  • Ultrafeine Partikel (Durchmesser kleiner als 0,1 Mikrometer)

Unter dem Begriff Feinstaub werden also der primär emittierte und sekundär gebildete Feinstaub zusammengefasst. Primärer Feinstaub wird unmittelbar an der Quelle freigesetzt, zum Beispiel bei Verbrennungsprozessen. Wenn die Partikel durch gasförmige Vorläufersubstanzen wie Schwefel und Stickoxide und Ammoniak gebildet werden, bezeichnet man sie als sekundärer Feinstaub bezeichnet.
Je kleiner, desto länger können sie in der Luft schweben und sich dabei mit weiteren Schadstoffen anreichern, das heißt sie werden unter dem Einfluss von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Sonneneinstrahlung chemisch umgewandelt. – Feinstaubpartikel können viele Tage bis Wochen in der Luft bleiben und weite Strecken zurücklegen (bis zu 1500 km).

Verursacher von Feinstaub

Feinstaub wird vor allem durch menschliches Handeln erzeugt: Primärer Feinstaub entsteht durch Emissionen aus Kraftfahrzeugen, Kraft- und Fernheizwerken, Öfen und Heizungen in Wohnhäusern, bei der Metall- und Stahlerzeugung oder auch beim Umschlagen von Schüttgütern. Er kann aber auch natürlichen Ursprungs sein (beispielsweise als Folge von Bodenerosion). In Ballungsgebieten ist der Straßenverkehr die dominierende Staubquelle. Dabei gelangt Feinstaub nicht nur aus Motoren – vorrangig aus Dieselmotoren – in die Luft, sondern auch durch Bremsen- und Reifenabrieb sowie durch die Aufwirbelung des Staubes von der Straßenoberfläche. Eine weitere wichtige Quelle ist die Landwirtschaft: Die Emissionen gasförmiger Vorläuferstoffe, insbesondere die Ammoniakemissionen aus der Tierhaltung, tragen zur sekundären Feinstaubbildung bei (Quelle: www.umweltbundesamt.de).

Abgase eines Autos

© www.pov.at

Feinstaub durch Verkehr

Methoden & Materialien

Von CO bis NOx

Kohlenmonoxid (CO) kommt nicht natürlich vor, sondern wird vor allem von Kleinverbrauchern, dem Verkehr und der Industrie emittiert. Hauptsächlich entsteht es bei der unvollständigen Verbrennung von Brenn- und Treibstoffen. Problematisch ist Kohlenmonoxid vor allem, weil es die Sauerstoffaufnahmekapazität des Hämoglobins negativ beeinflusst.  Es ist aber auch bei der photochemischen Bildung von bodennahem Ozon im globalen und kontinentalen Maßstab sehr bedeutend.

Kohlendioxid (CO2) kommt von Natur aus in großen Mengen in der Erdatmosphäre vor (durch Nebenprodukt der Atmung, Zersetzung toter Organismen, Verbrennung von Holz etc.). Es kann sich nicht selbst abbauen, sondern wird im sogenannten Kohlenstoffkreislauf umgewandelt. So können zum Beispiel Grünpflanzen wie Bäume während der Photosynthese mit Hilfe von Sonnenlicht das CO2 in Sauerstoff umwandeln. Man spricht hier von sogenannten Kohlenstoffsenken. Diese sind jedoch nicht in der Lage den zusätzlich von Mensch gemachten CO2 Anteil aus Industrie, Landwirtschaft und Verkehr zu binden oder umzuwandeln. 

Schwefeldioxid (SO2) wird vor allem bei der Verbrennung von Kohle und Heizöl freigesetzt. Feuerungsanlagen der Energiewirtschaft, der Industrie und des Kleinverbrauchs zählen zu den Hauptemissionsquellen. Tritt Schwefeldioxid in hoher Konzentration auf, werden Mensch, Tier und Pflanzen geschädigt. „Saurer Regen“ ist beispielsweise ein Oxidationsprodukt von Schwefeldioxid, welches empfindliche Ökosysteme wie Wald oder Seen gefährdet, aber auch Gebäude und Materialien angreift. Als partikelförmiges Sulfat trägt Schwefeldioxid auch zur großräumigen Belastung durch Feinstaub bei.

Stickstoffoxide NOx – Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) – sind überwiegend Nebenprodukte bei der Verbrennung von Brenn- und Treibstoffen bei hoher Temperatur. Hauptverursacher ist der Verkehr. NO2 beeinträchtigt die Lungenfunktion und ist daher besonders schädlich für den Menschen. Es hat aber auch Langzeiteffekte auf die kardiovaskulare Mortalität, das heißt es treten vermehrt Herz-Kreislauferkrankungen mit Todesfolge auf.
Stickstoffoxide sind auch für die Versauerung und Eutrophierung (Überdüngung) von Böden und Gewässern mitverantwortlich. Als partikelförmiges Ammoniumnitrat, welches in der kalten Jahreszeit aus gasförmigen Stickoxiden und Ammoniak entsteht, tragen sie außerdem zu einer großräumigen Belastung durch Feinstaub bei. Im Sommer kommt es vermehrt zur Ozonbildung.

Auswirkungen von Luftschadstoffen

Schadstoffe in der Luft beeinträchtigen unsere Gesundheit – vor allem bei Kindern, da diese allein schon im Ruhezustand schneller atmen als Erwachsene. Gerade bei Säuglingen ist auch die Immunabwehr noch nicht voll ausgeprägt, dass bedeutet eine höhere Anfälligkeit für Infektionen. Mit jedem Atemzug gelangen Tausende von Partikel in unsere Lunge, wo sie je nach Größe abgelagert werden. Wenn der Körper durch Atemwegserkrankungen geschwächt ist, kann es sogar Jahre dauern bis kleinere Partikel wieder ausgeschieden werden. Dadurch erhöht sich die Belastung des Körpers und somit die Auswirkungen, wie Infektionsanfälligkeit, erhöhte Allergieanfälligkeit, Asthma oder Bronchitis.

Auch die Umwelt leidet unter Luftverschmutzung

So sind etwa Stickstoffoxide für die Versauerung und Eutrophierung (Überdüngung) von Böden und Gewässern mitverantwortlich. Das Ökosystem Wald leidet unter starker Luftverschmutzung. Dies kann unter anderem zu sichtbaren Schäden auf den Blättern führen.
Hingegen können Pflanzen aber auch zu einer deutlichen Verbesserung der Luftqualität beitragen, da sie Luftschadstoffe binden. Laut Berechnungen könnten grüne Wände in innerstädtischen Straßenschluchten, z.B. von Efeu bewachsene Mauern, die bodennahe Konzentration von Stickoxiden um bis zu 40 % reduzieren, die Feinstaubkonzentration sogar um 60 %.

„Saurer Regen“, ein Oxidationsprodukt von Schwefeldioxid, gefährdet hingegen nicht nur empfindliche Ökosysteme wie Wald oder Seen sondern auch Gebäude und Materialien. Ein sehr berühmtes Beispiel ist etwa der Wiener Stephansdom, bei welchem die aus Kalksandstein bestehende Fassade durch den Sauren Regen stark geschädigt wurde. Kalk, das Bindemittel des Steins, wird herausgelöst und, als schwarze Kruste sichtbar werdender, Gips entsteht. Darunter befindet sich aufgelöster Kalkstein, der praktisch nur noch Sand ist und die Steine müssen in mühsamer Handarbeit ausgetauscht werden.

Luftgütemessung in NÖ

Das Niederösterreichische Umwelt-Beobachtungs- und Informationssystem (NUMBIS) überwacht 24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr unsere Luftqualität. Zur flächendeckenden Messung stehen 42 stationäre und 4 mobile Luftgüte-Messstellen zur Verfügung. Diese sind einerseits dort aufgestellt wo Menschen wohnen, leben und arbeiten. Andererseits wird aber auch in der Nähe von vermuteten Hotspots, wie z.B. Autobahnen, die Luftgüte überwacht.
Die Konzentrationen folgender Luftschadstoffe werden dabei kontinuierlich gemessen:

  • Ozon (O3)
  • Feinstaub (PM10, PM2.5)
  • Schwefeldioxid (SO2)
  • Stickoxide (NOx)
  • Kohlenmonoxid (CO)

Zusätzlich werden die meteorologischen Parameter Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit erfasst. 

Die gemessenen Daten sind Basis für den vorsorglichen Gesundheitsschutz der Menschen. Man kann daran erkennen, dass die Maßnahmen zur Luftreinhaltung der letzten Jahre greifen. Denn sowohl die aktuelle Bilanz als auch der langfristige Trend fallen sehr positiv aus.

Luft kennt keine Grenzen

Je kleiner Partikel sind, desto länger können sie in der Luft schweben und sich dabei mit weiteren Schadstoffen anreichern, das heißt sie werden unter dem Einfluss von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Sonneneinstrahlung chemisch umgewandelt. Feinstaubpartikel können viele Tage bis Wochen in der Luft bleiben und weite Strecken zurücklegen (bis zu 1500 km). Sie wirken also nicht nur direkt am Ort des Schadstoffausstoßes, sondern können auch noch in großer Entfernung Schaden anrichten.

Ein gut sichtbares Beispiel ist das immer wieder auftretende Phänomen, des Saharastaubs in Österreich. Starke Winde wirbeln den Saharastaub im Norden Afrikas unter bestimmten Wetterlagen auf und verfrachten ihn in höhere Luftschichten. Bei entsprechend großräumigen Luftströmungen kommt es auch zu Verfrachtungen bis Mitteleuropa und wir können eine „rote Staubschicht“ bei uns beobachten.

Luftgüte im Klassenzimmer

Die Qualität der Raumluft ist mit entscheidend für den Lernerfolg, denn bei guter Raumluft können sich die SchülerInnen um vieles besser konzentrieren und dem Unterricht aktiv folgen. Es nehmen auch die dysfunktionalen Aktivitäten (also alles was eigentlich nicht zum Unterricht gehört) deutlich ab. Somit ist es ruhiger im Unterricht, es muss nicht so häufig ermahnt werden. Die Mitarbeit wird durch die Verbesserung der Lernbedingungen höher und es kommt zu einem messbar besseren Lernerfolg der SchülerInnen, besonders die mündliche Mitarbeit kann signifikant gesteigert werden.

Richtiges Lüften im Klassenzimmer

Studien zeigen deutlich: Oft ist der Kohlendioxidgehalt der Klassenluft zu hoch - Unruhe und Lärmpegel nehmen zu. Aber ab einer Klassenbelegung mit mehr als 20 Kindern reicht die Pausenlüftungen alleine nicht aus. Je nach Art der Räumlichkeiten und Zustand der Fenster sollte daher schon nach zehn bis spätestens zwanzig Minuten Unterricht gelüftet werden. Je kälter die Temperatur außen ist, umso schneller tauscht sich Außen- mit Innenluft aus. Somit reichen im Winter zwei bis fünf Minuten, um ein Klassenzimmer mit frischer Luft zu füllen. Bei warmen Außentemperaturen dauert das Fensterlüften etwas länger.

Gutes Lüften ist messbar

Passendes Lüften können Sie messen. Einfache Geräte haben eine grün-gelb-rote (Ampel-)Anzeige, die auf die Qualität der Atemluft hinweisen. Andere Geräte zeigen den Kohlendioxidwert in der Einheit ppm an (parts per million oder Teile einer Million). Kohlendioxid dient hier als Indikator für verbrauchte Luft. Konzentrationen unter 1.000 ppm Kohlendioxid in der Raumluft gelten als unbedenklich, Werte zwischen 1.000 und 2.000 ppm als auffällig und Konzentrationen über 2.000 ppm als hygienisch inakzeptabel.

Messgerät um CO2 Gehalt der Luft zu messen

© eNu

CO2 Messgerät mit Ampelfunktion

Methoden & Materialien

zum Seitenanfang springen