Schwefeldioxid

Schwefeldioxid (SO₂) ist ein farbloses, stechend riechendes, wasserlösliches Gas, das Mensch und Umwelt beeinträchtigt. In der Atmosphäre aus Schwefeldioxid entstehende Sulfatpartikel tragen zudem zur Belastung mit Feinstaub (PM10) bei. Es ist sehr gut (physikalisch) wasserlöslich und bildet mit Wasser in sehr geringem Maße Schweflige Säure.

Quellen

Schwefeldioxid entsteht unter anderem bei der Verbrennung von schwefelhaltigen fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Erdölprodukten, die bis zu 4 Prozent Schwefel enthalten. Auch Biomasse enthält je nach Herkunft teils erhebliche Mengen Schwefel, da dieser ein Mengenelement in allen bekannten Lebewesen ist, wodurch bei Verbrennung ebenfalls Schwefeldioxid entsteht. Dadurch trägt es in erheblichem Maß zur Luftverschmutzung bei. Es ist der Grund für sauren Regen, wobei das Schwefeldioxid zunächst von Sauerstoff zu Schwefeltrioxid oxidiert wird und dann mit Wasser zu Schwefelsäure (H₂SO₄) umgesetzt wird. Zudem findet sich Schwefeldioxid im Umfeld von Gebieten mit vulkanischen Erscheinungen.

Bei Vulkanausbrüchen können Asche- und Sulfatpartikel in große Höhen (bis in die Stratosphäre) transportiert werden. Während Asche-Aerosole wieder zu Boden sinken oder ausgewaschen werden, verbleiben die Sulfat-Aerosole über einen langen Zeitraum in der Atmosphäre. In der sogenannten „Junge-Schicht“ (natürliche Aerosolschicht) kommt es durch den zusätzlichen Sulfateintrag zu einer so hohen Konzentration, dass das Sonnenlicht absorbiert bzw. gestreut wird. Dadurch kann es zu einer Temperaturabnahme an der Erdoberfläche und damit zu Klimaveränderungen kommen.

Sulfat-Aerosole in der Stratosphäre - Infographik Quelle: ESKP

Gesundheitsrisiken

Schwefeldioxid reizt die Schleimhäute und kann zu Augenreizungen und Atemwegsproblemen führen. Da die SO₂-Konzentrationen bundesweit sehr deutlich unter den geltenden Grenzwerten zum Schutz der menschlichen Gesundheit liegen, sind heute durch SO₂ verursachte Gesundheitsprobleme in Deutschland nicht mehr zu befürchten.

Wirkungen auf Ökosysteme

Schwefeldioxid kann Pflanzen schädigen und nach Ablagerung in Ökosysteme ⁠Versauerung⁠ von Böden und Gewässern bewirken. Durch den starken Rückgang der Schwefelemissionen seit Beginn der 90er Jahre wird die Versauerung heute hauptsächlich von Stickstoffeinträgen verursacht. Konzentrationsgrenzwerte für SO₂ werden heute nahezu flächendeckend eingehalten.

Satelliten-Monitoring (Beispiele)

• Instrumente wie GOME-2 auf erdgebundenen Satelliten sind in der Lage, aus dem von der Erdoberfläche reflektierten Sonnenlicht auf die Menge von SO₂ in der Erdatmosphäre zu schließen. SO₂ gelangt nur durch vulkanische Aktivitäten sowie anthropogenen Quellen in die Erdatmosphäre. Deshalb eignet es sich hervorragend zum Beobachten und Vermessen von Vulkanausbrüchen, sowie zur kontinuierlichen Überwachung von Luftverschmutzung von urbanen Gebieten.
• Am Samstag, den 15.01.2022 brach der Vulkan "Hunga Tonga Hunga Ha‘apai" um 05:15 Uhr mitteleuropäischer Zeit in einer gewaltigen Explosion aus. Dabei wurden riesige Mengen Schwefeldioxid (SO₂) ausgestoßen (knapp 0.4Mt) und großflächig in der Atmosphäre verteilt. Die am EOC operationell verarbeiteten S5P-Messungen zeichnen die Entwicklung der vulkanischen Emissionen seitdem kontinuierlich auf.
  Die alsbald ca. 7.000.000 Quadratkilometer große Wolke wurde vor allem nach Westen über den Pazifik in Richtung Australien getrieben und überdeckte den halben Kontinent in einer Höhe von ca. 20 km.
  Das ätzende Gas bedroht nicht nur die Umwelt und die Bevölkerung in der Nähe der Vulkane, sondern gefährdet auch die Insassen von Verkehrsflugzeugen, wenn es in die Flugzeugkabine dringt. Auch die Triebwerke der Flugzeuge können beschädigt werden. Die rechtzeitige Erfassung von SO₂ hilft diese Gefahren zu minimieren und zeigt auf, wo mit riskanten Gas- und Aschekonzentrationen gerechnet werden muss. Noch werden die Flüge auf die Inseln fortgesetzt.
  Kurze Zeit nach der ersten Eruption lieferte der Sensor TROPOMI auf Sentinel-5P die ersten Messungen der SO₂-Konzentration über der Insel, die seitdem laufend analysiert werden. Das UVN-Spektrometer hat eine räumliche Auflösung von 3,5 × 5,5 Kilometern und misst täglich weltweit neben SO₂ weitere Spurengase in der Atmosphäre wie z.B. Ozon und Stickstoffdioxid. (DLR)

Weitere Informationen:

• Vulkanausbruch La Palma - Entwicklung Lavastroms und Verlauf Schwefeldioxid (Copernicus)
• Global Sulfur Dioxide Monitoring Home Page (NASA)
• Vulkanismus und Klima in der Vergangenheit: Was lässt sich für die Zukunft lernen? (ESKP 2020)