Feuerwerk belastet Wasser und Luft am 4. Juli

Rückstände abgebrannter Feuerwerkskörper können die Chemie von See- und Flusswasser innerhalb weniger Stunden verändern. Das zeigt eine neue Laborstudie.

Sie gehört zu drei aktuellen Forschungsarbeiten, die nachzeichnen, wie weit die Belastung durch Feuerwerk über die zurückbleibende Rauchwolke hinausreicht.

Zusammengenommen weisen die Ergebnisse auf gesundheitliche und ökologische Folgen hin, die sich durch eine einfache Reinigung und besser organisierte Veranstaltungen verringern ließen.

Die Veröffentlichungen erscheinen, während sich die Vereinigten Staaten auf den 4. Juli vorbereiten – einen der Tage mit der höchsten festbedingten Luftverschmutzung des Jahres.

Feuerwerksrückstände im Wasser

Die Wasserexperimente stammen aus dem Labor von Han-Qing Yu, Umweltingenieur an der University of Science and Technology of China (USTC) in Hefei.

Yus Team ließ Rückstände abgebrannter Knallkörper in Flusswasser, Seewasser und reinem Wasser einweichen und untersuchte anschließend, welche Stoffe daraus ins Wasser übergingen.

Aus den verkohlten Überbleibseln lösten sich rasch gelöste Metalle, darunter Kalium und Mangan.

Zudem fanden die Forschenden kleine organische Moleküle mit hohem Schwefelanteil.

Danach kehrte sich der Austausch um: Während diese Verbindungen ins Wasser gelangten, entzog der Rückstand ihm Stoffe der entgegengesetzten Art und entfernte größere, komplexere organische Bestandteile.

Knallkörper verändern organische Stoffe

Am Ende wies das behandelte Wasser eine messbar geringere organische Zusammensetzung auf; seine Moleküle waren kleiner und seine Chemie weniger komplex als zuvor.

Solche kleinen Moleküle und Metalle können Mikroben sowie andere Organismen beeinträchtigen, die die Basis aquatischer Ökosysteme bilden.

Bislang hatten nur wenige Forschende untersucht, wie Knallkörperabfälle die gelöste organische Substanz verändern – also zersetztes Pflanzen- und Mikrobenmaterial, das das Leben in Flüssen und Seen trägt.

Das Risiko steigt dort, wo sich abgebranntes Feuerwerk an Ufern von Seen und Flüssen ansammelt. Dies kommt häufig vor, wenn Brandschutzvorschriften Veranstaltungen auf freie Flächen in Gewässernähe verlagern.

Essensstände tragen zur Luftverschmutzung bei

Bei großen öffentlichen Veranstaltungen steht Feuerwerk mit einer noch stärkeren Verschmutzungsquelle in Konkurrenz.

Ein Team unter Leitung von W. Joe F. Acton, Atmosphärenwissenschaftler an der University of Birmingham, maß die Luftbelastung während der Commonwealth Games 2022 in Birmingham.

Über einen Zeitraum von fast zwei Wochen lockten die Spiele 323.000 Zuschauerinnen und Zuschauer in das Freiluftstadion Alexander Stadium.

In den Fanzonen erreichten die Feinstaubwerte bis zum Zehnfachen der Messungen an nahe gelegenen städtischen Stationen. Während der Leichtathletikwettbewerbe stammten etwa 70 Prozent dieser Partikelmasse von Verkaufsständen, die Fast Food grillten.

Wer einen ganzen Tag vor Ort blieb, war mehr als doppelt so stark belastet wie Menschen im übrigen Stadtgebiet.

Ein geringerer Partikelanstieg

Auch das Feuerwerk war in den Messungen sichtbar: Jede Zeremonie verursachte zusätzlich zu dem bereits vorhandenen Staub und Kochdunst einen zweiten, kleineren Anstieg der Partikelbelastung.

Die Konzentration grober Partikel erreichte Spitzenwerte von nahezu 700 Mikrogramm pro Kubikmeter und lag damit deutlich über einem gesundheitlich unbedenklichen Tageswert.

Dieses Ergebnis stellt die verbreitete Annahme infrage, dass Feuerwerk bei Festen die größte Gefahr für die Luftqualität darstellt.

Wo Feuerwerk jedoch ohne Einschränkungen abgebrannt wird, kann es den Dunst dominieren, wie eine Analyse zum chinesischen Frühlingsfest zeigte.

Neue Quelle für Dunst

Die dritte Studie konzentrierte sich auf eine Stoffgruppe, die bereits die Entstehung von Dunst unterstützt.

Dabei handelt es sich um Amine: stickstoffhaltige, mit Ammoniak verwandte Verbindungen, die die winzigen Partikel bilden helfen, welche für dunstigen Himmel verantwortlich sind.

Die Forschenden installierten hochfrequente Messgeräte nahe dem Jiuhua-Berg, einem landschaftlich reizvollen Gebiet in der ostchinesischen Provinz Anhui. Dort ist offenes Verbrennen verboten, Feuerwerk zum Mondneujahr jedoch erlaubt.

Von den ruhigen Tagen vor dem Fest bis zu den Nächten mit den größten Feuerwerken stiegen die Aminkonzentrationen um das Drei- bis Zwölffache – sowohl als freie Gase als auch in Partikeln gebunden.

Gleichzeitig nahmen Kalium, Chlorid und Sulfat zu, die als Kennzeichen von Feuerwerksrauch gelten.

Kochen oder Feuerwerk?

Ein Marker für Kochvorgänge in derselben Luft veränderte sich während des Zeitraums kaum; Gleiches galt für Luftfeuchtigkeit, Temperatur und die Hintergrundkonzentration von Ammoniak.

Dieser Gegensatz erlaubte es dem Team, Küchen und Wetter als Ursachen auszuschließen und den Anstieg dem Feuerwerk selbst zuzuordnen.

Zuvor hatte niemand diesen Amin-Ausstoß von Feuerwerken gemessen.

Amine fördern Dunst, weil sie Wasser und weitere Gase in neu entstehende Partikel ziehen. Dadurch kann sich der Smog verstärken, der nach einer Feier in der Luft bleibt.

Frühere Messungen hatten bereits starke Anstiege dieser Verbindungen in chinesischen Städten im Winter festgestellt, doch ihre Quelle im Feuerwerk war unbemerkt geblieben.

Sauberer feiern mit Feuerwerk

Zusammen erweitern die drei Studien die Bilanz dessen, was Feuerwerk hinterlässt – weit über die bekannte Rauchwolke hinaus.

Abgebrannte Hülsen können die Chemie nahe gelegener Gewässer umgestalten, während bei dicht besuchten Veranstaltungen Feuerwerkspartikel zu Kochrauch und Staub hinzukommen.

Die Explosionen setzen außerdem dunstbildende Amine frei, die zuvor nicht beachtet worden waren.

Diese Reichweite wird am 4. Juli greifbar, wenn Tausende Feuerwerke in den USA zugleich dieselben Metalle und Partikel freisetzen.

Eine Untersuchung, die den Feiertag beobachtete, stellte starke, örtlich begrenzte Anstiege bei Feinstaub fest. Landesweite Daten zeigen am 4. und 5. Juli durchschnittliche Zunahmen von mehr als 40 Prozent.

All dies ist kein Argument dafür, Feuerwerk abzusagen. Es deutet jedoch auf kostengünstigere Maßnahmen als ein Verbot hin.

Das Entfernen abgebrannter Rückstände in Gewässernähe, die Belüftung von Essensständen und die Abstimmung von Feuerwerken auf die Windrichtung könnten jeweils die Folgen einer Feier verringern.

Die Studien wurden in Environmental Science & Technology, ACS ES&T Air und Environmental Science & Technology Letters veröffentlicht.