Bäume gelten als Verbündete im Kampf gegen die Folgen des Klimawandels. Sie spenden Schatten, kühlen aufgeheizte Straßenzüge und filtern Schadstoffe aus der Luft. Doch manche Bäume können unter bestimmten Bedingungen auch zur Luftverschmutzung beitragen. Darauf weist ein internationales Forschungsteam im Fachmagazin »Science Advances« hin: Demnach spielen Emissionen von Stadtbäumen bei der Ozonbildung eine deutlich größere Rolle als bislang angenommen. Ozon hat in der Stratosphäre eine schützende Wirkung, wird aber in Bodennähe zu einem gesundheitsschädlichen Reizgas. Es kann die Schleimhäute angreifen und die Leistungsfähigkeit empfindlicher Menschen beeinträchtigen.

Pflanzen geben sogenannte biogene flüchtige organische Verbindungen, kurz VOCs, an die Atmosphäre ab. Diese Stoffe können in Anwesenheit von Stickoxiden (NO_x) und Sonnenlicht bodennahes Ozon bilden. Besonders relevant ist dafür die Verbindung Isopren, die von vielen Baumarten freigesetzt wird. Wie stark Stadtbäume zur Ozonbildung beitragen, ließ sich bislang nur mit Modellen abschätzen, die ursprünglich für natürliche Ökosysteme entwickelt wurden. Direkte Messungen in dicht bebauten Großstädten waren bisher selten. Auch menschliche Aktivitäten verursachen VOCs, die mit Stickoxiden reagieren und Ozon bilden: Diese anthropogenen VOCs finden sich unter anderem in Lösungsmitteln, Lacken, Reinigungsmitteln und Kraftstoffdämpfen.

Das Forschungsteam um Xianjun He von der Jinan-Universität im chinesischen Guangzhou installierte deshalb auf dem 325 Meter hohen meteorologischen Turm in Peking ein hochauflösendes Messsystem. Auf einer Plattform in 102 Metern Höhe erfassten die Forschenden zwischen Mai und Juli 2021 zehnmal pro Sekunde die Konzentrationen und Flüsse flüchtiger organischer Verbindungen über der Stadt. Die Daten erlaubten es, die Emissionen verschiedenen Quellen zuzuordnen, darunter Verkehr, Lösungsmitteldämpfe, haushaltsnahe Tätigkeiten wie Kochen und eben Stadtbäume.

Mehr als ein Drittel der Pekinger Stadtbäume sind Arten mit hohen Isoprenemissionen, darunter Trauerweiden und Chinesische Weißpappeln

Die Ergebnisse überraschten: Biogene Verbindungen machten zwar nur rund elf Prozent der gesamten VOC-Emissionen aus, trugen aber überproportional stark zur Ozonbildung bei. Verantwortlich war vor allem Isopren, das knapp die Hälfte der gesamten gemessenen atmosphärischen Reaktivität ausmachte. Diese Kennzahl beschreibt, wie schnell und stark ein freigesetzter Stoff in der Luft chemische Reaktionen auslöst, die zur Bildung von Schadstoffen wie Ozon beitragen können. Besonders die Temperatur hat darauf großen Einfluss. Zwischen 20 und 35 Grad Celsius nahm die Reaktivität der von Pflanzen freigesetzten Verbindungen um rund 700 Prozent zu. Die Reaktivität anthropogener VOCs stieg im selben Temperaturbereich lediglich um etwa 40 Prozent. Dadurch erhöhte sich der Anteil der Baumemissionen an der gesamten VOC-Reaktivität auf 74 Prozent.

Warum die Effekte in Peking so ausgeprägt sind, hängt offenbar mit der Zusammensetzung des Stadtgrüns zusammen. Die Forschenden verglichen ihre Messungen mit Daten aus anderen Städten weltweit und fanden für Peking außergewöhnlich hohe Isoprenemissionen, die teilweise die Werte von Mischwäldern in gemäßigten Breiten erreichten. Bei einer genaueren Analyse zeigte sich: Mehr als ein Drittel der Pekinger Stadtbäume sind Arten mit hohen Isoprenemissionen, darunter Trauerweiden (Salix babylonica) und Chinesische Weißpappeln (Populus tomentosa). Städte mit einem hohen Anteil solcher Arten weisen tendenziell auch höhere Isoprenemissionen auf.

Für europäische Städte sehen die Autoren die Situation weniger kritisch. Nach Einschätzung des an der Studie beteiligten Atmosphärenphysikers Thomas Karl von der Universität Innsbruck dominieren dort häufig andere Baumarten, die eher Monoterpene als Isopren freisetzen. Auch diese Verbindungen können zur Ozonbildung beitragen, werden aber meist in geringeren Mengen emittiert. Die Fachleute betonen deshalb, ihre Ergebnisse seien kein Argument gegen städtische Begrünung. Vielmehr sollte das Emissionspotenzial verschiedener Baumarten künftig stärker in die Stadtplanung einbezogen werden.

Nach Berechnungen des Teams könnten die Isoprenemissionen in Peking um mindestens 29 Prozent sinken, wenn bei der routinemäßigen Erneuerung des Stadtbaumbestands zehn Prozent der besonders stark emittierenden Bäume durch emissionsärmere Arten ersetzt würden. Dennoch bleibe die Kontrolle von Stickoxidemissionen, die insbesondere im Straßenverkehr entstehen, entscheidend, betonen die Autoren. Denn ohne NO_x könne auch aus biogenen Emissionen kein Ozon entstehen. In einer wärmer werdenden Welt dürften jedoch beide Faktoren zunehmend zusammenwirken: Häufigere Hitzewellen erhöhen die Emissionen der Vegetation, während Städte gleichzeitig weiter begrünt werden müssen.