Was hat Produktdesign mit Versauerung zu tun?
Einige Emissionen aus Industrie, Verkehr und Landwirtschaft haben säurebildende Wirkung und können daher zu einer Absenkung des pH-Werts in Böden und Gewässern beitragen.
Für die Versauerung werden vor allem Luftschadstoffe als Verursacher genannt. Zu den wesentlichen Schadstoffen gehören Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxide (NOx), die bei industriellen Verbrennungsprozessen entstehen, sowie Ammoniak (NH3), welches hauptsächlich aus landwirtschaftlichen Prozessen stammt.
In internationalen Vereinbarungen (Genfer Luftreinhaltekonvention und EU-Richtlinien) hat sich Deutschland zu einer Verminderung der Emissionen von Schwefeldioxid (SO2), Stickstoffoxiden (NOx), Ammoniak (NH3) und flüchtigen organischen Verbindungen (ohne Methan) verpflichtet, wobei die zuletzt genannte Stoffgruppe keinen Zusammenhang zur Versauerung hat.
Zwar konnten Erfolge bei der Reduktion der Emissionen an Schwefeldioxid (z.B. durch Kraftwerksentschwefelung, Begrenzung des Schwefelgehalts in flüssigen Brennstoffen) erzielt werden. Der Ausstoß von versauernden Luftschadstoffen ist aber, gemessen an der dauerhaften Belastbarkeit der Ökosysteme, immer noch zu hoch. Dies gilt besonders für Stickstoffoxide und Ammoniak.
Ursachen und Wirkung
Versauerung bedeutet, dass der pH-Wert eines Systems, z.B. Boden oder Gewässer, abnimmt. Dies wird durch sogenannte versauernde Substanzen verursacht.
Von Luftschadstoffen unbeeinflusster Niederschlag hat einen pH-Wert von ca. 5,7. Die Abweichung vom Neutralpunkt (pH 7) hängt mit dem Gleichgewicht des in der Luft enthaltenen CO2 mit den im Niederschlag gelösten Carbonate zusammen.
Natürliche Systeme können je nach ihrer (chemischen) Zusammensetzung den Zusatz von Säuren und Basen mehr oder weniger gut ausgleichen. Die im Boden vorhandenen Stoffe, die Zugabe von Säuren und Basen ausgleichen, nennen sich Puffer. Bei über die Pufferkapazität hinausgehender weiterer Zugabe von Säuren (oder Basen) kommt zu einer deutlichen Änderung des pH-Wertes.
Ca. seit den 1970er Jahren fiel eine Verschiebung des pH-Wertes der Niederschläge auf. D.h. die Niederschläge wurden immer saurer („saurer Regen“). Damit verbunden sind v.a. drei wesentliche Umweltprobleme:
- neuartige Waldschäden (Vegetationsschäden und „Waldsterben“)
- Versauerung von Böden
- Versauerung von Gewässern, (führt zu massiver Beeinträchtigung der Ökosysteme (z.B. Fischsterben).
Waldschäden
Die Waldzustanderhebung untersucht seit 1984 anhand des Kronenzustandes der Bäume die Vitalität des Waldes. Seitdem hat sich der Zustand drastisch verschlechtert. Auch die Erhebung aus 2023 zeigt nach wie vor ist eine hohe Kronenverlichtung bei allen Arten. Nur rund 20% aller Waldbäume sind nicht von Kronenverlichtung betroffen und damit vital.
Für die Waldschäden machten Wissenschaftler in den 1990er Jahren den sauren Regen verantwortlich. Heute weiß man, dass der Waldzustand noch von verschiedenen weiteren Faktoren wie Klimawandel und damit einhergehenden Schadorganismen beeinflusst wird. Die Einwirkung von Luftschadstoffen und die damit einhergehende Versauerung des Bodens spielen aber auch weiterhin eine wichtige Rolle.
Konsequenterweise ist der Waldboden daher auch Gegenstand von wissenschaftlichen Untersuchungen. Eine umfassende Bodenzustandserhebung im Wald deutet u.a. auf Bodenversauerung und Basenverarmung in den Böden hin. Damit einher gehen Risiken für Grund- und Quellwasser, Engpässe in der Baumernährung sowie Nährstoffungleichgewichte infolge erhöhter Stickstoffeinträge.
Versauerung von Böden
Versauerung hat für den Boden eine herausragende Bedeutung. Der Boden ist ein komplexes Gefüge aus verschiedenen mineralischen und organischen Materialien und Lebewesen. Er stellt nicht nur die Lebensgrundlage der natürlichen Vegetation dar, sondern ist das Fundament unserer Landwirtschaft und Ernährung. Er steht zudem in engem Austausch mit den anderen Umweltmedien, insbesondere mit den Gewässern. Die beobachtete zunehmende Versauerung des Bodens hat somit nicht nur Auswirkungen auf den Lebensraum Boden, sondern führt über die Freisetzung von Schadstoffen zu Verunreinigungen des Grundwassers und anderer Wasserkörper.
Versauerung eines Bodens tritt ein, wenn in den Boden eingetragene Protonen vom Boden nicht mehr neutralisiert werden können, und der pH-Wert des Bodens dadurch absinkt.
Böden haben die Fähigkeit, Säureeinträge in gewissem Umfang abzufangen. Diese Fähigkeit ist abhängig von der Art und Menge an Mineralien und Humus im Boden. Der Zusatz von Säuren wird durch verschiedene Puffersysteme aufgefangen.
Versauerung von Gewässern
Auch Gewässer haben eine gewisse Pufferkapazität. Je nach geologischen Gegebenheiten kann sich der pH-Wert von Gewässern stark unterscheiden. Ähnlich der Vorgänge im Boden werden auch im Gewässer bei niedrigerem pH-Wert bestimmte Metall-Ionen (v.a. Aluminium) remobilisiert. Schädigungen entstehen somit durch den direkten Einfluss der pH-Verschiebung und durch zusätzliche toxische Effekte gelöster Metalle. In der Folge verschiebt sich die Zusammensetzung der Planktongemeinschaft (Indikator für Versauerung). Auffallend direkte Schäden zeigen die Fischpopulationen. Allgemein wirkt sich die Versauerung negativ auf die Reproduktion der Fische aus, denndurch den tiefen pH-Wert werden die Jungstadien der Fische geschädigt. Dadurch brechen die Populationen ein. Aber auch die Mortalität der erwachsenen Tiere ist bei Versauerung – insbesondere durch die Fischtoxizität der Aluminium-Ionen – erhöht.