Studie in Londoner U-Bahn: Gefahr liegt in der Luft

Laut Wissenschaftlern der University of Cambridge (Großbritannien) kommt es im Londoner U-Bahn-System zu einer Verunreinigung der Luft mit ultrafeinen Metallpartikeln, die klein genug sind, um in den menschlichen Blutkreislauf zu gelangen. 

Die Forschenden analysierten die Umweltbelastung auf eine neuartige Art und Weise: Sie nutzten Magnetismus, um Staubproben aus unterirdischen Schalterhallen, von Bahnsteigen und Fahrerkabinen zu untersuchen.

Das Team fand heraus, dass die Proben hohe Konzentrationen des Eisenoxids Maghemit enthielten. Da es einige Zeit dauert, bis Eisen zu Maghemit oxidiert, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass entsprechende Partikel aufgrund der schlechten Belüftung im gesamten U-Bahn-System, insbesondere auf Bahnsteigen, über lange Zeiträume in der Luft schweben. Einige der Partikel haben einen Durchmesser von nur fünf Nanometern: klein genug also, um eingeatmet zu werden und in den Blutkreislauf zu gelangen. Sie sind auf der anderen Seite zu klein, um mit den üblichen Methoden zur Überwachung von Umweltverschmutzung erfasst zu werden. Es ist jedoch nicht klar, ob diese Partikel ein Gesundheitsrisiko darstellen.

Untersuchungen haben in der Vergangenheit gezeigt, dass der größte Teil des Feinstaubs in der U-Bahn entsteht, wenn die Räder, Gleise und Bremsen gegeneinander schleifen und winzige, eisenreiche Partikel hochschleudern. „Da die meisten dieser Luftverschmutzungspartikel metallisch sind, ist das U-Bahn-System ein idealer Ort, um zu testen, ob Magnetismus ein wirksames Mittel zur Überwachung von Umweltverschmutzung sein kann“, erklärt Prof. Richard ­Harrison vom Department of Earth Sciences in Cambridge, Seniorautor der Arbeit. „Normalerweise untersuchen wir Magnetismus in Bezug auf Planeten, aber wir haben uns entschieden, zu untersuchen, wie diese Techniken auf verschiedene Bereiche angewendet werden können, einschließlich der Luftverschmutzung.“ Die Verschmutzungsgrade werden normalerweise mit Standard-Luftfiltern überwacht, aber diese können keine ultrafeinen Partikel einfangen und sie erkennen nicht, welche Arten von Partikeln im Feinstaub enthalten sind.

„Ich begann im Rahmen meiner Promotion mit dem Studium des Umweltmagnetismus und untersuchte, ob kostengünstige Überwachungstechniken zur Charakterisierung von Verschmutzungsgraden und -quellen eingesetzt werden könnten“, berichtet Hauptautor Hassan Sheikh vom Department of Earth Sciences in Cambridge. „Die U-Bahn stellt eine gut definierte Mikroumgebung dar – also ein idealer Ort, um so eine Studie durchzuführen.“ In Zusammenarbeit mit Kollegen vom Department of Materials Science and Metallurgy in Cambridge analysierten Sheikh und Harrison 39 Staubproben, die auf Bahnsteigen, in Schalterhallen und Fahrerkabinen gesammelt worden waren.

Die Forscher verwendeten magnetische Fingerabdrücke, 3-D-Bildgebung und Nanomikroskopie an, um die Struktur, Größe, Form, Zusammensetzung und magnetischen Eigenschaften der in den Proben enthaltenen Partikel zu charakterisieren. Ältere Studien hatten gezeigt, dass 50 Prozent der Verschmutzungspartikel im U-Bahn-System reich an Eisen sind. Das Team aus Cambridge konnte aber viel genauer hinsehen: Es fand eine große Menge an Maghemit-Partikeln mit einem Durchmesser von fünf bis 500 Nanometern und einem durchschnittlichen Durchmesser von 10 Nanometern. Einige Partikel bildeten größere Cluster mit Durchmessern zwischen 100 und 2000 Nanometern. „Die Fülle dieser sehr feinen Partikel war überraschend“, unterstreicht Sheikh. Obwohl die Forscher nicht untersucht haben, ob diese Maghemit-Partikel ein direktes Gesundheitsrisiko darstellen, sind sie der Ansicht, dass ihre Charakterisierungsmethoden in zukünftigen Studien nützlich sein könnten. „Unsere Techniken vermitteln ein viel feineres Bild der Verschmutzung in der U-Bahn. Wir können Partikel messen, die klein genug sind, um eingeatmet zu werden und in den Blutkreislauf zu gelangen.“