Emise a Imise: Rozdíl a Vliv na Životní Prostředí

Životní prostředí je vlivem rozvoje průmyslu a technologií neustále vystavováno silnému antropickému tlaku. Specifikum oblastí mírného pásma je dáno tím, že vedle lesních ekosystémů se postupně zformovaly působením člověka i umělé ekosystémy, jejichž součástí jsou urbanizované a industrializované zóny, pro které je charakteristické vysoké znečišťování ovzduší různou škálou cizorodých chemických látek.

Rozdělení Emisí a Základní Pojmy

Současné přirozené chemické složení ovzduší se vyvíjelo postupně s vývojem Země. Emise přírodního (sopečná činnost, požáry apod.) i antropogenního původu (spalovací a technologické procesy, zemědělská činnost, doprava apod.), které jsou vnášeny do ovzduší, se dělí na neutrální soli (přírodní původ Na+, Cl-), živiny (Mg2+, Ca2+, NH4+), kyselinotvorné látky (SO2, NOx, Cl2, NH4+, Al a kationty těžkých kovů) a potenciální toxiny (SO2, HF, As, Se, VOC - volatilní organické sloučeniny, POPs - persistentní organické látky, těžké kovy, metaloidy a jejich další sloučeniny, uhlovodíky, oxidanty).

V ovzduší rozlišujeme primární a sekundární znečištění, které vzniká následkem interakce primárních znečišťujících látek. Jde např. o všechny znečišťující látky, které vznikly jako výsledek fotooxidačních reakcí uhlovodíků, oxidu dusnatého (NO) a slunečního záření (aldehydy, PAN, oxid dusičitý NO2 a ozón), oxidačních reakcí kyslíku, vody, SO2, amoniaku (kyselina sírová, síran amonný) a jednoduchých reakcí kyselinotvorných plynů a alkalických částic.

Emise vs. Imise

Emise (z latinského emittere, což znamená vypouštět nebo vysílat) je proces uvolňování látek, energie nebo záření do okolního prostředí. V kontextu ekologie a ochrany životního prostředí se tento termín nejčastěji používá pro označení vypouštění znečišťujících látek do atmosféry. Tyto látky mohou mít přírodní původ (např. sopečná činnost, lesní požáry) nebo antropogenní původ, tedy vznikají v důsledku lidské činnosti. Pro kvantifikaci a regulaci se rozlišují pojmy emise a imise.

Toxické látky tvořené plynnými a pevnými produkty ze spalovacích a technologických procesů před vstupem do životního prostředí (ovzduší) se označují jako emise. Zatímco emise představují množství znečišťujících látek uvolněných přímo ze zdroje (např. Imise pronikající do prostředí lesních ekosystémů můžeme na základě monitoringu vyjádřit váhovým množstvím přepočteným na určitý objem vzduchu, pak mluvíme o imisích. Imise zachycená nebo uložená na zemském povrchu nebo v lesním ekosystému je označována jako depozice.

Čtěte také: Vše o emisních normách

Slovo emise pochází z latinského slova e-mitto, což znamená vysílám, vydávám nebo vypouštím. V oboru hygieny a ekologie slovo emise vyjadřuje uvolňování polutantů do ovzduší. Pro upřesnění pak rozlišujeme ještě termíny primární a sekundární emise.

• Primární emise jsou látky vyloučené přímo ze zdroje do ovzduší. Označení se týká látek, které byly vypuštěny a jejich měření tedy probíhalo např. v případě automobilu přímo u výfuku nebo v případě továrny přímo na jejím komíně. Primární emise jsou tedy ve stavu, kdy neprošly žádnou chemickou nebo jinou reakcí, která by znamenala jejich jakoukoliv změnu.
• Naopak sekundární emise označují skupinu látek vytvářených až v atmosféře. Děje se tomu tak prostřednictvím reakcí mezi jednotlivými znečišťujícími látkami. Tyto reakce probíhají např. za vlivu UV záření (fotoaktivace) nebo přímými reakcemi mezi jednotlivými primárními polutanty. Škodlivost těchto vzniklých látek je často mnohem vyšší, než byla škodlivost původních látek. Nejznámější z těchto reakcí jsou ty, při nichž vzniká tzv. fotochemický (dnes také označovaný jako letní) smog.

Příkladem jednoduché reakce se vznikem sekundárních emisí je také slučování aerosolů kyseliny sírové s oxidy kovů. Z chemického hlediska jde o neutralizaci za vzniku solí. Vznikají sírany, které představují suchou fázi kyselých imisí. Další typickou reakcí se vznikem sekundárních emisí je disociace oxidu dusičitého (NO2), který je aktivován UV zářením (fotoaktivace) a disociuje se na oxid dusnatý a atomární kyslík. Tyto produkty začínají řetěz mnoha dalších reakcí, při nichž vznikají velmi dráždivé látky (přízemní ozon, alkylové a formylové radikály, peroxidy).

Jen velmi málo primárních znečištěnin si zachovává trvale svou chemickou identitu po vstupu do ovzduší. Proto při měření znečištění ovzduší a hodnocení expozice člověka znečištěnému ovzduší mluvíme o imisích. Imise vznikají jako následek emisí, při kontaktu emise s životním prostředím. Imise se ukládají v půdě, rostlinách a organismech. Český hydrometeorologický ústav provádí měření imisí (tedy měření znečištění, resp. kvality ovzduší) pomocí 97 stanic, řadu dalších stanic provozují jiné organizace.

Tuhé Imise: Prach a Aerosoly

Mezi tuhé imise patří zejména prach a aerosoly. Častými zástupci jsou různé anorganické prachy, jako kovové částice, křemičitany, fluoridy, chloridy nebo sírany. Prachy organického původu pak obsahují například dehty, bakterie a pyly.

Obecná škodlivost tuhých imisí spočívá hlavně ve snižování viditelnosti, toxicitě pro živé organismy a korozivním účinku na materiály. Tyto látky také adsorbují plynné částice a podílejí se tak na zvýšení reaktivity částic a vzniku sekundárních emisí. Specifická míra jejich škodlivosti závisí na mnoha faktorech. Jedním z hlavních parametrů je velikost částic a na ní závislá disperzita. Na nich totiž závisí retence látky v plicích.

Čtěte také: Více o pamětních emisích

Částice větší než 100 μm mají relativně malý význam pro zdraví jedince, protože díky své značné hmotnosti rychle sedimentují. Z tohoto důvodu je značně omezená i jejich interakce s ostatními polutanty v ovzduší. Částice prachu o velikosti do 10 μm se označují jako aerosol. Hmotnostně je jejich obsah ve vzduchu poměrně malý. Mají velký biologický význam. Jsou člověkem vdechnuty, ale z velké části jsou zachyceny již v horních cestách dýchacích. Zde se usadí ve vrstvičce hlenu, který je řasinkami posouván směrem do nosohltanu a nakonec dojde k jeho spolknutí. Pokud tyto částice svou chemickou povahou patří mezi toxické prachy, má jejich spolknutí značný zdravotní význam. Částice menší než 10 μm se ve vzduchu vyskytují v malém množství, ale zato mají velký biologický význam. Do respiračního traktu se jich za 24 hodin dostane až 0,01 g. Molekuly o velikosti 1-2 μm pronikají průdušinkami až do plicních sklípků, kde je jich zachyceno někdy i více než 90 %. Tyto částice jsou tedy z hlediska retence aerosolu v plicích nejnebezpečnější.

Biologická Aktivita Prachu

Biologicky inertní prach nemá specifické biologické účinky a způsobuje prosté zaprášení plic. Naopak biologicky agresivní prach tyto specifické účinky má, a to právě díky svému chemickému složení. Při inhalaci křemičitého prachu (SiO2) jsou pozorovány fibroplastické účinky. Pokud ovzduší obsahuje okolo 10 % tohoto prachu, dochází při jeho dlouhodobé inhalaci postupně k chronickým zánětům průdušek, zmnožení vaziva v plicích, rozedmě plic, zvýšení odporu v krevním řečišti plicního oběhu a v důsledku toho až k zbytnění pravého srdce. Tyto projevy jsou shrnovány pod názvem silikóza plic. Podobně při dlouhodobé inhalaci vláknitého azbestového prachu dochází k rozvinutí azbestózy a stoupá také riziko mezoteliomu pleury. Prach obsahující beryllium při imunosupresi může způsobit obávanou berylliózu.

Fyzikální vlastnosti částic jsou odpovědí na otázku, proč křemičitý prach ve sklárnách způsobuje silikózu, zatímco obyvatelstvo Sahary, které je vystaveno inhalaci velkého množství křemičitého prachu silikózou netrpí. Prach Sahary je sice převážně oxid křemičitý, nicméně díky stáří částic a jejich vzájemnému obrušování je tvar molekul kulovitý. Částice prachu ve sklárnách jsou čerstvě vzniklé, převážně jehlicovité a mají mnoho hran a hrotů.

Další Skupiny Imisí

Do této skupiny patří sloučeniny různých prvků. Jde hlavně o sloučeniny síry, sloučeniny dusíku, oxidy uhlíku, halogenové sloučeniny a různé organické sloučeniny.

• Oxidy uhlíku (CO2 a CO) - vznikají při nedokonalém spalování uhlíkatých paliv (hlavně automobilová doprava), značné koncentrace jsou např.
• Organické sloučeniny (nenasycené i nasycené alifatické i aromatické uhlovodíky, formaldehyd, kyselina mravenčí, akrolein) - v ovzduší se vyskytují ve velkém množství. Škodlivost většiny těchto látek je značná.

Například sloučeniny dusíku jsou pro organismus značně dráždivé, po inhalaci a přestupu do krve jsou příčinou vzniku methemoglobinu. Účastní se také ve fotochemických reakcích, které vedou ke vzniku sekundárních emisí. Organických sloučenin je ve znečištěném ovzduší velké množství, hlavně nasycené i nenasycené uhlovodíky alifatické i aromatické a jejich kyslíkaté i halové deriváty. Jsou emitovány jako páry nebo prchavé sloučeniny.

Čtěte také: CIM Ministerstvo Emise: Vysvětlení

Mezi radioaktivní polutanty patří např. stroncium, izotopy jódu nebo cézium a další látky. Tyto imise však cestou ovzduší ohrožovaly člověka prakticky výhradně v době jaderných havárií - například při havárii jaderné elektrárny v Černobylu v roce 1986.

Smog: Kombinace Imisí

Tento termín vznikl spojením anglických slov smoke (kouř) a fog (mlha). Jde o spojení tuhých imisí, plynných imisí a sekundárních imisí, které společně vytvářejí celkové chemické znečištění atmosféry.

• Redukční typ smogu, jinak nazývaný také redukční typ smogu, je směs kouře, oxidů síry a splodin spalování uhlí v kombinaci s vysokou relativní vlhkostí vzduchu. Vyznačuje se redukčními vlastnostmi a je doprovázen hustou mlhou. Škodlivost plynných součástí je zvyšována přítomností popílku, který umožňuje jejich proniknutí do dolních cest dýchacích.
• Oxidační typ smogu, dnes zvaný letní smog, je spojen se znečišťováním ovzduší výfukovými plyny automobilů. Ty obsahují zplodiny spalování kapalných a plynných paliv. Pro jeho vznik jsou důležité reakce potencované slunečním zářením. Proto se tomuto typu smogu říká fotochemický.

Struktura a Trend Vývoje Emisí SO2 a NOx

Úroveň imisního pole je závislá vedle meteorologických podmínek ovlivňujících směr a intenzitu rozptylu emisí rovněž na poloze a struktuře emisních zdrojů. Struktura a poloha emisních zdrojů hraje významnou roli v lokálním, dálkovém a globálním transportu emisí a ve formování imisního a depozičního pole.

Emise SO2 a NOx vnesené do ovzduší v průmyslových oblastech (z elektráren, tepláren, atd.) jsou transportovány na značné vzdálenosti i do oblastí, ve kterých se zdroje SO2 a NOx nenachází (horské oblasti). V posledních letech pozorujeme celoevropský trend ve snižování emisí.

Na obrázku 1 a 2 je znázorněn vývoj emisí SO2 a NOx. Ze srovnání roků 1985 a 1999 vyplývá, že v roce 1999 došlo v ovzduší nad oblastí střední Evropy ke snížení vnosu emisí SO2 o cca 10,9 mil. tun (snížení o 76,4 %), u emisí NOx došlo ke snížení vnosu o cca 2,15 mil. tun (snížení o 41 %). Podíl emisí SO2 ČR na celkové emisi států střední Evropy dosahoval v roce 1985 16 %, v roce 1999 pouze 8 %. Podíl emisí NOx ČR na celkové emisi států střední Evropy dosahoval v roce 1985 15,8 %, v roce 1999 se snížil na 12,6 %.

Je zřejmé, že prostorové změny významně ovlivnily imisní koncentrace SO2, NOx a depoziční pole síry, dusíku a kyselé depozice na našem území. Do ovzduší ČR může z bezprostředně sousedících států v současné době teoreticky podle roční bilance vstupovat téměř 92 % emisí SO2 a více než 87 % emisí oxidů dusíku. Skutečná hodnota podílů zahraničních zdrojů, ovlivňujících imisní pole SO2 a NOx a jejich depozice na území ČR, se bude měnit v závislosti na podmínkách rozptylu emisí, tj. na směru a rychlosti proudění vzduchové hmoty, na teplotním zvrstvení a na vzdálenosti území od zahraničních zdrojů.

Toto postupné snižování emisí vzbudilo naději na rychlý návrat k normálnímu lesnickému hospodaření. Intenzivní poškození zbytků porostů smrku ztepilého (Picea abies Karst.) během zimy 95/96, náhradních porostů břízy (Betula verrucosa Ehrh.) na velkých plochách Krušných hor v roce 1997, výrazné nové imisní poškození (hnědnutí až červenání jehlic, poškození a odumírání výhonů a pupenů) u mladých smrkových porostů v Orlických horách po zimě 1998/99, plošné poškození smrkových porostů doprovázené výraznými barevnými změnami - žloutnutím a hnědnutím jehličí a postupným usycháním a opadáváním jehlic - na jaře roku 1999 v západním Krušnohoří (Horní Blatná, Kraslice), v severní části Slavkovského lesa a v dalších imisních pohořích - ”Jeseníkách”, Lužických horách, masivu Kralického Sněžníku a nové poškození smrkových porostů po zimě 2001/2002 v Hrubém Jeseníku a Moravskoslezských Beskydách však dokládá, že není možné očekávat přímo úměrné zlepšení zdravotního stavu smrkových porostů na celém území ČR. Příčinu je nutné hledat v acidifikaci jako důsledku poškozování lesních půd imisemi.

Špatný zdravotní stav smrkových porostů je způsoben tím, že je vyčerpán potenciál odolnosti lesních ekosystémů v imisních oblastech, takže i nižší koncentrace škodlivin, vstup kyselých depozic v kombinaci s nepříznivými krátkodobými klimatickými situacemi (např. sucho, výraznější pokles teplot v předjaří) vyvolá jejich poškození.

Acidifikace Lesních Půd a Odolnostní Potenciál Lesních Ekosystémů

Acidifikace půd, jakou je odvápnění a podzolizace, je přirozený proces, který se vstupem kyselé antropické depozice H+ urychluje. Svědectví o ohrožení lesních ekosystémů v Evropě způsobené změnami chemismu půd kořenové zóny, projevující se snížením hodnot pH a obsahu bází, zvýšením obsahu toxických forem hliníku a narušením bilance v dostupnosti živin (Ca, Mg, K) v důsledku sorpce Al a amonných iontů, podala již řada autorů. Podobné výsledky projevů acidifikace s ovlivněním chemismu povrchových vod v experimentálních malých povodích byly prezentovány rovněž českými autory.

Vznik vodíkového iontu definuje Brönstedova teorie kyselin, která říká, že kyseliny jsou látky, které mohou uvolňovat proton - vodíkový iont. Tvorba protonů z depozicí SO2, NO, NO2, SO42-, O3- v lesním ekosystému byla na základě experimentálních měření lyzimetrických a gravimetrických vod potvrzena. Tyto procesy probíhají jak v “suchých”, tak v “mokrých” podmínkách (při výskytu atmosférických srážek).

Přítomnost kyselé depozice H+ v lesním porostu a v půdě (v lesním ekosystému) a její prokázaný vliv na změnu zdravotního stavu nám poskytuje odpověď na otázku: Proč dochází i nadále k imisním škodám, když imisní koncentrace SO2 klesají? Je to právě kyselá depozice (respektive celková depozice síry a dusíku), která v lesním porostu působí na stromy a jejich prostředí přímo (akutně a chronicky) a nepřímo po řadu let. Vstup kyselé depozice do lesního ekosystému je realizován přes suchou a mokrou depozici síry a dusíku.

Síra a dusík jsou vnášeny do prostředí lesních ekosystémů z emisních zdrojů z oblasti ČR a okolních států převážně ve formě SO2 a NOx, které chemickými procesy přechází v ovzduší na SO42- a O3-. Na základě fyzikálních a chemických procesů dochází ke vzniku kyselé depozice H+.

Z monitoringu zdravotního stavu lesních porostů vyplývá, že při vzniku škod na lesních porostech se vedle působení imisí SO2, oxidů dusíku uplatňuje v rámci depozičních procesů kyselá depozice H+, která snižuje odolnostní potenciál lesních ekosystémů. Tento problém je úzce spojen s vyčerpáním pufrovací kapacity lesních půd vstupem kyselých depozic. Okyselování lesních půd se např. promítá do zvyšování průměrné defoliace u porostů rostoucích na čtyřech nejvíce zastoupených půdních typech (kambisoly, podzoly, planosoly i arenosoly).

Defoliace porostů je základní měřený parametr charakterizující zdravotní stav lesních porostů. Z vývoje průměrné defoliace vyplývá, že trend zvyšování průměrné defoliace v letech 1987 - 1999 z 15 - 20 % na 30 - 35 % je společný pro všechny čtyři půdní typy. Výrazně nižší odolnostní potenciál lesních ekosystémů ČR je rovněž zřetelný i z výsledků národních přehledů poškozování lesů. Ze srovnání stavu korun více než 135000 hodnocených stromů podle hodnoty defoliace mezi jednotlivými státy Evropy (obr. 3) vyplývá, že ČR zaujímá druhé místo v počtu stromů (52 % stromů na území ČR), u nichž je defoliace větší než 25 %. Monitoring zdravotního stavu lesních porostů v Evropě probíhá na více než 6000 stálých zkusných plochách reprezentujících lesní stanoviště.

Imisní Limity a Kritické Dávky Depozičních Toků z Hlediska Ochrany Vegetace

Pojmem imisní limit se definuje hodnota přípustné úrovně znečištění ovzduší škodlivinou stanovená tak, aby se zamezilo dlouhodobým negativním vlivům na lidské zdraví a na vegetaci. Z hlediska ochrany vegetace se jedná o takovou úroveň znečištění ovzduší škodlivinou, pod níž lze na základě současného stavu vědeckého poznání vyloučit přímý nebo nepřímý škodlivý vliv na lesní ekosystémy.

Podle směrnice UN ECE platí v rámci ochrany ekosystému limitní hodnoty aritmetického ročního průměru SO2 v úrovni 20 g/m3. Avšak k prokazatelnému přímému fyziologickému poškození, narušení bilance a výměny minerálních látek, snížení přírůstu dochází již při průměrné roční koncentraci 10 g/m3. Světová zdravotnická organizace (WHO) doporučuje v rámci ochrany vegetace cílové hodnoty pro roční průměrné koncentrace v rozsahu 10-30 g/m3 SO2.

Imisní limit (kritická úroveň) krátkodobé (24 hod.) expozice, při které jsou u rostlinných společenstev a ekosystémů vyvolány výrazné příznaky poškození, je stanovena na základě výzkumů v úrovni 70 g/m3 SO2. Nepřímé působení SO2 se projevuje přes půdní acidifikaci obohacováním síry v asimilačních orgánech a v půdě a stupňováním úrovně kyselé depozice H+.

Oxidy dusíku NOx (zejména NO - oxid dusnatý a NO2 - oxid dusičitý) ovlivňují vegetaci jednak přímým akutním účinkem a nepřímo působením přes půdní acidifikaci obohacováním půdního dusíku a stupňováním úrovně kyselé depozice H+. Na základě dostupných dat byly stanoveny kritické hodnoty průměrných ročních koncentrací NOx, které leží pod 30 mg/m3, jež způsobují zhoršení růstu a vitality. Tato hodnota je doporučena WHO, v Evropské unii (EU) je tato koncentrace stanovena jako limit v rámci ochrany vegetace. K ovlivnění zdravotního stavu lesních porostů NO2 může docházet při krátkodobých koncentracích (4hodinový průměr) v úrovni 95 mg/m3.

Významné jsou rovněž synergické účinky NOx, SO2 v kombinaci s ozonem (O3). Jestliže jsou v ovzduší přítomny imise SO2 a NOx, tak k poškození citlivých druhů vegetace dochází již od průměrné roční koncentraci O3 v rozsahu od 60 do 300 mg/m3 (pro časové trvání koncentrací od 8 hodin do 30 minut).

V souladu s hypotézami o současném poškozování a hynutí lesních porostů, kde hraje klíčovou roli schopnost pufrování kyselých depozic síry a dusíku, prostupujících přes koruny stromů do půdy, mluvíme o přímém i nepřímém působení na celý lesní ekosystém, nejen na lesní porost, ale i na lesní půdu. Na obrázku 4 je zjednodušené schéma působení imisí a depozicí na porost smrku. Důsledky acidifikace se projevují v různé míře, podle místních podmínek, podle míry depozice S a N, podle expozice (návětrné a závětrné polohy) atd.

V rámci výzkumu acidifikace půd ve Švédsku byly stanoveny kritické dávky eq. H+ /ha, rok pro vybrané druhy podloží, které jsou uvedeny v tabulce 1.

Z tabulky 1 vyplývá, že kritické dávky kyselé depozice vodíkových iontů závisí vedle jiných parametrů i na horninovém podloží. Kritická dávka je definována jako “nejvyšší dávka znečišťující látky, která ještě nezpůsobí chemické změny vedoucí k dlouhotrvajícím škodlivým účinkům na strukturu a funkci lesního ekosystému”.

tags: #emise #a #imise #ekologie #rozdíl

Oblíbené příspěvky:

• Více o Rámcové úmluvě OSN
• Likvidace odpadů ve Starém Městě
• Česká výchova v přírodě
• Rozměry tříkomorového kompostu
• O medvědech hnědých