Koncentrace rtuti v ovzduší ČR: Košetice

Lenka Suchánková z Výzkumné skupiny chemie a fyziky aerosolů hovořila o své práci v rozhovoru pro zpravodajský server Novinky.cz, který vyšel 14. února. Hovořila o vědeckém pracovišti, které se nachází 250 metrů nad zemí, tedy o atmosférickém stožáru v Košeticích u Pelhřimova. Ve střední Evropě bychom marně hledali vyšší stavbu určenou výlučně pro vědecké účely.

Cestu na vědecké stanoviště ve výšce 230 metrů sice usnadňuje výtah, ale pořád zdolání takřka čtvrtkilometrové výšky vyžaduje asi 20 minut. Lenka Suchánková jezdí nahoru pravidelně, aby zde zkontrolovala, zkalibrovala a servisovala instalované přístroje a čidla, a také aby z nich sesbírala potřebná data. Především zkoumá fyzikální a chemické vlastnosti atmosférických aerosolů - malých částic rozptýlených ve vzduchu, které ovlivňují lidské zdraví, klima a dohlednost. Atmosférická stanice Košetice kromě toho měří koncentrace skleníkových plynů, rtuti, jiných znečisťujících látek v atmosféře a meteorologické parametry.

Lenka Suchánková pracuje na své disertační práci u nás na ústavu ve Výzkumné skupině chemie a fyziky aerosolů pod vedením Dr. Vladimíra Ždímala. Kromě práce na našem ústavu má úvazek i na Ústavu výzkumu globální změny pod vedením prof. V té době ji ani ve snu nenapadlo, že jednou bude kvůli své práci pravidelně stoupat do 250 metrů nad zemí na nejvyšší atmosférický stožár ve střední Evropě. Národní atmosférická observatoř Košetice byla pro mě taková paní Columbová.

Lenka se ve své výzkumné práci věnuje vlivu atmosférického aerosolu na klima, a proto potřebuje detailní informace o stavu ovzduší. Masarykova univerzita už od roku 1988, prostřednictvím centra RECETOX, měří environmentální data na této observatoři. Poprvé jsem v Košeticích byla v zimě. Doteď si pamatuji, jak jsme nasazovali na kola auta řetězy, abychom se vůbec k měřicímu stožáru dostali. Navíc jsem poprvé viděla pouze polovinu stožáru, protože zbytek byl schovaný v mlze. Nahoru jsme vyjížděli malým výtahem, odkud bylo vidět jen bílé mléko, popisuje Lenka, pro kterou jsou výstupy na stožár dnes již rutinní činností.

A jak sama říká: Člověk se určitě nesmí bát výšek a při výstupu si musí zachovat chladnou hlavu. To platí hlavně za špatného počasí nebo v zimních měsících, když fouká mrazivý vítr. Na košetickém stožáru výzkumníci měří koncentraci skleníkových plynů, rtuti, vlastnosti aerosolů a jiných látek, mapují také oblaka a meteorologii. Výška stožáru je 250 metrů.

Čtěte také: Imise a kvalita ovzduší

Stožár byl postaven také proto, aby mohli vědci měřit i dálkový transport látek a sledovat částice, které se k nám na Vysočinu dostávají z velkých dálek, třeba až ze Severního moře. Také na stanici sledujeme i koncentrace plynů a částic ve vzduchu s ohledem na výšku nad povrchem země. Díky tomu máme informace o dynamice atmosféry.

Jednou dvakrát týdně do Košetic jezdí vědecká výprava, jíž je Lenka pravidelnou součástí. Většina přístrojů sice měří automaticky, je však třeba je pravidelně kontrolovat, kalibrovat a servisovat, aby měřily správně. Cesta výtahem na vrchol stožáru trvá asi 20 minut a výtah je neuvěřitelně hlučný. I když s kolegy stojíme těsně vedle sebe, neslyšíme se. Zvykla jsem si do výtahu brát knížku, popisuje vědkyně pravidelnou cestu do výšin.

Díky přesahu svého výzkumného tématu je Lenka nejen doktorskou studentkou vědeckého centra RECETOX Přírodovědecké fakulty MU, ale také zaměstnankyní dvou ústavů Akademie věd ČR, a to CzechGlobe a Ústavu chemických procesů. Při hezkém počasí nabízí výhled až 100 km daleko. Národní atmosférická observatoř Košetice je mezinárodně známá. Data z měření v Košeticích jsou sdílena s vědci působícími na jiných institucích, a to třeba i s americkou NASA.

Lenka v Košeticích zjišťuje především optické vlastnosti aerosolů, rozptyl světla na částicích a koncentraci uhlíku v atmosféře, obsluhovat však umí různé přístroje, a je-li to nutné, zaskočí i za jiné kolegy. Pokud vědci zjistí, že některý z přístrojů neměří správně, musí problém vyřešit ideálně v řádu hodin, aby ve sběru dat nebyl výpadek. S kolegy si děláme legraci, že takový výzkumník v Košeticích musí být multifunkční člověk se šroubovákem v kapse, vysvětluje a dodává: Košetice jsou takovou mou srdcovkou. Každý z přístrojů vypráví jiný příběh a spolu vytváří obraz o stavu lokální atmosféry.

Díky měření na atmosférických observatořích vědci sledují kvalitu ovzduší, klimatickou změnu a její efekty na ekosystémy i člověka a také zkoumají, jak na změny reagovat. Data z košetické observatoře pak pomáhají Lenčiným kolegům modelovat budoucí stav klimatu. Za dva měsíce však mladá doktorandka odjíždí sbírat zkušenosti na atmosférickou stanici ve francouzském Lille, kde bude pět měsíců zkoumat vliv vzdušné vlhkosti na aerosoly a klima.

Čtěte také: Koncentrace mikroorganismů v ovzduší

Vliv atmosférické depozice na vodní prostředí

Na pilotních lokalitách v Jizerských horách, Moravskoslezských Beskydech a na Českomoravské vrchovině byly v průběhu jednoho roku sledovány koncentrace vybraných těžkých kovů v atmosférické depozici a povrchové vodě s cílem určit významnost vlivu srážek na kvalitu povrchových vod v antropogenně málo ovlivněném prostředí. Dosažené výsledky ukazují, že u vybraných kovů může atmosférická depozice v některých případech představovat významný vnos do povrchových vod.

Rámcová směrnice o vodách (2000/60/ES) [1] ukládá členským zemím EU v pravidelných šestiletých cyklech hodnotit stav podzemních a povrchových vod. V případech nedosažení dobrého chemického a/nebo ekologického stavu je třeba určit zásadní vlivy způsobující tuto situaci a navrhnout opatření pro její zlepšení. Z hodnocení stavu útvarů povrchových vod, které v ČR probíhá od roku 2009 podle české legislativy ve tříletých cyklech, opakovaně vychází vysoký podíl vodních útvarů nedosahujících dobrého chemického stavu v případě některých prioritních látek podle nařízení vlády č. 401/2015 Sb., a dobrého ekologického stavu v případě některých specifických nebezpečných látek [2, 3].

Nedosažení dobrého stavu pro některé skupiny látek je zaznamenáno i ve vodních útvarech, kde lze většinu potenciálních antropogenních vlivů vyloučit, a u nichž je tedy možným hlavním vlivem přenos znečištění do vodního prostředí z ovzduší prostřednictvím atmosférické depozice. Projekt TA ČR SS01010231 „Dopady atmosférické depozice na vodní prostředí se zohledněním klimatických podmínek“ se touto problematikou zabývá. Projekt navazuje na metodiku [4], která mimo jiné na základě dostupných dat navrhuje postupy pro posouzení rizikovosti útvarů povrchových vod z hlediska atmosférické deopozice. Hlavním problémem této části metodiky byla nedostupnost aktuálních a plošných dat a neověřenost postupů při jejich využití.

Cílem projektu je alespoň částečně tato chybějící data a postupy doplnit. Částí řešení projektu je i kvantifikace znečištění v různých složkách životního prostředí pomocí terénního monitoringu ve vybraných pilotních lesních povodích. Vzhledem k šíři problematiky a množství výsledků nebylo možné všechny zjištěné poznatky zpracovat v rámci jednoho příspěvku. Tento článek prezentuje výsledky zastoupení vybraných těžkých kovů v matricích povrchová voda a srážková voda, jež byly jímány jako podkorunová (throughfall) a celková mokrá depozice (bulk).

Těžké kovy kvůli svým toxickým účinkům představují významný zdroj znečištění povrchových vod [5-7]. Směrodatné pro určení nebezpečnosti kovů pro životní prostředí jsou tři vlastnosti: odolnost, bioakumulace a toxicita. Těžké kovy, které jsou odolné a zároveň bioakumulativní, jsou nebezpečnější, protože se mohou akumulovat v organismech a transportovat z jednoho prostředí do jiného [8]. Z kovů, jež se v povrchové vodě vyskytují nejčastěji a představují riziko pro životní prostředí, lze jmenovat zejména rtuť, olovo, kadmium, nikl a arsen [9, 10].

Čtěte také: Jednotky měření v ovzduší

Za jejich výskyt v prostředí jsou zodpovědné kromě přírodních příčin i antropogenní aktivity, zejména spalování fosilních paliv, průmyslové činnosti (metalurgie, povrchová úprava kovů a smaltování), používání barev a pigmentů a zemědělství [11, 12]. Emisemi se těžké kovy dostávají do atmosféry a ze vzduchu následně depozicí do vod a půd [13]. Sloučeniny kovů se v atmosféře vyskytují ve formě částic, které se sorbují na částice aerosolu. Množství kovů v aerosolu se mění v průběhu roku [14].

Dalšími faktory, jež ovlivňují množství kovů v atmosféře, jsou meteorologické podmínky, umístění lokality, možnosti dálkového transportu a množství emisí [15]. V atmosféře může probíhat kvůli vzdušným masám dálkový transport částic, proto lze nalézt vysoké hodnoty znečištění těžkými kovy i v místech bez přímého zdroje znečištění [16, 17]. Z atmosféry se těžké kovy přenášejí k zemskému povrchu depozicí, která je hnána gravitační silou a může probíhat prostřednictvím dvou mechanismů: suchou a mokrou depozicí.

V rámci projektu byly zkoumány a hodnoceny látky, jež způsobují nedosažení dobrého stavu vod a zároveň se u nich předpokládá významný přenos ovzduším. Tímto způsobem byly vybrány těžké kovy arsen (As), kadmium (Cd), rtuť (Hg), nikl (Ni) a olovo (Pb). Pozn.*: Pro stanovení zájmových polutantů v atmosférické depozici bylo potřeba získat dostatečný objem vzorků. Ve vodních matricích byla zjišťována celková koncentrace As, Cd, Hg, Ni a Pb metodami hmotnostní spektrometrie a AAS­‑Hg. Bodové vzorky povrchové vody byly v první části projektu vyhodnocovány metodou ETA­‑AAS pro kovy a AMA 254 pro rtuť.

Modelová povodí

Pro řešení projektu byla vybrána modelová lesní mikropovodí, která vyhovovala monitorování všech výše uvedených matric a kde zároveň kromě vlivu vlastní atmosférické depozice nebyly přítomny další antropogenní zdroje znečištění.

• Oblast východně od ostravské a třinecké aglomerace, která je vzhledem k převládajícímu proudění vzduchu silně zatížena PAU a těžkými kovy z tamní energetiky a průmyslu, ale zároveň jde o hornatou a lesnatou oblast bez přímých vypouštění do vodního toku. Modelová horní část povodí Suchého potoka ve východní části katastrálního území obce Bystřice má po bod odběru vzorků rozlohu 0,462 km2. Suchý potok je součástí povodí útvaru HOD_750 - Hluchová od pramene po ústí do Olše, který ve třetím plánovacím cyklu nedosahuje dobrého stavu z důvodu přítomnosti PAU. Jiná překročení NEK (normy environmentální kvality) nebyla zjištěna.
• Oblast Českomoravské vrchoviny, která je považována za území s čistým ovzduším, ovlivněným převážně jen lokálními topeništi. V této lokalitě se navíc v současné době rozšiřují oblasti s významnou těžbou dřeva po kůrovcové kalamitě. Je tedy možné sledovat, jakým způsobem se odlesnění a těžba podílejí na splachu nebezpečných látek. Naopak bylo potřeba se vyhnout místům se současnou i minulou těžbou nerostných surovin. Modelové povodí Lesního potoka, přítoku Anenského potoka na severovýchodním okraji katastrálního území obce Košetice a nedaleké stejnojmenné meteorologické stanice, má po bod odběru rozlohu 0,292 km2. Potok je součástí povodí útvaru DVL_0440 Martinický potok, který dosahoval v druhém i třetím cyklu dobrého chemického stavu a NEK pro vybrané látky nebyly překročeny.
• Oblast Jizerských hor, jež byla v minulosti silně zasažena zejména emisemi kadmia a dalších kovů z blízkého sklářského průmyslu a případně z uhelných elektráren na polské straně Jizerských hor (v posledních letech ale došlo ke zlepšení stavu ovzduší). Modelové povodí Hřebového (někdy také Hřebenového) potoka, který je levostranným přítokem vodní nádrže Souš v k. ú. obcí Desná a Kořenov, má po bod odběru rozlohu 1,029 km2. Potok leží v povodí vodního útvaru HSL_1896_J - Nádrž Souš na toku Černá Desná, který ve druhém plánovacím cyklu nedosahoval dobrého chemického stavu z důvodů překročených NEK pro kadmium, ve třetím cyklu nebyl klasifikován.

V těchto lokalitách byly v blízkosti vodoteče umístěny srážkoměrné nádoby a vždy na konci daného období byl odebrán směsný vzorek srážek (zachycený za celé období jednoho, případně dvou měsíců). Pro podkorunovou expozici (throuhgfall) byl vybrán jehličnan (ve všech třech lokalitách smrk), protože jímání srážek bylo prováděno i v zimním období. Svrchní část srážkoměrů byla v období bez sněhu opatřena ochrannou síťkou, aby se spad hrubých pevných částic ani hmyz nedostaly do jímané vodní fáze. Objem zachycených srážek byl měřen.

Každá odběrová kampaň byla fotograficky dokumentována. Současně s odběrem srážek byl v blízkosti srážkoměrné stanice proveden bodový odběr povrchové vody z vodního toku. K jednotlivým kampaním byl připojen údaj o množství srážek získaný od Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ) a potvrzený vlastním měřením v daných lokalitách. Průtok ve vodním toku v době odběru vzorků byl proveden odhadem, analogií podle průtoků na nejbližších vodoměrných stanicích ČHMÚ.

Výsledky měření a analýzy

Tab. 7 uvádí porovnání hodnot naměřených v ostatních sledovaných matricích. Jde o průměrné hodnoty ze dvou až tří měření v případě potočního sedimentu a ze tří lokalit v každém povodí v případě mechu a humusu.

Pro velikosti koncentrací jednotlivých látek v relativním atmosférickém spadu platí pořadí Pb > Ni > As > Cd s výjimkou Košetic, kde na prvním místě figuruje nikl (Ni > Pb > As > Cd). Provedená měření potvrzují, že znečištění srážek je v případě některých kovů srovnatelné se znečištěním povrchových vod. Je třeba poznamenat, že u povrchové vody je výsledek ovlivněn vysokou mezí stanovitelnosti v první polovině ročního sledování.

Vypočtený atmosférický spad je porovnatelný s vypočteným látkovým odnosem v daném povodí, přestože oba výpočty jsou zatíženy značnou mírou nejistoty. Vyšší látkový odnos než spad byl podle očekávání zaznamenán na lokalitě Desná, kde se předpokládá vyšší zatížení vybranými kovy v minulosti. Koncentrace olova se v dlouhodobém horizontu snižují [22] jak v ovzduší, tak i v povrchové vodě. Vypočtený atmosférický spad lze srovnat s hodnotami stanovenými v rámci jiných projektů, např. [7] uvádí na dvou lokalitách v Krkonoších v roce 2003 spad 5,8, resp. 9,3 kg.km-2.rok-1.

Koncentrace olova ve srážkách je srovnatelná s jeho koncentrací v povrchové vodě, v lokalitách zasažených průmyslem (zvláště metalurgickým zpracováním neželezných kovů) však může být i vyšší. Ve sledovaných lokalitách nebyly zjištěny zvýšené koncentrace niklu ve srážkách. V pilotním povodí Košetice byly odhaleny zvýšené koncentrace niklu v povrchové vodě, výrazný vnos niklu na lokalitě ze srážek se nepotvrdil. Hodnoty ve srážkách v lokalitách ovlivněných těžbou a spalováním uhlí jsou vyšší, avšak hluboko pod hodnotou NEK pro povrchové vody.

Nejnižší koncentrace ve srážkách i v povrchové vodě byly podle očekávání naměřeny v málo zatíženém povodí Košetice, jež sloužilo jako referenční lokalita ke zbývajícím dvěma. Vyšší koncentrace ve srážkách byly naměřeny v Bystřici a Desné, tedy lokalitách ovlivněných průmyslem a spalováním uhlí. Tyto zjištěné koncentrace jsou vyšší než hodnoty NEK pro povrchovou vodu, pokud neuvažujeme limitní hodnoty určené pro nejvyšší třídu tvrdosti a platnost hodnot NEK pro rozpuštěnou formu kadmia. Zatímco v lokalitě Bystřice byl zachycen nejvyšší spad, ale nižší látkový odnos, v Desné byl látkový odnos Hřebovým potokem naopak vyšší. Vzhledem k častým hodnotám pod mezí stanovitelnosti nebylo možné stanovit celkový spad nebo látkový odnos.

Rtuť se na modelových územích v povrchové vodě vyskytla pouze jednou (Desná) v koncentraci těsně pod limitem NEK. Ve srážkách můžeme sledovat dvě epizody, kdy byla rtuť měřitelná, dokonce na více lokalitách zároveň. Otazníkem je kampaň ukončená na začátku listopadu 2020, kdy se vyskytla zvýšená koncentrace rtuti na lokalitě Košetice. Na ostatních dvou územích se zvýšené koncentrace vyskytly až v prosincové kampani, musíme však uvážit, že kampaně v Košeticích byly uzavírány vždy o den později oproti ostatním dvěma lokalitám.

U březnové kampaně se naopak zvýšené koncentrace rtuti v Košeticích vyskytují později a v nižších hodnotách - tady jde ovšem v důsledku nedostatku srážek o vzorek odebraný po dvouměsíční expozici. Tyto zvýšené koncentrace rtuti korelují s přechodem prachu ze Saharské pouště přes území ČR, přičemž v literatuře je potvrzeno [23], že oblasti vystavené pravidelně těmto jevům jsou zároveň více...

Tabulky

Tab. 6. Výsledky měření celkové rtuti v povrchové vodě a ve srážkách

Tab. 7. Průměrné hodnoty rtuti v dalších sledovaných matricích (µg/kg)

tags: #koncentrace #rtuti #v #ovzdusi #cr #kosetice

Oblíbené příspěvky:

• Inspirace z Německa pro třídění odpadu
• Železný odpad v ČR: Kde ho zlikvidovat?
• Recenze Technická a Emise Zábřeh
• Efektivní třídění papíru
• Praktické informace o likvidaci odpadu