Přirozené znečištění atmosféry a jeho zdroje

Dospělý člověk spotřebuje denně kolem 15 kg vzduchu, z nichž se při klidném dýchání asi 1/2 kg kyslíku vstřebává do krve a je metabolizováno v těle. Ve srovnání s denní spotřebou přibližně 1,5 kg potravin a asi 2 l vody k pitným účelům je to značné množství. Člověk je až na výjimečné případy vždy odkázán na ovzduší, ve kterém se bezprostředně nachází bez možnosti jakéhokoliv výběru.

Dýchací systém je branou, jíž do organismu vstupují nejen plyny tvořící normální ovzduší, ale i plynné imise, které se dostanou do ovzduší jako znečišťující látky škodlivé až toxické pro organismus. Do organismu se dostávají tuhé imise (prach, popílek, saze) a mikroorganismy (baktérie, viry, spory plísní apod.). Při tom mají velký význam také fyzikální vlastnosti ovzduší (teplota, vlhkost, ionizace, barometrický tlak aj.).

Složení ovzduší a jeho vliv na organismus

Zatímco dusíku je v normálním ovzduší asi 78 objemových procent, kyslíku pak asi 20 %, je oxidu siřičitého, který se do ovzduší dostává např. s kouřovými emisemi ze spalování uhlí asi kolem 1 desetitisíciny objemového %. Stejně jako jakákoliv jiná látka má vzduch svou hmotnost, která se projevuje měřitelným tlakem. Je poměrně značný - 1,033 kg. cm-2 (nebo podle starého způsobu vyjadřování 760 mm rtuťového sloupce), tj. Rozhodující je parciální tlak kyslíku, který činí 21,3 kPa.

Při normálním tlaku vzduchu se nedostatek kyslíku začíná projevovat zřetelnými obtížemi až tehdy, když koncentrace kyslíku klesne na 10-12 objemových procent. Ve výšce 5000 m nad mořem při atmosférickém tlaku 54 kPa je parciální tlak kyslíku jen 11,3 kPa a ve výšce 10 000 m nad mořem je 5,6 kPa. S poklesem parciálního tlaku kyslíku v ovzduší klesá i jeho tlak v alveolárním vzduchu. Pokles je však větší než odpovídá poklesu v zevním ovzduší.

Disproporce je vyvolána tím, že množství oxidu uhličitého a vodních par v alveolárním vzduchu neklesá úměrně s poklesem parciálního tlaku kyslíku, ale zůstává prakticky stejné (je dáno metabolismem), takže jejich vyšší napětí dále zmenšuje parciální tlak O2. S nízkým tlakem vzduchu se člověk může setkat při turistice v horách, při poruchách klimatizace v letadlech apod.

Čtěte také: Vliv člověka na přírodní prostředí

Dusík za normálního tlaku prakticky nemá fyziologický význam, při vyšším tlaku je, jak známo, příčinou tzv. kesonové nemoci, která vzniká tehdy, jestliže člověk byl po určitou dobu vystaven vyššímu tlaku vzduchu a je rychle dekomprimován. V takovém případě se dusík vyloučí v podobě bublinek, které mohou způsobit až smrt, v důsledku plynové embolie, zvláště mozkových cév. Vytvoření umělé atmosféry v přetlakovém prostoru je jednou z možností, jak předejít tomuto riziku. Oxid uhličitý se používá také jako indikátor znečištění atmosféry místností pobytem člověka.

Přirozené zdroje znečištění

Kromě stálých složek atmosféry se v něm nacházejí další komponenty přirozeného původu, jejichž koncentrace značně kolísají. Jsou to, vedle již zmíněné vodní páry, oxidy dusíku a ozón vznikající za bouří v elektrických výbojích, oxid siřičitý, fluorovodík a chlorovodík vulkanického původu, sulfan z výronů kyselého přírodního plynu, ze sopek nebo jako produkt činnosti sirných baktérií.

Prach a aerosoly přirozeného původu v ovzduší představují solné částice pocházející z mořské vody, různé typy kondenzačních jader, půdní a rostlinné části, z nichž zejména rostlinné pyly mají z hlediska zdravotního pro nezanedbatelnou část populace značný význam, spóry baktérií apod. Nad mořskou hladinou lze najít nejmenší koncentrace částic v ovzduší (4 mg částic na 1 m3 převážně soli).

U řady znečišťujících látek tak nikdy nelze dosáhnout stavu nulových koncentrací, ani v úplné nepřítomnosti člověka na planetě. Mezi přirozené zdroje znečišťování ovzduší patří:

• Sopečné výbuchy
• Lesní požáry
• Prašné bouře
• Mořská sůl
• Pouštní písek

Sopečné výbuchy

V prostředí České republiky se sice nejedná o relevantní zdroj, na straně druhé může velmi velký sopečný výbuch emitovat do ovzduší obrovské množství znečištění a tímto dočasně ovlivnit například i světové klima. Do ovzduší se při výbuších dostává například velké množství prachových částic a oxidu siřičitého, dále sirovodík, oxid uhelnatý, chlorovodík nebo fluorovodík. Vysoké množství oxidu siřičitého může následně vyvolat například kyselé deště.

Čtěte také: Více o přirozených změnách klimatu

Lesní požáry

Lesní požáry mohou velmi významně ovlivnit kvalitu ovzduší v bližším i širším okolí. Požár lesa představuje spalovací proces, který navíc není kontrolován, proto dochází ve významné míře k tzv.

Prašné bouře

Jedná se o přírodní proces, během kterého mechanická síla větru vznáší a transportuje půdní částice na jiné místo, kde se opět usazují (sedimentují). Do ovzduší se takto dostávají zejména větší částice, tedy částice ve frakci PM10. Na tyto částice navíc mohou být navázané další nežádoucí látky, jako například zbytky hnojiv nebo pesticidů.

Mořská sůl

Částice obsahující mořskou sůl se do ovzduší dostávají například nárazy vln na rozhraní vody a vzduchu nebo větrem. Tyto částice mohou způsobovat korozi kovů, prokázán byl ale i jejich pozitivní vliv díky navazování jiných znečišťujících částic a tím pádem určitou formu čištění ovzduší. V pobřežních oblastech můžou částice obsahující mořskou sůl tvořit až 80 % celkového množství částic v ovzduší.

Pouštní písek

Z dalších přírodních zdrojů můžeme jmenovat například transport pouštního písku (částic) dálkovým transportem na velké vzdálenosti (např. ze Sahary). Tyto částice jsou přenášeny ve výšce několika km nad zemí, ale za určitých podmínek mohou ovlivňovat i kvalitu ovzduší v přízemní vrstvě.

Vzdušné ionty

Vzdušné ionty jsou drobné částice (molekuly, skupiny molekul, kondenzační jádra, mikroskopické prašné částice), které mají indukovaný elektrický náboj (kladný nebo záporný), vzniklý ztrátou nebo získáním elektronu. K tomu dochází ozářením molekul, zářením radioaktivních prvků nebo únikem radioaktivních plynů z půdy, účinkem kosmických paprsků a paprsků ultrafialových. Kromě toho dochází k ionizaci např. při rozprašování vody, také při elektrických výbojích.

Čtěte také: Přirozené procesy: Podrobnosti zde

Lehké ionty jsou samotné ionizované molekuly. Těžké ionty vznikají adsorpcí na kondenzační jádra, nebo agregací ionizovaných molekul. Koncentrace iontů je výsledkem dynamické stability mezi silami, které plynule tvoří nové ionty a současně působícími destrukčními ději. Mění se podle aktuálních okolnosti atmosféry. Je vyšší v horních vrstvách atmosféry nebo při některých pracovních procesech (sváření elektrickým obloukem, při práci s rtg paprsky, v okolí zdrojů ultrafialového záření apod.).

V atmosféře sídlišť a průmyslových zón je lehkých iontů poměrně málo. Zde je zvýšeno množství těžkých iontů (20-30 tisíc na m3). Těžké ionty jsou nestabilní součástí ionizace ovzduší. Rychle se usazuji a ztrácejí svůj náboj. Lehké ionty jsou nad hladinou oceánů kolem 400-500 tisíc na m3, zatímco ve znečištěném atmosféře klesají na 100 v m3. Vykouření jediné cigarety v místnosti výrazně snižuje jejich koncentraci na dobu několika hodin. Obsah iontů v ovzduší kolísá i v průběhu roku.

Působení změn ionizace ovzduší na organismus se uplatňuje hlavně přes dýchací orgány, kde ionty nejsnáze odevzdávají svůj náboj. Indikátory jejich účinku je pozorování činnosti řasinkového epitelu v dýchacích cestách, produkce hlenu, změn na elektroencefalogramu, změn krevního tlaku, pH krve, bazálního metabolismu, tvorba hormonů, rychlosti dýchání, teploty a také subjektivních pocitů čilosti nebo únavy.

Několik odborných prací ukázalo, že existuje kladný vliv lehkých negativních iontů na hypertenzi, Basedowovu chorobu, bronchiální astma, revmatismus, tuberkulózu a také na celkové ladění organismu. Na základě pozitivních zkušeností s působením lehkých negativních iontů byly vyvinuty ionizátory ovzduší. Nejčastěji se využívá tzv. tichého korónového výboje, při kterém ale může vznikat i větší množství ozónu a oxidů dusíku, což je nevhodné. Další ionizátory používají nějakou vhodnou radioaktivní látku a poslední typ používá rozprašování vody. I když nejvhodnější by byl zrovna poslední typ, který do atmosféry nepřidává žádné cizorodé látky, jsou dobré zkušenosti s ionizátory korónového výboje.

Tzv. ozonizátory, doporučované občas pro potlačování zápachů apod., jsou pro dráždivost ozónu i současně s ním vznikajících oxidů dusíku zcela nevhodné. Zvláště nevhodné je použití ionizátoru v provozech, kde jsou v ovzduší přítomny toxické aerosoly.

Částice v ovzduší a jejich vliv

Částice větší než 100 μm poměrně rychle sedimentují a mají proto relativně neveliký přímý zdravotní význam. Kvůli velikosti je omezena i jejich interakce s jinými znečištěninami ovzduší. Mohou to být anorganické prachy např. Pro svůj značný povrch dávají dobrou příležitost ke slučování a jiným reakcím na nich adsorbovaných plynných nebo kapalných znečištěnin. Vedle toho rozptylují světlo. Při jejich vyšším obsahu v ovzduší může docházet ke značnému snižování viditelnosti. Podle své chemické struktury mohou být značně jedovaté pro lidi, zvířata i rostliny.

Částice menší než 10 μm se označují jako aerosol. Hmotnostně je jejich obsah ve vzduchu poměrně malý. Mají velký biologický význam. Za 24 hodin se jich dostane do dýchacího systému téměř 0,01 g, což je několik miliard částic, většinou menších než 1 μm, které infiltruji průdušinkami až do plicních sklípků. Částice menší než 0,01 μm se začínají chovat jako plynné molekuly. Postupně klesá jejich retence v plicích a částice menší než 0,001 μm jsou vydechovány.

Částice větší než 10 μm jsou zachycovány v horních dýchacích cestách. Řasinkový epitel přestavuje mukociliární eskalátor, na kterém ulpívají prašné částice. Škodlivost prachů a aerosolů závisí na jejich retenci v plicích a ta je v rozhodující míře ovlivněna jejich disperzitou. Tuto stanovujeme pomocí mikroskopického vyšetření prachu, nejčastěji lanametrem.

Lanametr je mikroskop doplněný clonou s stupnicí. Podklady pro konstrukci distribuční křivky dostaneme změřením velikosti nejčastěji 500 částic analyzovaného prachu a jejich roztříděním do velikostních tříd (2, 2-4, 4-6, 6-8, 8-10, >10 μm). Distribuční křivka vyjadřuje relativní frekvenci zastoupení jednotlivých velikostních tříd zachycených částic a je zásadní pomůckou při posuzování rozsahu hygienického rizika při inhalaci daného prachu.

Chemické složení prachu je další významný faktor při posuzování zdravotního rizika inhalace. Jestliže prach nemá specifické biologické účinky a působí jenom zaprášení plic, mluvíme o prachu biologicky inertním. Obvykle ale, se jedná o prach biologicky agresivní a v důsledku jeho vdechování vznikají různé plicní koniózy. Klasický příklad prachu s fibroplastickými účinky je křemičitý prach. Dojde tedy ke, zvláště mezi horníky a brusiči obávané, silikóze.

Prach azbestový, hlavně po dlouhodobé inhalaci dlouho vláknitého prachu, může způsobit zhoubný novotvar poplicnice nebo pohrudnice kromě klasické azbestózy. Prach obsahující beryllium při imunosupresi může způsobit berylliózu. Kromě disperzity a chemického složení prachu mají zásadní význam také jeho fyzikální vlastnosti. K nim patří smáčivost, krystalická struktura a morfologie prachu, tedy tvar inhalovaných částic.

Např. zkoumání provedená mezi obyvateli Sahary ukázala, že ačkoliv prach zvednutý větrem je převážně čistý oxid křemičitý, nebyla u exponované populace nalezena silikóza. Tyto nálezy byly vysvětlovány tím, že křemičitý prach pouště, a tedy i jeho částice, jsou díky dlouhodobé abrazi převážně kulovité a pouze čerstvě vzniklé částice vyznačující se hranami, hroty a jehlicovitými strukturami mohou vyvolat vznik typických silikotických uzlíků.

Další složky znečišťující ovzduší

Sloučeniny síry mají hlavně podobu oxidů SO2 a SO3, dále pak sulfanu a sirouhlíku. Ze sloučenin dusíku jsou nejvýznamnější jeho oxidy a amoniak. Oxidy dusíku vznikají při hoření za vysokých teplot, tedy především ve všech elektrárnách a teplárnách na fosilní paliva, a ve válcích pístových motorů. Mohou dráždit, po inhalaci se vstřebávají do krve za vzniku methemoglobinu, a jsou důležitým faktorem ve fotochemických reakcích.

Oxidy uhlíku CO2 a CO vznikají při úplném, resp. nedokonalém spalování uhlíkatých paliv (hlavně z automobilové dopravy). Vysoké koncentrace CO mohou být i na některých pracovištích, např. v kotelnách. Halogenové sloučeniny, např. HF nebo HCl, se do ovzduší dostávají při některých metalurgických procesech.

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. Řada polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU) má prokazatelné karcinogenní vlastnosti. Mezi organickými látkami v ovzduší nacházíme také silně dráždivé sloučeniny jako formaldehyd, kyselina mravenčí, akrolein a další. Hlavním zdrojem těchto uhlovodíků jsou automobilové motory, především dvoutaktní a čtyřtaktní benzínové.

Radioaktivní látky, např. ve formě radioaktivního stroncia, izotopů jódu, cézia a dalších prvků, mohou ohrožovat zdraví člověka. Mimo pokusy s nukleárními zbraněmi však dosud nebyly zdroje, které by vážně ohrožovaly člověka cestou ovzduší. Současný rozvoj jaderných elektráren přinesl některé potíže téměř výhradně však v případě havárií, jak se to projevilo již dříve při haváriích ve Windscale (1956, Anglie), Three Mile Island (1979, USA) a zejména při havárii bloku jaderné elektrárny v Černobylu v roce 1986.

Atmosférické reakce

Hlavním podkladem atmosférických reakcí jsou pevné částice. Na jejich povrchu se vstřebávají molekuly plynu. V nejjednodušším případě mohou spolu v ovzduší reagovat dvě látky, jako je např. slučování aerosolu kyseliny sírové s oxidy kovů. Tento příklad představuje neutralizaci vytvářením solí. Zejména však některé sírany kovů nejsou méně škodlivé než oxidy síry samy o sobě. Tyto sírany představují suchou fázi kyselých imisí. Poznání této skutečnosti je jedním z vážných argumentů používaných proti čpavkové metodě odsiřování emisí.

Mezi hlavní fotochemické reakce spouštěné UV zářením, při nichž vznikají sekundární emise významného zdravotního dosahu, patří disociace oxidu dusičitého NO2 na NO a atomární kyslík ve stavu zrodu, které jsou schopny startovat řetěz dalších reakcí, při nichž vznikají velmi dráždivé látky jako ozón, různé radikály (alkyly, formyly) či látky peroxidické povahy (peroxiacetylnitrát).

Smog

V souvislosti s rostoucími problémy ve znečišťování atmosféře se tradičně používá název smog, často však nesprávně a v nevhodných souvislostech. Redukční typ smogu, tzv. londýnský smog, je směsí kouře, oxidů síry a dalších plynných spodin spalování uhlí při vysoké relativní vlhkosti vzduchu a je obvykle doprovázen hustou mlhou. Oxidační typ smogu, tzv. losangeleský, dnes označovaný jako letní smog, vzniká na základě zplodin spalování kapalných a plynných paliv a jeho vznik je spojován s masivním znečišťováním ovzduší výfukovými plyny automobilů.

Antropogenní znečištění ovzduší

Antropogenní znečištění je to znečištění, které vzniká vlivem lidské činnosti. Hlavním antropogenním zdrojem znečištění v atmosféře je nedokonalé spalování uhlí, ropy, dřeva, odpadu a podobně. Další rozdíl mezi přírodním a antropogenním znečištěním je ten, že větší částice mají menší vliv na lidské zdraví. Sekundární zdroje jsou ty, které rozvíří suspendované částice, které se již usadily na zemi.

Na znečišťování ovzduší se podílí jak zdroje antropogenní (činnost člověka) tak zdroje přírodní. Mezi nejvýznamnější antropogenní zdroje patří především:

• lokální topeniště
• silniční doprava
• průmysl a energetika
• zemědělství

Změny v atmosféře a jejich důsledky

Vypouštění nebo vnášení znečišťujících látek do ovzduší se nazývá znečišťování ovzduší. Dochází ke změnám v přírodních vlastnostech atmosféry. Smog je specifický stav znečištění ovzduší, který vzniká při nepříznivých meteorologických stavech vzájemným působením vzdušné vlhkosti, tuhých částí (zejména popílku a sazí) a ostatních plynných škodlivin. Vyskytuje se v oblastech, kde se spalují především tuhá paliva s obsahem síry. Vzniká oxid siřičitý, který se za pomocí sazí a popílku oxiduje na slabou kyselinu sírovou, ta se pak rozpouští v mlze.

Vzniká při inverzních stavech atmosféry v oblastech s vysokou hustotou automobilového průmyslu. Kyselý déšť je déšť, který má vyšší kyselost způsobenou nižším pH. Vzniká spalováním fosilních paliv, při kterém se do ovzduší dostávají znečišťující látky jako je oxid siřičitý a oxidy dusíku. Kyselé deště ohrožují lesy, mají negativní vliv na vodní organismy.

tags: #prirozene #znecisteni #atmosfery #zdroje

Oblíbené příspěvky:

• Úpravy školních pozemků
• Příroda a její překvapení
• Informace o svozu odpadu
• Oázy klidu a relaxace
• Informační zdroje o ohrožení pro občany