Složení ovzduší dříve a dnes: Metan jako stálá hrozba

Metan byl hrozbou při těžbě černého uhlí vždy. Je součástí jeho vzniku, je velmi nenápadný a přitom smrtící. Hlavně tím, jak snadno se vznítí. Navíc při vysoké koncentraci v ovzduší vytěsňuje kyslík a člověk se může udusit. Na Ostravsku už metan napáchal za staletí obrovské škody.

Únik metanu může být tak rychlý, že ho ani nestačí zaznamenat automatická čidla, která jsou v dolech rozmístěná. Přitom právě systém, který se používá v České republice, patří mezi ty nejlepší. „U nás je vybudovaný jeden z nejdokonalejších systémů prevence, aby se takovým věcem dalo předejít,“ říká Juraj Franců z České geologické služby.

Pavel Zapletal z Hornicko-geologické fakulty VŠB to potvrzuje. „Čidla samozřejmě na metan reagují, ale mohou nastat situace, kdy dojde k puklině a během zlomku sekundy se z ní pod vysokým tlakem může uvolnit důlní plyn s vysokou koncentrací metanu. Říká se tomu fukač.“

Do horniny se může vměstnat nečekaně velké množství tohoto plynu. „Zhruba 30 litrů metanu se vejde do jednoho kila uhlí,“ popisuje Franců. Během krátké doby se tedy může v blízkosti horníků objevit obrovské množství metanu - ten by už sice čidla zaznamenala, ale mnohdy nestihnou upozornit havíře včas.

Co je metan?

Metan je lehký plyn, který vzniká při prouhelňování - uhlí neustále vzniká a metan se vytváří současně s ním. Tento nebezpečný plyn je téměř o polovinu lehčí než vzduch, což způsobuje jeho snadný postup horninami směrem nahoru a občas jeho rozptyl do atmosféry. I v malých koncentracích snadno exploduje.

Čtěte také: Detaily o Fridexu

„Metan v Ostravsko-karvinském revíru však nemá kam utéct - nahoře jsou jílovité vrstvy,“ upozornil geolog Václav Cílek. Zůstává dílem rozpuštěn nebo rozptýlen v hornině. Pak se snadno stane, že se z horniny uvolní. „Má navíc tu vlastnost, že když ho je více než 5 procent, tak 7 až 8 procent, tak je v dobrém poměru se vzduchem. Stačí opravdu malinkatá jiskřička, aby došlo k explozi.“

Metan je jako základní uhlovodíková molekula jedním z hlavních výsledků rozkladu složitějších organických látek. V přírodě se tedy běžně vyskytuje například jako hlavní součást zemního plynu, důlního plynu, bioplynu a dalších látek. „V hnědém uhlí najdete víc oxidu uhličitého a v černém uhlí víc metanu,“ vysvětluje Franců.

Když se metan nějakým způsobem uvolní, může se zachytit v takzvaných kapsách, anebo se dokonce drží pod stropem - to ale platilo spíše v minulosti. Dříve, zejména během devatenáctého století, byly podobné kapsy metanu u stropů chodeb opravdovou hrozbou - nedalo se jich totiž tehdejšími technologiemi zbavit. Jediný trik, který existoval, bylo jeho vypalování, což ale bylo nesmírně rizikové. Moderní technologie ale už takové kapsy značně spolehlivě odhalují.

Doly jsou totiž dnes pravidelně odvětrávány, aby se tam metan nedržel - jednak se „starý vzduch“ odsává, současně se ale do nich vhání vzduch čerstvý. Experti se tak snaží zabránit tomu, aby se koncentrace metanu dostala nad nebezpečnou úroveň.

K zapálení metanu stačí málo - blízkost nějakého ohně nebo pouhé jiskry. „Zdrojem mohl být zkrat na elektrickém zařízení nebo například řezný orgán, který dobývá uhelnou sloj. Ten sebou občas přibírá i tvrdší horniny, než je uhlí, takže může dojít ke vzniku jiskry,“ uvádí o situaci v dole ČSM Zapletal. Právě taková jiskra mohla zapálit metanovou vrstvu.

Čtěte také: Rýžové chlebíčky: Co byste měli vědět

Koncentrace metanu a nebezpečí

Jak se exploze šíří, záleží na množství okolností - od množství plynu přes tvar a složení chodeb až po kvalitu protipožárních zábran. „Když nastane průtrž metanu, šíří se to jako lavina a všechno to jde ven najednou,“ dodává Franců.

„Uhelné doly jsou nerovnoměrné, jsou tam časté závaly, horniny jsou poměrně měkké, část uhlí se zapařuje a začíná doutnat. Při doutnání se někdy uvolňují další plyny. To znamená, na uhelné šachtě musíte být neustále připraven. Metan není vidět. Když máte čidla na hlavní chodbě a pracovištích, tam všude je to docela pěkně zabezpečené, tak je to v pořádku. Ale v nějakém zákoutí se něco třeba jen lokálně nahromadí, malé množství metanu, a pak stačí, když bouchnete třeba lopatou o pískovec. Přeskočí jiskra. Stačí doopravdy hodně málo, aby plyn, když zrovna máte tu smůlu a je namíchaný ve správném poměru se vzduchem, explodoval,“ vysvětluje Cílek.

Metan škodí i na povrchu

Metan způsobuje problémy nejen horníkům, ale v oblasti Ostravska i na povrchu. Ve starých dolech, kde se už netěží, se totiž neodvětrává; metan se tudíž dostává na povrch i tudy. Nevystupuje do půdního ovzduší a pak do okolní atmosféry jen starými nebo opuštěnými štolami a jamami, ale i jinými cestami.

Vědci zjistili, že zejména v období poklesu barometrického tlaku vystupují důlní plyny na povrch nejkratší cestou, ať už je přirozená nebo umělá. „Pokud hlubinné doly byly činné, byla většina důlních plynů odváděna z podzemí uměle, sací větrání vytvářelo v důlních prostorách mírný podtlak. Po útlumu těžby a zastavení nuceného větrání důlních prostor se výstupy plynů řídí hlavně přírodními zákonitostmi,“ uvádí ve své dizertační práci inženýrka Eva Beňová.

Už několikrát se v posledních letech stalo, že se tyto metanové bubliny někde vynořily - a došlo pak k explozi, jednou byl kvůli tomu na Ostravsku zničený celý rodinný dům.

Čtěte také: O naftových emisích

„Za všechny události lze jmenovat například výbuch finského domku v Ostravě-Hrušově (oblast Liščina), který byl způsoben nahromaděním důlních plynů (metanu) vystupujících jámovým stvolem starého důlního díla Kutací č.9. K nahromadění důlních plynů v kuchyni ve výbušné koncentraci došlo nejspíše výstupem z podsklepení dvojdomku. K iniciaci došlo podle postižené osoby při jinak obvyklém zapálení svíčky k večerní modlitbě. Výbuch vyrazil jihozápadní část stěny domku, těžce popálil (30 % povrchu těla) devětašedesátiletou obyvatelku, ale na vnitřním vybavení domku již nezpůsobil vážnější škodu. Plameny vzniklého požáru byly totiž rychle likvidovány. Dřevěná stěna finského domku zjevně působila jako přetlaková pojistka. Příčinou náhlého výstupu důlního plynu byl náhlý pokles barometrického tlaku.“

Ing. Eva Beňová: Hodnocení bezpečnostních rizik souvisejících s únikem metanu z podzemních prostor

Ostravsko žije s metanem staletí

Metan je součástí hornictví vždy - je s touto činností spojen od jejích počátků. Na Ostravsku došlo k první známé explozi tohoto plynu před 171 roky, kdy v Ostravě při výbuchu zemřeli čtyři horníci.

Příčinou tehdy bylo porušení pravidel současně s jejich hrabivostí. Navzdory zákazům si totiž tito havíři vlastnoručně vyrobenými klíči otevírali lampy a brali si tajně olej, aby doma ušetřili.

„Pravděpodobně jeden z horníků si chtěl odnést část oleje, který se používá na svícení v dole, pro vlastní potřebu.

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.

Znečištěné ovzduší patří k základním ekologickým problémům, které viditelně ovlivňují zdraví a životy lidí. Množství škodlivin, které se do ovzduší vypouštějí, je způsobeno především činností člověka. Lidská společnost více než kdykoliv předtím využívá mnoho přírodních zdrojů a uvolňuje do ovzduší ohromná množství znečišťujících látek. Dopady znečištění mohou mít lokální, regionální až celosvětový rozsah.

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.).

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).

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. 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. 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.

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.

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. Tzv. ozonizátory, doporučované občas pro potlačování zápachů apod., jsou pro dráždivost ozónu i současně s ním vznikajících oxidů dusíku zcela nevhodné.

Částice v ovzduší

Jen velmi málo primárních znečištěnin si zachovává trvale svou chemickou identitu po vstupu do ovzduší. 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. 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. Další škodlivé látky v 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.

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.

Nemocnost, jako důsledek zhoršení kvality ovzduší v našem kraji, je stále aktuálnějším tématem. Čekárny jsou plné pacientů s alergiemi a astmatem. Zejména u dětí je to problém číslo jedna. Astmatem trpí na celém světě více než 300 milionů lidí. V České republice žije asi 840 tisíc astmatiků, z toho je přitom asi 120 tisíc dětí mladších 14 let. Až šest tisíc českých dětí přitom trpí „obtížně léčitelným astmatem“.

U dospělých lidí znečištění ovzduší zvyšuje možnost výskytu nádorových onemocnění, aterosklerózy či vzniku diabetu a urychluje proces stárnutí. Rodí se děti s nižší porodní váhou nebo s určitými funkčními nedostatečnostmi, které se projevují zvýšenou nemocností nejen v dětství, ale také ve středním věku.

Znečištění v atmosféře má vliv hlavně na kardiovaskulární a dýchací soustavu, škodlivost ale vždy záleží na tom, jak dlouho jsme byli znečištění vystaveni a jak velké byly prachové částice. Částice menší než 2.5 µm se usazují v průduškách. Mají vliv na ucpávání tepen a mohou tak zvýšit pravděpodobnost vzniku zánětu žil či infarktu. Znečištěné ovzduší může vést k respiračním infekcím, zánětům průdušek, astmatu a v těžších případech k chronické obstrukční plicní nemoci (CHOPN) či dokonce k rakovině plic. Expozice znečištěnému vzduchu může zvyšovat riziko kardiovaskulárních onemocnění, jako jsou vysoký krevní tlak, zvýšená srážlivost krve a v horších případech může dojít k infarktu myokardu nebo cévní mozkové příhodě. Znečištěné ovzduší negativně ovlivňuje kvalitu pokožky - může způsobit předčasné stárnutí, akné a ekzémy.

Znečištění vzduchu může mít vážné důsledky i pro duševní zdraví. Průzkumy ukazují, že zvýšená úroveň znečištění je spojena se zhoršením kvality spánku, což může přispívat k narušení chemické rovnováhy v mozku. Tato disbalance může vést k vyšší pravděpodobnosti vzniku deprese, bipolární poruchy, úzkostných stavů a dokonce i neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova choroba.

Vliv znečištění ovzduší na děti

Nové publikace i stanovisko UNICEF přitom upozorňují, že znečištěné ovzduší ovlivňuje neuropsychický vývoj u dětí. Při sledování novorozenců v Karviné a Českých Budějovicích odborníci zjistili, že vyšší koncentrace metabolitů polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU) v moči ovlivňovaly délku novorozence i váhu placenty. Při sledování vývoje dětí ve věku dvou let však žádné rozdíly mezi dětmi z Karviné a Českých Budějovic zjištěny nebyly.

V sedmdesátých a osmdesátých letech 20. století se v pánevních okresech Ústeckého kraje rodilo významně více dětí s nízkou porodní hmotností (<2500 g). Lze proto předpokládat, že se v těchto okresech po roce 2020 zvýší výskyt kardiovaskulárních onemocnění a diabetu druhého stupně.

Odborníci z pracovišť Akademie věd ČR začali sledovat vliv ovzduší na novorozence v okresech Mostě a České Budějovice a zjistili, že při srovnání koncentrací PM2.5 a B[a]P v roce 2016 a 2017 nebyly mezi sledovanými lokalitami žádné rozdíly.

Odlišně exprimované geny, které vědci pozorují v Karviné, mají význam především v oxidačním stresu, imunitní a zánětlivé odpovědi a při vývoji neuronů.

V retrospektivní studii analyzoval Vítězslav Jiřík z Lékařské Fakulty Ostravské univerzity v Ostravě vlivy polutantů z rozptylových modelů na populace v průmyslově zatížené oblasti (Moravskoslezský kraj - 1 249 323 obyvatel) a průmyslově nezatíženou oblast (Jihočeský kraj - 631 387 obyvatel). Zvýšení zdravotních rizik, které identifikovaly již dřívější studie, se potvrdilo u některých respiračních onemocnění. Z analýzy vzešly nové souvislosti, které napovídají o vztahu mezi expozicemi znečištěnému ovzduší a poruchami imunitního systému. Zároveň se ale nepotvrdila zvýšená karcinogenní rizika (WHO IARC vs. USEPA) znečištěného ovzduší Ostravska.

Aktuální situace v České republice a Evropě

Podle výsledků za rok 2017 je polovina české populace (55 %) vystavena zvýšeným koncentracím látek, které znečišťují ovzduší. Jde především o nebezpečný benzo[a]pyren patřící mezi lidské karcinogeny. Naopak koncentrace jemných prachových částic (PM2.5) se mírně snižují.

„Zdrojem znečištění jsou především lokální topeniště, v Praze a Brně doprava, v Moravskoslezském kraji je znát také vliv znečištění z Polska a těžkého průmyslu,“ doplňuje předseda Komise pro životní prostředí AV ČR.

Ačkoliv je velké množství továren, vypouštějících škodlivé látky uzavřena, ovzduší v Moravskoslezském kraji se stále nelepší. Monitoring znečištění ovzduší na území MSK prokázal přetrvávající problémy s nadlimitním výskytem prachu. Přípustný denní limit pro prach 50 µg.m-3 je opakovaně, často i několikanásobně překračován.

Podle zprávy Evropské agentury pro životní prostředí (EEA) z roku 2023 byla většina městské populace v EU vystavena úrovním klíčových vzdušných znečišťujících látek, které jsou škodlivé pro zdraví, včetně jemných částic (PM2.5), jejichž koncentrace překračovaly roční směrnici WHO z roku 2021.

tags: #složení #ovzduší #dříve

Oblíbené příspěvky:

• Příroda Dolního Posázaví
• Jak začlenit environmentální výchovu
• Zatížení životního prostředí zemědělstvím
• Josef Mžyk: Biografie
• Učitel ekologie: pracovní náplň