Složení ovzduší a informace o koncentracích CO2 a grafické znázornění

Vzduch je směs plynů tvořící plynný obal Země - atmosféru - sahající až do výše asi sto km. Ovlivňuje chemické reakce jak v neživé přírodě, tak i v živých organismech (většina živých organismů by bez kyslíku z ovzduší nemohla vůbec existovat). Má i své významné fyzikálně chemické vlastnosti, jedná se zejména o koloběh vody v ovzduší.

Kromě toho tepelná kapacita vzduchu udržuje na Zemi teplotu přijatelnou pro život. Je také důležitou průmyslovou surovinou. Mimo jiné vzduch (resp. kyslík v něm obsažený) také slouží k oxidaci paliva v běžných spalovacích motorech, k oxidaci paliva při výrobě elektrické energie v tepelných elektrárnách, dále při vytápění či ohřevu vody atd.

Zemská atmosféra je vrstva plynů obklopující planetu Zemi, udržovaná na místě zemskou gravitací. Obsahuje přibližně 78 % dusíku, 21 % kyslíku a 1 % ostatních plynů (především argon, dále oxid uhličitý, metan, vodík, helium, neon, ozon a stopové příměsi dalších plynů). Voda v atmosféře se vyskytuje hojně, a sice ve všech třech skupenstvích (vodní pára, vodní kapky i ledové krystaly).

Atmosféra nemá jednoznačnou vrchní hranici - místo toho plynule řídne a přechází do vesmíru. Tři čtvrtiny atmosférické hmoty leží v prvních 11 km nad povrchem země. Všeobecně uznávanou vnější hranicí atmosféry je Kármanova hranice, která se nachází ve výšce 100 km nad hladinou světového oceánu. Od této hranice se místo termínu nadmořská výška již používá termín vzdálenost od Země.

Koncentrace CO2 a její vývoj

Koncentrace CO2 se vlivem fotosyntézy a dýchání mění během roku, od května do října klesá a během zbytku roku zase roste. Dlouhodobě vlivem spalování fosilních paliv roste tempem okolo 20 ppm za desetiletí. Graf také ukazuje vývoj koncentrace kyslíku (O2), konkrétně o kolik se v daném roce změnila oproti referenčnímu roku 1991.

Čtěte také: Detaily o Fridexu

Koncentrace CO2 a pokles koncentrací O2 uvádíme v jednotkách ppm. Jednotka ppm znamená parts per million, tedy označuje počet částic v jednom milionu, podobně jako procento [%], tedy per cent, znamená počet ve stovce a promile [‰] označuje počet v tisíci.

V absolutních číslech nemusí nárůst koncentrace CO2 v řádu desítek molekul působit zásadně. Při fotosyntéze rostliny spotřebovávají oxid uhličitý z atmosféry a vydávají kyslík. Spalování spotřebovává kyslík a uvolňuje oxid uhličitý.

Přesnou metodu měření koncentrace CO2 s přesností 0,1 ppm (tedy 0,00001 %) vyvinul teprve Charles Keeling v roce 1952. Lidstvo ročně spálí asi 8 miliard tun uhlí, 5 miliard tun ropy a asi 3 miliardy tun zemního plynu. Nárůst koncentrací CO2 v atmosféře odpovídá těmto množstvím (po započtení pohlcení části CO2 v oceánech).

Důkaz, že je nárůst koncentrace CO2 v atmosféře skutečně způsobený spalováním, přinesl Keelingův syn Ralph. Ten v roce 1988 objevil způsob, jak velmi přesně měřit koncentraci kyslíku. Jeho měření ukazují na dlouhodobý nepřirozený pokles koncentrace kyslíku v atmosféře.

Dnes existují i další vědecké práce, založené mimo jiné na zkoumání izotopových stop, které potvrzují, že oxid uhličitý, který v atmosféře přibývá, pochází ze spalování fosilních paliv.

Čtěte také: Rýžové chlebíčky: Co byste měli vědět

Od průmyslové revoluce, tedy přibližně od roku 1750, koncentrace CO2 rychle rostou a dosahují vyšších hodnot než kdykoliv za poledních 800 000 let. Průměrné tempo růstu se navíc také zrychluje: v letech 1750-1949 koncentrace CO2 rostla o 2,1 ppm za dekádu, v letech 1950-1999 bylo tempo růstu 11,8 ppm za dekádu a v letech 2000-2020 koncentrace CO2 rostla tempem 21,8 ppm za dekádu.

Koncentrace CO2 v průběhu roku kolísá o přibližně 5 ppm, maximum nastává na jaře, minimum na podzim. Jednotka ppm znamená parts per million, tedy označuje počet částic v jednom milionu, podobně jako procento [%], tedy per cent znamená počet ve stovce a promile [‰] označuje počet v tisíci.

Vzorky ledu z hloubkových ledovcových vrtů (až 3 800 m) obsahují velmi starý led (až 800 000 let). Fyzikální vlastnosti tohoto ledu vypovídají o podmínkách v dobách, kdy led zamrzl. V roce 2016 byly v Antarktidě objeveny ledovcové oblasti se stářím ledu okolo 2 miliónů let. Koncentrace CO2 v bublinkách takto starého ledu se pohybovaly v rozmezí 200-280 ppm.

Od roku 1958 se měří přímo koncentrace CO2 ve vzduchu na Mauna Loa na Havaji, jako součást „Scripps CO2 program“. Koncentrace CO2 přesahující 400 ppm byly na planetě naposledy před asi 4 milióny let, přičemž na začátku třetihor před 50 milióny let přesahovaly koncentrace CO2 i hodnoty 1500 ppm.

Metody měření koncentrací

Keelingova metoda měření koncentrací CO2 spočívá v extrémně přesném měření absorpce specifických vlnových délek infračerveného záření ve vzorku vzduchu. Tato metoda spočívá v interferometrickém měření indexu lomu vzduchu, který je závislý na poměru koncentrací kyslíku a dusíku.

Čtěte také: O naftových emisích

Různé zdroje oxidu uhličitého mají různé isotopové složení. Uhlík obsažený v uhlí a ropě neobsahuje žádné isotopy 14C a sníženou koncentraci 13C. Oxid uhličitý vydechovaný rostlinami má nižší koncentraci 13C než oxid uhličitý, který vychází z oceánu. Oxid uhličitý v atmosféře je smíchaný z těchto zdrojů a jeho podrobnou analýzou lze zjistit, že současné narůstající koncentrace CO2 přesně odpovídají množství spalovaných fosilních paliv.

Grafické znázornění dat o kvalitě ovzduší

Hodnocení kvality ovzduší je velmi komplexní proces, ve kterém se používají kromě základní statistiky a grafů také různé pokročilé statistické metody a speciální vizualizace, které pomáhají s identifikací zdrojů znečištění ovzduší a zhodnocení situace.

Při hodnocení kvality ovzduší nás zajímá hned několik proměnných. Absolutní hodnoty koncentrací znečišťujících látek jsou základem, ale samy o sobě ke komplexnímu zhodnocení stavu nestačí. Zajímá nás například také, odkud foukalo, jak rychle foukalo, variabilita koncentrací během dne, týdne, měsíce a roku, dlouhodobý trend, teplota a vlhkost vzduchu či množství srážek.

Směr a rychlost větru leccos napoví o zdroji znečištění a pomáhají s jeho identifikací, teplota a vlhkost vzduchu můžou stejně jako srážky, ať už kapalné či pevné (déšť či sníh), výrazně ovlivňovat kvalitu ovzduší.

Často velké množství dat je třeba souhrnně a na první pohled jasně zobrazit, aby bylo možné zjistit vztahy mezi jednotlivými parametry a vyvodit patřičné závěry. Za tímto účelem se používají speciální programy či skripty, které vytváří specifické diagramy podle potřeby.

Typy grafů používaných při hodnocení kvality ovzduší

• Čárový graf: Používá se k vyjádření chodu koncentrací v průběhu času. Na ose X je v takovém případě čas, na ose Y koncentrace určité znečišťující látky.
• Sloupcový graf: Používá se především ke srovnání více hodnot. Konkrétním příkladem v hodnocení kvality ovzduší je srovnání ročních průměrných koncentrací.
• Koláčový graf: Využívá se k vyjádření podílů jednotlivých složek z celku. U kvality ovzduší se využívá například pro zobrazení podílu zdrojů znečištění ovzduší na celkových emisích.
• Větrná růžice: Vizualizace ukazující podíl jednotlivých směrů větru na celkové době. Laicky řečeno, ilustruje jak často odkud fouká.
• Koncentrační růžice: Vyjadřuje vztah tří veličin - nejčastěji směru větru, rychlosti větru a koncentraci konkrétní látky.
• Vážená koncentrační růžice: Ukazuje, který směr větru a při jaké rychlosti přicházelo znečištění v největší míře za celé období.

Znečištění ovzduší a jeho zdroje v České republice

Člověk svou činností významně ovlivňuje zemskou atmosféru, například poklesem množství ozonu ve stratosféře (způsobeno používáním freonů) a znečištěním ovzduší.

Celkově nejvýznamnějším zdrojem znečišťování je kategorie Domácnosti, kde je nejvíce problematické vytápění ve starých kotlech na pevná paliva. příslušný imisní limit (zejména benzo[a]pyren a částice PM2,5).

Největšími zdroji látek znečišťujících ovzduší jsou zemědělství a spotřeba energie. Přes 50 % částic PM2,5 pochází ze spotřeby energie.

Emise látek znečišťujících ovzduší se od roku 1990 snížily. U všech těchto znečišťujících látek se emise výrazně snížily, a to z celkového počtu téměř 65 milionů tun v roce 1990 na přibližně 20 milionů tun v roce 2021. Největší pokles zaznamenaly emise oxidů síry, a to o více než 93 %.

Nicméně podle nejnovějších údajů Evropské agentury pro životní prostředí bylo 97 % městské populace EU v roce 2021 stále vystaveno koncentracím jemných částic (PM2,5) nad rámec nejnovějších pokynů Světové zdravotnické organizace (WHO).

Zatímco znečištění ovzduší v Evropě se v posledních desetiletích výrazně snížilo, situace v různých městech se poměrně liší.

Oxidy dusíku (NOX) a amoniak (NH3) z ovzduší se usazují v půdě a ve vodních plochách. V rámci procesu nazvaného eutrofizace nadměrné množství těchto chemických látek v řekách, jezerech nebo mořích podporuje rychlý růst řas a vodních rostlin, které mohou při odumírání a rozkladu snižovat obsah kyslíku. Toto vyčerpání kyslíku poškozuje ryby a jiné vodní organismy.

tags: #slozeni #ovzdusi #informace #graf

Oblíbené příspěvky:

• Studie o vývoji klimatu
• Zajímavosti o Karlu Gottovi
• Ekologické aspekty svozu bioodpadu
• Daňové přiznání – dluhopisy a akcie
• O nejtěžším prvku