Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) tvoří významnou skupinu látek, z nichž většina vykazuje nepříznivé účinky na vodní organismy i na člověka. Vzhledem k jejich perzistenci mají schopnost dlouho přetrvávat ve vodním prostředí. Polycyklické aromatické uhlovodíky náleží k všudypřítomným látkám, vyskytujícím se ve všech složkách životního prostředí.
Ve dvou lesních mikropovodích na území České republiky byla od října 2020 do září 2021 sledována jakost mokré atmosférické depozice na volné ploše (bulk) a podkorunové depozice (throughfall) současně s jakostí povrchové vody v místní vodoteči, humusu a mechu travník Schreberův (Pleurozium schreberi). V tomto článku je prezentováno vyhodnocení zátěže výše uvedených matric 15 polycyklickými aromatickými uhlovodíky (PAU). První lokalita byla vybrána v Moravskoslezských Beskydech v oblasti významně ovlivněné průmyslovou činností - v Jablunkovské brázdě v katastru obce Bystřice v horní části povodí Suchého potoka (590 až 835 m n. m.), druhá lokalita byla zvolena jako referenční na Českomoravské vrchovině v blízkosti observatoře ČHMÚ Košetice (520 m n. m.).
Zdroje PAU a jejich chování v prostředí
To je dáno tím, že dominantním zdrojem znečištění jsou spalovací procesy, jež jsou jak přirozeného, tak antropogenního původu. Nejvýznamnějším přirozeným zdrojem PAU jsou vulkanická činnost, požáry vegetačního pokryvu a některé sedimentované horniny. Antropogenní emise PAU neprůmyslového charakteru vznikají cíleným vypalováním vegetace, z domácích topenišť či kouřením. Míra produkce PAU závisí na procesu spalování a druhu použitého paliva. Nejvyšší je při nedokonalém spalování, což se děje většinou v lokálních domácích topeništích.
Mechanismus vzniku PAU zahrnuje dva procesy: pyrolýzu a pyrosyntézu. Při nedokonalém spalování není vyloučena ani emise primárních PAU obsažených v palivu. Primární emise PAU do ovzduší převažují v plynné fázi, poměrně rychle však dochází k jejich kondenzaci a sorpci na jemné prachové částice při ochlazování spalin. Rychlost sorpce záleží na molekulové hmotnosti. Toto rozdělení je důležité, protože výše uvedené skupiny PAU vykazují v prostředí rozličné chování.
V atmosféře dochází k rozkladu především nízkomolekulárních PAU slunečním zářením. Vysokomolekulární PAU jsou sorbovány na částice o různé velikosti. Čím menší částice, tím je potřeba delší degradační čas na rozložení PAU (až několik týdnů), a tím delší je i doba setrvání PAU v atmosféře. Z atmosféry jsou PAU suchou a mokrou depozicí vnášeny do dalších složek životního prostředí. Vysokomolekulární PAU vzhledem ke své delší životnosti jsou od zdroje přenášeny na velké vzdálenosti v závislosti na klimatických podmínkách a ročním období. V zimních měsících je koncentrace PAU v ovzduší výrazně vyšší než v letním období.
Čtěte také: Liberecký kraj a kvalita ovzduší
Z atmosféry se PAU suchou a mokrou depozicí dostávají na vegetaci a zemský povrch. Na zemědělsky obhospodařovaných půdách PAU pronikají vlivem orby do hlubších vrstev půdy, v ostatních případech zůstávají v povrchových vrstvách. Nízkomolekulární PAU částečně zpětně těkají do atmosféry nebo se rozkládají fotochemickými procesy. Přítomná je i biodegradace působením mikroorganismů, která je převládajícím faktorem rozkladu primárních PAU. Rychlost degradace záleží na typu půdy a obsahu organického uhlíku.
Výsledky monitoringu PAU
Byla potvrzena významná zátěž PAU v lokalitě Bystřice. Koncentrace Σ15 PAU za sledované období v mokré depozici na volné ploše činila 0,785 ± 0,579 mg.l-1 v lokalitě Bystřice a 0,114 ± 0,110 mg.l-1 v lokalitě Košetice. V podkorunové depozici byla koncentrace Σ15 PAU mírně vyšší: 0,824 ± 0,670 mg.l-1 v lokalitě Bystřice a 0,203 ± 0,141 mg.l-1 v lokalitě Košetice. Výrazně vyšší koncentrace PAU byly zjištěny ve spadech v chladné polovině roku. Úroveň atmosférického spadu Σ15 PAU v lokalitě Bystřice byla vypočtena na 1 098,7 g.km-2.rok-1, v lokalitě Košetice je 10 x nižší: 102,7 g.km-2.rok-1.
Svrchní vrstva půdy PAU a vegetační pokryv PAU sorbuje. Do povrchových vod se PAU dostávají erozním smyvem. Koncentrace Σ15 PAU v Suchém potoce v lokalitě Bystřice činila 0,026 ± 0,049 mg.l-1, v Lesním potoce v lokalitě Košetice 0,033 ± 0,038 mg.l-1. Látkový odtok z mikropovodí Suchého potoka tak tvořil jen 1 % atmosférického spadu mokrou depozicí a 2,8 % z povodí Lesního potoka. Poměr zastoupení fluoranthenu a pyrenu ve srážkách indikuje původ znečištění PAU ze spalovacích procesů (FLT/PYR > 1) v obou lokalitách. V depozici na volné ploše tento poměr činil v lokalitě Bystřice 1,6 a v lokalitě Košetice 1,5; v podkorunové depozici 1,5 (Bystřice) a 1,6 (Košetice).
Říční sediment v Lesním potoce byl zatížen Σ15 PAU více (1,498 ± 0,138 mg.kg-1) než v Suchém potoce (0,340 ± 0,109 mg.kg-1) z důvodu odlišné zrnitosti dnových sedimentů s výrazně vyšším podílem jemných částic v Lesním potoce, ačkoli obsah Σ15 PAU ve svrchní vrstvě půdy byl v lokalitě Košetice 3,2 až 3,7× nižší než v lokalitě Bystřice.
Legislativa a souvislosti
Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2008/105/ES ve znění směrnice 2013/39/EU vybrané látky PAU zařadila na seznam prioritních látek, z nichž anthracen, benzo[a]pyren, benzo[b]fluoranthen, benzo[k]fluoranthen, benzo[g,h,i]perylen a indeno[1,2,3-cd]pyren jsou identifikovány jako prioritní nebezpečné látky. Podle Rámcové směrnice 2000/60/ES ustavující rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky, Článku 16 (Strategie proti znečišťování vod) je potřeba cíleně snižovat vypouštění, emise a úniky těchto látek, v případě prioritních nebezpečných látek jde dokonce o zastavení nebo postupné odstranění vnosu do životního prostředí. Požadavky výše uvedených směrnic byly implementovány do Nařízení vlády č. 401/2015 Sb.
Čtěte také: Elektromotory a znečištění: Překvapivé výsledky
Jsou jednou z nejčastějších příčin nedosahování dobrého chemického i ekologického stavu povrchových vod (pozn.: PAU specifikované jako prioritní látky jsou v současné době předmětem hodnocení chemického stavu, ostatní PAU náleží do skupiny specifických znečišťujících látek, které jsou jednou ze složek hodnocení ekologického stavu útvarů povrchových vod). To bylo také důvodem zařazení skupiny látek PAU do řešení projektu TA ČR SS01010231 „Dopady atmosférické depozice na vodní prostředí se zohledněním klimatických podmínek“, který byl realizován v období od března 2020 do prosince 2022. Cílem tohoto projektu bylo ověřit míru znečištění ve vytipovaných složkách životního prostředí, resp. zkoumat vazbu mezi nimi s dopadem na jakost povrchových vod, aby bylo možné v budoucnu lépe kvantifikovat tento dopad a navrhnout efektivní opatření pro dosahování dobrého chemického stavu povrchových vod z hlediska znečištění PAU.
Popis lokalit
Modelové povodí Suchého potoka se nachází v Moravskoslezských Beskydech východně od ostravské a třinecké aglomerace (mezi Třincem a Jablunkovem) a je vzhledem k převládajícímu proudění vzduchu silně zatíženo expozicemi PAU z místního hutního a energetického průmyslu. V Jablunkovské brázdě jsou významným zdrojem emisí rovněž lokální topeniště ze soustředěné i rozptýlené zástavby. Podíl dálkového přenosu na celkové zátěži PAU v oblasti Třince charakterizovaný suspendovanými částicemi PM2,5 činí do 10 %.
Údolí Suchého potoka je v horní části sevřeno z jižní strany vrchem Javorový (627 m n. m.), který směrem na východ vytváří hřeben spojený s hlavním hřebenem tvořeným vrcholy Polední (672 m n. m.) - Hrbel (727 m n. m.) - Loučka (835 m n. m.) a Filipka (771 m n. m.). Údolí Suchého potoka je otevřené směrem na západ k aglomeraci Třinec a Bystřice. Horní část povodí Suchého potoka je z cca 70 % tvořeno lesy, zbytek připadá na louky. Převládají lesy smíšené, v nejvyšších partiích smrkové. Ve vybrané lokalitě a nad ní tvoří bukový porost až 85 %. V původní horní části modelového území Suchého potoka není žádný přímý zdroj znečištění. Rozloha modelové části povodí činí 0,462 km2. Suchý potok je součástí povodí vodního útvaru HOD_750 - Hluchová od pramene po ústí do Olše, který ve třetím plánovacím cyklu nedosahuje dobrého stavu z důvodu vyšších koncentrací PAU.
Modelové povodí Lesního potoka, nacházející se na Českomoravské vrchovině severozápadně od obce Košetice v lese Borek u prostřední části Anenského potoka, ř. km 0,7, který následně ústí do Martinického potoka na 23,1 ř. km. Povodí Lesního potoka je součástí dlouhodobého integrovaného monitoringu složek životního prostředí Národní atmosférické observatoře Košetice. Sledované povodí je situováno 1 km jižně od observatoře, jeho rozloha činí 0,292 km2. Přibližně 90 % povodí je zalesněno, zbytek tvoří zemědělsky využívaná půda. Zalesněná část povodí je pokrytá většinou smrkovými monokulturami, převažují porosty ve věku cca 90 let s příměsí borovice, buku, modřínu a břízy. Lesní potok je jediným trvalým přítokem Anenského potoka. Potok je součástí povodí útvaru DVL_0440 Martinický potok, který dosahoval v druhém i třetím plánovacím cyklu dobrého chemického stavu a normy environmentální kvality podle Nařízení vlády č. 401/2015 Sb., nebyly v ukazatelích PAU překročeny. Lokalita se nenalézá v oblasti s výrazným spadem PAU, leží mimo souvislé osídlení a mimo přímý dosah významných zdrojů znečištění. Proto byla zvolena jako vhodná referenční lokalita pro srovnání s vybranou více antropogenně zatíženou lokalitou Bystřice v rámci řešení tohoto projektu.
Metodika sběru a analýzy vzorků
V říjnu 2020 byl v obou lokalitách zahájen monitoring atmosférických srážek v měsíčním kroku. Pro analytické stanovení polycyklických aromatických uhlovodíků v atmosférické depozici bylo potřebné získat dostatečný objem vzorků. Ve vodných vzorcích byly PAU analyzovány na kapalinovém chromatografu Agilent 1260 Infinity II s fluorescenční detekcí. K separaci byla použita kolona Pinnacle II PAH 4 µm, 150 × 4,6 mm (Restek), a mobilní fáze o složení A: methanol, B: voda + 5 % methanol.
Čtěte také: Zlepšení ovzduší Dolní Domaslavice
Polycyklické aromatické uhlovodíky ve vzorcích mechu a humusu byly analyzovány na plynovém chromatografu EVOQ GC-TQ Bruker metodou MS/MS. Vzorky mechu travník Schreberův byly sbírány na podzim 2020 a 2021 na třech místech v horních partiích povodí Suchého a v okolí Lesního potoka na volné ploše (neovlivněny podkorunovou depozicí) do aluminiových sáčků. Po převezení v chladicím boxu do laboratoře byly vzorky mechu uchovávány v mrazicím boxu a po rozmrazení ručně očištěny od nežádoucích příměsí. Pro stanovení PAU byly odtrženy horní zelené části mechu. Takto upravený mech byl homogenizován ve vibračním mlýně za použití tekutého dusíku a vysušen lyofilizací. PAU byly extrahovány n-hexanem. Po odpaření byl extrakt přečištěn gelovou permeační chromatografií. Byl použit gel na bázi polymeru styrendivinylbenzenu Bio-Beads SX-3.
Vzorky humusu byly souběžně odebrány do aluminiových sáčků z vizuálně nerozrušeného Oh horizontu na třech místech v každém mikropovodí a transportovány a uchovávány jako vzorky mechu. Po vysušení lyofilizací byly přesety na velikost 0,25 mm. PAU byly extrahovány dichlormethanem za přídavku Al2O3 a křemeliny.
Toxicita PAU
Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) zatřídila 60 polycyklických aromatických uhlovodíků do skupin podle jejich potenciálních karcinogenních účinků pro člověka. Z 15 PAU sledovaných v rámci projektu ATMDEP náleží do skupiny 1 - „prokázaný karcinogen“ benzo[a]pyren. Do skupiny 2A - „pravděpodobně karcinogenní pro člověka“ náleží dibenzo[a,h]anthracen. Do skupiny 2B - „podezřelý karcinogen pro člověka“ náleží benzo[a]anthracen, benzo[b]fluoranthen, benzo[k]fluoranthen, chrysen, indeno[1,2,3-c,d]pyren. Do skupiny 3 - neklasifikovatelný“ náleží acenaften, anthracen, benzo[g,h,i]perylen, fluoranthen, fluoren, fenanthren a pyren.
Benzo[a]pyren je v současnosti jediným zástupcem PAU v 1. skupině. V těle metabolizuje na PaP-7,8-diol 9,10-epoxid, který může poškodit DNA. U 3. skupiny nejsou ještě dostatečné důkazy o jejich karcinogenních účincích. Nelze opomenout, že PAU působí ve směsi. Proto řada autorů vyvinula hodnoty toxických ekvivalentů (TEFs) pro jednotlivé PAU, které jsou vztaženy k toxicitě benzo[a]pyrenu (BAP = 1). Nisbet a LaGoy tak učinili v roce 1992. Vyšší TEF než pro BAP uplatnili v případě DBA (TEF = 5). V případě dalších čtyř PAU (BAA, BBF, BKF, INP) TEF = 0,1. Pro ANT, BGP a CHRY uplatnili TEF = 0,01. U ostatních PAU se TEF rovná hodnotě 0,001.
tags: #wet #only #ovzdusi #vlastnosti
Oblíbené příspěvky:
Kontakt
Zelaná Hrebová, z.s.
[email protected]
IČ: 06244655
Paskovská 664/33
Ostrava-Hrabová
72000
Bc. Jana Veclavaková, DiS.
tel. 774 454 466
[email protected]
Jaena Batelk, MBA
tel. 733 595 725
[email protected]