Znečištění Ovzduší Troposférickým Ozonem: Příčiny a Důsledky

Atmosférický aerosol je všudypřítomnou složkou atmosféry Země. Je definován jako soubor tuhých, kapalných nebo směsných částic o velikosti v rozsahu 1 nm - 100 μm. Významně se podílí na důležitých atmosférických dějích, jako je vznik srážek a teplotní bilance Země.

Co je PMx?

Z hlediska zdravotního působení atmosférického aerosolu na člověka byly definovány velikostní skupiny aerosolu označované jako PMx (Particulate Matter), které obsahují částice o velikosti menší než x μm. Běžně se rozlišují PM10, PM2,5 a PM1,0. Číslo za PM upřesňuje, o jak velkých částicích se bavíme - PM10 značí částice s průměrem 10 µm nebo menší, PM2.5 jsou částice menší než 2.5 µm a podobně. Protože částice nemají pravidelný tvar, měří se jejich tzv. ekvivalentní průměr.

Takto malé částice mohou mezi sebou aglomerovat nebo na jejich površích mohou kondenzovat páry a tak je zvětšovat. Jemná frakce obvykle obsahuje sírany, dusičnany, amoniak, elementární uhlík, organické sloučeniny, těžké kovy a stopové prvky.

Částice PM2,5 mají průměr 2,5 μm nebo méně (nikoli celoplošně) a jsou schopny volného pohybu v atmosféře. Pevné částice často obsahují popílek, saze a horniny. Částice se testují i na obsah polyaromatických uhlovodíků (PAH), polychlorovaných bifenylů (PCB), pesticidů.

Atmosférický aerosol může být přirozeného i antropogenního původu. Hlavním přirozeným zdrojem jsou výbuchy sopek, lesní požáry a prach unášený větrem. Významné jsou také kapičky mořské vody, třebaže většina z nich spadne poměrně brzy zpět do oceánu. Přirozeného původu je i tzv. bioaerosol, zahrnující organismy jako jsou viry, bakterie, houby a případně jejich části a živočišné a rostlinné produkty (spory a pyl).

Čtěte také: Životní Prostředí a jeho Znečištění

Odlišení PM10 a PM2,5 je používáno proto, že hrubší frakce PM10 proniká do oblasti horních cest dýchacích a jemná frakce PM2,5 hlouběji do dýchacího ústrojí, čímž se jeho nebezpečnost zvyšuje. Hrubá frakce je obvykle produkována mechanickými procesy - důlní činností, otěrem pneumatik, resuspenzí dopravou nebo větrem, utrháváním aerosolu z hladiny moří větrem, uvolněním nehořlavého materiálu při spalovacích procesech apod.

Částice jemné frakce typicky vznikají procesy nukleace - kondenzace, chemickými reakcemi z plynných prekurzorů nebo málo těkavých látek vzniklých při spalování či vypařených při vysokých teplotách.

Z ovzduší se aerosol dostává do ostatních složek životního prostředí pomocí suché nebo mokré atmosférické depozice. V principu platí, že čím menší průměr částice má, tím déle zůstane v ovzduší.

Částice jemného a hrubého aerosolu mají odlišné složení. Materiál zemské kůry (částice půd, zvětraných hornin a minerálů, prach) a bioaerosol tvoří většinu hmotnosti hrubého aerosolu, zatímco jemný aerosol je tvořen hlavně sírany, amonnými solemi, organickým a elementárním uhlíkem a některými kovy. Prašný aerosol může také sloužit jako absorpční medium pro těkavé organické látky. Aerosol může působit na organismy mechanicky zaprášením. Zaprášení listů rostlin snižuje jejich aktivní plochu, u živočichů a člověka prach vstupuje do dýchacích cest.

Dalším problémem je toxické působení látek obsažených v aerosolu. Pevné částice v atmosféře ovlivňují energetickou bilanci Země, protože rozptylují sluneční záření zpět do prostoru. Podnebí ovlivňují tyto částice také svým účinkem na tvorbu oblaků. Jsou-li při tvorbě oblaků přítomny pevné částice ve velkém množství, bude výsledný oblak sestávat z velkého množství menších kapek. Takový oblak bude odrážet sluneční záření mnohem více, než oblak sestávající z částic větších.

Čtěte také: Druhy dopravy a znečištění vody

Vliv na lidské zdraví

Částice atmosférického aerosolu se usazují především v dýchacích cestách. Místo záchytu závisí na jejich velikosti. Částice menší než 2,5 µm (PM2,5) se mohou usazovat v průduškách či plicích a způsobovat místními reakcemi zdravotní problémy. Částice menší než 1 µm (PM1) mohou vstupovat přímo do plicních sklípků či průdušinek, odkud se nesnadno dostávají zpět, proto jsou tyto částice nejnebezpečnější. Částice navíc často obsahují adsorbované karcinogenní či mutagenní sloučeniny.

Vliv pevných prachových částic na lidské zdraví tedy také závisí na přesném složení, protože na povrch částic se mohou sorbovat např. těžké kovy nebo polycyklické aromatické uhlovodíky s jejich deriváty (o kterých je pojednáno v samostatných kapitolách) a tím by docházelo k synergickému efektu a toxicita by se výrazně zvyšovala.

Přesné složení částic se významně liší podle způsobu jejich vzniku. Obecně lze však konstatovat, že inhalace částic PM2,5 poškozuje především dýchací soustavu. Při krátkodobé expozici může docházet k vyššímu počtu zánětlivých onemocnění plic či průdušek, dle některých studií i k nepříznivým účinkům na srdečně cévní systém. Při dlouhodobé expozici může docházet k snížení plicních funkcí, snížení imunity (častá nemocnost), k vyššímu počtu chorob dolních cest dýchacích a k zvýšení výskytu chronické obstrukční plicní nemoci (CHOPN) či k vzniku astmatu.

Toxicky působí také chemické látky obsažené v aerosolu (sírany, amonné ionty). V důsledku adsorpce organických látek s mutagenními a karcinogenními účinky může expozice PM2,5 způsobovat rakovinu plic (IARC - skupina 1), avšak mechanismy působení komplexních směsí nejsou dosud dobře popsány.

Prachové částice v ovzduší přinášejí především zdravotní rizika pro člověka a ostatní živé organismy. Toxicitu částic PM2,5 způsobují hlavně chemické látky obsažené v aerosolu. V roce 2013 zařadila Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) prašný aerosol mezi prokázané lidské karcinogeny skupiny 1.

Čtěte také: Hlukové znečištění a velryby

Zdroje znečištění

Určité množství prachových částic v atmosféře je přirozené, problém nastává v okamžiku, kdy se jejich množství neúměrně zvyšuje. Prachové částice mohou být emitovány ze zdroje přírodního, např. při sopečné činnosti, nebo ze zdroje antropogenního (způsobeného člověkem), např. při spalování fosilních paliv, dopravě atd.

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.

Mezi nejvýznamnější antropogenní zdroje patří lokální topeniště (ty se na znečištění podílí téměř 34 %), spalovací procesy, hlavně v automobilových motorech a elektrárnách, zemědělské práce, těžební činnosti atd.

Smog a inverze

Slovo smog se odvozuje ze dvou anglických slov: smoke - kouř a fog - mlha. V původním významu se jako smog označovala mlha znečištěná kouřem. V současné době se však jako smog označuje obecně silné znečištění ovzduší.

Rozlišují se dva typy smogu, londýnský a losangeleský. Londýnský (zimní smog nebo redukční) odpovídá původnímu významu pojmu smog, je směsí mlhy a kouře a obsahuje zejména oxid siřičitý (SO2), oxidy dusíku a polétavý prach, které jsou typickými produkty spalování uhlí. Losangeleský smog, nebo též fotochemický, oxidační nebo letní naproti tomu neobsahuje mlhu ani kouř. Jeho vznik je typický za horkých letních dnů a má původ především ve výfukových plynech automobilů.

Zákon č. 201/2012 Sb., o ochraně ovzduší definuje v ustanovení § 10 odst. 1 „smogovou situaci“ jako stav mimořádně znečištěného ovzduší, kdy úroveň znečištění oxidem siřičitým, oxidem dusičitým, částicemi PM10 nebo troposférickým ozonem překročí některou z prahových hodnot uvedených v příloze č. 6. Vznik smogové situace a její ukončení vyhlašuje ministerstvo neprodleně ve veřejně přístupném informačním systému a v médiích.

Za normálních podmínek teplota vzduchu s výškou klesá (cca 0,5 °C na každých 100 m výšky). Opačný stav, kdy teplota vzduchu s výškou stoupá, označujeme jako inverzi. Inverze vzniká nejčastěji v zimě, kdy Slunce přes den nestačí ohřát zemský povrch, od kterého by se následně ohřál vzduch při zemi. Studený vzduch, který je těžší než teplý nad ním, nemá důvod proč by stoupal, kouř a spaliny se nemohou rozptýlit do vyšších vrstev atmosféry. Vzniká tzv. poklička a dochází k nahromadění všech škodlivin v dýchací vrstvě atmosféry.

Vzniká tehdy, poklesne-li teplota vzduchu pod teplotu rosného bodu. Skládá se z malých vodních kapiček nebo drobných ledových krystalků rozptýlených ve vzduchu. Mlha se od oblaku odlišuje pouze tím, že se dotýká zemského povrchu, zatímco oblak nikoliv.

Inverze i mlha ze své podstaty mohou být faktorem, který zabraňuje rozptýlení škodlivin vznikajících v daném místě a mohou tedy být jednou z příčin vzniku smogové situace.

Jak se chovat při smogové situaci

Všichni, kteří žijí a podnikají v lokalitě, kde nastala smogová situace, by měli svým jednáním minimalizovat množství vypouštěných škodlivin do ovzduší. Velké průmyslové a energetické zdroje musejí v těchto dnech být provozovány podle schválených regulačních řádů.

Občané by měli být více ohleduplní ke svému okolí a zejména ve dnech zvýšeného znečištění používat ve svých domácích topeništích ekologická paliva (např. suché dřevo, brikety). Dřevo určené k topení nesmí být mokré, ale ideálně 1 - 2 roky uskladněné na otevřeném vzdušném místě.

Emise a imise

V ochraně ovzduší rozlišujeme dva základní druhy měření - emisní a imisní. Emisní měření se provádí přímo u zdroje znečištění, imisní měření se provádí v okolí zdroje znečištění, nebo v dané lokalitě.

Měření částic PM10 v ovzduší má dva výstupy: 24hodinový průměr, kde imisní limit činí 50μg.m-3 (smí být překročen max. 35x za rok), a roční průměr v hodnotě 40μg.m-3 , který nesmí být překročen.

Velké firmy a provozy v našem okolí, zejména ty, které mají integrované povolení, musí plnit přísné emisní limity dané zákonem a platí poplatky za znečišťování ovzduší.

Než se pustíme do dat o znečištění vzduchu v Česku a do konkrétních látek, které ho způsobují, připomeňme si rozdíl mezi základními pojmy emise a imise. První výraz označuje znečišťování, tedy vypouštění škodlivin do ovzduší, druhý pak znečištění, tedy škodlivé látky rozptýlené v ovzduší.

• Emise: Označuje množství škodlivin vypouštěných daným zdrojem do ovzduší. Uvádí se v jednotkách hmotnosti za rok (t/rok). Emisní limity - tedy nejvyšší povolené koncentrace - jsou určovány jak specificky pro jednotlivé zdroje, které je vypouštějí, tak obecně pro konkrétní znečišťující látky.
• Imise: Vyjadřuje stav znečištění, tedy koncentraci škodlivin v ovzduší. Imise vznikají rozptylem a promícháním emisí v atmosféře. Imise se měří sítí imisních stanic a aktuální hodnoty je možné zjistit na stránkách ČHMÚ.

Které látky v ovzduší sledujeme?

• PM10 a PM2,5: Zkratky, za kterými se skrývá polétavý prach (z anglického pojmu “particulate matter”). Ten ovlivňuje zdraví více lidí než kterákoli jiná škodlivina. Částice nesou své označení podle velikosti v mikrometrech (µm) a právě částice menší než 10 µm jsou pro naše zdraví nejškodlivější, protože se nezachytí např. v nose, usazují se na průduškách a mohou způsobovat zdravotní problémy. Polétavý prach obsahuje sírany, amonné soli, uhlík, různé kovy, dusičnany, některé toxické organické látky nebo polyaromatické uhlovodíky.
• BaP: Benzo[a]pyren se v ovzduší vyskytuje převážně navázaný na jiné částice a je vhodným ukazatelem znečištění ovzduší polyaromatickými uhlovodíky (PAH). Mezi jeho hlavní zdroje v ČR patří vytápění domácností a silniční doprava (tedy nedokonalé spalování). PAH představují skupinu látek, z nichž řada má toxické, mutagenní či karcinogenní vlastnosti. Patří mezi tzv. endokrinní disruptory, tedy látky poškozující funkci žláz s vnitřní sekrecí, tlumí náš imunitní systém a ovlivňují růst plodu. Prenatální expozice PAH může souviset s výrazně nižší porodní váhou a pravděpodobně také s negativním ovlivněním kognitivního vývoje dětí.
• NO2: Oxid dusičitý je agresivní prudce jedovatý plyn, jehož koncentrace nad 200 μg/m3 může způsobovat vážné záněty dýchacích cest a souvisí s výskytem bronchitidy a astmatu u dětí. Vzniká ve spalovacích motorech a jeho koncentrace v ovzduší proto kulminuje v dobách dopravní špičky. Spolu s kyslíkem a těkavými organickými látkami přispívá k tvorbě přízemního ozonu a díky tomu také tzv. fotochemického smogu.
• O3: Přízemní ozon je jednou z hlavních příčin fotochemického smogu. Vzniká fotochemickou reakcí slunečního svitu a nečistot (např. oxidů dusíku) z automobilů nebo průmyslu. Proto je znečištění ozonem nejčastější během slunečných dní. Koncentrace ozonu v ovzduší může způsobovat dýchací problémy, astma, omezovat činnost plic nebo způsobovat plicní choroby. Řada studií dokázala, že pouhých 10 µg/m3 zvyšuje úmrtnost o 0,3 %.
• SO2: Oxid siřičitý vzniká spalováním fosilních paliv nebo zpracováváním minerálních rud obsahujících síru. SO2 ovlivňuje dýchací soustavu a funkci plic a způsobuje podráždění očí. Koncentraci převyšující 500 µg/m3 by např. člověk s astmatem neměl být vystaven déle než 10 minut, po kterých začíná pociťovat problémy s dýcháním.

Podle ČHMÚ je stejně jako v Německu i v českých podmínkách silniční doprava významným zdrojem suspendovaných částic, bezo(a)pyrenu, oxidů dusíku a oxidu uhelnatého.

Podíl osobních automobilů s dieselovým motorem v ČR vzrostl z 6,4 % (185 783 vozů) v roce 1994 na 36,8 % (1 954 086 vozů) v roce 2016. Jedná se tak o více než desetinásobek, zatímco počet benzínových osobních aut vzrostl pouze o 20 %. Obdobný vývoj proběhl ve většině evropských zemí a do roku 2015 stoupl podíl dieselů v EU na 42 %. Po roce 2015 se však trend kvůli aféře Dieselgate obrátil a prodeje automobilů s dieselovými motory nyní klesají - za první dva měsíce letošního roku je jejich podíl na nově registrovaných osobních automobilech v ČR pouze 33 %.

Imisní limity v Česku a doporučení WHO

Imisní limity v Česku vycházejí ze směrnic EU, které jsou ovšem výrazně vyšší, než limity navrhované Světovou zdravotnickou organizací (WHO). Ty vycházejí z velkého počtu epidemiologických studií zpracovávajících dopady znečištění ovzduší na lidské zdraví a představují prahové hodnoty zdraví ohrožujících koncentrací nejvýznamnějších druhů škodlivin. Laicky řečeno - ani ve chvíli, kdy v Česku smogová situace není vyhlášena, neznamená to, že dýcháme čistý a zdraví neohrožující vzduch.

Analýza ročních průměrných koncentrací imisí jednotlivých látek v roce 2016 v porovnání s příslušnými limity ČR a směrnicemi WHO dopadla pro všechny škodliviny prakticky stejně: S výjimkou NO2 jsou koncentrace všech látek naměřeny v hodnotách, které mají (podle WHO) dopad na lidské zdraví, a to na významném množství měřících stanic v ČR. Situace je nejlepší u oxidu dusičitého, kde roční zákonný limit 40 μg/m3 (shodný s WHO) nebyl v roce 2016 dodržen pouze na 4 dopravně významně zatížených stanicích z celkového počtu 96 (tj. 4 %). Největším problémem je naopak benzo[a]pyren. Zákonný roční limit 1 μg/m3 byl překročen na 31 z 44 stanic (tj. 71 %), na stanicích na Ostravsku i několikanásobně. V tomto případě je prakticky jediným viníkem lokální vytápění domácností (které tvoří 97,3 % emisí BaP v ČR).

V případě PM10 byl zákonný roční limit 40 μg/m3 porušen pouze v Ostravě-Radvanicích, hodnota WHO 20 μg/m3 však byla překonána na všech 40 nejvíce znečištěných stanicích a celkově na 108 ze 152 stanic v ČR (71 %). U PM2,5 je situace obdobná. Zákonný roční limit 25 μg/m3 byl porušen na 9 stanicích v Moravskoslezkém kraji a v Děčíně, hodnota WHO 10 μg/m3 však byla překonána na všech 47 nejvíce znečištěných stanicích a celkem na 80 z 81 stanic v ČR (99 %).

Smogová situace je stav mimořádně znečištěného ovzduší, kdy úroveň znečištění oxidem siřičitým, oxidem dusičitým, částicemi PM10 nebo troposférickým ozonem překročí některou z tzv. informativních prahových hodnot uvedených v zákoně č. 201/2012 Sb., o ochraně ovzduší. Nejčastěji u nás nastává smogová situace kvůli vysokým koncentracím PM10. Vyhlašuje se v případě, že alespoň na polovině měřicích stanic v dané oblasti překročí dvanáctihodinový průměr těchto škodlivin hodnotu 100 μg/m3 a v horizontu 24 hodin se nepředpokládá jeho pokles.

Podle odhadů Světové zdravotnické organizace (WHO) v důsledku vystavení znečištěnému vzduchu ročně zemře na celém světě přibližně 7 milionů lidí. To je asi každé osmé úmrtí. Téměř polovina (3,7 mil.) z těchto případů je přitom způsobena právě znečištěním venkovního vzduchu (které se ovšem u části úmrtí kombinuje i s vnitřním znečištěním). Nejedná se přitom jen o respirační onemocnění. Výzkumy WHO odhalily silnou spojitost mezi znečištěním ovzduší a kardiovaskulárními chorobami jako je mrtvice a ischemická choroba srdeční, nebo také rakovinou. Právě ischemické srdeční choroby (nedokrvení srdečního svalu) a mrtvice tvoří 80 % úmrtí v důsledku znečištění, až za nimi jsou plicní nemoci, rakovina plic nebo infekce dolních cest dýchacích.

Nedostatečná opatření pro zlepšení kvality ovzduší hrozí mimo jiné i sankcemi ze strany Evropské unie. Pro polské podniky donedávna platily výjimky, díky kterým mohly vypouštět do ovzduší více škodlivin než továrny na české straně hranice. Zatímco podniky v Česku byly nuceny dodržovat limit 20 mikrogramů na metr krychlový a i v dobách krize tak musely investovat do technologií na snižování emisí, továrny na druhé straně hranice měly limit až na 100 mikrogramech na metr krychlový. Investovat proto budou muset až nyní, navíc pod přísnějším dohledem ze strany EU.

Obecně je smog charakterizován jako chemické znečištění atmosféry způsobené lidskou činností, které je již zpravidla škodlivé pro lidské zdraví. Literatura popisuje dva typy smogových situací a to zimní a letní smog.

• Letní smog (někdy se také označuje jako fotochemický, losangeleský nebo oxidační) se tvoří z oxidů dusíku a uhlovodíků, jejichž zdrojem jsou především výfukové plyny z autodopravy. Tyto látky reagují za slunečního záření v létě a vzniká tzv. přízemní ozon, který má škodlivé účinky na lidské zdraví. Maxima dosahuje v poledne a odpoledních hodinách.
• Zimní smog (někdy se označuje jako londýnský nebo redukční) vzniká převážně na podzim a v zimě v průmyslových aglomeracích nebo v hustě osídlených oblastech z klasických škodlivin a zesilují ho teplotní inverze a bezvětří. Za normálních podmínek teplota vzduchu s výškou klesá (cca 0,5 °C na každých 100 m výšky). Opačný stav, kdy teplota vzduchu s výškou stoupá označujeme jako inverzi. Inverze vzniká nejčastěji v zimě, kdy Slunce přes den nestačí ohřát zemský povrch, od kterého by se následně ohřál vzduch při zemi. Studený vzduch, který je těžší než teplý nad ním, nemá důvod proč by stoupal, kouř a spaliny se nemohou rozptýlit do vyšších vrstev atmosféry. Vzniká tzv. poklička a dochází k nahromadění všech škodlivin v dýchací vrstvě atmosféry.

Všichni, kteří žijí a podnikají v lokalitě, kde nastala smogová situace by měli svým jednáním minimalizovat množství vypouštěných škodlivin do ovzduší. Provozovatelé velkých průmyslových a energetických zdrojů musejí v těchto dnech provozovat podle schválených regulačních řádů. Občané by měli být více ohleduplní ke svému okolí a zejména ve dnech zvýšeného znečištění využívat ekologická paliva (např.

Smogová situace je stav mimořádně znečištěného ovzduší, kdy úroveň znečištění oxidem siřičitým, oxidem dusičitým, částicemi PM₁₀ nebo troposférickým ozonem překročí některou z prahových hodnot uvedených v příloze č. 6 zákona č. 201/2012 Sb., o ochraně ovzduší za podmínek uvedených v této příloze. V České republice máme dvoustupňové signály pro přípravu nebo zahájení regulačních opatření. Signál nižšího stupně (informativní prahová hodnota) upozorňuje provozovatele zdrojů znečišťování ovzduší, že může v nejbližší době nastat regulace zdrojů a je nutné se na tuto situaci připravit.

Smog je obecné označení pro chemické znečištění ovzduší, které vzniklo ze spojení anglických označení pro kouř a mlhu (smoke, fog). Letní smog, jinak známý také jako smog oxidační, losangeleský či fotochemický, vzniká spalováním kapalných a plynných paliv za vysoké teploty - jeho hlavním původcem je především automobilová doprava. Má silné oxidační, toxické a dráždivé účinky. Zimní smog, neboli londýnský, vzniká sloučením mlhy s oxidy síry a dalšími látkami, které se tvoří spalováním. Proto se tento typ objevuje zejména v městské zástavbě v zimních měsících, kdy lidé nejvíce topí. Zesilují jej navíc inverze, kdy teplota stoupá s nadmořskou výškou a nedochází k vertikálnímu proudění vzduchu. Smog živým organismům škodí.

Tuhé znečišťující látky TZL - inhalace pevných prachových částic poškozuje především kardiovaskulární a plicní systém. Účinek těchto částic na lidský organismus závisí na délce vystavení organismu jejich působení - na tzv. době expozice a na velikosti částic. Dochází k vyššímu počtu zánětlivých onemocnění plic, při dlouhodobé expozici dochází k snížení plicních funkcí dětí i dospělých, k vyššímu počtu chorob dolních cest dýchacích. Větší částice se zachycují na chloupcích v nose a nezpůsobují větší potíže. Částice menší než 10 µm pronikají dolních cest dýchacích. Čím jsou částice menší, tím hlouběji do organizmu pronikají, a tím větší je riziko jejich negativního zdravotního dopadu.

Tabulka 1: Imisní limity v ČR a doporučení WHO

tags: #znecisteni #ovzdusi #troposferickym #ozonem #priciny #dusledky

Oblíbené příspěvky:

• Jak otevřít čistič odpadu Domol
• Třídění odpadu
• Prohlášení výrobce o emisi
• Ohrožení biodiverzity v Česku
• Akreditovaný kurz pro učitele ZŠ