spolupracující organizace

  

 

 

Vznik a původ

  

VZNIK A PŮVOD PRACHOVÝCH ČÁSTIC

Úvod do problematiky – emise a imise

Suspendované částice se staly velmi frekventovaným výrazem. Působí problémy jak na globální, kontinentální, regionální tak i místní úrovni někdy i v mikroměřítku.
Prachové částice byly původně měřeny jako prašný spad Metodou sumační pomocí masovek s NPK 150t/km2/rok. Metoda byla jednoduchá a kromě hmyzu zachytávala všechno co padalo k zemskému povrchu. Další metodou bylo již použití plynoměru, čerpadla a filtru na který se zachytávali veškeré prachové částice a gravimetricky vyhodnocováno.Tato metoda přežívá dodnes jako metoda TSP a stala se metodou referenční při použití separačních sond..Dalším vývojovým krokem byla separace částic s již známými PM 10, PM 2,5 a PM1. Snad největší zlom nastal při kontinuálním měření separovaných částic s možností velmi krátkého úseku měření.
Propojení těchto metod s pokročilou instrumentální technikou a meteorologickými charakteristikami umožnilo významný pokrok ve studiu vzniku, přenosu a tvorby prachových částic jak v komunálním tak i ve vnitřním prostředí..
 

 

Částice jsou zdrojem emitovány (emise – množství částic vyprodukované zdrojem za časové období – nejčastěji uváděny v t/rok). V ovzduší jsou rozptýleny a stávají se z nich imise (koncentrace částic – množství částic v určitém objemu vzduchu – nejčastěji µg*m-3).

Prachové částice emitované do ovzduší mají různou velikost, tvar, chemické složení a jsou emitované z různých zdrojů antropogenního nebo environmentálního původu.
 

 

Výskyt částic ve venkovním prostředí:

 

 

Vývoj emisí částic v ČR a kraji Vysočina

Obr. 1 – Vývoj emisí TZL v ČR

Z obrázku je patrné, že od roku 1990 poklesly emise tuhých znečišťujících látek (TZL) zhruba na 1/10 svého množství. Největší podíl na tomto poklesu má „odprášení“ největších zdrojů v 90. letech 20. století (zejména těžký průmysl a energetika). V současnosti již vyprodukují v kraji Vysočina více TZL malé zdroje – domácnosti a rodinné domky, které mají na svědomí asi třetinu všech emisí TZL.

Situaci v kraji Vysočina dokumentuje následující obrázek a tabulka – emise jsou rozděleny dle jednotlivých ORP a dále dle jednotlivých kategorií zdrojů.
 

Obr. 2 – Vývoj základních znečišťujících látek v kraji Vysočina

 

Obr. 3 – Emise v jednotlivých ORP kraje Vysočina

 

PRACHOVÉ ČÁSTICE ANTROPOGENNÍ PŮVOD – zdroje většinou již registrované v registru REZZO (Registr Emisí a Zdrojů Znečišťování Ovzduší)
 

Registr emisí a zdrojů znečišťování emisí (REZZO) je centrálním registrem, v němž jsou evidovány údaje o emisích a další technické údaje o provozu zdrojů znečišťování ovzduší.
Registr emisí a zdrojů znečišťování zajišťuje ministerstvo a jeho vedením může pověřit jím zřízenou právnickou osobu - § 13, odst. (1) Zákona o ovzduší č. 86/2002 Sb. Vedením registru je od r. 1992 pověřen Český hydrometeorologický ústav.
V souladu se zákonem č. 309/1991 Sb. i novým zákonem č. 86/2002 Sb. jsou zdroje znečišťování ovzduší v REZZO rozděleny do jednotlivých kategorií. Údaje o provozovnách a provozu zdrojů, jejich emisích a dalších technických údajích jsou vedeny v samostatných registrech (databázích) členěných podle následující tabulky. Podle tohoto rozdělení jsou v rámci Informačního systému kvality ovzduší (ISKO), provozovaného v ČHMÚ, zavedeny jednotlivé databáze REZZO 1 - 4, které slouží k archivaci a prezentaci údajů o stacionárních a mobilních zdrojích znečišťování ovzduší.

 

Obr. 4 – Kategorie zdrojů

 

Samostatnou část tvoří údaje pro mobilní zdroje (REZZO 4), které nemají v současné době podobu kompaktní databáze a jsou vedeny v tabulkové formě.

Uvedené údaje tvoří doposud jediný kompletní systém, z nějž lze čerpat informace o provozu zdrojů znečišťování ovzduší. Individuální informace o znečišťování ovzduší lze najít také u jednotlivých provozovatelů zdrojů (internetové stránky, výroční zprávy apod.), pravidelně jsou některé souhrnné celorepublikové i regionální informace publikovány Českým ekologickým ústavem (ČEU) a Českým statistickým úřadem (ČSÚ). Dílčí systémy archivující informace o zdrojích znečišťování ovzduší (vymezené územně) vznikly v průběhu minulých let také na jednotlivých OI ČIŽP zejména z údajů poplatkové agendy a z předaných protokolů o měření emisí. Obdobné datové sady vznikají v současnosti také na krajských úřadech. Pro naplnění nově vznikajících krajských databází bude využita centrální databáze REZZO a její standardní sestavy E333 a E329.
Pro zařazení jednotlivých provozoven do REZZO platí zásada nejvyšší kategorie, tzn. že provozovna je zařazena do REZZO podle nejvyšší kategorie provozovaného zdroje znečišťování ovzduší, nacházejícího se v areálu provozovny. Tato zásada je v souladu s § 19 odst. 7 Zákona o ochraně ovzduší. Zavedení samostatné skupiny REZZO pro zvláště velké zdroje je v současné době správcem registru zvažováno

Celková imisní zátěž suspendovanými částicemi je tvořena třemi způsoby (zdroji, původci):

 primární emise z liniových, bodových a plošných zdrojů znečišťování ovzduší
 re-emise sedimentovaných částic
 tvorba sekundárních částic z plynných prekurzorů (krystalky síranů, dusičnanů a částečně i VOC)

Nedostatečně uchopitelná je emise z větrné eroze, u které při stanovování převládají pouze exaktní metody.
 

Obr. 5 – Podíl jednotlivých kategorií zdrojů na celkových emisích TZL v kraji Vysočina

 

Z obrázku je patrné, že nejvíce se na prašných emisích podílí doprava (do které je však započtena i re-emise – opětovný vznos již jednou sedimentovaných částic vlivem víření dopravou – činí až 40% emisí dopravy !!!), avšak již na druhém místě jsou malé zdroje (REZZO 3) – domácnosti a rodinné domky, které přestože jsou v provozu pouze v chladném období roku vyprodukují více emisí, než všechny ostatní stacionární zdroje v kraji dohromady (REZZO1 a REZZO 2), přestože jsou v provozu celoročně. Domácnosti vyprodukují zhruba třetinu všech tuhých látek v kraji, ostatní stacionární zdroje necelou pětinu.
Situace není v celém kraji stejná – v jednotlivých ORP jsou zdroje různě zastoupené, a tak v některých dominuje doprava, v jiných např. malé zdroje – domácnosti, jak ukazuje následující obrázek.

 

Obr. 6 – podíl kategorií zdrojů na emisích TZL v jednotlivých ORP kraje Vysočina

 

 

REZZO 1 Zvláště velké a velké zdroje

Významných změn dosáhly emise REZZO1 zejména v oblasti tuhých znečišťujících látek. Instalací nových technologií a filtračních zařízení popř. změnou skladování poklesly emise v roce 2007 o zhruba 40% oproti roku 2006. Zajímavé pak z hlediska emisí a kvality ovzduší budou roky 2008 a 2009, kdy se na zdrojích může projevit dopad hospodářské recese.
V měřítku kraje Vysočina se na emisích TZL podílejí zdroje REZZO1 cca 10%, na emisích SO2 cca 20%, na emisích NOx zhruba 10%, na emisích CO asi 5%, na emisích VOC necelými 10% a na emisích NH3 necelými 25%. V kraji Vysočina se REZZO1 podílí cca 9% na celkových emisích TZL.
 


 Obr. 7 – velké zdroje před odprášením a odsířením

 

Obr. 8 – Elektrárna Chvaletice

 

Obr. 9 – Bodově umístěné zdroje REZZO 1 v kraji Vysočina

 

 

REZZO 2 střední zdroje


Jedná se o stacionární zařízení ke spalování paliv o tepelném výkonu od 0,2 do 5 MW (od kotelen až po střední průmyslové zdroje), zařízení závažných technologických procesů, uhelné lomy a plochy s možností hoření, zapaření nebo úletu znečišťujících látek. Sledují se jednotlivě. Podobně jako u REZZO 1 jsou data aktualizována pomocí formulářů.
Tyto zdroje se v kraji podobně jako zdroje REZZO1 podílí necelými 10 % na celkových emisích TZL. Vzhledem k jejich vysokému množství nejsou zdroje v následující mapce zobrazeny bodově, ale nasčítány podle obcí, kde jsou jednotlivé provozovny.

Obr. 10 – Emise REZZO 2 v kraji Vysočina

 

REZZO 3 malé zdroje

 

V kraji Vysočina jsou velmi důležitým faktorem z hlediska kvality ovzduší tzv. malé zdroje, zejména tedy lokální topeniště v domácnostech. Tato situace mimo jiné souvisí s plynofikací kraje, která se pohybuje na hranici 80%.

 

Obr. obr.11 – Plynofikovanost kraje

 

Na výše uvedeném obrázku je zobrazen stav plynofikace v kraji – zelenou barvou jsou vyneseny plynofikované obce, červenou barvou pak neplynofikované. Bohužel i v plynofikovaných oblastech neprobíhá vytápění domácností pouze plynem, ale také pomocí pevných paliv a bohužel i spoluspalováním odpadů.

Z hlediska emisí jsou malé zdroje majoritním emitentem SO2, CO, VOC a NH3 v kraji Vysočina. V případě TZL jsou na druhém místě za emisemi z dopravy, avšak co se množství týče, vyprodukují malé zdroje v kraji Vysočina více tuhých znečišťujících látek, než zvláště velké, velké a střední zdroje dohromady.

Za velkým množstvím emisí TZL z REZZO3 stojí rovněž typ paliva – i v oněch 80% plynofikovaných obcí není vždy používán plyn jako palivo kvůli vyšší ceně – proto se požívají zejména tuhá paliva produkující velké množství TZL. Tato paliva jsou relativně levnější – jejich cena se prodraží až následnou léčbou onemocnění souvisejících se zvýšenými koncentracemi částic v ovzduší.
Situace je o to horší, že kromě fosilních tuhých paliv jsou spoluspalovány i odpady. Díky tomu se do ovzduší dostává spousta dalších škodlivin, zejména polyaromatické uhlovodíky a další organické sloučeniny, jako je např. formaldehyd. Tyto látky byly rovněž během kampaně měřeny a byla nalezena souvislost mezi meteorologickými podmínkami (zejména teplotou) a koncentracemi těchto škodlivin. Ukázalo se, že nejvyšší koncentrace těchto škodlivin se vyskytují v ovzduší při nízkých teplotách, tedy v období, kdy se musí v lokálních topeništích topit. Naopak v teplém období, kdy jsou všechny mobilní i stacionární zdroje mimo lokálních topenišť na zhruba stejné úrovni, jsou koncentrace formaldehydu i polyaromátů nižší.
Malé zdroje se tak stávají nejožehavějším problémem z hlediska zlepšování kvality ovzduší. Zvláště velké, velké a střední zdroje jsou kontrolovány a nuceny snižovat emise díky novým BAT technologiím. Opatření v dopravě jsou realizována sice pomaleji, avšak zejména co se vymísťování dopravy z obydlených oblastí (obchvaty měst), či zvyšování plynulosti dopravy, jde o významné zlepšení kvality ovzduší. V případě malých zdrojů – domácností – však zatím žádná opatření nefungují, zejména proto, že není možné kontrolovat, co kdo spaluje a jak se stará o svůj majetek. Jediným možným způsobem, jak ovlivnit alespoň částečně tento sektor, je vzdělávání obyvatelstva odborníky z oboru či vysvětlování těchto principu na školách.

 

Obr. 12 – Vliv jednotlivých zdrojů na kvalitu ovzduší

 

Výše uvedený obrázek velmi dobře reprezentuje jak se jednotlivé zdroje podílí na kvalitě ovzduší. Na poměrně malém území stály 3 kontinuální stanice, které se lišily svým zaměřením. Modrá křivka reprezentuje městské pozadí v Jihlavě – sídliště napojené na centrální zásobování teplem (CZT). Červená křivka reprezentuje malou obec bez CZT, ve které jsou spalovány pevná paliva (+ odpad) a zelena křivka reprezentuje dopravou velmi zatíženou oblast (křížení D1 a silnice první třídy na Havlíčkův Brod). V grafu je patrný vzestup koncentrací dopravní stanice při ranní špičce a poté odpolední špička, která je částečně maskována malými zdroji. Důležitá však je červená křivka – zatímco jsou dopoledne lidé v práci, tak jsou koncentrace velmi podobné té Jihlavské (modrá), avšak zhruba od 15:00 je patrný příchod lidí z práce a zatápění v rodinných domcích – modrá a červená křivka se rozejdou a naopak červená se přiblíží zelené – zatopením si lidé přivodili stejné koncentrace, jaké by dýchali kdyby stáli u D1.

Domácnosti a kvalita ovzduší
Malá sídla se stala jedním z největších zdrojů benzo(a)pyrenu a pevných částic. Lokální zdroje se podílí na emisích pevných částic v ČR (30%). Tyto malé částice o velikosti řádově v µm jsou svojí povahou aktivními nosiči cizorodých látek a zajišťují pasivní transport toxických komponent až do plicních alveol.
Z hlediska imisí a kvality ovzduší se malé zdroje podílí na překračování imisního limitu pro 24hodinovou koncentraci PM10 a dále na překračování cílového imisního limitu pro průměrnou roční koncentraci benzo(a)pyrenu. Jediným možným způsobem, jak zapůsobit na provozovatele malých zdrojů (zejména domácností) je osvěta podávaná odborníky v oboru ochrany ovzduší. Nabízí se rovněž proměření kvality ovzduší v několika malých obcí, kde převládá vytápění pevnými palivy a odpadem a jejich srovnání např. s většími městy popř. zatíženějšími oblastmi. Měření by mělo být zaměřeno zejména na suspendované částice PM10, PM2,5, dále pak polyaromatické uhlovodíky popř. těžké kovy.
Chybí obecné povědomí o „nebezpečnosti“ respektive „škodlivosti“ spalování určitých druhů paliv či spalování odpadů v lokálních topeništích, které jsou zdroji těchto toxických látek..
Jediným možným způsobem, jak zapůsobit na provozovatele malých zdrojů (zejména domácností) je osvěta podávaná odborníky v oboru ochrany ovzduší.
Měnit způsob myšlení člověka a tomu odpovídající návyky a zvyky v daném klimatu je úkol náročný a hlavně dlouhodobý - trvalý. Nelze použít formu jednorázových školení, agitací, nátlakových akcí, atp.
 Cesta je ve vytvoření systému trvalého předávání potřebných informací zdůvodňujících potřebu změny a vytváření permanentního tlaku na změnu chování jednotlivce na principu dobrovolného přispívání ke společnému cíli s jednoznačnými pozitivními dopady změn na jeho soukromý život. (motivace - proč ano !!!) Jedná se plošnou akci, do které je nutno zapojit co nejširší veřejnost – téměř každou rodinu zejména s dětmi, jedince s neformální autoritou v dané pospolitosti - obci.

 



 Obr. 13 – Pálení odpadu zamoří částicemi celé okolí

 

Tato osvěta, školení popř. výstavy je možné ko-financovat z fondů EU. Cílem vzdělávání bude v rámci EVVO kvalifikovaným způsobem poskytovat relevantní podklady z oblasti znečišťování ovzduší, sloužící k vybudování ekologického vědomí a odpovědnosti obyvatel malých sídel, kteří si svým chováním sami vytváří nepříznivé podmínky a snižují si dobrovolně kvalitu životního prostředí kde žijí, pracují a tráví převážnou část svého života.
Měnit úroveň kulturnosti národa, i když dobře míněným a potřebným směrem, je v každém případě dlouhodobý úkol vyžadující trvalý proces řízení změn.

 

REZZO 4 mobilní zdroje

Silniční DOPRAVA:
Vliv dopravy na kvalitu ovzduší v ČR je čím dál významnější. Rovněž v zóně Vysočina se majoritně podílí na emisích TZL, NOx a CO a obdobná situace platí i v zájmové oblasti (Obr. 18).
Z hlediska emisí a emisních stropů hrozí nebezpečí překročení v případě NOx, kdy se celkové emise NOx pohybují na hladině 110 % emisního stropu pro rok 2010, přičemž podíl dopravy činí 83% všech emisí NOx. K dosažení emisního stropu v roce 2010 by tak měly napomoci zejména opatření zaměřená na zkvalitnění dopravních prostředků, jako je obměna vozových parků významných autodopravců, podpora vozidel s nízkými emisemi, ale rovněž opatření zaměřená na podporu plynulosti provozu a vymístění významných liniových zdrojů mimo hustě obydlená území.

 

 


 Obr. 4 – Model emisí TZL z dopravy rozpočtený do sítě 1x1 km

 

Z hlediska imisí a kvality ovzduší je nejdůležitější vliv dopravy na koncentrace suspendovaných částic v ovzduší, zejména pak frakci PM10 a PM2,5. V posledních letech byl imisní limit pro 24hodinovou koncentraci PM10 v zóně Vysočina překročen především v nejbližším okolí významných dopravních tahů a dále pak v lokalitách s vyšší intenzitou dopravy. Rovněž stanice imisního monitoringu označené jako dopravní měří nejvyšší koncentrace suspendovaných částic v ovzduší. Tato situace je způsobena jednak primárními emisemi (spalování a exhalace z výfuků, otěry brzd, pneumatik, vozovky atp.) ale velmi důležitá je zde i re-emise, kdy dochází k víření částic a opětovného vnesení částic do ovzduší. Dle modelových výpočtů se re-emise může podílet na koncentracích částic v ovzduší zhruba 40%. Ke snížení koncentrace suspendovaných částic z dopravy tak mohou přispět opatření technická, ale i legislativní. Do první skupiny se opět řadí opatření založená na obměně vozového parku, opatření odvádějící dopravu z nejvíce osídlených oblastí a rovněž opatření zaměřená na úklid vozovek zabraňující re-emisi. Z hlediska legislativního lze na vybraných komunikacích korigovat rychlost (kromě snížených emisí může i významně snížit výskyt kolon). Dále je pak možné řídit vjezd nákladních aut do center měst popř. zvýhodněním MHD snížit počet aut.

Emise tuhých látek z dopravy:

 otěry povrchů komunikací
 otěry pneumatik
 otěry brzdových destiček a mechanických částí vozidel
 saze a pevné částice ve výfukových plynech
 re-emise posypových hmot a sedimentovaných částic

Intenzita provozu na silnicích v kraji Vysočina
V roce 2005 proběhlo na celém území České republiky sčítání dopravy, které organizuje Ředitelství silnic a dálnic ČR v pětiletých periodách. Jednoznačně nejvyšší intenzitou dopravy se na Vysočině vyznačuje dálnice D1, kterou na území kraje denně využívá více než 35 000 vozidel, v úseku Velké Meziříčí – Devět křížů více než 40 000 vozidel. Zhruba 40 – 45 % veškerého provozu na dálnici tvoří nákladní doprava. Počet kamionů na D1 v rámci kraje Vysočina činí 15 – 19 tis. vozidel denně.
Ze silnic první třídy je dopravou nejvíce zatížen úsek silnice č. 34 Pelhřimov - Humpolec (napojení na D1) a úsek silnice č. 38 z Jihlavy do Havlíčkova Brodu, ovšem také další úseky tras těchto silnic se vyznačují nadprůměrnou intenzitou dopravy. Ve srovnání s ostatními komunikacemi prvních tříd je překvapivě pouze průměrně využíván úsek silnice č. 38 z Jihlavy do Moravských Budějovic, jehož zatížení je srovnatelné s některými silnicemi druhých tříd – například s tahem Moravské Budějovice – Třebíč – Velké Meziříčí. Ovšem nejslabší intenzita provozu na silnicích první třídy byla zaznamenána na silnici č. 23 mezi Telčí a Třebíčí, kde v některých úsecích nebyl překročen počet 1 500 vozidel za 24 hodin. Slabší zatížení vykázaly rovněž některé úseky silnic č. 37 mezi Žďárem nad Sázavou a Velkou Bíteší a silnice č. 19 mezi Havlíčkovým Brodem a Bystřicí nad Pernštějnem, resp. Kunštátem v Jihomoravském kraji.
Ze silnic druhé třídy projíždí nejvíce vozidel úseky silnice č. 602 u Jihlavy a Velkého Meziříčí. Intenzitou provozu nad 3 000 projíždějících vozidel denně se vyznačuje silnice č. 150 – Havlíčkův Brod – Světlá nad Sázavou – Ledeč nad Sázavou – hranice kraje Vysočina, č. 405 z Jihlavy do Třebíče (s výjimkou úseku Brtnice Zašovice), úsek silnice č. 406 Kostelec - Třešť – Telč, úseky silnic č. 152 a 360 z Moravských Budějovic přes Třebíč do Velkého Meziříčí, úsek silnice č. 345 z Chotěboře do Ždírce nad Doubravou, úsek silnice č. 351 Třebíč - Dalešice a některé další kratší úseky.

Obr. 15 – Intenzita dopravy v kraji Vysočina

Z intenzit dopravy zobrazených na Obr. 19 je patrné, že v zájmové oblasti je nejvytíženějším místem křížení dálnice D1 a silnice č. 38 z Jihlavy do Havlíčkova Brodu. V těchto místech byla umístěna stanice Automotive Lighting, která také pravidelně měřila nejvyšší koncentrace částic v ovzduší a v rámci denního chodu dobře vykreslovala ranní a odpolední dopravní špičku. Z Obr. 19 je rovněž patrné, že i stanice ve Velkém Beranově mohla být významně ovlivněna dopravou.
Údržba silniční sítě kraje Vysočina

V důsledku dlouhodobého nedostatku finančních prostředků na výstavbu, opravy a údržbu silniční sítě není její stavební stav uspokojivý. Kraj Vysočina, od 1. 10. 2001 vlastník silnic II.a III. tříd v celkové délce 4 578 km, zadal vypracování analýzy – Sledování stavů povrchu vozovek silnic II.a III. tříd v kraji Vysočina. Z této analýzy vyplynulo, že v kraji Vysočina je hodnoceno ve stavu havarijním 22 % silnic, v nevyhovujícím stavu je 32 % silnic, ve vyhovujícím stavu je 9 % silnic, ve stavu dobrém 30 % silnic a ve stavu výborném 7 % silnic II. a III. tříd.
Pro zlepšení stavu silnic II. a III. tříd vynakládá kraj Vysočina každým rokem značné prostředky jak investiční, tak i provozní na provádění rekonstrukcí a souvislých oprav silnic. Přehled vynaložených prostředků kraje Vysočina v letech 2006 až 2008 je uveden v Tab. 19.

Prostředky na krajskou silniční sít na souvislé opravy a investice po okresech kraje Vysočina v letech 2006 - 2008 (v tis. Kč)

 

Tabulka

 

V zájmové oblasti kvalitě ovzduší velmi prospěl obchvat Jihlavy, svádějící tranzit z D1 na Znojmo a Vídeň mimo centrum města Jihlavy a hustě obydlené území. Důležitá je samozřejmě i údržba stávajících komunikací. Nezpevněný či poškozený povrch snadněji podléhá další destrukci či erozi, přičemž uvolněné částice se vlivem resuspenze mohou dostat do ovzduší. Poškozené vozovky rovněž zvyšují otěry a opotřebení pneumatik, brzdového obložení či tlumičů, a tak dalším způsobem zvyšují koncentrace částic v ovzduší.
Neméně důležitý je úklid vozovek a chodníku. Zejména po zimě je třeba co nejrychleji smést posypový materiál, aby nebyl dále drcen a resuspenzí se nedostával do ovzduší. Pravidelná bloková čištění dále zvyšují komfort bydlení a zlepšují životní prostředí v intravilánech obcí.


ENVIRONMENTÁLNÍ PŮVOD prachových částic

 sopky,
 prašné bouře,
 požáry,
 resuspenze
 samovolný vznik prachových částic.

U těchto zdrojů není možná regulace a není možné provádění nápravných opatření

Sopečná činnost a sopky
Sopky svojí činností v minulosti ovlivňovaly globální klima Země a za jejich činností jsou ukryty i zkázy celých civilizací.V současné době začínají na sebe poutat pozornost celé veřejnosti, protože svojí zvýšenou činností jsou schopny měnit novodobý životní styl naší generace.
Evropa se bojí další islandské sopky. „Větší zlá sestra“ zatím spí
19. dubna 2010 17:10
Samotná islandská sopka Eyjafjallajökull v minulosti velkou zkázu nepáchala a nyní to zřejmě nebude jinak. Erupce ale předznamenaly výbuchy vulkánu Katla. Sopky, nazývané "větší zlou sestrou" Eyjafjallajökull.

Poslední dobou se objevuje velké množství dotazů na sopečnou činnost a tak se vám pokusím sopečnou činnost a sopky samotné v tomto článku trošku přiblížit.
Jako sopečná činnost (vulkanismus) se označují všechny povrchové projevy magmatické aktivity jako například vlastní pronikání magmatu (horninová tavenina obsahují plyny a páry) na zemský povrch, kde se pak označuje jako láva, ale také různé exploze plynů a par. S vulkanickou činností jsou také spjaty výrony horkých par a plynů, prameny termálních vod a vulkanickou činnost také často doprovázejí menší zemětřesní (způsobené pohyby magmatu).

Magma vzniká tavením svrchního pláště nebo hornin spodní části zemské kůry za vysokých teplot (650 - 1200°C). Protože teplo potřebné k natavení hornin a vzniku magmatu je k dispozici jen lokálně (stejně jako další podmínky umožňující tavení hornin jako například přítomnost vody), vzniká magma jen v určitých oblastech jako jsou styky jednotlivých litosférických desek nebo hluboké poruchy v zemské kůře (ty umožňují vedení tepla ze zemského pláště). Takto vzniklé magma stoupá vzhůru (díky nižší hustotě) a může se dostat až na povrch a v tom případě dochází k projevům vulkanické činnosti. Také se ale může stát, že veškeré magma utuhne již cestou vzhůru v zemské kůře a tak vznikají magmatická tělesa a nedochází k vulkanické činnosti. Příčiny sopečných projevů na zemském povrchu jsou tedy skryty hluboko v zemském tělese (desítky až první stovky kilometrů).

Sopečná činnost probíhala na Zemi ve všech obdobích její minulosti a probíhá dodnes. Na Zemi vznikají vulkanické horniny i dnes tuhnutím láv (jako láva se označuje magma vylité na zemský povrch), ale také najdeme horniny sopečného původu z období prekambria. Dnes můžeme na zemském povrchu pozorovat i morfologické projevy vulkanické činnosti (např. sopečné kužele), ale čím více se ponoříme do minulosti tím méně informací o samotných projevech vulkanické činnosti máme a někdy dokonce víme jen to, že nějaká sopka vůbec existovala (díky výskytu utuhlých láv nebo usazených sopečných vyvrženin (jako např. sopečný popel) v sedimentech (usazených horninách).

K výlevům dochází (a v minulosti docházelo) jak na souši tak i v mořích a oceánech. V případě výlevů lávy pod vodní hladinou (tzv. subakvatické výlevy) dochází k velmi rychlému chladnutí a vznikají tzv. polštářové lávy. Někdy nastane i případ, že podmořská sopka vyroste do takové výšky, že se dostane až nad hladinu - jako například Havajské ostrovy (ty vznikají nad horkou skvrnou v plášti, kde dochází k tavení magmatu, které stoupá skrze oceánskou zemskou kůru až na dno oceánu, ale zároveň se oceánská deska posouvá a tak vzniká řada vulkanických ostrovů).

Místo kde proniká magma a vulkanické plyny na povrch (nebo kde se tak stalo v minulosti) se označuje jako sopka - vulkán. Jak jsem již naznačil sopky vznikají jak ve vodním tak i suchozemském prostředí. Většina lidí si pod sopkou představí sopečný kužel, ale existují různé typy a tvary sopek. Většina sopek však vytváří kopec nebo alespoň mírný pahorek tvořený utuhlou lávou nebo sopečnými vyvrženinami (tzv. pyroklastiky). Ideální sopka se skládá z magmatického krbu, ze kterého vzhůru pokračuje sopouch (poměrně úzká přívodní dráha), která je zakončena kráterem (nebo-li sopečným jícnem), který je na vrcholu sopečného kužele. Sopečná erupce je vyvolána tlakem plynů uvolněných z magmatu a nastává v případě, kdy tlak plynů vyvolává takové napětí, že dojde k násilnému proražení poslední překážky dělící magma od zemského povrchu. Při počátku erupce nejprve unikají plynné látky a teprve poté dojde k samotným výlevům láv.
 

 

řez sopkou.......

 

 

 

Idealizovaný řez sopkou.
Sopky kromě magmatu a plynů vyvrhují i pevné látky - nesoudržné sopečné vyvrženiny tzv. pyroklastika a to zejména ještě před výlevy samotných láv, kdy dochází k erupcím par a plynů, při nichž se do atmosféry dostává velké množství pyroklastického materiálu. Jedná se například o sopečné balvany, které dolétávají až stovky metrů od kráteru, sopečné bomby (pumy) decimetrových rozměrů se sklovitou vrstvou na povrchu, sopečný písek - tzv. lapili o velikosti milimetrů až centimetrů a sopečný popel, který dolétne až do vzdálenosti stovek kilometrů od kráteru. Nezpevněné pyroklastické horniny se souhrnně nazývají jako tefra nebo tufy a pokud se smíchají s jiným usazeným materiálem nesopečného původu jsou označovány jako tufity.

Sopky můžeme rozdělit podle charakteru erupce na explozivní (výbušné) a efuzivní (výlevné). Explozivní sopky jsou způsobeny erupcí plynů. Mívají jen nízké valy z pyroklastik kolem nálevkovitě rozšířeného výbuchového hrdla. Tyto deprese bývají po ukončení aktivní činnosti často zality vodou a označují se jako maary. Efuzivní sopky jsou charakteristické výlevy láv. Také lze dělit sopky podle materiálu na sopky tufové (tvořené nesouvislými sopečnými vyvrženinami), lávové (tvořené lávovými výlevy) a smíšené - stratovulkány (tvořené střídáním lávových výlevů a nahromaděným pyroklastickým materiálem). Podle činnosti lze sopky rozdělit na aktivní a vyhaslé a podle počtu erupcí na monogenetické (vzniklé jedním výbuchem) a polygenetické (vzniklé více výbuchy). Dále lze sopečné erupce rozdělit na centrální (středové), lineární (čárové) a areální (plošné). Centrální erupce jsou zastoupeny nejvíce a jsou to sopky u nichž je magma přiváděno k povrchu sopouchem. Lineární erupce vznikají v případě, že se magma dostává k povrchu po hlubokých puklinách a podobných tektonických strukturách a láva se pak klidně vylévá na povrch, kde vytváří lávové příkrovy (tabulové sopky). Erupce areální vznikají, když se nějaké magmatické těleso dostane do blízkosti povrchu a dojde k protavení nadložních hornin tak, že se magma v tekutém stavu dostane až na zemský povrch. Když taková tělesa posléze utuhnou mají na povrchu charakter výlevných hornin, ale do hloubky se mění v horniny hlubinného charakteru. V současné době není nikde na Zemi aktivní žádná areální erupce.



U centrálních erupcí můžeme rozlišit čtyři typy sopek:
• Havajský typ (štítová sopka) - jedná se více méně ploché sopky o velkém průměru budované vysoce tekutými bazaltovými lávami. Sopečné erupce nejsou hojné a také vzniká málo pyroklastik
 

 

obrázek SOPOUCH.........................

 

 

• Strombolský typ (stratovulkán) - sopka se sopečným kuželem, který je tvořen střídáním lávových proudů a vrstev nahromaděného pyroklastického materiálu.

 

 

obrázek Sopečné vyvřeliny.....................

 

 

• Vulkánský typ - produkovány jsou méně tekuté lávy, které jsou neustále rozrušovány výbuchy plynů, a jejich kužely se tedy skládají více méně z pyroklastik.

 

 

obrázek...................................

 

 

• Peléský (katmajský) typ - z kráteru je vytlačována velmi tuhá láva v podobě žhavé jehly a většinou také vznikají žhavá mračna sopečného popela, která se valí dolů po svahu sopky.

 

 

 

obrázek....................

 

Také se stává, že po velkém výbuchu nebo po vyčerpání magmatu z magmatického krbu dochází k propadnutí svrchní části sopečného aparátu a vzniká tak tzv. kaldera (sopečné jezero).

 

obrázek............................

 

Kráterové jezero v Oregonu (v kaldeře po původní sopce vzniká nová sopka).

 

 

obrázek................................

 

Schéma vzniku kaldery.
Sopečná činnost je doprovázena dalšími procesy jako je například zemětřesení, hydrotermální aktivita (vznik gejzírů a horkých pramenů) a výrony sopečných plynů, které se uvolňují při odplynění (degazaci) magmatu, a jedná se zejména o vodní páru, oxid uhličitý, dusík, oxidy síry, páry kyselin chlorovodíkové a fluorovodíkové atd. Podle teplot lze rozdělit výrony plynů na fumaroly (200 - 800°C, převažují páry kyseliny chlorovodíkové, dále jsou obsaženy oxid siřičitý, sirovodík a přehřátá vodní pára), solfatary (100 - 200°C, vodní páry s příměsí sirovodíku, oxidu siřičitého a oxidu uhličitého) a mofety (výrony oxidu uhličitého o teplotě 20 - 30 °C). Na svazích sopek také vznikají různé gravitační pohyby, skluzy, sesuvy, pyroklastické proudy a lahary (pyroklastika nasycená vodou). Tyto pohyby jsou velmi rychlé a mají zničující účinky.
 

 

mapa...............................

Rozšíření současné vulkanické činnosti a její spojitost s globální deskovou tektonikou

 

Erupce sopky Mount Redoubt 29.3.2009-12.4.2009

 

obrázek.........................

 

Obr. 16 – Erupce sopky Mt. Redoubt na Aljašce

 

Obr. 17 – Zvýšené koncentrace částic na území ČR vlivem sopečného prachu

Zhruba týden po erupci doputovaly na území ČR částice sopečného prachu z Aljašky. Projevily se zvýšením koncentrace částic na všech stanicích a zhruba za další týden byly identifikovány i v geologických spadech.

Resuspenze

Nezanedbatelnou roli hrají i sekundární částice (vzniklé chemickými reakcemi v ovzduší) a resuspendované částice (ty se do ovzduší dostávají ze zemského povrchu působením proudění). . Vzhledem k tomu, že suspendované částice mají velký vliv na zdraví obyvatelstva, představuje jejich podhodnocení závažný problém.
Pro úplnost zde uvádíme přehled nejdůležitějších faktorů ovlivňujících velikost resuspenze:
 vlastnosti prašných částic:
 velikost usazených prachových částic
 hustota částic
 množství prachu na zemském povrchu
 chemické vlastnosti částic
 meteorologické podmínky:
 rychlost a směr proudění
 výskyt nárazů větru či prudkých změn směru
 vlhkost zemského povrchu
 výskyt a intenzita srážek
 výskyt sněhové pokrývky
 teplota zemského povrchu
 charakteristiky zemského povrchu
 typ podkladu (zpevněná půda, odkrytá zem…)
 přítomnost vegetace
 konfigurace terénu (jeho sklon vůči nabíhajícímu proudění…)
 dodatečné aktivity
 pohyb např. vozidel
 způsob obhospodařování půdy
 stavební činnost
 těžební činnost
 přeprava sypkých materiálů

Samovolný vznik částic v atmosféře:
Samovolný vznik prachových částic aglomerací či binární koagulací probíhá za přesně definovaných podmínek, kdy za dané teploty, vlhkosti i tlaku v atmosféře z přítomných plynných aerosolů kondensací vznikají krystaly, které již měříme jako prašné částice/ princip Wilsonovy/ . Při těchto epizodách je někdy naměřeno až až 30g.m-3 měřeno na sondě PM10. Poměr částic PM2,5 a PM1 u vzniku aglomerací tvoří až 80%.
Vznik nových aerosolových částic za událostí „nucleation events“ probíhá za přítomnosti organických prekursorů biogenního původu a fotochemických procesech za účasti UV-B v průběhu teplé části dne. Částice rostou dokud je k dispozici pára kondenzující složky dosti značnou rychlostí až 15 nm.hod-1.
Proces nuklease
Proces aglomerace
Proces kondensace

Některé nové teoretické poznatky o vzniku ultrajemných prachových částic (UFP)
Ultrajemným částicím je v posledních letech věnována zasloužená pozornost vzhledem k jejich fyzikálním, ale také chemickým vlastnostem jimiž mohou významně ovlivňovat jak zdraví exponovaných obyvatel, tak i environmentální stav atmosféry.
Ultrajemné částice UFP (z anglického Ultrafine Particles) o aerodynamickém průměru < 0,01-0,1 µm jsou dotovány do atmosféry několika způsoby. Následující obrázek uvádí dva významné děje , kterými se tyto částice v atmosféře kumulují. Je to v prvé řadě procesem nukleace, kterým vznikají částice do hrubosti převážně menší než 0,01 µm a poté akumulačním procesem na kterém se podílí kondenzace částic a tvorba kapek.

Základní principy vzniku a kategorizace prachových částic (podle 1)
 

 

obrázek...........................

 

Protože tohoto procesu se účastní anorganické ionty , je významně závislý na fyzikálních poměrech atmosféry (tlak, teplota a jim odpovídající vlhkost). Tento druhý proces primárně vytváří pevné částice o průměru 0,0,5-1 µm.
Vlastností, která zásadně ovlivňuje posuzování zdravotního rizika těchto částic je jejich velký měrný povrch, jenž ve spojení s jejich malým aerodynamickým průměrem znamená , že v malém, objemu je přítomno103- 106 částic z nichž značný podíl může nést na svém relativně velikém povrchu 102-103 čtverečních mikrometrů v l ml vzduchu významné cizorodé látky, tvořící toxickou zátěž těchto částic častěji než by bylo odvoditelné pouze z jejich mechanického působení s předpokládaným inertním povrchem. Následující tab.1 dokladuje jak veliký počet částic se může vyskytovat v 1 cm3 vzduchu a jak velikou plochu tyto částice zaujímají.

Teoretický vztah mezi průměrem a povrchem prachové částice
 

tabulka.........................

 

Na dálnici blízko Long Beach bylo tak nalezeno až 1,5.106 částic v 1 cm3 vzduchu (2), naproti tomu v Birminghamu na blíže nespecifikované komunikaci 1,8.105 částic (3).
Počet částic PM identifikovatelný v jednotkovém objemu vzdušniny závisí na více parametrech,. Je to zejména aktuální stav atmosféry, její meteorologické konstanty, dále stav zátěže anorganickým a organickým aerosolem, jakož z toho plynoucí tendencí ke tvorbě nukleí v atmosféře. Výsledkem všech těchto vztahů je negativní korelace závislosti počtu částic na hmotnosti PM. Výsledky dvouletého monitoringu v Pittsburghu (5) jsou uvedeny na následujícím obrázku.

Korelace počtu částic s jejich hmotností pro roky 2001-2 Pittsburgh (5).
 

graf.............................

 

Hlavní zdroje a procesy vedoucí ke vzniku ultrajemných částic
Jedním ze dvou hlavních zdrojů UFP jsou automobily pohybující se po komunikacích. Následující obr.3 ukazuje teoretický obraz výskytu těchto částic vznikajících při provozu motorového vozidla po komunikaci.

 

 

Typická distribuce částic z výfuku motorového vozidla (velikost, hmotnost, plocha částic)
 

 

graf.................................

 

Pozn.: 100 nm = 0,1µm
Na tomto obrázku převzatém z publikace (4) je zřetelně vidět, že provoz motorového vozidla produkuje širokou škálu pevných částic od těch nejjemnějších , počtem však daleko nehojnějších UFP s průměrem kolem 0,01 µm, vznikajících nukleací původně plynných látek z výfuku vozidla, přes středěn veliké částice (průměr kolem 0,1-0,2 µm), tvořících hmotnostně a úhrnnou plochou nejvýznamnější podíl takto vznikajících PM, až po částice nejhrubší s aerodynamickým průměrem 1-10 µm, jejichž zdrojem je zejména otěr pohyblivých částí motoru, kapénky oleje a uhlíkové slepence.
Typické složení částic vznikajících provozem motorových vozidel ze zážehových (dieselových) a spalovacích (benzinových) motorů je uvedeno na následujících dvou obrázcích ( 4,5)

Typické složení PM pocházející z dieseových motorů (kamionová doprava)
 

koláčový graf...............................

 

Pevné částice PM jsou typické uhlíkové slepence, obsahující zejména elementární uhlík (saze), dále popel s anorganickými zbytky. Tyto částice tvoří hlavní podíl z provozu dieselových motorů.
Volatilní a semovolatilní částice obsahují síru a organický uhlík (SOF) tvoří obvykle 35% hmotnosti identifikovaných částic a 90% podíl na jejich celkovém počtu v emisích. Uhlík a sirné sloučeniny jsou tvořeny převážně spalováním paliva, organické sloučeniny (oxosloučeniny, polyaromáty) pocházejí převážně z oleje.
Zcela zásadní pro jejich výskyt v atmosféře je jejich vznik z plynné fáze při prudkém ochlazování a současném ředění výfukových plynů.
Typický obraz složení a struktury pevných částic z provozu benzinových motorů uvádí následující obrázek.
Typické složení PM pocházející z benzinových motorů
 

 

graf................................

 

Z něj je zřejmé, že na rozdíl od provozu dieselového motoru, jsou výfukové plyny ze spalovacího motoru tvořeny v převažujícím podílu (80%) komplexní směsí organických sloučeniny obtížně identifikovatelných, zatímco popel, anorganické částice a polyaromáty (včetně dalších oxosloučenin tvoří pouze zbývajících 20% jejich složení.
Takto vznikající komplexní směs plynného a pevného aerosolu jenž v okamžiku opouštění vozidla (na konci jeho výfuku tvoří oblak emisní směsi o teplotě cca 600 oK je během 1 sec ředěn okolní atmosférou zhruba 1000x. V tomto čase se odehrávají veškeré důležité děje formující konečné složení PM aerosolu. V tomtéž čase začíná postupné chládnutí výfukových plynů jenž jsou dále cca 10x opět ředěny a v čase 2 min od opuštění výfuku nabývají teplt kolem 300 oK a urazí vzdálenost přibližně 100m od vozovky ve složení, které imisně identifikujeme jako imisní zátěž(6).
Významnou z hlediska dalšího šíření oblaku PM je roční doba. Sezónní efekt spočívá ve vlivu okolní teploty na oblak PM. V letních měsících z toho resultuje převaha koncových částic(aglomerátů) o průměru do 0,06 µm, v zimním období naopak převažují částice daleko jemnější (kolem 0,01 µm). Z uvedeného je tedy zřejmé, že v zimních měsících může být expozice UFP podél komunikací významným zdravotním problémem.

Podíl stacionárních zdrojů na vzniku ultrajemných částic
Druhým významným zdrojem UFP jsou také stacionární spalovací zdroje, zejména potom energetické zdroje (elektrárny, teplárny).
Velice schematicky je proces tvorby emisního aerosolu naznačen na obr.6. Na jeho tvorbě se podílí plynné mise amoniaku (environmenální zdroje) a oxidu siřičitého (antropogenní a environmantální zdroje), jenž spolu s nejjemnějšími prašnými částicemi mohou tvořit po vstupu do atmosféry prašný aerosol.

Standardní tvorba emisního aerosolu
 

buňky..................................

 

Kromě tohoto procesu se jako významný jeví proces nukleace. Při něm vznikají pevné částice aerosolu spojováním a růstem nukleí, částic o průměru pod 1 nm. Tento postup lze schematicky naznačit jako proces při němž v průběhu několika hodin z průvodně plynných emisních sloučenin vznikají obvyklou imisní instrumentací měřitelné částice. Názorné schéma procesu nukleace vedoucího přes molekulární shluky až ke tvorbě pevné částice je uveden na obr. 7.


Schéma procesu nukleace ve venkovním prostředí
 

 

obrázek.....................

 

Celý proces lze popsat od doby opuštění plynných částic z bodového zdroje (např. komín energetického provozu) přes tvorbu počátečních ternárních molekulárních nukleačních jader vázaných Van der Walsovými silami , dále přes tvorbu a narůstání shluků (molekulárních klastrů), až po konečnou tvoru pevných aerosolových částic amonných a sulfátových iontů na povrchu organického substrátu.
Tento proces si vyžaduje dostatek požadovaných iontů a organických molekul, protože se jich část ztrácí kondenzací na již existující pevné PM. Po cca hodině může být tvorba UFP ukončena s velikostí částice kolem 0,02µm.

Distribucí částic ze spalování práškového uhlí a zbytkového plynového oleje při modelování energetického procesu se věnuje práce Linaka, Millera a Wendta z US EPA (8). V práci jsou převedeny výsledky spalování práškového uhlí a topného oleje ve třech různých systémech simulující proces energetického a teplárenského spalování. Distribuce částic (PSD- particel size distribution) byla experimentálně měřena a posuzována několika způsoby.
Výsledky měření distribuce částic ukazují, že se tvoří částice s průměrem v mezích 0,03 až > 20µm. Toto měření také naznačuje, že PM vznikající z těchto procesů má zřetelný bimodální a trimodální charakter s frakcí velmi jemných částic v jejichž tvorbě jsou dominujícími procesy odpařování, nukleace a další postupný růst částice podle schématu uvedeného výše (obr.7).
V závislosti na typu spalovacího zařízení je hrubá frakce tvořena primárně nespálenými částicemi uhlí doprovázenými stopovými prvky nalézajícími se v původním palivu (zejména při spalování topného oleje) a fragmenty anorganického popela (nejčastěji kalcium-aluminium-silikát) obsahující stopové prvky (při spalování uhlí). Spalovaná uhlí tvořila ještě střední frakci 0,8 – 2,0 µm, ale původ této frakce není autorům jasný, neboť částice této velikosti nemohou vznikat pouhým procesem růstu. Možný mechanismus jejich vzniku lze vysvětlit mechanickým rozmělněním paliva – uhlí bez přechodu do plynné fáze. Při dokonalém spalování topný olej produkuje převážně ultrajemné částice (kolem 0,1 µm).

 

Vliv atmosférických podmínek na proces nukleace (vzniku UFP)

V práci (5) je uveden ilustrační proces lokálního růstu částic v atmosféře Pittsburghu (USA) vedoucího k nastartování iniciační fáze tvorby částic, nukleace. Je to proces, při němž vznikají v průběhu několika hodin měřitelná množství částic anorganického i organického původu v městském prostředí , přičemž okamžik stratu jejich vzniku je velice ostře vázána na určitý čas a fyzikální vlastnosti atmosféry. V tomto případě je nejvýznamnějším zdrojem nových částic tvorba sulfátů.

Chemismus vzniku nukleí UFP v městském prostředí
 

graf.............................

 

 

Rychlost tvorby nových částic „in situ“ je dána jak fyzikálními vlastnostmi atmosféry (zásadně teplotou), tak samozřejmě i počátečními koncentracemi anorganických iontů ve fázi plynného aerosolu. Dva charakteristické nomogramy vzniku UFP v letním a zimním období ze síranových a amonných iontových prekursorů, jsou uvedeny na následujícím obrázku (6).

Z nich je patrné, že pro tvorbu částic v letním období musí být v atmosféře přítomno dostačující množství amonných iontů. V závislosti na koncentraci síranových iontů je zřejmé, že by měla stačit koncentrace 10 ppt. V zimním období hrají při procesu nukleace.
oba ionty významnou roli a to i přesto, že v tomto období zásluhou větší oblačnosti, nižší intenzity UV záření , je zaznamenávána významně nižší koncentrace kys.sírové. Výsledkem tohot děle podpořeného fyzikálními hodnotami atmosféry v zimním období (teplota, vlhkost) je potom tvorba částic velmi jemných (převaha kolem 0,001 µm).

Hmotnostní a iontové složení jemných atmosférických částic nad Belgií a jejich vztah k plynným polutantům uvádí práce belgických autorů (7). V ní se uvádí že hlavní iontové složky SO4,NO3,NH4 a Na) tvoří jako primární ionty 39% PM2,5 , ale mohou nabývat hodnot 80 až 98% této PM podle okamžitého stavu atmosféry.
Klastrová analýza frakce PM 2,5 analýza prozrazuje tři skupiny látek:

1.dusičnan amonný, dusičnan draselný,
2. síran sodný,
3. chloridy – Mn, Ca a fluoridy – manganatý a vápenatý

které odpovídá belgickému stavu antropogenního a oceánického původu a jejich kombinacím. Podle autorů je však hlavní iontovou složkou PM2,5 směs dusičnanu a síranu amonného. Oceánické soli se podílí na iontové složce PM2,5 pouze do 12,5% (s maximem v zimním období).
Analýzou hlavních komponent byla identifikovány jako dominantní zdroje iontové části PM2,5 spalování dřeva/uhlí a zemědělství (farmaření)

Jejich roční koncentrace jsou uvedeny v následující tabulce.

SO4 2- 0,4 – 4,5 µg.m-3
NO3- 0,3 – 7,6 µg.m-3
NH4+ 0,9 – 4,9 µg.m-3
Na+ 0,4 – 1,2 µg.m-3


Nomogramy tvorby částic UFP v městské atmosféře v letním a zimním období
 

 

obrázek...........................

 

 

Na poslední dvojici grafů jsou uvedeny pravděpodobnosti výskytu dnů s aktivním procesem nukleace v letním a zimním období ve vztahu ke změnám imisních koncentrací oxidu siřičitého a amonných iontů (5).

Vliv relativní změny koncentrace SO2 na změny počtu dní s procesem nukleace
Změna

 

 

obrázek.................................

 

Změna imisní koncentrace (i významná) nemusí mít zásadní vliv na změnu počtu dní s nukleačním režimem. V zimním období byla v Pittsburghu ( 5) pozorována reciproká závislost na změnách koncentrace SO2 . V zimně s jejím růstem roste počet dnů s nukleací, v létě je tomu naopak. Významná nepřítomnost SO2 v zimních měsících znamená pokles počtu takovýchto dnů prakticky až k nule.

Vliv relativní změny koncentrace NH3 na změny počtu dní s procesem nukleace
 

 

obrázek..........................

 

Naproti tomu pro imisní koncentrace amoniaku v ovzduší platí pro obě období stejná trend závislosti. Zajímavý je poznatek, že v zimním období je docela významný podíl dnů s nukleací (7/31) prakticky nezávislý na poklesu koncentrace NH3 až k nule. V letním období jsou sice tvořeny nukleací převážně částice poněkud většího průměru (cca 0,05 µm), ale zásluhou atmosférických podmínek (mnohem častější epizody fotochemického smogu) je počet s již méně citlivý na další růst koncentrací NH3 a překračuje polovinu dnů v měsíci.

Výsledky těchto teoretických propočtů porovnává autor publikace prof. Stanier s výsledky monitorování Pittsburghu a jeho okolí. Graficky jsou uvedeny na následujícím obrázku.

Obr.12 : Četnost nukleačních dnů v roce (Pittsburgh 2001-2)
 

graf...................

 

Z výsledků je patrné, že počty „nukleačních dnů“ v průběhu roku silně oscilují s rozpětím +/- 30%, přičemž největší frekvence takovýchto dnů s tvorbou významně velkého počtu UFP se odehrává na jaře a na podzim, kdy počty těchto dnů dosahují 50% hladiny.
Stav, kdy atmosféra města je v polovině dnů charakterizována jako atmosféra s nukleační tvorbou UFP částic je pozoruhodný nejen ze zdravotních důvodů, ale dovoluje činit předběžné závěry o původu a zdrojích zátěže lokality ve vztahu k velikosti a morfologii částic nalézajících se ve zkoumaném ovzduší.
Zásadním poznatkem amerických autorů, zabývajících se problematikou vzniku a transportu UFP je zjištění, že tyto stavy jsou zejména v urbanizované atmosféře velice časté, ale současně poznatky z plošného monitoringu amerických měst hovoří o transportu těchto částic na rozsáhlém území (5). Tyto poznatky korespondují s našimi zjištěními (viz. Dílčí zpráva 2008).