Grafická ročenka

IX. ATMOSFÉRICKÁ DEPOZICE NA ÚZEMÍ ČESKÉ REPUBLIKY

Atmosférická depozice je tok látek z atmosféry k zemskému povrchu (Braniš, Hůnová 2009). Jedná se o významný proces přispívající k samočištění ovzduší, na druhé straně je však vstupem znečišťujících látek do jiných složek prostředí. Atmosférická depozice má složku mokrou a suchou. Složka mokrá je spojena s výskytem atmosférických srážek (depozice vertikální: déšť, sníh a horizontální: mlha, námraza) a je tedy epizodická. Složka suchá představuje depozici plynů a částic různými mechanismy a probíhá neustále.

Kvantifikace celkové atmosférické depozice je velmi důležitá pro studium jejích účinků na přírodní prostředí. Kvantifikace jednotlivých komponent se významně liší vzhledem k obtížnosti metody a spolehlivosti získaných výsledků. Relativně nejsnadněji měřitelná je mokrá vertikální depozice (Krupa 2002), zatímco metoda pro přímé měření suché depozice není k dispozici a je tedy nutné ji odhadovat za použití různých, zpravidla poměrně komplikovaných přístupů (Wesely, Hicks 2000; Kumar et al. 2008). Zdaleka nejobtížněji kvantifikovatelnou složkou atmosférické depozice je ovšem depozice horizontální (např. Krupa 2002; Klemm, Wrzesinsky 2007), která se měří pouze výjimečně a reálná depozice bývá většinou vzhledem k této složce významně podhodnocena (Bridges et al. 2002; Hůnová et al. 2011).

Atmosférická depozice v Evropě se za posledních dvacet let významně snížila, v řadě regionů však stále zůstává problémem (EEA 2011). Na území České republiky se chemické složení atmosférických srážek a atmosférická depozice sledují dlouhodobě na poměrně značném počtu stanic. Časové trendy i změny v prostorovém složení majoritních složek depozice, tedy síry a dusíku, za celou dobu měření byly publikovány (Hůnová et al. 2004; 2014).

V roce 2013 byla do databáze Informačního systému kvality ovzduší ISKO dodána data o chemickém složení atmosférických srážek celkem ze 42 lokalit (13 lokalit, na kterých zajišťuje měření ČGS, 14 ČHMÚ, 8 VÚLHM a 6 HBÚ AV ČR). Dále byla také dodána data z 5 německých lokalit (organizace LfULG) v příhraničních oblastech. Stanice ČHMÚ měří ve většině případů čisté srážky v týdenním intervalu (z měsíčního intervalu na týdenní přešla v roce 1996 v souladu s mezinárodní metodikou EMEP). Dále byly od roku 1997 do roku 2010 prováděny týdenní odběry srážek typu „bulk“ (s blíže nedefinovatelným obsahem prašného spadu) na analýzu těžkých kovů. Od roku 2011 se analýzy těžkých kovů provádějí na stanicích ČHMÚ z čistých srážek, odběry typu „bulk“ byly zrušeny. Na lokalitách ostatních organizací se měří v měsíčních (popř. nepravidelných) intervalech koncentrace ve srážkách typu „bulk“ na volné ploše (popř. pod korunami stromů). Detailní údaje o jednotlivých lokalitách a typech odběrů jsou uvedeny v tab. IX.4.

Mapy mokré depozice jsou vytvořeny pro vybrané ionty z celkových chemických analýz odebraných vzorků čistých srážek, a to konkrétně pro SO₄^2--S, NO₃^--N, NH₄⁺-N, H⁺ (pH), Cl^-, F^- , Pb²⁺, Cd²⁺ a Ni²⁺.

Pro znázornění depozičních polí byly vybrány výše zmíněné ionty v souvislosti se závažností jejich působení na složky životního prostředí. Mapy mokré depozice jednotlivých iontů byly konstruovány z pole koncentrací iontů ve srážkách (na základě průměrných ročních koncentrací vážených srážkovým úhrnem vypočtených z naměřených údajů) a z pole ročních srážkových úhrnů, které bylo vytvořeno na základě údajů ze 750 srážkoměrných stanic se zohledněním vlivu nadmořské výšky na množství srážek. Při konstrukci polí mokré depozice se na jednotlivých stanicích dává přednost výsledkům analýz čistých srážek před odběry srážek s prašným spadem „bulk“, týdennímu intervalu odběru před měsíčním odběrem. Data ze sítí stanic, kde měření zajišťuje ČGS, VÚV a VÚLHM, založených na měsíčních odběrech srážek s prašným spadem „bulk“ (tab. IX.4), jsou pro konstrukci map mokré depozice upravena empiricky získanými koeficienty vyjadřujícími poměr jednotlivých iontů ve vzorcích srážek typu „wet-only“ a „bulk“ (hodnoty pro jednotlivé ionty v rozmezí 0,74 pro NH₄⁺ až 1,06 pro H⁺). Skutečnost, že v případě kationtů H⁺ je poměr větší než 1, lze vysvětlit tak, že pevné částice obsažené ve vzorcích typu „bulk“ reagují s vodíkovými kationty, čímž se jejich koncentrace snižuje (Ranalli et al. 1997).

Pro síru, dusík, vodíkové ionty, olovo a kadmium jsou uvedeny kromě map mokré depozice také mapy suché depozice. Mapy celkové roční depozice jsou uvedeny pro síru, dusík a vodíkové ionty.

Suchá depozice síry a dusíku byla spočtena na základě polí průměrných ročních koncentrací SO₂ a NO_x pro Českou republiku a depozičních rychlostí pro oxid siřičitý 0,7 cm.s^-1/0,35 cm.s^-1 a oxidy dusíku 0,4 cm.s^-1/0,1 cm.s^-1 pro území s lesními porosty/území bezlesé (Dvořáková et al. 1995).

Sečtením map mokré a suché depozice síry a dusíku byly vytvořeny mapy depozice celkové. Mapa mokré depozice vodíkových iontů byla sestrojena na základě naměřených hodnot pH ve srážkách. Mapa suché depozice vodíkových iontů odpovídá depozici plynů SO₂a NO_x na základě stechiometrie za předpokladu jejich kyselé reakce v prostředí. Mapa celkové depozice vodíkových iontů vznikla součtem map depozice mokré a suché.

Průměrné hodnoty depozičních toků S, N a H jsou uvedeny v tab. IX.1.

Mapové zobrazení podkorunové depozice síry bylo vytvořeno pro místa s porosty z pole koncentrací síry v podkorunových srážkách (tzv. throughfall) a z verifikovaného pole srážek procentuálně modifikovaného množstvím srážek naměřeným pod porosty na jednotlivých stanicích (v rozsahu 64–87 % srážkového úhrnu na volné ploše pro rok 2013). Podkorunová depozice obecně zahrnuje mokrou vertikální a horizontální depozici (z mlh, nízkých oblačností a z námraz) a suchou depozici částic a plynů v porostech. Pro síru, pro kterou je vnitřní koloběh porosty zanedbatelný, by měla být dobrým odhadem depozice celkové.

Pole suché depozice olova a kadmia obsažených v aerosolu byla připravena z polí koncentrací těchto kovů v ovzduší (resp. na základě imisního pole ročního průměru koncentrací PM10 a hodnot interpolace IDW podílů příslušného kovu v prachu). Pro hodnotu depozičních rychlostí pro kadmium obsažené v aerosolu byly použity hodnoty 0,27 cm.s^-1 pro les a 0,1 cm.s^-1 pro bezlesý terén, pro olovo 0,25 cm.s^-1 pro les a 0,08 cm.s^-1 pro bezlesý terén (Dvořáková et al. 1995).

V roce 2013 došlo k úpravě škál v legendách depozičních map z důvodu velmi nízkých depozic většiny hodnocených látek, pro které již byla původní škála nevyhovující.

Ke kontrole dat o kvalitě srážek se rutinně používá výpočet látkové bilance iontů. Rozdíl sumy kationů a sumy anionů ve vzorku by měl splňovat povolená kritéria, která se mírně liší u jednotlivých organizací.

Dále se používá kontrola porovnáním vypočítané a naměřené vodivosti, které musí také splňovat povolená kritéria.

Provádí se i kontrola analýzou slepých laboratorních vzorků a dále se průběžně sledují a vyhodnocují slepé stanovištní vzorky, které umožňují kontrolu práce při odběrech a kontrolu probíhajících změn vlivem transportu, manipulace, skladování a úpravy vzorků před vlastní chemickou analýzou.

Výsledky

Rok 2013 byl srážkově mírně nad dlouhodobým normálem. V průměru na území České republiky spadlo 727 mm srážek, což je 108 % dlouhodobého normálu (za roky 1961–1990). Oproti roku 2012 (689 mm) byl srážkový úhrn vyšší.
Mokrá depozice síry poklesla po roce 1997 pod hodnotu 50 000 t a dále klesala až do roku 1999. V letech 1999–2005 hodnoty zůstávaly víceméně na úrovni roku 1999 s výjimkou nižších depozic v roce 2003, ve kterém byl zaznamenán výrazně podnormální srážkový úhrn (516 mm, tj. 77 % dlouhodobého normálu). Sestupný trend pokračoval od roku 2005 do současnosti. V roce 2013 byla hodnota mokré roční depozice síry na území ČR 22 136 t (oproti 24 664 t v roce 2012). Nejvyšších hodnot mokré depozice síry bylo v roce 2013 dosaženo v horských oblastech, a to v Krušných horách, Moravskoslezských Beskydech, Jeseníkách a Krkonoších (obr. IX.2).

Také suchá depozice síry zaznamenala mezi lety 1997 a 2000 výrazný pokles. V následujících letech již pole suché depozice zůstávalo víceméně na podobné úrovni, a to v souladu s úrovní koncentrace oxidu siřičitého v přízemní atmosféře (obr. IX.20). Suchá depozice síry dosáhla v roce 2013 na území ČR hodnoty 27 178 t a nejvyšších hodnot dosáhla na území Krušných hor (obr. IX.3).

Pole celkové depozice síry vzniká součtem mokré a suché depozice síry a vykazuje celkovou úroveň depozice síry odpovídající hodnotě 49 314 t síry na plochu České republiky pro rok 2013 (tab. IX.2). Po předchozím poklesu z hodnot výrazně vyšších než 100 000 t síry depozice v letech 2000–2006 setrvávala v rozsahu cca 65 000–75 000 t síry ročně s výjimkou roku 2003, který byl výrazně srážkově podnormální. Od roku 2007 se hodnota celkové depozice síry pohybuje kolem 50 000 t síry na plochu České republiky (obr. IX.20). Celková depozice síry vykazuje maxima v oblasti Krušných hor a Ostravska (obr. IX.4).
Podkorunová depozice síry dosahovala v roce 2013 maximálních hodnot v horských oblastech (obr. IX.5). Na některých územích našich hor jsou dlouhodobě hodnoty podkorunové depozice vyšší než hodnoty celkové depozice síry stanovené součtem mokré (pouze vertikální) a suché depozice z SO₂. Nárůst lze přičítat příspěvku depozice z mlhy, nízké oblačnosti a námraz (horizontální depozici), která není vzhledem k neurčitostem do celkové depozice zahrnuta. Námrazy a mlhy bývají vysoce koncentrované a v horských polohách a oblastech s častým výskytem mlh (údolní mlhy, mlhy v blízkosti vodních toků, jezer) mohou významně přispívat k depozici síry i jiných prvků. Problém je v místně značně proměnlivém charakteru této depozice, kdy při extrapolaci na větší území může docházet k nepřesnostem. Pro sírany je uváděna pro horské oblasti depozice z mlh a námraz v rozmezí 50–90 % depozice typu „bulk“ v průměru za delší časové období, trvající několik let (Tesař et al. 2000; Tesař et al. 2005). V některých samostatně hodnocených letech překročil poměr depozice síranů z mlhy a námrazy a depozice typu „bulk“ i 100 %.

Dále je v podkorunové depozici také zahrnut příspěvek ze suché depozice S z SO₄^2-obsaženého v prašném aerosolu. Na základě údajů o koncentraci síranů v aerosolu za rok 2013 ze dvou stanic (Churáňov a Košetice) a použití depoziční rychlosti 0,25 cm.s^-1 (Dvořáková et al. 1995) dosahovala suchá depozice S z SO₄^2- v průměru hodnoty 0,06 g.m^-2.rok^-1 pro lesní oblasti (Churáňov = 0,042 g.m^-2.rok^-1, Košetice = 0,076 g.m^-2.rok^-1). Vzhledem k omezenému počtu lokalit sledujících koncentrace síranů v aerosolu, se jedná pouze o velmi orientační odhad.

Mapové zobrazení podkorunové depozice lze považovat za dokreslení, jakých hodnot může celková depozice síry (včetně horizontální depozice a suché depozice S z SO₄^2- prašného aerosolu) dosahovat, neboť pro síru na rozdíl od jiných polutantů je vnitřní koloběh porosty zanedbatelný (Draaijers et al. 1997).

Od roku 2008 se pro výpočet podkorunové depozice používá vrstva z geodatabáze ZABAGED ČÚZK v jemnějším gridu (500x500 m), kde celková plocha lesů je 26 428 km². Z toho důvodu byly také přepočteny s novou vrstvou lesů celkové hodnoty podkorunové depozice od roku 2001, aby mohlo být provedeno srovnání s daty po roce 2007 (viz tab. IX.3). Podkorunová depozice síry na zalesněný povrch naší republiky dosáhla v roce 2013 hodnoty 19 723 t.
Mokrá depozice redukovaných (N/NH₄⁺) i oxidovaných (N/NO₃^-) forem dusíku v roce 2013 v porovnání s rokem 2012 poklesla. Mokrá depozice oxidovaných forem vykazovala maximálních hod-not na území Orlických hor (obr. IX.6), zatímco mokrá depozice redukovaných forem dosáhla svých maxim na území Vysočiny, Krušných hor a Krkonoš (obr. IX.7). Nejvyšší hodnoty celkové mokré depozice dusíku (součet mokrých depozic N/NH₄⁺ a N/NO₃^-) byly zaznamenány v oblasti Krušných hor, Krkonoš, Orlických hor, Hrubého Jeseníku a Šumavy (obr. IX.8).
Vývoj suché depozice oxidovaných forem dusíku vykazuje do roku 2002 (kdy hodnota dosáhla 48 % hodnoty průměru za roky 1995–1997) klesající trend. Poté došlo v několika letech (2004, 2006 a v období 2007–2011) k jejímu mírnému zvýšení. Tyto fluktuace souvisejí s imisními koncentracemi NO_x v troposféře. V roce 2013 suchá roční depozice na území ČR mírně vzrostla. Nejvyšších hodnot bylo dosaženo na území větších měst a podél významných komunikací (obr. IX.9).

V roce 2013 byla celková depozice dusíku rovna hodnotě 69 693 t N. rok^-1 na plochu ČR (tab. IX.2). Ve srovnání s rokem 2012 (75 133 t.rok^-1) došlo tedy k jejímu poklesu. Nejvyšších hodnot celková depozice dusíku dosahovala na území Krušných hor a Šluknovského výběžku, dále pak v oblastech větších měst (Praha, Brno, Ostrava) a podél nejvytíženějších komunikací, zejména dálnice D1 obr. IX.10).
Mokrá depozice vodíkových iontů za posledních 15 let významně poklesla a nejnižší hodnoty dosáhla v roce 2011. V roce 2013 pokračoval mírný růst mokré depozice, způsobený pravděpodobně zvyšujícími se ročními srážkovými úhrny od roku 2012. Hodnota roční mokré depozice vodíkových iontů byla v roce 2013 na území ČR 680 t.rok^-1(oproti 568 t v roce 2012). Nejvyšších hodnot dosahovala na území Krkonoš, Jizerských, Orlických a Krušných hor, Hrubého Jeseníku, Moravskoslezských Beskyd a Šumavy (obr. IX.11). Mapa suché depozice vodíkových iontů má obdobný charakter jako v předchozích letech. Maximálních hodnot dosahuje v oblasti Krušných hor a na území Moravskoslezského kraje (obr. IX.12). V druhé polovině 90. let minulého století došlo ke snížení mokré i suché depozice vodíkových iontů na plochu celé ČR o 50 %, snížení hodnot suché depozice vodíkových iontů odpovídalo snížení suché depozice SO₂ - S a NO_x - N (obr. IX.20).
Po roce 2000, kdy byl ukončen prodej olovnatých benzínů, se hodnoty depozice olovnatých iontů výrazně snížily. Mokrá depozice olova v roce 2013 mírně vzrostla v porovnání s rokem 2012 na celém území ČR. Nejvyšších hodnot bylo dosaženo na území Moravskoslezských Beskyd, Hrubého Jeseníku a Orlických hor (obr. IX.15). Suchá depozice olovnatých iontů byla v roce 2013 na podobné úrovni jako v roce 2012, kdy nejvyšších hodnot bylo dosaženo v oblasti Ostravska a Moravskoslezských Beskyd (obr. IX.16).
Mokrá i suchá depozice kademnatých iontů se v porovnání s rokem 2012 zvýšila (obr. IX.17, obr. IX.18). Nejvýraznější nárůst mokré depozice byl zaznamenán na lokalitě U dvou louček v Orlických horách (z hodnoty 0,261 mg.m^-2.r^-1 v roce 2012 na hodnotu 1,261 mg.m^-2.r^-1 roce 2013). Důvod tohoto relativně výrazného nárůstu však není dostatečně objasněn.

Roční mokrá depozice nikelnatých iontů se v roce 2013 oproti roku 2012 mírně zvýšila. Nejvyšších hodnot bylo dosaženo na lokalitě Pluhův bor. Příčinou je pravděpodobně vliv velmi specifického podloží (hadce), které obsahuje vysoký podíl niklu a hořčíku (Krám et al. 2009). Vyšší mokrá depozice nikelnatých iontů byla dále zjištěna na území Jizerských hor, Krušných hor, Slavkovského lesa, Českého lesa a Šumavy (obr. IX.19).
Mokrá depozice chloridových iontů se oproti roku 2012 snížila. Tento pokles však může být ovlivněn ukončením měření na lokalitě Podbaba (VÚV TGM) v roce 2013, na které byly v předchozích letech zaznamenávány nejvyšší hodnoty mokré depozice chloridových iontů. Podobně jako u dalších sledovaných polutantů, také mokrá depozice chloridových iontů nabývá v rámci ČR nejvyšších hodnot v horských oblastech (obr. IX.14).

Vývoj roční mokré depozice hlavních složek na vybraných stanicích České republiky (obr. IX.22) vykazuje po poklesu mokré depozice některých složek (převážně síranů, vodíkových iontů a olovnatých iontů) ve 2. polovině 90. let nyní spíše stagnující stav. Pokles depozice síranů byl zřejmý jak na relativně exponovaných předměstských stanicích, tak i na pozaďových stanicích, jako např. Košetice a Svratouch.

S vývojem depozice síry a dusíku lze sledovat vývoj vzájemného poměru těchto prvků v atmosférických srážkách související s vývojem emisí jednotlivých sloučenin (obr. IX.21). Od 2. poloviny 90. let lze na některých stanicích pozorovat mírný nárůst poměru dusičnanů a síranů.

Tab. IX.1 Průměrné hodnoty depozičních toků S, N a H v České republice, 2013

Tab. IX.2 Odhad celkové roční depozice uvedených složek na plochu České republiky (78 841 km²) v tunách, 2013

Tab. IX.3 Odhad celkové roční depozice síry na zalesněný povrch České republiky (26 428 km²) v tunách, 2001–2013

Tab. IX.4 Staniční sítě sledování kvality atmosférických srážek a atmosférické depozice, 2013