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 značně 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 2016 byla do databáze Informačního systému kvality ovzduší (ISKO) dodána data o chemickém složení atmosférických srážek celkem ze 45 lokalit v ČR (18 lokalit, na kterých zajišťuje měření ČGS, 14 ČHMÚ, 7 VÚLHM a 6 HBÚ AV ČR). Dále byla dodána data ze 4 německých lokalit (organizace LfULG) a 6 polských lokalit (organizace GIOS) v příhraničních oblastech. Lokality včetně měřicího programu jsou zobrazeny na mapě obr. IX.1 (s výjimkou dvou lokalit ležících v Polsku, které se s ohledem na svoji polohu nevešly do prezentovaného výřezu). Stanice ČHMÚ a LfULG 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-tab. IX.4. 

Pro znázornění depozičních polí byly vybrány ionty v souvislosti se závažností jejich působení na složky životního prostředí, konkrétně SO₄^2--S, NO₃^--N, NH₄⁺-N, H⁺ (pH), Cl^-, Pb²⁺, Cd²⁺ a Ni²⁺. 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, VÚLHM a GIOS, 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 celkové depozice. Mapa mokré depozice vodíkových iontů byla sestrojena na základě naměřených hodnot pH ve srážkách. Mapa suché depozice vodíkových iontů odpovídá depozici plynů SO₂ a 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 na základě 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 60–95 % srážkového úhrnu na volné ploše pro rok 2015). 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 2015 došlo k úpravě škály v legendě map polí mokré a suché roční depozice kadmia z důvodu velmi nízkých hodnot, 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 2016 byl srážkově mírně pod dlouhodobým normálem. V průměru na území České republiky spadlo 635 mm srážek, což je 94 % dlouhodobého normálu (za roky 1961–1990). Oproti roku 2015 (531 mm) byl srážkový úhrn vyšší.

Mokrá depozice síry poklesla po roce 1998 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, kdy byl zaznamenán výrazně podnormální srážkový úhrn (516 mm, tj. 77 % dlouhodobého normálu). Sestupný trend pokračoval od roku 2004 do současnosti. V roce 2016 hodnota mokré roční depozice síry na území ČR nepatrně narostla na 16 934 t (oproti 16 595 t v roce 2015). Nejvyšších hodnot mokré depozice síry bylo v roce 2016 dosaženo v horských oblastech, a to v Moravskoslezských Beskydech a Krkonoších (obr. IX.2).

Také u suché depozice síry došlo mezi lety 1997 a 2000 k výraznému poklesu. V následujících letech již pole suché depozice zůstávalo víceméně na podobné úrovni (obr. IX.20), ato v souladu s úrovní koncentrace oxidu siřičitého v přízemní atmosféře. Suchá depozice síry činila v roce 2016 na území ČR 20 728 t a nejvyšších hodnot dosáhla na území Krušných hor a Moravskoslezských Beskyd (obr. IX.3).

Pole celkové depozice síry vzniká součtem mokré a suché depozice síry a vykazuje celkovou úroveň depozice síry odpovídající hodnotě 37 662 t síry na plochu České republiky pro rok 2016 (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 2016 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 2014 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 0,04 g.m^-2.rok^-1 pro lesní oblasti (Churáňov = 0,026 g.m^-2.rok^-1, Košetice = 0,058 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 2016 hodnoty 19 724 t.

Mokrá depozice oxidovaných (N/NO₃^-) forem dusíku v roce 2016 v porovnání s rokem 2015 poklesla, naopak mokrá depozice redukovaných redukovaných (N/NH₄⁺) forem dusíku narostla (Hůnová et al. 2017). Mokrá depozice oxidovaných i redukovaných forem vykazovala maximální hodnoty v horských oblastech (obr. IX.6 a (obr. IX.7). Nejvyšší hodnoty celkové mokré depozice dusíku (součet mokrých depozic N/NH₄⁺ a N/NO₃^-) byly zazna- 3 4 menány v oblasti Jizerských hor, Krkonoš a Orlických hor (obr. IX.8).

Vývoj suché depozice oxidovaných forem dusíku vykazoval do roku 2002 (kdy hodnota dosáhla 48 % hodnoty průměru za roky 1995–1997) klesající trend. V následujících letech již není žádný výrazný trend patrný. Fluktuace ročních hodnot depozice souvisejí s imisními koncentracemi NOx v troposféře. V roce 2016 suchá roční depozice na území ČR oproti roku 2015 mírně klesla. Nejvyšších hodnot bylo dosaženo na území větších měst a podél významných komunikací (obr. IX.9).

V roce 2016 byla celková depozice dusíku rovna hodnotě 62 351 t N .rok^-1 na plochu ČR (tab. IX.2). Ve srovnání s rokem 2015 (63 292 t.rok^-1) došlo tedy k jejímu poklesu. Nejvyšších hodnot celková depozice dusíku dosahovala na území Krušných hor a dále pak v oblastech větších měst (Praha, Brno, Ostrava) a podél nejvytíženějších komunikací, zejména dálnice D1 (obr. IX.10).

Mokrá depozice vodíkových iontů od začátku sledovaného období v roce 1996 významně poklesla. Nejnižší hodnoty dosáhla v roce 2015. Pokles mokré depozice v roce 2015 byl způsobený pravděpodobně nižšími ročními srážkovými úhrny. Hodnota roční mokré depozice vodíkových iontů byla v roce 2016 na území ČR 411 t.rok^-1 (oproti 354 t.rok^-1 v roce 2015). Nejvyšších hodnot dosahovala na území Jizerských hor, Krkonoš, Orlických hor, (obr. IX.11). Suchá depozice vodíkových iontů vykázala v roce 2016 pokles na většině území ČR. Maximálních hodnot dosahuje v oblasti Krušných hor a na území Moravskoslezského kraje (obr. IX.12). Celkově došlo k poklesu suché depozice z 2856 t.rok^-1 v roce 2015 na 2576 t.rok^-1 v roce 2016. 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 2016 (56 t.rok^-1) vzrostla téměř dvojnásobně proti roku 2015 (31 t.rok^-1)v předchozích letech 2013 (63 t.rok-1) resp. 2014 (62 t.rok^-1) dosahovala mokrá depozice olova podobných hodnot jako v roce 2016. Nejvyšších hodnot bylo dosaženo na území Krušných hor a Moravskoslezských Beskyd (obr. IX.15). Suchá depozice olovnatých iontů v roce 2016 (25 t.rok-^-1) v porovnání s rokem 2015 (24 t.rok^-1) narostla. Nejvyšších hodnot bylo dosaženo v oblasti Ostravska, Moravskoslezských Beskyd a Brd (obr. IX.16).

Mokrá i suchá depozice kademnatých iontů se v porovnání s rokem 2015 snížila (obr. IX.17, obr. IX.18). Nejvyšší depozice dosahuje kadmium dlouhodobě na území okresu Jablonec nad Nisou. Výjimkou byl pouze rok 2013, kdy došlo k zatím nevysvětlenému nárůstu na lokalitě U dvou louček v Orlických horách.

Roční mokrá depozice nikelnatých iontů se v roce 2016 oproti roku 2015 snížila. Nejvyšších hodnot bylo dosaženo na lokalitách Lysina a Liz. Příčinou v lokalitě Lysina 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 území Krušných hor, Slavkovského lesa, Českého lesa, Šumavy a Moravskoslezkých Beskyd (obr. IX.19).

Mokrá depozice chloridových iontů se oproti roku 2015 snížila. Podobně jako u dalších sledovaných polutantů také mokrá depozice chloridových iontů nabývá v rámci ČR vyšších hodnot v horských oblastech, s maximy v Orlických horách, Hrubém Jeseníku a Moravskoslezských Beskydech (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 (Hůnová et al. 2014).

Tab. IX.1 Průměrné hodnoty depozičních toků S, N a H v České republice, 2016

Tab. IX.2 Odhad celkové roční depozice uvedených složek na plochu České republiky (78 841 km²) v tunách, 2016

Tab. IX.3 Odhad celkové roční depozice síry na zalesněný povrch České republiky (26 428 km²) v tunách, 2001–2016

Tab. IX.4 Staniční sítě sledování kvality atmosférických srážek a atmosférické depozice, 2016

Obr. IX.1 Staniční sítě sledování kvality atmosférických srážek a atmosférické depozice, 2016

Obr. IX.2 Pole mokré roční depozice síry (SO₄^2- - S), 2016

Obr. IX.3 Pole suché roční depozice síry (SO₂ - S), 2016

Obr. IX.4 Pole celkové roční depozice síry, 2016

Obr. IX.5 Pole podkorunové roční depozice síry, 2016

Obr. IX.6 Pole mokré roční depozice dusíku (NO₃^- - N), 2016

Obr. IX.7 Pole mokré roční depozice dusíku (NH₄⁺ - N), 2016

Obr. IX.8 Pole celkové mokré roční depozice dusíku, 2016

Obr. IX.9 Pole suché roční depozice dusíku (NO_x - N), 2016

Obr. IX.10 Pole celkové roční depozice dusíku, 2016

Obr. IX.11 Pole mokré roční depozice vodíkových iontů, 2016

Obr. IX.12 Pole suché roční depozice vodíkových iontů odpovídající depozici plynů SO₂ a NO_x, 2016

Obr. IX.13 Pole celkové roční depozice vodíkových iontů, 2016

Obr. IX.14 Pole mokré roční depozice chloridových iontů, 2016

Obr. IX.15 Pole mokré roční depozice olovnatých iontů, 2016

Obr. IX.16 Pole suché roční depozice olova, 2016

Obr. IX.17 Pole mokré roční depozice kademnatých iontů, 2016

Obr. IX.18 Pole suché roční depozice kadmia, 2016

Obr. IX.19 Pole mokré roční depozice nikelnatých iontů, 2016

Obr. IX.20 Vývoj roční depozice síry (SO₄^2- - S, SO₂ - S), oxidovaných forem dusíku (NO₃^- - N, NO_x - N) a vodíku na plochu České republiky, 1995–2016

Obr. IX.21 Vývoj poměru koncentrací dusičnanů a síranů v atmosférických srážkách (vyjádřených jako µeq. l^-1) na stanicích ČHMÚ během let 1998–2016

Obr. IX.22 Vývoj roční mokré depozice na vybraných stanicích, 1991–2016