Atmosférický aerosol kolem nás

Jednotlivé částice aerosolu jsou tak pro lidské oko prakticky neviditelné. Přítomnost aerosolu v atmosféře proto obvykle vnímáme jako zákal atmosféry. Pokud koncentrace hmotnosti aerosolových částic v ovzduší vzroste zhruba nad 12 g m⁻³, tj. 1 % hustoty vzduchu za standardních podmínek, můžeme je dobře pozorovat jako dým, kouř, mlhu nebo oblaka. Průzračná atmosféra, jakou můžeme vidět v polárních oblastech a v našich podmínkách po vydatném dešti, je naopak znakem nízké koncentrace aerosolu.

HYDROLOGICKÝ FAKTOR

Aerosol se vyznačuje tím, že snadno mění svoje vlastnosti se změnou tlaku a teploty atmosféry a zejména s obsahem vodní páry. S poklesem relativní vlhkosti ovzduší se vodní pára z částic aerosolu odpařuje a ty vysychají a smršťují se. Naopak s rostoucí relativní vlhkostí vzduchu může vodní pára na částicích kondenzovat a ty nabývají na objemu. Pokud je vodní páry pro kondenzaci dostatečné množství (jako je tomu v oblacích), pak mohou na aerosolových částicích vznikat dešťové kapky. Ty posléze dopadají na zemský povrch, voda se vrací do oceánů a tím se uzavírá hydrologický cyklus. Protože ve volné atmosféře kondenzuje vodní pára výlučně na těchto částicích, je atmosférický aerosol zásadním faktorem pro cyklus vody a tím i pro globální tepelnou bilanci Země.

ČÁSTICE MALÉ I OBROVSKÉ

Rozdíl ve velikosti částic aerosolu je obrovský. Kdybychom připodobnili ty nejmenší z nich (o velikosti jednoho nanometru) k makovým zrnkům, pak částice o velikosti 200 nanometrů budou velké jako melouny a desetimikronové částice jako horkovzdušné balony. Hmotnostní koncentrace aerosolu v atmosféře se odvíjí zejména od přítomnosti těch největších částic. Početní koncentrace částic je při stejné hmotnosti dána naopak hlavně těmi nejmenšími. Hmotnost a počet částic atmosférického aerosolu v atmosféře Země jsou výsledkem dynamické rovnováhy mezi jeho produkcí a propadem. K celkové hmotnosti aerosolových částic v atmosféře menších nežli 10 μm přispívají zhruba ze 70 % pouště, kolem 20 % lze přičíst vypařování oblaků. Lidská činnost přispívá k celkové hmotnosti atmosférického aerosolu méně nežli 5 %, nicméně v ovzduší lidských sídel je její podíl zásadní.

ZDRAVOTNÍ FAKTOR 

Koncentrace aerosolu v atmosféře lidských sídel se sleduje zejména z důvodu působení na lidské zdraví. Dospělý člověk v klidovém režimu prodýchá kolem 10 litrů vzduchu za minutu. Za 24 hodin to činí více než 15 m³ nebo 17 kg vzduchu s limitní koncentrací 50 μgm⁻³ aerosolových částic menších nežli 10 μm, označovaných PM₁₀, které se účinně zachytávají v lidských plících. V současné době je limitní hodnota pro PM₁₀ překračována nejčastěji v zimě v ovzduší malých sídel ve špatně odvětrávaných údolích. Příčinou zhoršení kvality ovzduší je s největší pravděpodobností vypouštění zplodin z lokálních topenišť komíny s ústími relativně nízko nad zemí. Škodlivinami se tak sytí zejména přízemní vrstva vzduchu, která se v zimě prochlazuje od zemského povrchu. Přízemní vrstva je tak chladnější a zároveň těžší nežli vrstva teplejšího a čistšího vzduchu ve vyšších výškách, který tak „sedí“ jako poklička nad přízemním vzduchem, obtížně se s ním mísí a koncentrace škodlivin v přízemní vrstvě vzduchu vzrůstají.

V ULICÍCH ŠVERMOVA

Pro ověření výše uvedených předpokladů bylo provedeno podrobné měření kvality ovzduší v zimě 2016 ve Švermově, městské čtvrti Kladna. Koncentraci PM_2,5 v přízemní vrstvě vzduchu měřili studenti za pomoci monitorů umístěných v krosně na zádech během pravidelných přesně stanovených procházek ulicemi Švermova. Pochůzek bylo celkem 52 o celkové délce více než 200 km. Současně s přízemním měřením byl měřen teplotní a vlhkostní profil mezní vrstvy vzduchu až do výšky 300 m meteorologickou sondou upevněnou na heliem plněném balonu a koncentrace PM_2,5 monitorem umístěným na dálkově řízené vzducholodi, která křižovala ovzduší Švermova ve výšce 70 metrů nad zemí. Dne 18. 2. 2016 v blízkosti komínů dosahovaly přízemní koncentrace PM_2.5 v uličním kaňonu až 700 μgm⁻³, zatímco na stejném místě ve výšce 70 m byly až 35krát nižší. Veliký rozdíl svědčí o špatném rozptylu škodlivin do vyšších vrstev atmosféry. Tuto skutečnost potvrdilo také současné měření profilu teploty, ze kterého bylo možno odhadnout tloušťku studené přízemní vrstvy vzduchu na 50 m.

NENÍ KOTEL JAKO KOTEL

Kombinací se známými rozměry údolí Švermova lze spočítat, že objem přízemní vrstvy vzduchu činí 120 milionů m³. Právě v ní se zadržují zplodiny hoření. Z tabelovaných měrných emisí vybraných typů topenišť lze pak odhadnout i příslušný počet kotlů, jejichž provozem dojde záhy k překročení limitní hodnoty pro PM₁₀ v údolí. Pro překročení tohoto limitu by bylo třeba kolem 550 moderních kotlů s řízeným spalováním paliva, kotlů starší technologie na hnědé uhlí by však stačilo pouhých 8! Při spalování nevhodného paliva nebo při špatném topení v těchto kotlích pak ještě méně. Měření ve Švermově potvrdila naše předpoklady o příčinách snížení kvality ovzduší a jeho mechanizmu. Zároveň poukázala na skutečnost, že i jeden kouřící komín může být vážným ohrožením kvality ovzduší v lidském sídle.