Kvalita ovzduší. Kontakt: Katedra agroekologie a biometeorologie, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů Česká zemědělská univerzita

Kontakt:

Kvalita ovzduší

doc. RNDr. Petr Pišoft, Ph.D. e-mail: [email protected]

doc. RNDr. Petr Pišoft, Ph.D.

www: http://home.czu.cz/pisoft/ www: http://kfa.mff.cuni.cz

Katedra agroekologie a biometeorologie, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů Česká zemědělská univerzita

osobně: Katedra fyziky atmosféry MFF UK V Holešovičkách 2, 180 00 Praha 8 č. dveří: 1144 tel.: 221.912.540

Katedra fyziky atmosféry Matematicko-fyzikální fakulta Univerzita Karlova v Praze

Prezentace jsou vystaveny na adrese czu.pisoft.cz/kvalita/

Ozon O3

Přehled znečišťujících látek

• • • • • • •

•

relativně nestabilní molekula tvořená třemi atomy kyslíku. V atmosféře výskyt ve velmi malém množství přesto velký význam pro živé organismy. V závislosti na tom, kde se ozón nachází, může hrát pozitivní či negativní roli

• •

stratosférický a troposférický

pevné částice - particulate matter PM ozon O3 oxid uhelnatý CO oxidy dusíku NOx oxidy síry (SO2, SO3) těžké kovy - olovo Pb organické látky

předpokládá se, že kolonizace souše se začala úspěšně rozvíjet až poté, co mořské fotosyntetizující organismy uvolnily do atmosféry takové množství kyslíku, které umožnilo vznik ozonové vrstvy

Ozon v troposféře

Ozon ve stratosféře

•


•


•

ozon v troposféře

•

ozon ve stratosféře

•

•

významná znečišťující látka vznikající v důsledku přítomnosti jiných znečišťujících látek reagujícími s dopadajícím slunečním zářením, vážné dopady na zdraví i na vegetaci

‘UV filtr’ - štít bránící pronikání škodlivého krátkovlnného UV záření k zemskému povrchu. Důležitá role pro život na Zemi. Úbytek znamená zvýšené pronikání UV záření k zemskému povrchu, které u živých organismů může způsobovat vyšší výskyt rakoviny kůže, oční choroby nebo oslabení imunitního systému.

!

!

Stratosférický ozon

Ozonová vrstva

•

vyšší koncentrace v rozsahu 2 až 8 ppm v atmosféře se nacházejí v stratosféře, která zachycuje většinu ultrafialového záření (UVB) přicházejícího ze Slunce

•

vzniká působením krátkovlnného ultrafialového záření na molekuly O2, přičemž tato reakce probíhá ve dvou krocích. V prvním dodaná energie rozštěpí dvouatomovou molekulu O2 na dva atomy, tedy na dva vysoce reaktivní jednoatomové radikály, které se okamžitě spojí s další molekulou O2 za vzniku ozonu O3

•

vyšší koncentrace v rozsahu 2 až 8 ppm v atmosféře se nacházejí v stratosféře, která zachycuje většinu ultrafialového záření (UVB) přicházejícího ze Slunce.

Zdroj: http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/

!


Stratosférický ozon - jednotky

•

dobsonova jednotka (DU) je standardní způsob vyjádření množství ozonu v atmosféře Země. Jedna jednotka je 2,69 × 1020 ozonových molekul na čtvereční metr. Jedna dobsonova jednotka představuje vrstvu ozonu, která by za standardních podmínek byla vysoká 10 μm.

•

jednotka byla pojmenována po Gordonovi Dobsonovi, britském meteorologovi a fyzikovi, který vynalezl způsob, jak měřit sílu ozonové vrstvy z povrchu Země.

•

kdyby se veškerý ozon ve stratosféře stlačil při tlaku cca 1000 hPa (1 atmosféru), vytvořil by vrstvu tenkou 3,5 mm, tzn. 350 DU.

Celkový ozon - ČR 2010

•

ozonové zpravodajství ČHMÚ


•



•



•


•


Celkový ozon globálně únor 2012


•



•

Tropospheric Emission Monitoring Internet Service - Near-real time global ozone field http://www.temis.nl/protocols/O3global.html


•



•


•




•


Celkový ozon globálně podzim 2011

•



•


•




•



•


Úbytek ozonu

•

monitorováním obsahu ozonu z družic bylo v 70-80. letech zjištěno, že především v oblasti zemských pólů dochází ke značnému poklesu obsahu ozonu. Zároveň byl zaznamenán nárůst případů rakoviny kůže a zrakových onemocnění v oblasti blízkých především jižnímu pólu (Nový Zéland, Patagonie).

•

množství závisí na rovnováze procesů, které ozon produkují a ničí. V poslední čtvrtině 20. století zjištěno, že stratosférického ozonu ubývá a ozonu v troposféře přibývá.

•

přirozené procesy v atmosféře (obnova „přirozeného“ množství O3) je možné popsat více jak stovkou chemických reakcí. Uvedenou rovnováhu v posledních letech narušují látky antropogenního původu. !

Úbytek ozonu

Vývoj globálního množství ozónu mezi lety 1964-2007 (převzato z http://www.theozonehole.com/)

Úbytek ozonu

změna v množství ozónu v závislosti na zeměpisné šířce mezi lety 1980-2004 (převzato z http://www.theozonehole.com/)

Úbytek ozonu Preprint for Public Release

• •

Úbytek ozonu - Montrealský protokol

10 September 2014

Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2014 - trendy ve vertikálním profilu

upwelling tends to reduce both lower stratospheric ozone and column ozone in the tropics. Such

•

světové společenství se na základě těchto pozorování rozhodlo pro radikální omezení používání těkavých organických chemikálií s obsahem halogenů, především freonů, sloučenin s vysokým obsahem fluoru a chloru v organické molekule (tzv. Montrealský protokol). Podle posledních měření se zastavil nárůst koncentrace těchto chemikálií ve stratosféře.

•

vývoj množství chlóru ve stratosféře mezi lety 1979-2007 (převzato z http://www.theozonehole.com/)

decreases in column ozone would lead to increased ultraviolet (UV) radiation in the tropics, where UV http://www.esrl.noaa.gov/csd/assessments/ozone/ levels are already high.

Ozone Trend 35°N to 60°N Observed (±2σ) Modeled (±2 σ), ODS, GHG

Pressure (hPa)

40 10

30

20 100 -10 -8 -6 -4 -2 0 Ozone Trend 1979 to 1997 (%/decade)

-4 -2 0 2 4 6 Ozone Trend 2000 to 2013 (%/decade)

Altitude (km)

50

1

Figure ADM 3-2. Vertical profiles of annual mean ozone trends over 35°N–60°N averaged over all available observations (black) for the periods of stratospheric ODS increase (left) and ODS decline (right), with the corresponding CCMVal-2 modeled trends for ODS changes only (red), GHG changes only (blue), and both together (gray). The ±2 standard error uncertainty range for the trends is shown by the horizontal bars for the observations and by the gray shading for the all-changes modeled trend. Adapted from Figure 2-20 of Chapter 2.

Highlight 3-4 Observations of changes in temperature and ozone over the past three to five decades are suggestive of increased upwelling of air in the tropical lower stratosphere. This is consistent with model simulations, which robustly simulate long-term increases in the tropical upwelling due to past greenhouse gas increases. [Chapters 2 and 4: Sections 2.3.5, 4.3.2]

•

koncentrace ozónu nad oblastíinjižního pólulower se měří přibližně od počátku letthe The increased upwelling the tropical stratosphere is associated withsedmdesátých a strengthening of minuléhoshallow století.branch V roce bylo provedeno první (see měření, které3-1). ukázalo, koncentrace of 1985 the Brewer-Dobson circulation Box ADM There že is large uncertainty in the deep branch of výrazně the Brewer-Dobson circulation inferred observations. ozónu v changes těchtoinoblastech velmi poklesla (naměřena bylafrom pouze polovina dlouhodobého průměru). Highlight 3-5

ozónovouThe dírou dnes rozumíme oblast nad Antarktidou, kde obsah ozónu poklesl pod 220 DU projected future evolution of tropical total column ozone is strongly dependent on future abundances of CO2, N2O, and CH4 (e.g., as in Representative Concentration Pathways (RCPs)), and is particularly sensitive to changes in the tropical upwelling and changes in tropospheric ozone. Except for RCP 8.5, which specifies largeoznačuje increases ozonovou in methane,díru significant decreases in total Modrofialová oblast nad Antarktidou column ozone arekprojected duringOblast the 21stmá century (Figure 3-3). [Chapters 2 and 4: Sections 24. září 2006. rozlohu 27,3ADM mil. km2 2.4.2, 2.4.3, 4.3.2] (srovnatelná s rozlohou Afriky, cca 11% rozlohy jižní polokoule).

Ozonová díra

•

podmínky, kdy je destruováno a mizí maximum koncentrace ozonu ve vertikálním profilu

•

téměř nulový obsah ozonu v oblasti ozonové vrstvy

•

jižní polární oblasti od pozdního léta do pozdního jara

35 jižní polární oblasti ozónová díra

30

25

Výška (km)

• •

Ozonová díra ozone decreased by up to 5% near 20 km Limited data sets suggest that tropical lower stratospheric between the mid-1980s and 2000. Since 2000, both total column and lower stratospheric ozone in the tropics show little change within the large natural variability. This behavior is consistent with model simulations, během which attribute the jara ozone(tj. decline increased upwelling. oblast Antarktidy jižního září –tolistopad)

20

15 Stratosféra

10

Troposféra

25 5

2

4

6

8

10

12

14

Obsah ozónu (parciální tlak mPa)

16

Ozonová díra 2011

Ozonová díra - monitoring

•

NASA - Ozone Hole Watch - aktuální ozonová díra

http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/

•

Ozonová díra 2012

•





Ozonová díra 2015

•



Ozonová díra

Ozonová díra

• 2012 - druhá nejmenší rozloha za posledních dvacet let

• 2012 - druhá nejmenší rozloha za posledních dvacet let

• maximální rozsah 2006

• minimální obsah ozonu 1994

http://www.nasa.gov/home/hqnews/2012/oct/HQ_12-371_2012_Ozone_Hole.html Ozone Hole Area OMI+MERRA

∅ 7.9.-13.10. − 26.6·106 km2

Max

20

350

• 2012

300

∅ 21.9.-16.10. − 139.1 DU

90%

Million km2

SH Minimum Ozone OMI+MERRA

∅ 21.9.-16.10. − 92.3 DU

30

• 2012

Max 90%

250

70%

2012

70%

Mean

DU

∅ 7.9.-13.10. − 17.9·106 km2

http://www.nasa.gov/home/hqnews/2012/oct/HQ_12-371_2012_Ozone_Hole.html

200

Mean

30%

10

30%

2012

150

10%

10%

Min

Min

100 0

50

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 1979-2010

2010

OMI+GEOS5FP

2011

NOAA http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/stratosphere/sbuv2to/ozone_hole.shtml

2010

OMI+GEOS5FP

2011

P. Newman (NASA), E. Nash (SSAI), S. Pawson (NASA), R. McPeters (NASA)

Ozonová díra

•

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 1979-2010

P. Newman (NASA), E. Nash (SSAI), S. Pawson (NASA), R. McPeters (NASA)

Ozonová díra

•

EUMETSAT - http://wdc.dlr.de/data_products/SERVICES/GOME2NRT/o3holesize.php

Ozonová díra - severní hemisféra 2011


•

Manney et al., 2011 - http://www.nature.com/nature/journal/v478/n7370/full/nature10556.html

•

Manney et al., 2011 - http://www.nature.com/nature/journal/v478/n7370/full/nature10556.html

• • •

na počátku roku 2011 poprvé pozorovány podmínky ozonové díry také na severu

• • •

na počátku roku 2011 poprvé pozorovány podmínky ozonové díry také na severu

ztráta až 80% ozonu ve výškách 18-20 km při vyšších teplotách než na jihu

ztráta až 80% ozonu ve výškách 18-20 km, při vyšších teplotách než na jihu http://www.gmes-atmosphere.eu/news/ozone_mar2011/

Preprint for Public Release

10 September 2014

stratosphere during spring 2011 that led to a large chlorine- and bromine-induced chemical ozone depletion, and also to atypically weak transport of ozone-rich air into the vortex from lower latitudes. Models of atmospheric chemistry, using empirically derived polar stratospheric cloud treatments and the observed stratospheric winds and temperatures, successfully reproduce the observed ozone concentrations in 2011. The occurrence of large Arctic ozone depletion, under comparable meteorological conditions, was anticipated as early as in the 1994 Assessment.


• •

It is useful to contrast ozone in the Arctic with the Antarctic. Ozonová díra - severní hemisféra 2011In 2011, very substantial ozone depletion

• •

neobvyklý vývoj teplot nad Arktidou 2016, rozsáhlé oblasti velmi nízkých teplot vznik podmínek podporující procesy destrukce ozonu NH Polar Cap Ozone OMI+MERRA 550 500 Max 90%

450

DU

70%

400

Mean 30%

350

10% Min

300 250 Jul


Aug

Sep

1978/1979-2014/2015

Oct

Nov

Dec

Jan

Feb

2014/2015

P. Newman (NASA), E. Nash (SSAI), R. McPeters (NASA), S. Pawson (NASA)

Mar

Apr

May

Jun

2015/2016 2016-02-21T12:00:14Z

occurred inside the Arctic vortex in a layer many kilometers deep (Figure ADM 4-2). Yet, the column ozone depletion in the Arctic vortex was less than in a typical Antarctic ozone hole and the minimum total ozone levels were higher than in the Antarctic, with the cold vortex of 2011 also being much smaller in extent than is usually seen in the Southern Hemisphere (Figure ADM 4-3).

Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2014

Higher Arctic ozone levels (with lower estimated ozone depletion) were measured in the other winters

since the 2010 Assessment, similar to the behavior seen since the late 1990s (Figure ADM 4-3). http://www.esrl.noaa.gov/csd/assessments/ozone/

Figure ADM 4-2. Polar ozone profiles for the Antarctic (top) and Arctic (bottom) from the Aura Microwave Limb Sounder satellite remote measurements of the lower stratosphere (~10 to 30 km) between 2005 and 2013. The figure shows the range of ozone changes between early winter (in the first week of January/July for Arctic/Antarctic) and early spring (using here a late March or early October week for Arctic/Antarctic). The Antarctic panel illustrates the recurring deep ozone depletion in the ozone hole region for the 9 years from 2005 through 2013; a region deep inside the vortex (south of 77°S and for longitudes between 4°E and 20°E) was used for this illustration. Polar Arctic profiles (using here a similar latitude/longitude region in the Northern Hemisphere) exhibit more variability as a result of larger dynamical activity. The deep Arctic ozone loss in 2011 (with red range shown here), while quite unprecedented, did not reach the depth and vertical extent of loss observed in the typical Antarctic ozone hole. The shaded ranges shown encompass more than 90% of the ozone values in the chosen regions. Average values are shown as thick colored lines for each of the shaded cases.

Highlight 4-4 While stratospheric chlorine and bromine abundances remain elevated, enhanced springtime



10 September 2014

http://www.esrl.noaa.gov/csd/assessments/ozone/

• •



Anomalously persistent low temperatures in the Arctic lower stratosphere can lead to exceptionally low ozone levels (as in, for example, 1997 and 2011). Over the last 35 years, only these two winters have had March Arctic temperatures averaging below 210 K in the lower stratosphere. Based upon this observed variability over the last few decades, it is expected that low ozone Arctic events will continue to occur occasionally while stratospheric chlorine and bromine abundances remain elevated.

The reduction of ODSs already achieved under the Montreal Protocol is not yet expected to have had a major effect on the extent of the Antarctic ozone hole. The Antarctic ozone hole is driven by the very low temperatures inside the polar vortex, which make almost all chlorine and bromine from the ODSs available for ozone depletion. Near-complete ozone depletion occurs at high polar latitudes in the Southern Hemisphere lower stratosphere and, thus, the extent of ODS changes to date are not sufficient to alter this depletion to a great extent.

31 Mar 2010

Ozone column (DU) Ozone Column (DU)

A small increase of about 10–25 DU (approximately 5%) in springtime Antarctic total ozone since 2000 can be derived by subtracting an estimate of the natural variability from the total ozone time series. However, uncertainties in this estimate Minimum of Daily Mean Polar Ozone Column and in the total ozone measurements 440 Arctic, March preclude definitive attribution of this 420 400 increase to the reduction of ODSs over 380 this period. 360 340 320 300 300

Antarctic, October

250 200 150 1990

2000

2010


3

A stratospheric injection by a volcanic eruption of the same size as Mt. Pinatubo would likely lead Tropical column is projected models to remain below 1980s val to at least a 2% decrease in globally averaged column ozone ozone while ODS levels by remain high over the decades because of a strengthened Brewer-Dobson next few decades. Confidence in this conclusion is strengthened because the long-standing puzzle aboutcirculation (see BOX the hemispheric asymmetry in the tropospheric midlatitude ozonewarming response to Mt. aerosols isgreenhouse now much duePinatubo to increased gases (see Highlight 3 better understood. Studies have shown that enhanced ozone transport in the Brewer-Dobson circulation ozone in the tropical lower stratosphere. more than compensated for the enhanced chemical loss of ozone in the Southern Hemisphere.

Možné dopady úbytku celkového ozonu

The extent of Arctic winter-spring ozone depletion in any one year is dominated by the very large

v roce 2065 by z ozonové vrstvy zůstalavariability méně než jedna třetina a ozónová díra vortex. by pokrývala meteorological exhibited by the Northern Hemisphere polar Exceptionally low Arctic ozone levels were observed in the spring of 2011 (Figure ADM 4-1). These low ozone levels were celý svět

•

v mírných zeměpisných šířkách (například Itálie) by se objem dopadajícího nebezpečného UV záření zvýšil více jak šestkrát, již pouhých pět minut na letním 28 slunci by způsobilo popáleniny

•

to by bylo dále doprovázeno zvýšením teploty až o 4 stupně

•

takováto situace by vedla k častému výskytu různých mutací rostlin a živočichů

due to anomalously persistent low temperatures and a strong, isolated polar vortex in the lower

5 Oct 2013

Highlight 1-6 Total column ozone will recover toward the 1980 benchmark levels over continued compliance with the Montreal Protocol. [Chapter 2: Sections 2.

Midlatitude the used to estimate the extent of chemical ozo 280 320 EESC, 360 400 metric 440 Column O (DU) return to its 1980 values between 2040 and 2060 (see Figure ADM 1-3). M into account the effects on ozone from ODSs and GHGs provide estimate Figure ADM 4-3. Total column ozone (Dobson units, DU) from Aura Instrument for column ozone abundances toOzone 1980Monitoring levels. These calculated ranges of dates some recent late springtime datesreturn in the Antarctic andto Arctic. of ozone 1980 values have not changed since the last Assessment. Th • 2025 to 2040 for global mean annually averaged ozone (see Figure A • 2030 to 2040 for annually averaged Southern Hemisphere midlatitud Highlight 4-5 While ODS levels remain high, a large sulfuric enhancement dueNorthern to a majorHemisphere midlatitud • stratospheric 2015 to 2030 foraerosol annually averaged volcanic eruption or geoengineering would resultto in 2035 a substantial chemical depletion of total ozone • 2025 for springtime Arctic ozone (see Figure ADM 1-6) over much of the globe. [Chapter 2: Sections 2.3.4, 2.4.3] • 2045 to 2060 for springtime Antarctic ozone (see Figure ADM 1-6)

Meteorological conditions in the Antarctic stratosphere through the winter are characterized by very low temperatures and the systematic formation of a strong polar vortex that isolates polar air masses from midlatitudes. In such conditions chlorine and bromine compounds originating from ODSs are nearly completely available for ozone destruction and an ozone hole will form in springtime as long as their abundance, as represented by EESC, exceeds about 2 parts per billion (2000 parts per trillion).

•

5 Oct 2012

5 Oct 2011

5 Oct 2010

Highlight 4-2 The Antarctic ozone hole will continue to appear each austral spring as long as stratospheric chlorine and bromine abundances remain elevated. [Chapter 3: Section 3.4.2].

dalšího zvyšování obsahu látek destruující ozón

31 Mar 2013

Arctic

Figure ADM 4-1. High-latitude time series of the minimum daily average total column ozone amount in Dobson units (DU). Top panel shows March in the Arctic, with October Antarctic values in the bottom panel. Values are those poleward of the 63° equivalent latitude contour. For further details see Figure 3-5 of Chapter 3.

Highlight 4-3 Large ozone depletion in the Arctic was observed in spring of 2011. This was due to the specific stratospheric meteorological conditions in that year and their effect on well understood chemical P. A. Newman: http://www.atmos-chem-phys.net/9/2113/2009/acp-9-2113-2009.html and transport processes. Even in a year with large depletion like 2011, Arctic springtime total column ozone amounts (which determine how much solar ultraviolet radiation is filtered by the matematicko-fyzikální model s chemickou pro simulaci vývoje atmosféry v případě atmosphere) are muchsložkou higher than in the corresponding Antarctic season. [Chapter 3: Section 3.2, 3.3]

31 Mar 2012

31 Mar 2011

Antarctic

1980

• •

10 September 2014

http://www.esrl.noaa.gov/csd/assessments/ozone/

Aktuální situace a výhled do budoucna

•

Large polar depletions could also result from enhancements of sulfuric aerosols in the stratosphere Model results suggest that global stratospheric ozone depletion due to O during the next few decades when stratospheric halogen levels remain high. The midlatitude EESC was about 570Such pptenhancements in 1960 and nearly 1150 ppt by 198

result from deliberate “geoengineering” efforts as well as from major volcanic eruptions in the hodnotící zpráva o stavu ozonu 2014 could The 1980 baseline for ozone recovery was chosen, as in the past Assessments tropics. Scientific Assessment Depletion: 2014 discernible declineofinOzone observed global total column ozone. Between 1960 and (Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2014) http://www.esrl.noaa.gov/csd/assessments/ozone/

!

!

large enough to be from the year-to-y given the sparsity value were chosen would return to th Figure ADM 1-3 panel).

2000

• • •

přibližně od roku cca 1995 změna trendu

• • •

2012 - nejmenší ozonová díra za posledních dvacet let

pokles koncentrací látek destruující ozon (ODS) náznak proměny trendu koncentrací ozonu

30 EESC (ppt)


1000

2011 - menší oblast minima ozonu během března v severní stratosféře

E ffective Stratospheric Chlorine

0

občasná minima koncentrací ozonu i na severu

1960 Total Ozone Column Change [%]

• •


2000

2040

2080

6

3

Figure ADM 1-5 EESC at midlatitu The future EESC (described in the Bottom panel: ozone changes o multiple model s are shown as compared with t changes between the period for whi

Models ±2

0

-3

total ozone column 60°S-60°N

Observations

-6 1960

2000

2040

2080

12

Troposférický (přízemní) ozon

• • • • •

vznik troposférického ozónu je spojen s fotochemickými reakcemi v rámci nichž jsou zastoupeny oxidy dusíku (NOx), oxid uhelnatý (CO) a těkavé organické látky (VOCs) jako například xylen (tzv. prekurzory ozónu) jedná se především o zplodiny pocházející z automobilové dopravy, průmyslové emise anebo chemická rozpouštědla, rozhodujícím procesem je fotodisociace NO2


• •

vyšší koncentrace troposférického ozónu ve spojitosti s dalšími faktory

•

teplota - při letních teplotách nad 30 °C dochází k nárůstu koncentrace ozonu o 40 až 50 μg/m3, v horských oblastech pak dochází k překročení evropského limitu (100 μg/m3) v 90 % případů

•

nadmořská výška - se vzrůstající výškou stoupá koncentrace, což je potvrzeno i měřením v rámci ČR

silné oxidační činidlo, napadá dýchací cesty, ochranné komponenty oka, buněčné membrány má škodlivé účinky na vegetaci poškozuje některé materiály jako plastické hmoty, gumu, barvy a nátěry


•

vzniká v důsledku fotochemických reakcí z oxidů dusíku, CO a těkavých organických sloučenin (VOC)

•

uhlovodíky s největší fotochemickou reaktivitou, obvykle obsahují nenasycené dvojné vazby např. ethen, propen, butadien (olefiny) nebo toluen, xylen, trimethylbenzen (aromáty)

• •

tento typ uhlovodíků je přítomen ve směsi s oxidy dusíku v motorových výfukových plynů http://earthobservatory.nasa.gov/Features/ChemistrySunlight/chemistry_sunlight3a.php

globální radiace - existuje těsná závislost mezi výskytem přízemního ozonu a globální radiací ve vyšších nadmořských výškách

Troposférický ozon - vznik

1. primární fotolýza NO2 za tvorby atomů kyslíku NO2 + hν (λ < 420 nm) ➔ NO2* NO2* ➔ NO + O NO2 absorbuje viditelné záření s maximem absorpce pro cca 400 nm, fotoexcitovaný NO2 je nestabilní a rozpadá se na NO a atomární kyslík 2. okamžitá reakce atomárního kyslíku s okolním molekulárním kyslíkem za tvorby ozónu O2 + O + M ➔ O3+ M NO, jako produkt výše uvedené reakce, dále reaguje se vznikajícím O3 za tvorby dalšího NO2 O3+ NO ➔ NO2 + O2 Každá molekula vytvářeného ozónu potřebuje jednu molekulu disociovaného NO2 a tento mechanismus nemůže tedy vysvětlit tvorbu ozónu ve vyšší koncentraci než jakou mají molekuly NO2. Produkovaný NO může navíc reagovat se vznikajícím ozónem. Z toho vyplývá, že samotný kyslík a oxidy dusíku nemohou zvyšovat hladinu ozónu v přízemní vrstvě.



3. za přítomnosti uhlovodíků (také CO) dochází ovšem k tvorbě peroxyradikálů RCH2- + O2 ➔ RCH2OO(RCH2- vznikají reakcí uhlovodíku s hydroxylovým radikálem) (OH + CO ➔ CO2 + H; H + O2 ➔ HO2)

•

podmínkou vzniku je rozklad oxidu dusičitého (NO2) v přízemních vrstvách vzduchu díky dopadu slunečního záření

•

vznikne tak oxid dusnatý (NO) a uvolní se atomární kyslík, který okamžitě reaguje s molekulou kyslíku (O2) za tvorby ozonu (O3)

4. vzniklé peroxyradikály mohou reagovat s NO rychleji než O3, tím dochází k regeneraci NO2 RCH2OO- + NO ➔ NO2 + RCH2O (HO2 + NO ➔ NO2 + OH)

•

za normálních podmínek ozon oxiduje zpět oxid dusnatý na oxid dusičitý a z ozonu se stává neškodný kyslík

•

pokud jsou ale v prostředí těkavé organické látky a jejich radikály, které jsou schopné nahradit ozon při reakci s oxidem dusnatým, vznikne oxid dusičitý a reakce jeho rozkladu díky dopadu slunečního záření produkuje další molekulu ozónu

• •

v přízemních vrstvách atmosféry se tak hromadí ozon

•

hlavním zdrojem přízemního ozónu je v současné době automobilová doprava

Za přítomnosti uhlovodíků a slunečního záření regenerovaný NO2 produkuje další ozón, který se v troposféře akumuluje 5. organické radikály mohou po delší dobu udržovat stabilní obsah NO2 v troposféře za vzniku PAN (peroxyacetylnitrátů) NO2 + R· ➔ PAN, ...

přízemní ozón se tvoří díky dopadu slunečního záření v přítomnosti oxidů dusíku, organických prchavých látek a při nízké relativní vlhkosti

detaily viz Víden, 2005 Zdroj: http://chmi.cz


Troposférický ozon - výskyt

•

při vzniku O3 z prekurzorů nezáleží pouze na absolutním množství prekurzorů, ale i na jejich vzájemném poměru

•

koncentracemi O3 jsou nejméně zatížené dopravní lokality ve městech, kde je O3 odbouráván chemickou reakcí s NO

•

v oblastech, kde je režim limitovaný NOx charakterizovaný relativně nízkými koncentracemi NOx a vysokými koncentracemi VOC, narůstají koncentrace O3 s rostoucími koncentracemi NOx

naopak nejvyšší koncentrace jsou měřeny na venkovských pozaďových lokalitách

•

naopak v oblastech s režimem limitovaným VOC, dochází k poklesu koncentrací O3 s rostoucími koncentracemi NOx a nárůstu koncentrací O3 s rostoucími koncentracemi VOC

• •

•

oblasti s vysokým poměrem NOx/VOC jsou typicky znečištěné oblasti okolo center velkých měst

•

městské lokality s intenzivní dopravou mohou být paradoxně zatíženy koncentracemi přízemního ozónu méně díky redukčnímu charakteru městské atmosféry

Zdroj: http://chmi.cz

koncentrace přízemního O3 měřené ve městech jsou až o 26 % nižší než koncentrace měřené na venkově, Munir et al. (2012) Zdroj: http://chmi.cz

Přízemní ozon - dopady na vegetaci

Troposférický ozon - denní chod

•

podmínkou vzniku je rozklad oxidu dusičitého (NO2) v přízemních vrstvách vzduchu díky dopadu slunečního záření

•

vznikne tak oxid dusnatý (NO) a uvolní se atomární kyslík, který okamžitě reaguje s molekulou kyslíku (O2) za tvorby ozonu (O3)

•

výrazný denní chod

• •

negativní účinky jak na zemědělské plodiny, tak i lesní ekosystémy

•

narušení funkce buněk, což u rostlin přerůstá v poškození listů a jehličí a narušení fyziologických, životně důležitých procesů

• •

do rostliny proniká průduchy

díky vysoké oxidační schopnosti je narušena funkce buněčných membrán a zároveň dochází ke vzniku dalších toxických produktů

v mezibuněčných prostorech se v kontaktu s vlhkými buněčnými stěnami velmi rychle rozkládá

Zdroj: Atmosféra a klima : Aktuální otázky znečištění ovzduší


•

snižování aktivity enzymů fixace oxidu uhličitého vede k inhibici fotosyntézy - jedním z hlavních škodlivých efektů ozonu

• •

snižuje se i obsah chlorofylů a dochází k zpomalení rychlosti růstu rostlin

• •

působení ozonu na zemědělské plodiny se liší z důvodu různé citlivosti plodiny na tuto látku


rostliny jsou pak náchylnější k dalším negativním vlivům jako jsou různá onemocnění a napadání hmyzem významný dopad i na lesy - listnaté dřeviny jsou vůči ozonu citlivější než dřeviny jehličnaté

!

• • •

pozorována snížená produkce biomasy a snížené výnosy

•

v přízemní vrstvě atmosféry je ozón jedním z nejvýznamnějších faktorů ekologického stresu, který má přímý vliv na výnosy

ČR se nachází v části Evropy s nejvyššími koncentracemi ozónu průměrné koncentrace v denních hodinách (8 - 16 hod.) během vegetačního období překračují na většině území ČR doporučovanou kritickou úroveň 25 ppb


•

troposférický ozón u nich může snižovat intenzitu fotosyntézy anebo způsobovat skvrny na listech


• • • •


•

díky vysoké oxidační schopnosti je narušena funkce buněčných membrán narušení funkce buněk, což u rostlin přerůstá v poškození listů tvorba drobných šedobílých, krémových, červených až hnědých skvrn na spodní straně listů poškození se objevuje na vrchní straně listů a nesoustředí se podél listových žilek


• •

typické rysy poškození ozonem:

•

stínový efekt – pokud se rostoucí listy těsně u sebe překrývají, zastíněné části listů zůstávají zelené, bez viditelných příznaků poškození a to i na osluněných částech

v letním půlroce během vegetačního období

•

úrovně koncentrací ve venkovském prostředí velmi často překračují hodnoty naměřené ve městech

věkový efekt – listy starší a středně staré jsou poškozeny dříve a více než listy rašící a mladé, symptomy u jehličnatých dřevin přibývají se stářím jehlic

•

pouze na svrchní straně listů se objevují příznaky poškození, teprve při silném poškození ve druhé polovině vegetační sezony mohou být v některých případech symptomy patrné i na spodní straně listů

•

na ploše listů jsou patrné symptomy, listová žilnatina zasažena není

vliv emisí, včetně přízemního ozonu, na zemědělskou výrobu byl v letech 2004 – 2010 řešen týmem pracovníků Výzkumného ústavu rostlinné výroby viz https://sites.google.com/a/eto.vurv.cz/monitoring-imisi/

• • •

významný dopad na vegetaci

• • •

celá řada příznaků - od skvrn na listech různé barvy až po zpomalení růstu u citlivých plodin (obiloviny, tabák, vinná réva) to vede k významnému snížení výnosů k nejcitlivějším patří některé druhy dubu, jasanu, smrku či borovice a dále například i brambory, jeteloviny anebo pšenice

vzniká tam, kde jsou listy a jehlice vystaveny přímému slunečnímu záření, dopady na slunci odvrácených částech zpravidla chybí


Přízemní ozon - dopady na zdraví

• •

velmi podrobný rozbor dopadů na vegetaci na:

•

Novotný: Vliv zvýšených koncentrací přízemního ozonu ameteorologických faktorů na stav Obr. 3a + 3b: lesních porostů v České republice Poškození se viditelnČ projevuje na svrchní stranČ listĤ, spodní strana zĤstává bez

Novotný a kol.: Metodika hodnocení viditelného poškození vegetace vyvolaného účinky přízemního ozonu

symptomĤ. Habr obecný, Chlumec nad Cidlinou, 2004 Damage is visual on the upper part of leaves, lower part is without symptoms. European hornbeam

Obr. 3a + 3b: Poškození se viditelnČ projevuje na svrchní stranČ listĤ, spodní strana zĤstává bez symptomĤ. Habr obecný, Chlumec nad Cidlinou, 2004 Damage is visual on the upper part of leaves, lower part is without symptoms. European hornbeam

• • • • •

významný dopad na zdraví zejména podráždění dýchacích cest podráždění očí, nosu, krku, bolesti hlavy děti a starší lidé jsou více ohroženi, citliví jsou alergici i astmatici statistiky ukazují, že pro denní maximum hodinových průměrů vyšší 150 µg.m-3 se zvýší počet návštěv astmatiků u pohotovostních lékařů o 33%

Obr. 4: Poškození vyvolané pĤsobením pĜízemního ozonu nezasahuje listovou žilnatinu. Bez þerný, Trnovský les, Slovinsko, srpen 2007 Damage caused by impact of ground ozone does not extend across the veins. European elder, Trnovský forest, Slovenia, August 2007

15

Přízemní ozon - AOT40

Přízemní ozon - smogové situace a imisní limity

•

Obr. 4: Poškození vyvolané pĤsobením pĜízemního ozonu nezasahuje listovou žilnatinu. Bez þerný, Trnovský les, Slovinsko, srpen 2007

Damage caused pro by impact of ground ozone does not extend across the veins. pravidla vyhlašování a odvolávání smogových situací a regulací (varování) European elder, Trnovský forest, Slovenia, August 2007

viz http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/uoco/isko/grafroc/13groc/gr13cz/tab/tabVI1_CZ.html 15

•

přehled imisních limitů pro ochranu zdraví

viz http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/uoco/isko/grafroc/13groc/gr13cz/tab/tabI1_CZ.html

•

přehled imisních limitů pro ochranu ekosystémů a vegetace

•

pro přízemní ozón je nařízením vlády č. 597/2006 Sb. o sledování a vyhodnocování kvality ovzduší ustanoven imisní limit pro ochranu ekosystémů a vegetace označen jako AOT40

•

z angl. Accumulated Exposure over Threshold of 40 ppb tj. kumulovaná expozice nad prahovou hodnotu 40 ppb

•

kumulativní expozice ozonem AOT40 se spočte jako suma diferencí mezi hodinovou koncentrací ozonu prahovou úrovní 80 µg/m3 (= 40 ppb) pro každou hodinu, kdy byla překročena tato prahová hodnota



zdroj: ČHMÚ

Přízemní ozon - stav ČR

• •


z údajů ČHMÚ vyplývá, že v letech 1998–2006 bylo zasaženo nadprahovou hodnotou (3ppmh) 100 % území ČR, více jak 60 % plochy dvojnásobnou, zhruba 35 % trojnásobnou a 2 % rozlohy čtyř a vícenásobnou hodnotou

• •

průměrné roční koncentrace se za posledních 100 let zvýšily z 20-40 µg/m3 na 60-80 µg/m3

škody přízemním ozonem představují 10 až 25% ztráty na výnosech zemědělských plodin plošně v celé ČR

•

vyšší koncentrace troposférického ozonu vedly v roce 2013 k vyhlášení 16 smogových situací na 9 územích Smogového varovného a regulačního systému

• •

nejvíce smogových situací bylo vyhlášeno v letních měsících v červenci a srpnu

pole hodnot expozičního indexu AOT 40 v průměru za 5 let (2003-2007) zdroj: chmi.cz

nejvyšší průměrná hodinová koncentrace přízemního ozonu byla na území ČR naměřena na stanici Praha-Vysočany 29. 7. 1994 - 314 µg.m-3

v Ústeckém kraji byly celkem vyhlášeny 3 smogové situace, což je nejvíce ze všech dotčených území

zdroj: ČHMÚ



•

v letech 1993-2012 byl registrován mírně klesající dlouhodobý trend průměrných ročních koncentrací na horských a pozaďových stanicích

•

v roce 2013 byl O3 měřen na 63 lokalitách, z nichž na 19 % došlo k překročení imisního limitu za tříleté období 2011–2013

• •

hodnoty na horské stanici byly v průměru o 10-15 µg.m-3 vyšší než na stanicích pozaďových

•

cílový imisní limit pro ochranu lidského zdraví byl po celé sledované období překračován ve všech sledovaných stanicích

v porovnání s předchozím tříletým obdobím 2010–2012 došlo k poklesu počtu překročení hodnoty imisního limitu na 35 % lokalit , na 54 % došlo k nárůstu a na 11 % nebyl rozdíl

•

•

v letech 2009-2012 byl registrován výrazný pokles počtu epizod s překročením imisního limitu

•

teplé roky 2003 a 2006 znamenaly výrazný nárůst hodnot

k překročení imisního limitu O3 došlo v roce 2013 (průměr za tříleté období 2011–2013) na 25,6 % území ČR s cca 8,2 % obyvatel v porovnání s předchozím rokem (průměr za období 2010–2012) se plocha zasaženého území zvýšila o 9 % (z 16,6 %)

zdroj: ČHMÚ



Přízemní ozon - stav ČR Zdroj: http://chmi.cz

•

v roce 2014 byl přízemní ozon (O3) měřen na 62 lokalitách, z nichž na 9,7 % (6 lokalit) došlo k překročení imisního limitu 120 µg.m-3 za tříleté období 2012–2014

•

v porovnání s předchozím tříletým obdobím 2011–2013 došlo k poklesu počtu překročení hodnoty imisního limitu na 74 % lokalit, na 19 % došlo k nárůstu a na 7 % nebyl zaznamenán rozdíl

•

k překročení imisního limitu O3 došlo v roce 2014 (průměr za tříleté období 2012–2014) na 5,6 % území ČR s cca 0,8 % obyvatel. V porovnání s předchozím rokem (průměr za období 2011–2013) se plocha zasaženého území snížila o 20 % (z 25,6 %)



Přízemní ozon - vývoj



Přízemní ozon - vývoj Přízemní ozon - vývoj Zdroj: http://chmi.cz

• Peter Huszár: hourly surface ozone concentrations [ppbv] 2005 • modeled by CAMxv5.40 at 30 km x 30 km resolution • using SAPRC99 mechanism • http://www.youtube.com/watch?v=rFBS2qGqKQo

Oxid uhelnatý CO

Přehled znečišťujících látek

• • • • • • •

pevné částice - particulate matter PM ozon O3 oxid uhelnatý CO oxidy dusíku NOx oxidy síry (SO2, SO3) těžké kovy - olovo Pb organické látky

•

oxid uhelnatý (starší terminologií kysličník uhelnatý) je bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, lehčí než vzduch, nedráždivý - je velmi těžké si ho všimnout.

•

v přírodě je přítomen v nepatrném množství v atmosféře, kde vzniká především fotolýzou oxidu uhličitého působením ultrafialového záření a dále zejména jako produkt nedokonalého spalování fosilních paliv i biomasy. Je také obsažen v sopečných plynech. V mezihvězdném prostoru se vyskytuje ve značném množství.

Oxid uhelnatý CO - vznik

•

•

vzhledem k jedovatosti je jednou z významných znečišťujících látek. Vzniká při nedokonalém spalování uhlíku a organických látek, je emitován např. automobily (až 56% světových emisí pochází z dopravy), lokálními topeništi, energetickým a metalurgickým průmyslem. Přispívá ke vzniku přízemního ozonu.

Oxid uhelnatý CO - zdroje

• •

v ČR zejména lokální vytápění a dále průmysl důležitá rovněž doprava

CO vzniká zejména pokud:

•

je teplota spalování příliš nízká, aby mohlo dojít k úplné oxidaci pohonných látek na oxid uhličitý,

• •

čas hoření ve spalovací komoře je příliš krátký, nebo není k dispozici dostatek kyslíku

Oxid uhelnatý CO - dopady

Oxid uhelnatý CO - globální stav

• • •

koncentrace > 100 ppm jsou pro člověka nebezpečné

výskyt oxidu uhelnatého v atmosféře v roce 2000 a 2002-2008

škodlivé působení spočívá zejména v zamezení vázání kyslíku na hemoglobin

http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a000000/a002900/a002900/index.html

mezi příznaky otravy patří bolesti hlavy, závratě a nepříjemné pocity připomínající jako u chřipky

http://www.youtube.com/watch?v=kVyzsK0bV70

• • •

delší expozice může vést k poškození centrálního nervového systému a srdce vyšší koncentrace mají dopad na vývoj plodu v těhotenství dlouhodobé expozice mohou vést k depresi, zmatenosti a ztrátě paměti



•

výskyt oxidu uhelnatého v atmosféře v roce 2005 - detekce dálkového přenosu z JA http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a010000/a010800/a010853/index.html

globální mapy také na: http://earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps/ http://www.temis.nl/airpollution/co.html

Zdroj: https://www.youtube.com/watch?v=apJBkQiBxko

Oxid uhelnatý CO - emise ČR 2007

Oxid uhelnatý - imisní limity

• •

Zdroj: http://earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps/view.php?d1=MOP_CO_M

přehled imisních limitů pro ochranu zdraví

vzniká při nedokonalém spalování uhlíku a organických látek, je emitován např. automobily, lokálními topeništi, energetickým a metalurgickým průmyslem


Zdroj: http://chmi.cz Zdroj: http://chmi.cz


• vzniká při nedokonalém spalování uhlíku a organických látek, je emitován např. automobily, lokálními topeništi, energetickým a metalurgickým průmyslem



•




•




• vzniká při nedokonalém spalování uhlíku a organických látek, je emitován např. automobily, lokálními topeništi, energetickým a metalurgickým průmyslem



•




•



Oxid uhelnatý CO - stav ČR 2013

Oxid uhelnatý CO - stav ČR 2012

•

v roce 2013 na žádné stanici maximální denní 8hodinové klouzavé průměry nepřesáhly, podobně jako v předchozích letech, imisní limit

•

v roce 2014 se oxid uhelnatý měřil celkem na 28 lokalitách, většinou klasifikovaných jako dopravní, kde se dají očekávat nejvyšší naměřené koncentrace

•

nejvyšší denní 8hodinová průměrná koncentrace CO byla naměřena na lokalitě OstravaRadvanice, druhá nejvyšší 8hodinová koncentrace této látky byla naměřena na stanici TobolkaČertovy schody (pravděpodobně díky zdroji Vápenka Čertovy schody)

•

na žádné z nich maximální denní 8hodinové klouzavé průměry nepřesáhly imisní limit (podobně jako v předchozích letech)

•

v roce 2013 došlo proti předchozímu roku k nejvýraznějšímu poklesu koncentrací CO na lokalitách Praha 2-Legerova a Ostrava-Přívoz

•

nejvyšší denní osmihodinový průměr byl naměřen na lokalitě Ostrava-Radvanice



Oxid uhelnatý CO - vývoj ČR 2007-2012


Kvalita ovzduší. Kontakt: Katedra agroekologie a biometeorologie, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů Česká zemědělská univerzita

Recommend Documents