Imisní zatížení ovzduší suspendovanými částicemi z dopravy

Doprava je označována jako jeden z nejvýznamnějších zdrojů znečištění ovzduší. Tento problém je navíc umocněn skutečností, že počty aut a počet ujetých kilometrů každým rokem vzrůstá a s nimi i tyto emise. Vzhledem k dominantnímu používání spalovacích motorů jsou ve výfukových plynech obsaženy značné množství plynných (CO, CO₂, NO_x, SO₂, HC, benzen a další) i pevných škodlivin (PM). Ty zahrnují zejména velké množství částic nejjemnějších frakcí, obsahujících komplexní směs anorganických a organických sloučenin, z nichž řada vykazuje toxické, mutagenní nebo karcinogenní efekty. Tyto částice mohou po dlouho dobu setrvávat v ovzduší, snadno vstupovat do respiračního traktu a poškozovat tak lidské zdraví. Právě s těmito částicemi jsou dávány do souvislosti pozorované změny morbidity a mortality u exponované populace. Z tohoto pohledu je v následujícím textu věnována pozornost právě těmto částicím.

Mezi nejzávažnější škodliviny emitované z dopravy s prokazatelnými negativními účinky na zdraví člověka, zejména ve velkých městech s intenzivní dopravou, patří emise PM vznikající při provozu motorových vozidel (spalování pohonných hmot, otěr pneumatik, brzdového a spojkového obložení, povrchu vozovek apod.). Nebezpečnost nespočívá jen v jejich mechanických vlastnostech, ale především v obsahu rizikových organických (polyaromatické uhlovodíky) nebo celé řady anorganických škodlivin jako jsou kovy, dusičnany, amonné ionty, sírany apod. Množství PM produkovaných dopravou (spalovací procesy) v ČR, vč. prognózy uvádí tabulka 1.

Vysvětlivky: IAD … individuální automobilová doprava, SVD … silniční veřejná doprava, SND… silniční nákladní doprava, ŽD … železniční doprava, VD … vodní doprava

Jako vstupní data byla využita reálná měření probíhající v roce 2005 až 2006 (v intencích NV 350/2002) na vybraných lokalitách města Brna, s různou dopravní zátěží a charakterem okolí (lokalita 1 – ul. Kotlářská, vysoká intenzita provozu, kaňon; lokalita 2 – Arboretum MZLU, nižší zatížení dopravou než lokalita 1, otevřený prostor). Vzhledem ke skutečnosti, že na PM jsou vázány téměř všechny organické a anorganické škodliviny, byla pozornost zaměřena rovněž na sledování obsahu PM₁₀ a PM_2.5 a jejich vzájemných korelací v rámci odběrové kampaně, která pobíhala v letech 2005 – 2006. Jak vyplývá z výsledků monitoringu na vybraných lokalitách, byly nejvyšší koncentrace PM zjištěny na přelomu listopadu a prosince, nejnižší na přelomu června a července (tabulka 2).

Vývoj koncentrací PM_2.5 během sledovaného období je velmi dobře patrný z grafu na obrázku 1. Výsledky dále naznačují korelaci koncentrací PM_2.5 a teploty. Korelační koeficient -0,62 spočtený pro lokalitu Arboretum je statisticky významný. Zjištěné sezónní rozdíly mohly být způsobeny ztrátou těkavých komponent PM (např. amonných solí) v letních měsících. Ty v období nižších teplot koagulují a mohou být zachyceny na filtrech. Výše popsaný trend však může mít spojitost i s dalšími aspekty, jako např. s vertikální stabilitou atmosféry. Lepší ventilací v teplejším období (konvekce) jsou částice lépe rozptylovány, zatímco v chladnějších měsících (inverze) je ventilace omezená a dochází tak k „hromadění“ PM ve spodních vrstvách atmosféry, poblíž místa svého vzniku. V zimě se na přítomnosti částic mohou také výrazně podílet lokální topeniště.

Obr. 1 Vývoj koncentrací PM2.5 a teploty během studovaného období

Průběhy koncentrací jednotlivých frakcí PM naměřené kontinuálním čitačem částic ENVIRONcheck 107 ve vybraných časových obdobích jsou znázorněny na obr. 2 a 3. Na průběhu koncentrací PM je vidět vyšší podíl hrubé frakce 2,5 – 10 µm v teplém období.

Porovnáním frakcí částic velikostí 2,5 - 10 µm, 1 - 2,5 µm a 0 - 1 µm na lokalitě 1 bylo zjištěno, že 51,8 % částic menších než 1 µm bylo obsaženo ve frakci PM10 v létě, kdežto v zimě 89,5 %. Na lokalitě 2 při odběrové kampani v období 27. 2. – 6. 3. 2006 byl podíl částic menších než 1µm ve frakci PM10 78 %.

Uvedené grafy naznačují významnou závislost distribuce jednotlivých velikostních frakcí PM na ročním období. Proto byly koncentrace PM_2.5 získané při měřeních v rámci odběrových kampaní porovnány s koncentracemi PM₁₀ získaných ze stanice automatického měřícího systému provozovaného (AIM) ČHMÚ.

Obr. 5 Korelace mezi koncentracemi PM2.5 a PM10 na lokalitách 1 a 2

Vzájemná korelace suspendovaných prachových částic frakce PM_2.5 i PM₁₀ na obou lokalitách vykazují velice podobné, statisticky významné, korelační koeficienty (0,967 pro PM_2.5, 0,879 pro PM₁₀), což indikuje podobné chování částic na obou lokalitách (obr. 4). Rovněž korelační koeficienty porovnání těchto frakcí v rámci jednotlivých lokalit jsou statisticky významné, konkrétně 0,850 pro Arboretum a 0,858 pro Kotlářskou (obr. 5). U frakce PM_2.5-10 se však tyto vztahy mezi oběma lokalitami neobjevují (korelační koeficient s hodnotou 0,190 je statisticky nevýznamný).

Roční imisní limit koncentrací PM10 (40 µg.m^-3) stanovený NV 350/2002 Sb. ve znění pozdějších předpisů byl na lokalitě Kotlářská překročen o 10,4 µg.m^-3. K překročení denního imisního limitu uvedeného v tomtéž předpise (50 µg.m^-3) došlo 26krát, tj. v 46,4 % měření, přitom zmíněné NV povoluje jeho překročení v 35 případech, tj. v 9,6 % měření. Připravovaný limit pro PM_2.5 (25 µg.m^-3) v rámci směrnice Evropské unie (Directive of the European Parliament and council on ambient air quality and cleaner air for Europe) byl překročen na obou lokalitách.

Získané výsledky podporují závěry publikované v některých zahraničních studiích [1, 3, 4], konkrétně závislost koncentrací PM na teplotě pozorované při měřeních v Londýně, Pekingu a Egyptě. V této souvislosti je možné potvrdit, že znečištění prostředí PM pochází také z jiných i vzdálenějších zdrojů než jen z dopravy. Z uvedených grafů je dále dobře patrná převaha sezónních vlivů, zejména teploty a stability atmosféry, s kterou je spojena možnost ventilace daných lokalit, nad vlivem variability dopravy v průběhu celé odběrové kampaně.

Literatura

[1] Adamec, V., Dufek, J., Jedlička, J., Huzlík, J., Cholava, R., JANDOvá, V., Kutáček, S., Dostál, I., SMÉKAL, P., ŠUCMANOVÁ, M., DVOŘÁKOVÁ, P., KALÁB, M., PROVALILOVÁ, I., LIČBINSKÝ, R., VOJTĚŠEK, M., ROSÍVAL, M., ADAMCOVÁ, M., Trhlíková, B., BARTOŠ, T., Čupr, P., Tříska, J. Výzkum zátěže životního prostředí z dopravy. (Výroční zpráva projektu VaV CE 801 210 109 za rok 2005). Brno: CDV, 2006, 105 s.

[2] NISBET, K., LAGOY, J.: Toxic equivalency factors (TEFs) polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), Reg. Toxicol. Pharmacol., 16, 1992, p. 290 – 300.

[3] CHARRON A., HARRISON R.: Interpretation of multi-metric particulate matter data monitored near busy London highway. In JOUMARD, R. (ed.) Environnement & Transports / Environment & Transport : Vol. 1 Poster communications. Actes INRETS n°107. Reims (France), June 12-14, 2006. Bron cedex (France), INRETS, 2006, p.255-262.

[4] GERTLER A. W., ABU-ALLABAN M., LOWENTHAL D. H.: The mobile source contribution to observed PM10, PM2,5 and VOCs in the greater Cairo area, In JOUMARD, R. (ed.) Environnement & Transports / Environment & Transport : Vol. 1 Poster communications. Actes INRETS n°107. Reims (France), June 12-14, 2006. Bron cedex (France), INRETS, 2006, p.263-269.