Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Toxické olovo v lesních povodích

Umíme odlišit původ znečištění?

Publikováno: Vesmír 93, 519, 2014/9
Obor: Ekologie

Olovo uvolňované z půdních komplexů a odnášené povrchovým odtokem je „mladé“.

Koncem devadesátých let jsme dostali nabídku z Hebrejské univerzity v Jeruzalémě: Pojďme se společně podívat na historii znečištění olovem v České republice. Použijeme profily horskými rašeliništi a poměry četností radiogenních izotopů olova (Pb). Díky pevnému navázání olova z atmosférické depozice na organický substrát lze datované rašeliny použít jako archiv historických změn v atmosférické depozici olova.

Pomocí poměrů četnosti izotopů 206Pb, 207Pb a 208Pb izraelští kolegové již tehdy slavili úspěchy při rozlišení vzdušného olova pocházejícího z těžby a zpracování rud a alkyl- olova z benzinu od prachu odvozeného z hornin zemské kůry.

Naše první otázka zněla: Umíme také odlišit znečištění způsobené spalováním uhlí v tepelných elektrárnách a domácnostech? V té době již existovala objemná literatura, která se soustředila na olovo pocházející z automobilové dopravy. Vyspělé západní země uváděly, že nejméně 70 % olova v jejich životním prostředí pochází z výfukových plynů. Izotopovým „otiskem“ uhelného olova se prakticky nikdo nezabýval.

Všechny zdroje olova ve střední Evropě lze jednoznačně rozlišit pomocí izotopových poměrů. I u nás za železnou oponou obsahovala látka přidávaná do benzinu k potlačení klepavosti motorů málo radiogenní olovo z prekambrických australských ložisek. Středoevropské paleozoické rudy lze izotopově odlišit od uhelného prachu a popela. Nejvíce radiogenního olova obsahují podložní horniny, protože v nich na rozdíl od rudních ložisek nikdy neskončil nárůst četnosti izotopů olova – dceřiných produktů rozpadových řad uranu a thoria. Izotopová data z rašelin osmi českých vrchovišť tvoří uprostřed obr. 1 světle šedý trojúhelník. Jednoduchý výpočet ukazuje, že u nás na rozdíl od západní Evropy a severní Ameriky převažovalo toxické olovo uvolňované spalováním uhlí nad alkyl-olovem ze spalovacích motorů. Pro ekosystémy širšího středoevropského regionu byly překvapivě těžba a zpracování rud málo významným zdrojem olova. Příbram i saský Freiberg vytěžily a zpracovaly nejvíce olova před r. 1890, toto maximum se však nijak neprojevilo v ročních rychlostech akumulace olova v rašelinách.

V oboru environmentální geochemie existuje řada příkladů, kdy přední světové týmy aktivně vyhledávají spolupráci s akademickými pracovišti v České republice. V druhé polovině 20. století bylo Československo na jednom z prvních míst na světě v absolutní míře i rychlosti nárůstu průmyslových exhalací. Ekosystémy České republiky se staly unikátní přírodní laboratoří pro testování nejrůznějších biogeochemických hypotéz. Atraktivní pro badatele je rovněž strmý gradient znečištění na poměrně malém území. V případě řady nebezpečných chemických látek byl před čtvrtstoletím sever České republiky až 10krát znečištěnější než jih.

Od konce osmdesátých let se můžeme pyšnit nebývalou rychlostí poklesu emisí většiny škodlivin (obr. 2a, 2b). Extrémní zátěž vystřídalo rychlé zlepšování stavu životního prostředí. Obr. 2c ukazuje druhou z úspěšných aplikací izotopových dat olova, tentokrát v malém povodí Jezeří na jižním svahu Krušných hor. Působením kyselého deště odumřely smrkové porosty ve vrcholových partiích tohoto povodí již v sedmdesátých letech 20. století. V porostu smrku ztepilého, jenž přežil v nižší nadmořské výšce, jsme studovali časovou řadu izotopového složení olova letokruhů. Světová literatura se donedávna klonila k názoru, že letokruhy jsou jako archiv historických depozic olova bezcenné. Živá vnější část dřevní hmoty se snaží vytlačit olovo do středu kmene, kde již neprobíhá metabolismus, a tudíž neškodí jeho toxicita. Mobilita olova uvnitř xylemu vesměs vedla k „rozmazání“ koncentračního či izotopového signálu nebo žádná časová změna těchto proměnných vůbec nebyla nalezena.

Jak ukazuje obr. 2c, smrk pouhé 4 km od nejbližších hnědouhelných elektráren vykazuje napříč letokruhy ostrý izotopový signál olova. V době nejvyšších emisí olova kolem r. 1987 se ukazuje maximum v poměru 206Pb/207Pb. Toto maximum se blíží izotopovému složení olova v uhlí (srv. s obr. 1). Zatímco v méně znečištěných oblastech podobné studie často vedly k neprůkazným výsledkům, v severních Čechách jsme „zdědili výhodu“ třetího největšího producenta hnědého uhlí na světě a nebývalé koncentrace velkých tepelných elektráren. Odlučovače prachu a desulfurizační jednotky byly v těchto 11 elektrárnách instalovány vesměs až v polovině devadesátých let. Pokud zkusíme analyzovat olovo v letokruzích smrku na svazích Beskyd, např. 20 km od ostravské průmyslové aglomerace, žádný koncentrační ani izotopový signál nenalezneme. Natolik byl severočeský region v době odumírání lesů unikátní.

Třetí úspěšná studie těží z výrazných časových a prostorových změn ve znečištění ekosystémů České republiky olovem. Již 20 let provádí Česká geologická služba ve spolupráci s několika partnerskými institucemi hydrochemické monitorování vybraných lesních povodí (obr. 3). V měsíčním intervalu získáváme data o chemickém složení atmosférické depozice na volné ploše a pod korunami stromů, včetně srážkových úhrnů. Množství vody měříme v závěrových profilech povodí společně s chemickým složením odtoku. Hmotové bilance hlavních a stopových prvků určují, zda se daný chemický prvek v ekosystému hromadí, nebo dochází k jeho exportu a ochuzování uvnitř povodí. Horská povodí jsou významným zdrojem pitné vody nejen u nás, ale i v řadě dalších zemí. Je toxické olovo – převážně dědictví druhé poloviny 20. století – trvale vázáno v lesních půdách, nebo se máme obávat jeho uvolňování do povrchových vod?

Od poloviny devadesátých let do současnosti pozorujeme významný pokles atmosférického vstupu olova do lesních ekosystémů (obr. 4). V lokalitách v blízkosti průmyslových zdrojů olova začal tento pokles na vyšších vstupních hodnotách. Literatura z méně znečištěných oblastí světa shodně tvrdí, že množství olova odtékajícího povrchovou vodou je malým zlomkem atmosférického vstupu a velikosti obou toků olova, tedy vstupu a výstupu, jsou na sobě nezávislé. Sorpční kapacita lesního ekosystému je v případě olova natolik velká, že odtok nereaguje na snižování depozice. Střední doba setrvání antropogenního olova v lesních půdách dosahuje staletí, či spíše tisíciletí.

Systém povodí GEOMON České geologické služby rozšiřuje toto poznání významným způsobem. Srovnání prvního a posledního roku monitorování (viz obr. 5) ukazuje na pokles exportu olova z malých povodí. Jedinou výjimku mezi 11 lokalitami tvoří lokalita POM s nepatrným nárůstem odtoku olova. Největší pokles zaznamenaly nejznečištěnější lokality v Orlických horách, Krkonoších a Jizerských horách (UDL, MOD a UHL). Rovněž v absolutní míře exportují tyto znečištěné severní lokality nejvíce olova ročně.

Pokud místo srovnání prvního a posledního roku monitorování porovnáme celé časové řady, zjistíme statisticky významný pokles koncentrací olova v odtoku na dvou lokalitách (CER v Beskydech a ANE na Českomoravské vrchovině) a pokles ročního odtoku olova v jedné lokalitě (UDL v Orlických horách). Předpovídáme, že další roky monitorování budou prokazovat statisticky významný pokles odtoku olova ve stále větším počtu lokalit. V podobných studiích bude hrát důležitou roli pokračující dlouhodobé hydrogeochemické monitorování. Data, která jsou dnes k dispozici, však již sama o sobě naznačují kratší dobu setrvání olova v povodí než stovky či tisíce let.

Množství exportovaného olova v nejznečištěnějších lokalitách na severu ČR je významně vyšší ve srovnání s méně znečištěnými jižními lokalitami (obr. 4). Nárůst atmosférické depozice olova nastal s rozvojem těžkého průmyslu v padesátých a šedesátých letech 20. století, tedy před pouhými několika desítkami let. Již nyní jsme svědky postupného exportu tohoto nepříliš starého antropogenního olova ze zalesněných povodí. Při zachování současných hydrologických poměrů nás pravděpodobně nečeká nárůst koncentrací nebo toků olova z lesních povodí. Pokud ovšem klimatické změny povedou k dlouhým obdobím sucha a následným přívalovým dešťům, může být olovo akumulované v lesních půdách v druhé polovině 20. století v budoucnosti uvolňováno v pulzech a negativně ovlivňovat živé organismy.

V roce 2011 jsme chemickou analýzu vstupů a výstupů v lesních povodích GEOMON doplnili izotopovými poměry olova (obr. 1). K našemu překvapení je olovo atmosférické depozice i povrchového odtoku v současnosti izotopově homogenní. Izotopové složení atmosférické depozice, známé z rašelinišť, bylo mnohem různorodější v letech minulých, od počátku průmyslové revoluce až do r. 2000 (světle šedý trojúhelník v obr. 1). Větší rozptyl hodnot 206Pb/207Pb v atmosféře během 20. století je vidět i na obr. 2d. Při pravé svislé ose obr. 2d je překvapivě malý rozptyl hodnot v malých povodích GEOMON znázorněn černou čarou. Značná homogenizace izotopového složení olova doprovází rychlý pokles množství olova v atmosféře. Přídavky alkyl-olova do benzinů byly v ČR zakázány na konci r. 2000. Ostatní zdroje olova si ponechávají svoje kontrastní izotopové složení, avšak zánik velkých bodových zdrojů znečištění vedl k lepšímu promísení atmosférického olova dříve, než vstoupí do ekosystémů.

Zajímavý je také poznatek, že olovo odtékající z lesních povodí je izotopově identické se současnou atmosférickou depozicí. I tato skutečnost napovídá, že olovo uvolňované z půdních komplexů a odnášené povrchovým odtokem je „mladé“. Geogenní olovo (vpravo nahoře na obr. 1) je izotopově značně odlišné od olova v dnešním povrchovém odtoku.

Olovu v životním prostředí se věnovaly i články Mechový archiv (Vesmír 84, 598, 2005/10) a Jakost vody v ČR (Vesmír 87, 771, 2008/11).

Literatura

Navrátil Tomáš, Rohovec Jan: Olovo – těžká minulost jednoho z těžkých kovů, Vesmír 84, 518, 2006/9; viz v tomtéž čísle infografiku na s. 534.

IZOTOPY V ŽIVOTNÍM PROSTŘEDÍ

Díky Norským fondům se České geologické službě před několika lety podařilo získat hmotnostní spektrometr s plazmovým zdrojem nové generace. Tento přístroj, tzv. multikolektorový ICP MS, začal tým mladých pracovníků používat pro studium netradičních izotopových systémů v životním prostředí a v petrologii. V současnosti je již rozpracována metodika stanovení izotopových poměrů prvků o vysoké ionizační energii, jakými jsou chróm, zinek, měď, kadmium a hořčík. Typ environmentálních studií bude do jisté míry inspirován izotopovým systémem olova popsaným v článku. Užití netradičních izotopových systémů v lesních povodích s jednou z nejdelších hydrogeochemických časových řad na světě jistě již brzy přinese výsledky.

Soubory

článek ve formátu pdf: 201409_519-521.pdf (441 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky