Téma 2. Fyzikální činitelé – především atmosféra a hydrosféra a jejich postavení v otázkách kvality životního prostředí Jiří Šafránek Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem, státním rozpočtem České republiky a rozpočtem Hlavního města Prahy.

Zemská atmosféra (A) Otevřený systém ovlivňovaný geologickými procesy země kosmickými silami životem na zemi

Vývoj atmosféry Před 4,5 mld. lety, po zformování planety Země, bylo složení atmosféry naprosto odlišné. Skládala se z lehkých plynů zejména vodíku, hélia a dalších vzácných plynů, které postupně unikly do meziplanetárního prostoru. Před 4,5 mld. lety, po zformování planety Země, bylo složení atmosféry naprosto odlišné. Skládala se z lehkých plynů zejména vodíku, hélia a dalších vzácných plynů, které postupně unikly do meziplanetárního prostoru. V dalších fázích vývoje se uplatnilo odplyňování zemského pláště a kůry a také přítomnost vody na zemském povrchu. Atmosféra byla tvořena hlavně dusíkem a oxidem uhličitým s příměsí vodíku, oxidu uhelnatého, metanu, vodní páry a dalších plynů. V dalších fázích vývoje se uplatnilo odplyňování zemského pláště a kůry a také přítomnost vody na zemském povrchu. Atmosféra byla tvořena hlavně dusíkem a oxidem uhličitým s příměsí vodíku, oxidu uhelnatého, metanu, vodní páry a dalších plynů. Teprve po rozjetí fotosyntézy před 2 mld. let, kdy autotrofní organizmy začaly do atmosféry uvolňovat O2 a s nárůstem O2 v atmosféře se vytvořila i ozónová vrstva chránící život na Zemi před škodlivým UV zářením, došlo k výraznému rozšíření života na zemi. S nárůstem O2 v atmosféře se snižoval obsah CO2. Vývoj života tak velkou měrou zformoval atmosféru a celý klimatický systém. S nárůstem O2 v atmosféře se snižoval obsah CO2. Vývoj života tak velkou měrou zformoval atmosféru a celý klimatický systém.

Počasí a klima Na vytváření zemského klimatu se tedy nepodílí pouze atmosféra, ale i procesy v oceánech, na pevninách, v ledovcích a v biosféře. Zjednodušeně lze říci, že klima (nebo podnebí) je "průměrné počasí" za několik desetiletí. K jeho popisu používáme parametry jako např. průměrná teplota vzduchu, průměrné srážky, délka a intenzita sluneční svitu, rychlost větru, vlhkost vzduchu a dalších klimatických veličin za delší období alespoň 30 let Při popisu klimatu je třeba uvést i veličiny, které vyjadřují jeho kolísání.

Klimatický systém země Klimatický systém se skládá z atmosféry, oceánů, kryosféry, litosféry a biosféry a se svým kosmickým okolím si vzájemně vyměňuje energii a hmotu. Atmosféra se vyznačuje rychlými změnami a reakcemi na působící vnější síly (např. sluneční záření) i na přenosy energie a hmoty mezi svými subsystémy (např. uvolňování latentního tepla pří vypadávání srážek v atmosféře) a odezva na působící vnější síly nebo na vzájemné reakce je velmi krátká; v nejspodnějších vrstvách atmosféry jde o minuty až hodiny, ve volné atmosféře o týdny až měsíce. Procesy v oceánech mají výrazně větší setrvačnost (podle hloubky měsíce až století) U pevninských ledovců se odezva může pohybovat v řádu několika století až miliónů let.

Zdroj: Upraveno dle US Climate Change Science ProgramUS Climate Change Science Program Klimatický systém země

Členění A podle změny teploty s výškou troposférastratopauza stratosféra ( ozonosféra) mezopauzamezosfératermopauzatermosféraexopauzaexosféra Almanach geografie National Geographic 2006

Jiná dělení A podle intenzity promíchání homosféru (do 90 – 100 km) Heterosféru podle elektrických vlastností neutrosféru (asi do 60 km) Ionosféru podle tření vzduchu o zemský povrch mezní vrstva (1 - 2 km) volná A

Dominantní vlastností A je Cirkulace příčinou je rozdílné oslunění zemská rotace základním zdrojem energie je sluneční záření ultrafialové (pod 400 nm) 7 % viditelné (400 – 750 nm) 48 % infračervené (nad 750 nm) 45 % (před vstupem do A)

Proudění v A je určováno atmosférickým tlakem izobarycyklonaanticyklona

Meteorologické symboly Almanach geografie National Geographic 2006

Fronty

Oblaka

Globální systém cirkulace energie po Zemi Almanach geografie National Geographic 2006

Chemické složení A dusík 78 % kyslík 21 % argon 0,9 % vodní pára 0,3 % oxid uhličitý 0,035 % metan 0,00017 %

Znečištění A Globální – skleníkový efekt, narušení ozonosféry Regionální – dálkový přenos látek, kyselé deště, fotochemický smog Lokální – průmyslové a zemědělské zdroje a redukční smog

Skleníkový efekt - zdroje Přirozené - vulkanismus, fotosyntéza, bakteriální činnost Antropogenní (zesílený, Arrheniův) rovnováha klimatického systému – energie pohlcená se rovná vyzářené radiační činitelé – faktory ovlivňující klimatickou rovnováhu koncentrace skleníkových plynů, sluneční záření, odrazivost

Skleníkové plyny vodní pára oxid uhličitý freonymetan oxid dusný ozón

GWP Global Warming Potential Porovnání podílu různých plynů na oteplování Oxid uhličitý má hodnotu 1 Freon 1000

Rekonstrukce klimatických dat tzv. proxy data Údaje z přírodních archivů Hlubinné sedimenty, korály, pyl, dřevo, led

K oteplování dochází Změny za posledních 100 let v Evropě Střední globální teplota +1,2°C Hladina moří plus 0,1 – 0,2 Zvyšuje se výskyt extrémních jevů Zkracuje se interval mezi nimi Zvýšení roční průměrné teploty o 1°C Vliv na geografické rozšíření druhů K severu o km, výše o m. n. v. Konflikt mezi posunem druhů a jejich migrační schopností Princip předběžné opatrnosti Zavedení opatření ke snížení produkce skleníkových plynů

Ozon 90 % v stratosféře ( stratosférický) – maximum koncentrace 23 km vzniká a zaniká interakcí kyslíku a UV záření 10 % v troposféře ( troposférický ) vzniká jako sekundární polutant z oxidů dusíku a uhlovodíků rozkládán především chlorem a bromem 1985 – Vídeňská konference o ochraně ozonosféry 1987 – Montrealský protokol o látkách narušujících ozonosféru monitorování ozonu GO3OS Global Ozon Observing Systém v rámci GAW Global Atmospheric Watch WMO World Meteorological Organization Almanach geografie National Geographic 2006

Atlas světa READER´S DIGERST VÝBĚR 2006

Troposférický ozon 3 – 4x více než před industrializací především po roce 1950 z nárůstu automobilové dopravy je to sekundární polutant vzniká z prekursorů především z NOx a těkavých organických látek VOC (Volatile Organic Compounds) působí zejména na plicní tkáň a sliznice nejzávažnější na citlivosti se považuje fyzická zátěž a již existující onemocnění považován za nejvýznamnější fytotoxickou škodlivinu

Regionální problémy znečištění Acidifikace (acidita – kyselost) pH přirozená 5,6 (rovnováha vody a atmosférického CO2) nižší = kyselé V ČR u srážek průměr 4,4 – 4,6 jednotek pH Okyselení převážně způsobují Sulfáty a nitráty Vznikají oxidací z emisí SO2 a NO X Významný pokles v ČR po odsíření a denitrifikaci elektráren

Lokální problémy Zimní smog – Londýnský - inverzní Letní smog – Los Angeleský - fotochemický Prach a SO2 Doporučení – nesportovat, větrat krátce Autor snímku: Martin Plaček

Emise (E) úniky ze zdrojů do A Emisní tok – množství E / čas Emisní zdroje – přirozené a antropogenní Zdroje – přízemní, vyvýšené, výškové, bodové, liniové, plošné, objemové, stacionární, mobilní, kontinuální, diskontinuální Emisní faktor – množství znečištění uvolněného z určitého objemu zdroje Množství emitované látky (m) se stanoví bilanční metodou - = emisní faktor x čas

Imise množství znečištění přicházející na příjemce – receptor Atmosférická depozice – tok látek z A k zemskému povrchu Depoziční tok – množství/čas/plocha zemského povrchu

Zásadní pro uplatnění negativního vlivu znečištění jsou Meteorologické aspekty Inverze – přízemní, výškové Vlivy radiační, advekční, frontální, subsidenční, turbulentní Významný je směr a síla větru a georeliéf krajiny Roli hraje i teplota, srážky a globální radiace Významný je i charakter zdroje – např. výška komínu

Kvalita venkovního ovzduší SO2 NOX NOX SPM SPM CO CO O3 O3 kovy – olovo a kadmium kovy – olovo a kadmium bioaerosoly bioaerosoly

Atmosferická depozice Suchá Mokrá …. Vypršení látek – tvoří kondenzační jádra Vymytí látek - jsou zachyceny již vytvořenými kapkami Kritická zátěž – nejvyšší depozice, která ještě nevede k dlouhodobým změnám na strukturu a funkci ekosystému acidifikace, eutrofizace

Vliv imisí na receptory Přímé Nepřímé..- acidifikace … lesy AkutníChronické

Vliv na lidi Údolí Maasy – Belgie 1948 – Donora – USA 1952 – Londýn masivní vlivy, ale o chronických vlivech ve velkoměstech se nemluví Hlavní vstupní branou je dýchací systém SO2 Kyselý aerosol – sírany a H2SO4 Suspendované částice NO2 CO – kargoxihemoglobin O3 Těžké kovy – Pb, Cd, Hg, Ni, As, VOC – C6H6 benzen a jeho alkyl deriváty a benzpyren

Vliv na vegetaci SO2 – kyselost a td NO2 hnědé skvrny na listech O3 -„- Fluoridy – špičky listů blednou a pak se zbarví hnědě Suspendované částice nesou kovy u silnic Vliv znečištění na stavby H2SO4

Měření znečištění ovzduší 1964 – MZ – hygienická služba ČHMÚ 8 oblastí postižených – SČ, HK-PA, Praha, Brno, ME – NER, SO-KV, Plzeň 1972 Svratouch a Chopok - BAPMON Background Air Pollution Monitoring Network 1977 – pozornost obrácena na relativně čisté oblasti 1974 začátek měření kvality srážek současná měření – ČHMU, HS, ORGREZ, ČEZ, VÚLHM, V=URV, Ekotoxa, další

IKO – index kvality ovzduší IKO SZÚ – šest kategorií IKO – ČHMU I. Až V. třída sleduje SO2, SPM, Nox, olovo a kadmium ALTERNATIVNÍ – SROVNÁNÍ ZNEČIŠTĚNÍ NA STANICÍCH zahrnuje tři hlediska Znečištění volného ovzduší – vliv na zdraví lidí Faktor přízemní ozon – dopad na ekosystémy Mokrá atm. depozice – vliv na půdu a ekosystémy V současné době se jeví jako problém především O3 a PM

Limity Emisní limit Imisní limit Depoziční limit Zvláštní imisní limit

Ovzduší vnitřních prostor CO2 - vydýcháno, porucha acidobazické rovnováhy CO - nedokonalé spalování plynu a tuhých paliv NOx - zvenčí, ale hlavně plynové spotřebiče a kuřáci SOx - kamna na uhlí, kerosen a naftu formaldehyd - stavební materiály a nábytek, koberce, tapety, kosmetika azbest - azbestová vlákna organické látky – těkavé tolueny, xylen, styren, ethylbenzen, terpény, pesticidy a domácí prach – nejhorší plísně, bakterie,roztoče, jejich metabolity, částečky kůže, textilií, zvířat, potravin, písek, pyly

Přirozené zdroje emisí Oceán – N2O, H2S, HCl Rostlinstvo – O2, CO2, N2, NH3, N2O, NO, SO2, H2S, CH4, Vulkanická činnost – SO2, N2O, CH4 Požáry CO, CO2 Bouřky NO

Antropogenní zdroje Průmysl, doprava, zemědělství CO, CO2, PAU, CH4, SO2, N20, NO, NO2

Schématické znázornění propojení hlavních problémů životního prostředí. Zdroj:

Vývoj atmosférické koncentrace CO2 [ppmv] za posledních let. Údaje byly získány z rozboru vzduchu v bublinkách "uvězněných" v Antarkickém ledovci". Zdroj:

Poslední doby ledové Za poslední dva miliony let se vystřídalo kolem padesáti ledových dob, kdy pevninské ledovce zasahovaly hluboko do mírných zeměpisných šířek a teplejších dob meziledových, kdy led naopak ustoupil do blízkosti pólů. Zpočátku byly kontrolované cyklem o délce přibližně 40 tisíc let, během posledního milionu let se ustálil cyklus, ve kterém ledové doby trvají asi 100 tisíc let a jsou prostřídávány meziledovými dobami o délce trvání 10 až 20 tisíc let. Poslední doba ledová vrcholila let před n.l. Následně se začalo oteplovat, nejteplejší období v Evropě nastalo asi před 9-6 tisíci lety. V mírných zeměpisných šířkách Evropy byla tehdy v létě teplota o 1,5 - 2,0°C vyšší než dnes, téměř celou západní a střední Evropu pokrývaly husté smíšené lesy, lesy rostly až za polárním kruhem i na Islandu a ve Skandinávii. Od té doby teplota mírně klesá a během posledního tisíce let výkyvy globálního ročního průměru teploty pravděpodobně nepřekročily 1°C.

Vývoj průměrné teploty za posledních let (semilogaritmické měřítko). Zdroj:

Podstata skleníkového efektu Teplota naší planety je určována rovnováhou mezi energií přicházející od Slunce ve formě krátkovlnného záření a energií vyzařovanou Zemí do okolního vesmíru. Krátkovlnné sluneční záření prochází zemskou atmosférou a ohřívá zemský povrch. Dlouhovlnné záření zemského povrchu je z části atmosférou pohlcováno a opětovně vyzařováno. Část energie se tak vrací zpět k zemskému povrchu, který se společně s nejspodnějšími částmi atmosféry ohřívá. Tento jev je často přirovnáván k funkci skleníku a proto se označuje jako skleníkový efekt a plyny, které jej způsobují, jsou nazývány skleníkovými plyny. Pokud by skleníkový efekt neexistoval, teplota zemského povrchu by byla oproti současnému stavu asi o 33°C nižší a planeta Země by byla pro život, alespoň ve dnešní podobě, zcela nepřijatelnou. Koncentrace skleníkových plynů jsou však v současnosti vysoko nad předindustriální úrovní (koncentrací kolem roku 1750) a stále narůstají. Klima je též ovlivňováno aerosolovými částicemi antropogenního původu, které sluneční energii rozptylují, odrážejí ji zpět do vesmíru, čímž naopak přispívají k ochlazování atmosféry.

Radiační bilance a působení skleníkového efektu Zdroj: IPCC - TARIPCC - TAR

Podklady připravil Martin Cáfal

Vysoké Tatry orkán lidské životy pás lesa 2,5 až 5 km široký a 50 km dlouhý úplně anebo těžce poškozený 19. listopadu 2004 Rychlost větru km/h ha lesa 2 mil. m3 dřevní hmoty

Smrková monokultura vysázená v 30. letech 85 % smrků nevhodné pro Vysoké Tatry kalamita byla „otázkou času“ Vzrost nového lesa bude trvat let

Obnova Do 7 let investice 36,5 mld. Sk Tlaky na budování hotelů, sjezdovek, adrenalinových parků podnikatelé vs. ochrana přírody Možná ztráta statutu národního parku podle mezinárodních kritérií ochrany

ZOH Poprad - Tatry neúspěšný kandidát na ZOH 2002, 2006, 2010 kandidát ZOH 2014 – rozhodnutí 2007 nereálné reálnější kandidatura 2018 s rozhodnutím 2011

Léto 2005 Největší požár od vzniku TANAPu v roce ha zasažené plochy 14 ha stojícího lesa 13 ha mladého lesa

Děkuji za pozornost