Ovzduší
ENS124 - Globální environmentální problémy
2023
Tomáš Chabada (tomaschabada@mail.muni.cz)
O čem to bude
● Koloběh látek
● Atmosféra
○ struktura, složení, dynamika
○ skleníkový efekt
○ ozonová vrstva
● Znečištění ovzduší
○ typy znečištění
○ znečišťující látky
○ kyselá atmosférická depozice, smog
Koloběh látek
Cyklus uhlíku
Zdroj: Myers, N.,
Spoolman, S.E.
Environmental issues &
solutions. 2014.
Cyklus dusíku
Zdroj: Myers, N.,
Spoolman, S.E.
Environmental issues &
solutions. 2014.
Cyklus síry
Zdroj: Myers, N.,
Spoolman, S.E.
Environmental issues &
solutions. 2014.
Cyklus fosforu
Zdroj: Myers, N.,
Spoolman, S.E.
Environmental issues &
solutions. 2014.
Zemská atmosféra
Struktura
atmosféry
Zdroj: Moldan, B.
Podmaněná planeta.
2015
Cirkulace
atmosféry
Zdroj: Moldan, B.
Podmaněná
planeta. 2015
Saharský
písek nad
Atlantským
oceánem
Zdroj: NASA
Staženo z:
http://www.ktbs.com/story/2
3283817/arklatex-in-depth-
saharan-dust-effects-on-our
-hurricane-season
Zdroje látek a jejich zánik
● Zdroje: souš, oceány + reakce v ovzduší
● Plynné látky
○ vodní pára: výpar + transpirace rostlin
○ biologické: fotosyntéza a dýchání (+ rozklad): O
2
a CO
2
(vyrovnané)
■ + metan, amoniak
○ antropogenní: CO
2
, CO, metan, …
● Tuhé látky
○ mořský aerosol - látky rozpuštěné v mořské vodě
○ ze souše: půda + zvětrávající horniny
○ antropogenní: kultivace polí + spalovací procesy
Skleníkový efekt
● ang. Greenhouse effect; název je mylný
○ skleník: zamezení úniku tepla prouděním
● Skleníkové plyny absorbují teplo ze slunce a teplo
vyzařované zemským povrchem a vyzařují ho všemi směry
(tedy i k povrchu)
● Klíčový pro život
○ udržování přijatelné teploty, bez něho -18 °C
● Skleníkové plyny: vodní pára (36-70% skl. ef.), CO2
(9-26%),
metan (4-9%), ozon (3-7%)
Skleníkový
efekt
Zdroj: Hollan, J.,
Gaillyová, Y. Ochrana
klimatu. 2019
Skleníkový
efekt
Zdroj: Moldan, B.
Podmaněná planeta.
2015
Skleníkový
efekt
Zdroj: Hollan, J.,
Gaillyová, Y. Ochrana
klimatu. 2019
Ozonová vrstva
● Ozón (O3
) - toxická látka
○ ve stratosféře užitečný
○ v troposféře - znečištění - fotochemický smog
● Filtruje nebezpečné UV-B záření
● Fungování
○ UV-C štěpí O2
na atomy O → spojení s O2
→ O3
○ O3
pohlcuje UV-B a rozkládá se zpátky na O2
a O
Chemické
reakce
v ozonové
vrstvě
Zdroj: Wikimedia
Staženo z:
https://en.wikipedia.org/w
iki/File:Ozone_Cycle.jpg
Narušení ozonové vrstvy
● 1974: Molina a Rowland - hypotéza, že některé lidmi
vyrobené látky mohou pronikat do stratosféry a narušovat
ozonovou vrstvu
● Chlorované a fluorované uhlovodíky (Freony)
○ CFCs - chlorofluorocarbons
○ inertní, setrvávají až stovky let → difuze do stratosféry
○ ve stratosféře - krátkovlnné sluneční záření → uvolnění atomů
chloru a bromu, které urychlují rozklad ozonu
Reakce
ozonu
Zdroj: Moldan, B.
Podmaněná planeta.
2015
Ozonová díra
● Ztenčená všude, nejvíc na pólech (zejm. jižním) a v
oblastech mírného pásma
○ Austrálie, Nový Zéland, Jižní Amerika, Jižní Afrika
○ 1 % snížení ozonu=2 % zvýšení příkonu UV-B; ČR o 10 % více
● Sezónní zhoršení: nejvíc nad Antarktidou na konci zimy a
během jara: až o 50-80 % tenčí
● zvířata: poškození DNA, snížení imunity, rakovina kůže a očí
● rostliny: škodlivé, např. menší produktivita mořského
fytoplanktonu
Ozonová díra - řešení
● 1985: Konference ve Vídni
○ → Vídeňská úmluva o ochraně ozonové vrstvy
● 1987: Montrealský protokol
○ omezení používání některých látek
○ 8-krát zpřísněn, naposled v r. 2007
○ podepsala naprostá většina států
● Důvody úspěchu
○ zřízení Mnohostranného fondu pro plnění Montrealského prot.
○ průmysl byl na změnu připraven, neohrožovalo ho to
Ozonová díra - současný stav
● Dostatečná opatření
○ pokles produkce látek, vyřazování dalších látek
● Předpoklad: přirozené, obnovení, ale až za desítky let
○ 2030-2050 přijatelné, 2100 plná obnova
● Probíhají negativní jevy - např. polární oblasti
● Můžeme odhalit další příčiny zhoršování
● Problém: změna klimatu
○ ochlazování stratosféry → rychlejší destrukce ozonu
Znečištění ovzduší
World's Air Pollution
Zdroj: https://waqi.info/
Znečištění ovzduší - úmrtí
● WHO - 2,4 mil. úmrtí ročně (Myers and Spoolman, 2014)
○ většina v Asii (Čína - 650 tis.)
○ 1,5 mil. v důsledku vnitřního znečištění
● 3,7 mil. předčasných úmrtí (Hite and Seitz, 2016)
○ 88 % v zemích s nízkými nebo středními příjmy
● Moldan (2015) - celkově podíl na 6 mil. předčasných úmrtí
○ více než ostatní nepříznivé faktory prostředí dohromady
Zdroj: Moldan,
B. Podmaněná
planeta. 2015
Vnější znečištění
● Zlepšení kvality ovzduší ve vyspělých státech
○ vysoká koncentrace oxidů dusíku
○ letní smog (troposférický ozon)
○ jemný aerosol s karcinogenními látkami
● Horší situace v méně vyspělých státech
○ jemné prachové částice
○ kyselá atmosférická depozice
Vnitřní znečištění ovzduší
● Závažný problém z hlediska dopadů na zdraví
○ pece a ohniště (země globálního jihu) - 50 % lidí ve světě
○ tabákový dým
○ látky uvolňující se z materiálů (VOCs, aerosoly)
○ chemické prostředky
○ biologické znečištění - mikroorganismy, alergeny
○ karcinogenní radon - z podložních hornin, radioaktivním
rozpadem
○ dopravní prostředky
Znečišťující látky
● Negativní dopady na biologické systémy a lidské zdraví
○ kardiovaskulární a respirační soustavy
● Ohrožují globální životodárné systémy
○ skleníkové plyny
○ látky poškozující ozonovou vrstvu
● Primární a sekundární
Primární
● Vypouštěné přímo do ovzduší
● Z přírodních procesů i lidských
zdrojů
○ spalování fosilních paliv, biomasy,
odpadu, zemědělství (čpavek)
○ SO2
, NOx
, NH3
○ VOCs - těkavé organické látky benzen,
toluen
○ těžké kovy - rtuť, kadmium, arsen
○ POPs - Perzistentní organické látky
○ PAHS - Polycyklické aromatické
uhlovodíky - dioxiny, furan
Sekundární
● Vytváří se přímo v ovzduší
díky chemickým a
fotochemickým reakcím z
primárních látek
● Vznik závisí na klimatu a
složení atmosféry
○ troposférický ozon
○ sekundární aerosoly
● Účinky daleko od místa vzniku
Zdroje znečištění
● Stacionární
● Mobilní
● Přírodní
○ požáry, vulkanické erupce, rostliny
● Lidské
○ uhelné energetické a průmyslové závody
○ vypalování lesů
○ motory spalující fosilní paliva
Základní škodliviny ovzduší
● Prašný aerosol (pevné prachové částice)
● Oxid siřičitý (SO2
)
● Oxid dusičitý (NO2
)
● Oxid uhelnatý (CO)
● Troposférický ozon (O3
)
● Olovo
Zdroj: Moldan, B.
Podmaněná
planeta. 2015
Zdroj: World Air Quality
Report, 2022
Zdroj: World Air
Quality Report,
2022
Zdroj: Moldan, B. Podmaněná
planeta. 2015
Zdroj: Moldan,
B. Podmaněná
planeta. 2015
Zdroj: European Environment Agency, 2020
Zdroj:
Moldan, B.
Podmaněná
planeta.
2015
Okyselování (Acidifikace)
● okyselování půdního nebo vodního prostředí
● úbytek zásad (vápník, draslík, hořčík) - nahrazení
kyselými prvky
● přirozené příčiny
○ biogeochemické (vulkány) a hydrologické cykly; sukcese,
podzolizace
● antropogenní příčiny
○ spalování fosilních paliv, zemědělství, průmysl
● okyselování oceánů (absorpce CO2
)
Kyselá atmosférická depozice
● Kyselé částice a kapky
● Oxid siřičitý, oxidy dusíku
○ transportované na velké vzdálenosti
○ přetvářené na sekundární škodliviny
■ kyselina sírová, kyselina dusičná, sírany, dusičnany
● Mokrá a suchá depozice
● Citlivost závisí od ekosystému a jeho odolnosti
○ složení půd, zásadité prvky, vegetace
Dopady
● Poškození vegetace
○ kyselost půdy, dostupnost živin, těžké kovy, vliv na půdní
organismy
● Poškození lesů (vyšší nadmořská výška)
○ odbourávání živin, uvolňování těžkých kovů
● Dopady na vodní systémy - kyselá jezera
● Poškození kovových a stavebních materiálů
● Dopady na lidské zdraví
○ Priamo + nepriamo
○ Podráždění a nemoci dýchacího traktu
Redukční smog (londýnský, zimní)
● Smoke + fog
● Šedá barva, inverze
● 50. roky - uhlí na topení a vaření + v energetice a
průmyslu
● Směs oxidu siřičitého, PM a kapek kyseliny sírové
● Méně často v rozvinutých krajinách - technologie
● Problém ve východní Evropě, Číně, Indii
○ uhlí ve fabrikách a domácnostech
Velký smog 1952 (Londýn)
● 5. - 9. prosince
● Ochlazení (uhlí), tlaková výše, bezvětří
● Mlha + smog; Autobusy místo tramvají
● 4000 úmrtí (možná až 12 000), 100 tis. onemocnění
● Environmentální legislativa (1956 Clean Air Act)
○ 10x snížení koncentrace oxidu siřičitého; o 80 % slunečního svitu
● 1930 Belgie (6000 nemocných; 60 mrtvých)
● 1948 Pensylvánie (6000 nemocných; 20 mrtvých)
Londýn 1952
Zdroj: The Telegraph
Staženo z:
http://www.telegraph.co.uk/news/earth/countryside/9727128/The-Great-Smog-of-Lond
on-the-air-was-thick-with-apathy.html
Oxidační smog (letní, fotochemický)
● Losangeleský, kalifornský
● Hnědý smog - oxid dusičitý (NO2
) z oxidu dusnatého
● Směs sekundárních škodlivin vytvořených při slunečním
záření
● Ozon, organické sloučeniny
● Urbánní problém - doprava
○ města se slunečním, teplým a suchým podnebím
● Dráždění očí, respirační potíže
Los
Angeles
Zdroj:
Mashable
Staženo z:
http://mashable.
com/2014/04/30
/most-polluted-c
ities-us/#4vNk4
B21wuqh
Vývoj
● Emise oxidů síry - snížení
○ celosvětove vrchol 1970
○ pozitivní vývoj v Evropě a Sev. Americe
○ odsiřovací jednotky, paliva s nízkým obsahem síry
○ negativní vývoj v Asii - přes hranice států
● Oxidy dusíku - jen částečně zlepšení
○ problém dopravy
Regionální a globální znečištění
● Regionální
○ stovky až tisíce km
○ kyselé deště (sloučeniny síry a dusíku)
○ letní (fotochemický) smog - např. nad celou Evropou
● Globální
○ látky typické pro ovzduší průmyslových zemí v Grónském ledovci
○ aerosol - také v globálním měřítku
○ a samozřejmě CO2
Městské prostředí
● Městský tepelný ostrov
○ dopady v zimě a v létě
● Znečištění ovzduší
○ doprava, topení, průmysl, spalování odpadů, stavební materiály,
čistírny odpadních vod
○ další látky: těžké kovy, rádionuklidy
● ½ lidí v urbánních oblastech v 91 zemích - znečištění
vyšší než 2,5x limity WHO
Řešení znečištění ovzduší
● Snížení emisí škodlivin
○ kontrola spalovacích procesů (stacionární a mobilní zdroje)
● Preventivní a následná opatření
○ Preventivní: účinnější + méně nákladná
○ Následná: rychlý efekt
○ ČR: odsiřovací zařízení na elektrárnách
● CLRTAP: Úmluva o dálkovém znečišťování ovzduší
přesahujícím hranice států (protokoly)
Zdroje
● European Environment Agency. Air quality in Europe — 2020 report. 2020.
● HITE, Kristen A. a John L. SEITZ. Global issues: an introduction. Fifth edition. Chichester: Wiley Blackwell, 2016.
ISBN 978-1-118-96885-7.
● HOLLAN, Jan a Yvona GAILLYOVÁ. Ochrana klimatu. ZO ČSOP Veronica. 2019.
● IQAir. World Air Quality Report. 2021.
● MIDDLETON, Nick. The global casino: an introduction to environmental issues. Fifth edition. London: Routledge,
Taylor & Francis Group, 2013. ISBN 978-0-415-82662-4.
● MOLDAN, Bedřich. Podmaněná planeta. Druhé, rozšířené a upravené vydání. Praha: Karolinum, 2015.
● MYERS, Norman a Scott SPOOLMAN. Environmental issues & solutions: a modular approach. International edition.
Australita: Brooks/Cole, Cengage Learning, 2014.
● RITCHIE, Hannah and Max ROSER. Air Pollution. Published online at OurWorldInData.org. Retrieved from:
'https://ourworldindata.org/air-pollution' [Online Resource]
● RITCHIE, Hannah and Max ROSER. Ozone layer. Published online at OurWorldInData.org. Retrieved from:
'https://ourworldindata.org/ozone-layer' [Online Resource]
● World Health Organization. Retrieved from: https://www.who.int/data/gho/map-gallery [Online Resource]