Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Kontaminace českých řek stopovými prvky

O prvé regionální studii říčních sedimentů v ČR
 |  5. 10. 1994
 |  Vesmír 73, 558, 1994/10

Kvalitu prostředí okolo nás může znehodnotit přítomnost zvláště toxických organických látek (např. PCB), nebo zvýšených koncentrací některých stopových prvků (např. kadmia). Pro své toxické působení již v poměrně nízkých koncentracích se tyto látky nazývají prioritní škodliviny. Přehledné práce o znečištění celého území ČR chybějí a není bohužel ani známo, kterým prvkům především je třeba věnovat pozornost. Přitom intenzivní hornická činnost a hutnění kovů v minulosti, současná i minulá průmyslová činnost a spalování příliš velkého množství nekvalitního hnědého uhlí nutně musí působit nadměrné zatížení prostředí stopovými prvky.

Ekonomicky úsporná studie znečištění na pedologicky a geologicky pestrém území ČR se může uskutečnit jen analýzou tzv. aktivních sedimentů (bahna) řek. Koncentrace stopových prvků v takových sedimentech představují dlouhodobý (obvykle několikaměsíční) zprostředkovaný záznam o znečištění řeky, a to jak bodovými zdroji (např. odpady z průmyslových závodů), tak difuzními zdroji, tj. splachy z povodí. Úroveň lidskou činností způsobeného znečištění (kontaminace) prvkem obvykle hodnotíme poměrem koncentrací v současných sedimentech a v sedimentech neovlivněných lidskou činností. Podmínkou je ovšem dodržení základní zásady většiny měření, tj. porovnávat jen porovnatelné. Tato zásada vyžaduje vyloučit vliv hrubé, písčité frakce a valounů na výsledky analýzy říčních sedimentů. Hrubé frakce obsahují jen velmi nízký podíl škodlivin a jejich rozdílný obsah na různých lokalitách působí „ředění“ jemnějších (jílovitých a prachových) frakcí, obsahujících naopak většinu škodlivin. Vzájemné porovnávání úrovně znečištění různými prvky je složitější. Každá škodlivina se ve styku s vodou dělí odlišně mezi formy vázané na pevné částice (vznášející se ve vodě nebo uložené na dně a stěnách toku) a formy rozpuštěné ve vodě. Čím vyšší je poměr těchto forem (distribuční koeficient), tím víc se škodlivina váže na sediment a tím méně se rozpouští ve vodě. Při porovnávání úrovně znečištění různými stopovými prvky s rozdílnými distribučními koeficienty musíme být obezřetní, neboť stejné znečištění řeky prvkem s nižším distribučním koeficientem se projeví nižším zvýšením jeho koncentrací v sedimentech.

Regionální průzkum kontaminace vodních toků ČR analýzou říčních sedimentů odebraných většinou nad jezy byl v Českém geologickém ústavu proveden v letech 1990 a 1991. Skutečnost, že obdobná studie sedimentů byla ve starých provinciích SRN provedena již r. 1972 a že jde o prvou geochemickou studii takového zaměření zahrnující celé území ČR, dokládá stupeň zaostalosti. Obsahy šesti z celkem 54 stanovených prvků jsou graficky znázorněny v obr. 1 až 6. Největší kruhy okolo míst odběru vzorků odpovídají koncentracím přibližně desetkrát převyšujícím přirozenou koncentraci prvku v případě rtuti, stříbra, kadmia a olova a pětkrát v případě arzenu a chromu.

Z obrázků vyplývá rozdílná četnost silného znečištění sedimentů jednotlivými prvky, které je asi z poloviny způsobeno současnou průmyslovou činností a z druhé poloviny výtoky důlních vod a splachy z hald. Překvapivá je četnost a výše znečištění českých řek stříbrem. Protože toxicita stříbra je porovnatelná s toxicitou rtuti, jde nesporně o závažný problém. Nález nejvyšších koncentrací stříbra v Labi pod Hradcem Králové (20 – 40 mg/kg) naznačuje, že příčinou je především použití sloučenin stříbra při přípravě filmů a fotografií. Vliv pokovování (galvanizace) a starých hornických a hutnických prací na obsahy stříbra v současných aktivních sedimentech řek je méně významný.

V minulosti tomu bylo ovšem jinak. V sondě vykopané v nivě řeky Labe nedaleko Kolína byly nalezeny sedimenty nekontaminované stříbrem až v hloubce 1,3 m. Řeka je tam uložila před rokem 1250, tj. před intenzivnějším rozvojem těžby a hutnění kovu v okolí Kutné Hory, odkud bylo znečištění transportováno především za povodní do Labe říčkou Klejnárkou. Říční štěrk v hloubce větší než 1,6 m byl ještě starší a jeho uložení předpokládáme během některé mimořádně velké povodně v 10. až 12. století. Mohla to být např. povodeň v září r. 1118, obvykle považovaná za největší v tomto miléniu.

Četnost silného znečištění řek kadmiem je jen o málo nižší než četnost znečištění stříbrem. Kadmium je jedním z prvků nejčastěji studovaných v dlouhodobých demokraciích, nejen pro toxicitu jeho sloučenin, ale i pro snadnou pohyblivost v prostředí, např. za proměnlivých geochemických podmínek (při poklesu hodnoty pH nebo zvýšení oxidačně redukčního potenciálu). Nejvyšší obsahy kadmia byly nalezeny v řekách znečištěných starými hornickými pracemi (dolní tok Litavky, řeky v západní části Krušných hor) a odpady z pokovovacích lázní (Lužická Nisa). Je-li příjemcem takového znečištění drobný vodní tok, mohou koncentrace kadmia v sedimentech být až desetitisíckrát vyšší než koncentrace přirozené. Takové výjimečně vysoké znečištění kadmiem bylo r. 1986 nalezeno ve Vinořském potoce na severovýchodním okraji Prahy. Pozdějším detailním průzkumem zde bylo zjištěno až 0,2 % kadmia, což je koncentrace pozorovaná dosud jen v sedimentech jednoho jezera v USA (Palestine Lake v Indianě).

Znečištění řek rtutí (obrázek) je způsobeno především odpady z průmyslových závodů. Např. Labe pod Pardubicemi nebo Bílina před soutokem jsou takto silně znečišťovány odpady z chemických závodů. Také dříve známá kontaminace nádrže Skalka a Ohře nad Nechranickou přehradou rtutí byla způsobena průmyslovou výrobou, avšak v SRN. Ve zmíněných povodňových sedimentech Labe u Kolína byl při povrchu nalezen jen (přibližně) dvojnásobek rtuti v porovnání se sedimenty podobné kompozice, ale uloženými v raném středověku. Atmosférická depozice rtuti je jednak relativně nízká, jednak je kompenzována následným zpětným přechodem rtuti do ovzduší a jejím postupným přesunem do chladnějších oblastí Země.

Silná znečištění řek olovem a arzenem byla pozorována většinou na shodných lokalitách (viz obrázekobrázek), a to pouze v Čechách. Jde především o následky starých hornických a hutnických aktivit. Např. úsek Ohře mezi soutokem se Svatavou a Nechranickou přehradou je takto silně znečišťován nejen olovem a arzenem, ale i řadou dalších prvků, např. mědí, zinkem, beryliem, uranem, cínem, kobaltem, selenem, antimonem a wolframem. Obsahy většiny z nich byly v Ohři, Svatavě nebo v ostrovské Bystřici rekordní. Koncentrace olova a arzenu v sedimentech řek výrazně zvyšuje též výroba a opracování olovnatého skla, např. v Sázavě ve Světlé n. Sázavou nebo v Labi pod Poděbrady. Je zajímavé, že vypuštění výluhů elektrárenského popílku z průtočných odkališť do Úpy v Poříčí u Trutnova nebo do Labe u Opatovic n. L. působí relativně méně intenzivní znečištění sedimentů arzenem.

Příčinou vysokých obsahů chromu v Oslavě pod Velkým Meziříčím, Úpě a Labi pod Jaroměří (obrázek) je kožedělný průmysl. U dalších prvků jsou zajímavé např. nejvyšší obsahy uranu, které byly nalezeny v ostrovské Bystřici a Ohři nad Nechranickou přehradou, Mži a vlašimské Blanici; cínu v Kyjovce u Mistřína a v Metuji před soutokem; mědi ve Svatavě, Lužické Nise a Osoblaze a zinku v Odře pod Ostravou a v Litavce. Nejvyšší obsahy zlata (okolo 0,5 mg/kg) měly sedimenty horního toku Jihlavy, Otavy, Lužické Nisy a Vltavy pod Prahou.

Obr. 1 až 6 zvýrazňují nejvyšší koncentrace prvků v sedimentech, zatímco plošnou kontaminaci území lze podle nich hodnotit obtížně. Ta se projevuje spíše mírným, ale obecným zvýšením obsahů stopových prvků. Z porovnání středních obsahů (mediánů) v sedimentech řek a přehradních nádrží, vybudovaných převážně v podhůří a na horních tocích řek méně zatížených bodovými zdroji, lze vyvodit, že území ČR je plošně znečištěno především arzenem, kadmiem, zinkem a olovem. Také porovnání obsahů stopových prvků v lesních půdách Šumavy a Krušných hor prokázalo především vyšší obsahy arzenu, olova a kadmia v půdách více zatížených Krušných hor. V každém čtverečním metru lesa je např. v půdě bohaté organickými látkami (humusu) zachyceno mezi 1,3 až 4,3 g antropogenního olova. V blízkém okolí průmyslových závodů s vysokoteplotními procesy a velmi frekventovaných cest byla depozice olova často ještě vyšší, a to nejen v nedávné minulosti (obrázek).

Nižší obsah olova v nejmladší vrstvičce sedimentů Čertova jezera signalizuje pokles atmosférické depozice olova po r. 1980. Ten lze doložit poklesem koncentrací prvku ve vodách šumavských jezer asi o 65 % mezi roky 1983 a 1993. V Labi u Hřenska (kudy odtéká většina vody z Čech) byl také pozorován pokles znečištění; koncentrace kovů v sedimentech však klesají jen zvolna (obrázek). A tak i zde se náprava minulých chyb ukazuje být obtížnější, než se předpokládalo.

Složení říčních sedimentů


Pro zjištění hlavních akumulačních komponent toxických prvků a pro určení mechanizmů jejich diagenetické transformace je nutná znalost minerálního složení říčních sedimentů. Sedimenty Labe a hmota částic v suspenzi sestávají z jílových minerálů (kaolinitu, smektitu, illitu, vermikulitu), karbonátů, křemene, živce a amorfní anorganické a organické hmoty, které interagují s látkami rozpuštěnými v říční vodě.

Pro sorpci toxických kovů v labských říčních sedimentech mají prioritní význam metastabilní oxidy a hydratované oxidy železa a manganu, neboť jsou schopny vázat značné množství toxických prvků. O málo nižší adsorpční kapacitu má organická hmota. V labských sedimentech je z 90 % složena z makromolekul, jako jsou proteiny a peptidy, polysacharidy, fulvosloučeniny a huminové látky. Zbývajících 10 % organické hmoty jsou dobře definované molekuly (např. volné aminokyseliny a cukry), které však pro vazbu toxických prvků nejsou významné vzhledem k jejich nízké reaktivitě omezující tvorbu organokovových komplexů. Pro transport toxických prvků vázaných na organickou hmotu je důležité, že huminové látky jsou rozpustné pouze v alkalickém prostředí intersticiálních roztoků, kdežto fulvokyseliny již v prostředí o pH nad 2.


Jak pršel fluor, kadmium a zinek


Atmosférické děje, které zprostředkovávají vstup odpadních látek ze vzduchu do potravní sítě, lze rozdělit na suché a mokré. K suchým počítáme především usazování (sedimentaci) a mokré zahrnují vše, co je spojeno s koloběhem vody, především s vymývacím mechanizmem srážek. Uvádí se, že mokrý proces odstraní z atmosféry až 80 % aerosolů. O účinnosti vymývání vzduchu atmosférickými srážkami svědčí pokusy s postupným odběrem deště, které ukázaly, jak během několika desítek minut rapidně klesá kyselost dešťové vody nad průmyslovým územím. Vnucuje se představa, že musí být dříve zničena ta průmyslová krajina, kde více a častěji prší...

Z toho, co jsme se dověděli, celkem jednoznačně vyplývá, že oblast Fláje na hřebenech Krušných hor je vystavena podstatně menší imisní zátěži, než před 10 roky. Naměřené hodnoty se přibližují dokonce těm, které jsme zvyklí vídat u vzorků z takzvané neimisní oblasti. Pravděpodobnou příčinou tohoto jevu je, podle neověřovaného ústního sdělení, regulace emisních zdrojů na území bývalé NDR po spojení s Německou spolkovou republikou. Na našem území k žádným významným a trvalým omezením exhalací dosud nedošlo. Dokladem toho jsou zjištěné depozice v centrální části Mostecké pánve. Tam se situace naopak spíše zhoršila.

Snížení depozice aerosolů na Flájích, pokud bude trvalého charakteru, má hygienicky pozitivní dopad, protože flájská údolní nádrž je především zásobárnou pitné vody pro velkou část pánevního prostoru. O příznivém vlivu na obnovované lesní porosty není třeba hovořit.

Ještě poznámka k hodnotám depozic: přepočítáme-li např. nejvyšší zjištěnou depozici zinku, dojdeme k neuvěřitelným 43,6 tuny na čtvereční kilometr za rok. Toto číslo však rychle ztratí na své neuvěřitelnosti, když si uvědomíme, že jediná velká elektrárna spálí za dvacet čtyři hodin patnáct až dvacet tisíc tun takzvaného energetického uhlí, které má zpravidla vysoký podíl nespalitelných látek. A takových zařízení je v Mostecké hnědouhelné pánvi několik.

Jindřich Paukert, Pavel Tryzna

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Ekologie a životní prostředí

O autorovi

Josef Veselý

Ing. Josef Veselý, DrSc., (*1943) vystudoval analytickou chemii na VŠCHT v Pardubicích. V České geologické službě se zabývá zejména geochemií prostředí.

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné