Produkce arzenu při těžbě drahých a barevných kovů

Poslední doly, kde se v České republice těžily barevné a drahé kovy, byly uzavřeny a o rudní hornictví se opět (již pokolikáté?) zajímají spíše historikové než investoři. Rozsáhlá, finančně náročná revize zásob nerostných surovin započala během druhé světové války a pokračovala až do osmdesátých let. Montanistický historický výzkum umožnil posoudit velikost i rentabilitu historické produkce, lokalizovat staré těžební a průzkumné práce a zjistit jejich rozsah. I když hlavním zájmem výzkumu, průzkumu a těžby byly užitkové kovy, výsledky umožňují posoudit i produkci odpadů při historické těžbě a zpracovávání rud. Tyto odpady dodnes ovlivňují životní prostředí. Jednou z nebezpečných a špatně likvidovatelných škodlivin je i arzen.

Ponecháme-li stranou keltskou těžbu zlata, pak prvý historický rozmach těžby drahých kovů provázel, a snad i zčásti podmínil vzestup Českého státu od posledních Přemyslovců do husitských válek. V tomto období se těžila hlavně stříbrem a zlatem obohacená pásma sulfidických rud (složených ze sirníků zmíněných kovů) při povrchu. Hloubkový dosah obohacení se pohyboval v desítkách metrů, v závislosti na tvaru místa a hladině spodních vod. Stříbro se těžilo převážně na Českomoravské vysočině (na Jihlavsku a Brodsku), vzrostla též horní sláva Kutné Hory. Hlavní produkce zlata pocházela z Jílového u Prahy, ale obtížně podchytitelná množství zlata se těžila i jinde.

Do husitských válek byla již většina druhotně nabohacených zón vytěžena a doly s chudými primárními rudami opouštěny. (Pozn. red.: druhotně nabohacené neboli sekundární ložisko se vyskytuje na jiném místě, než kde vznikla ruda, například v náplavech řek.) Na některých ložiskách však těžba přecházela na bohaté primární sulfidické rudy. Např. na jižních kutnohorských pásmech se těžilo z hloubek až 150 – 200 m.

Po husitských válkách byla obnovena těžba stříbra zvláště v Kutné Hoře, jižních Čechách a na nově nalezených ložiskách Krušných hor, z nichž nejvýznamnějším byl Jáchymov. Předmětem zájmu byly primární sulfidické rudy, obdobně jako v obnovovaných dolech na zlato. Do třicetileté války nebývale vzrostla produkce cínu z primárních rud Krušných hor a Slavkovského lesa. Rostla těžba a zpracování rud mědi a olova (Tisová, Oloví, Stříbro, Krkonošsko a Podkrkonoší, severní Morava a Slezsko). Katastrofa třicetileté války a staletá inflace, vrcholící dovozem levných drahých kovů z Ameriky, způsobily v Českých zemích dlouhodobou krizi hornictví. Jestliže koncem 16. století byla v Kutné Hoře hranice rentability dána obsahy 300 g stříbra na tunu v hůře zpracovatelných kyzech a 150 g stříbra na tunu v leštěncích (rudních nerostech kovového vzhledu), pak o sto let později byly požadovány minimální obsahy okolo 650 g stříbra na tunu. (Dnes by rentabilní obsahy stříbra v rudě musely být v kg stříbra na tunu.) Většina ložisek byla opuštěna a dodnes patrné stopy starého dolování pocházejí z pozdějších, většinou neúspěšných báňských průzkumů. Těžba pokračovala v Příbrami, Stříbře a v Krušných horách v dolech znovu otevíraných v 18. stol., kde se pak s nepatrnými přestávkami těžilo do nedávné doby.

Nejstarší představu o technologických dovednostech předků a hloubkách dolů, pokud byly známy, podávají díla Georgia Agricoly (1494 – 1555, viz Vesmír 73, 76, 1994/2), a Lazara Erckera ze Schreckenfelsu (1528 – 1594, viz Vesmír 74, 73, 1995/2). Snad nejslavnější kutnohorský důl Osel byl v 16. století hluboký okolo 600 m, jáma dolu Vojtěch na Březových Horách později (r. 1875) dosáhla světového rekordu – hloubky 1000 m. Těžené primární rudy byly ručně tříděny, prorostlé kusy drceny a šlichovány (plaveny). Při výrobě zlata a stříbra byl zpracováván veškerý získaný rudní podíl, obsahující kromě užitkových složek i škodliviny. Hutní technologie výroby drahých kovů se v zásadě podobala starobylé dokimastické metodě (to bylo chemickoanalytické určení kovů v rudách suchou cestou). Primární sulfidické rudy drahých kovů, obdobně jako šlichy (výplavky) cínových rud, se pražily a škodliviny se šířily po okolí. Při zpracování zlatých šlichů byla používána amalgamace (slučování zlata se rtutí na amalgám), někdy i loužení různými lučavkami. Pražící, obdobně jako odháněcí či odkuřovací pece (v nichž bylo ze slitiny olova a drahých kovů olovo odháněno, nebo z amalgamu odkuřována rtuť) byly umísťovány na návětrné svahy. Moderní postupy úpravy a hutnění rud se postupně zaváděly od konce 18. století a produkce byla koncentrována do větších hutí. Odpady, původně nepravidelně rozptylované po plochách rudních revírů, se hromadily v nejbližším okolí větších hutí.

Z dostupných dat (viz tab. na str. 392) můžeme odhadnout, že během 12. – 20. stol. antropogenní kontaminace z těžby a hutnění primárních rud stříbra, zlata, cínu a dalších barevných kovů přesáhla milion tun arzenu. K tomuto množství je nutné připočíst atmosférický přenos arzenu z těžby a zpracovávání rud v Sasku (ve Freibergu, Annabergu aj.). Při zpracování rud přecházel arzen do strusek, úletů, produktů a do odpadních vod.

Její rozsah publikovalo Ministerstvo zemědělství r. 1995. Obsahy nad 100 mg arzenu na 1 kg půdy jsou v okolí rudních revírů Jáchymov, Oloví, Horní Slavkov, a v oblasti Hory Svaté Kateřiny k nám zasahují z Německa. Obdobná situace je ve středních Čechách. Rudy příbramského ložiska měly průměrné obsahy arzenu okolo 0,6 – 0,7 %. Při úpravě se rudy nabohacovaly desetkrát až dvacetkrát, většinou včetně arzenu. Strusky z příbramské hutě, do níž byla výroba soustředěna r. 1786 (hutnění rudních koncentrátů bylo ukončeno r. 1972), obsahují pod 0,1 % arzenu, celkem do strusek přešla přibližně čtvrtina až třetina arzenu. Prodejné produkty, ať již to bylo stříbro, či olovo, byly různými způsoby rafinovány a obsahy arzenu v těchto produktech se pravděpodobně pohybovaly maximálně v prvých desetinách procenta. Výjimkou bylo tvrdé (antimonové) olovo a brokovina, tedy slitina olova s antimonem, z níž se vyráběly broky. Ostatní arzen se při hutnění i rafinaci dostal přímo do ovzduší, nebo do povrchových a spodních vod či činností bakterií opět do ovzduší. Tak se do ovzduší dostávala ve formě popílku, aerosolových částic a plynu nejméně polovina arzenu vsazeného do hutě. Novodobou hutní činností se na Příbramsku dostalo do ovzduší přibližně 70 – 100 tisíc tun arzenu, ročně pak 300 – 400 tun.

Podíl hutí na celkovém znečištění půd Příbramska arzenem byl analyzován na model distribuce, získaný při sledování půd (část úkolu GA AVČR–52/93). Skutečná distribuce arzenu je ovlivněna tvarem zemského povrchu (komín kovohutě je v sevřeném údolí Litavky, krajina se otevírá od severozápadu přes severovýchod k jihovýchodu), regionálně převládajícím směrem větrů (západních až severozápadních) a přítomností dalších zdrojů znečištění v jihovýchodní části. (Přispívá k tomu průmyslová zóna Příbrami včetně hald a odkališť rudných dolů, a také lokální topeniště v městské zástavbě.) V nejbližším okolí Kovohutě jsou průměrné obsahy arzenu v půdě okolo 500 mg na 1 kg (prvý km²), v dalších 2 km² 180 mg/kg, ve vnějších 6 km² 80 mg/kg. Z rozboru plyne, že například v intravilánu Příbrami mají „na svědomí“ obsahy arzenu v půdách ve výši 40 – 100 mg na kg jiné zdroje. V Březových Horách připadá hlavní podíl znečištění na zvětrávání hald po těžbě rud, v ostatních částech pochází 20 – 30 mg/kg ze zdroje souhrnně označovaného jako lokální topeniště. Kontaminace arzenem je výrazněji spjata se zvýšenými obsahy organické hmoty v půdách, například v lesích a ve vlhkých nivách, zvláště v údolí Litavky.

Vezmeme-li v úvahu energetickou náročnost hutních procesů, při nichž hlavním zdrojem energie bylo dřevěné uhlí, dále to, že při ražbě důlních děl se používala výdřeva a často „sázení ohně“ (na horninu rozpálenou ohněm se lila voda), pak i orientační propočet ukáže, že česká krajina v době maximálního rozkvětu hornictví (od 2. pol. 15. do 1. pol. 17. stol.) byla, v podstatě s výjimkou vyhrazených královských a některých panských hvozdů, důkladně odlesněna. Nejběžnějším způsobem hospodářského využití krajiny zřejmě byly úhory a pastviny, jak je patrné z dobových zobrazení. Spady tak snadno vstupovaly do potravních řetězců, zčásti byly při jarních táních a přívalových deštích splavovány do lokálních sedimentačních nádrží, hromadily se v sedimentech ronových údolí (vzniklých erozní činností vody) a v říčních nivách, v nichž jsou uloženy dodnes.

Obsahy arzenu v půdách plochých lesních komplexů s nízkou erozí a nízkou sklizní rostlin jsou poměrně vysoké (v porovnání s obsahy ve zdroji) a zůstávají dlouho zachovány, neboť arzen se ukládá zejména do obnovitelných orgánů stromů – listů, jehličí, kůry – které v lese zůstávají a zplodiny se tak cyklicky účastní biologického koloběhu. Vysoký kontrast obsahů ve svrchní vrstvě lesní půdy (s vysokým obsahem organické hmoty) vůči nižším vrstvám je navíc zdůrazněn vývojem podzolových půd (vyluhovaných podzemní vodou) v jehličnatých lesích. Vrstva organické hmoty brzdí vyplavování arzenu do povrchových a spodních vod. Tato funkce může být porušena např. oxidací organické hmoty po holosečích, lesních požárech nebo po vápnění lesů. V takovýchto případech hrozí nebezpečí, že se arzen rychle uvolní a vnikne do povrchových a posléze i spodních vod.

Území středočeského plutonu je bohaté na rudu, a to nejen v širším okolí Příbrami. V sedmdesátých letech zde byly různé rudy vyhledávány geochemicky. Novým vzorkováním byla ověřena použitelnost geochemické rudní prospekce pro určení území s vysokými obsahy arzenu v půdách. Obsahy ve svrchní vrstvě půd (40 cm) jsou jedenapůlkrát až třikrát vyšší než ve vzorcích z hloubky jednoho metru, z nichž byly brány vzorky pro rudní prospekci. Existuje výrazná vzájemná závislost mezi obsahy arzenu v půdách a výskyty polymetalické, uranové, a zvláště zlaté mineralizace. Obecně lze říci, že půda nad rozptýleně mineralizovanými horninami středočeského plutonu obsahuje 20 – 50 mg arzenu na 1 kg horniny, v ložiskových územích (např. Mokrsko, Rožmitálsko, Příbramsko, Krásnohorsko) obsahy arzenu dosahují v půdách až 1 000 mg/kg, a to na plochách několika km². Jsou ovšem přírodního původu. Podle výsledků geochemického průzkumu jsou v okrese Příbram obsahy arzenu vyšší, než je norma pro zemědělské využití půd, na ploše nejméně 300 km². Plocha zahrnuje většinu území okresu s výjimkou brdských lesů, širšího okolí Dobříše a jihovýchodní části okresu na Sedlčansku. Celkový rozsah plochy středočeského plutonu mezi Říčany na severovýchodě (mineralizace cínem a wolframem s arzenem) a Kašperskými Horami na jihozápadě (zlatá mineralizace) kontaminované arzenem z přírodních zdrojů (rudních mineralizací) je možné odhadnout nejméně na 1 300 – 1 500 km², z nichž přibližně dvě třetiny jsou využívány jako půda pro zemědělské účely.