Přízemní ozon v Česku

Přízemní ozon patří k látkám, které jsou v současné době pokládány za vůbec nejproblematičtější ve venkovním ovzduší. Důvodem jsou dosahované imisní koncentrace, rozsah oblastí, ve kterých jsou měřeny, závažné účinky a fakt, že vzhledem ke komplikované atmosférické chemii vzniku a zániku ozonu se jen velmi obtížně dají snížit měřené koncentrace pod úroveň imisních limitů požadovaných legislativou. Přízemní ozon nemá v ovzduší přímý emisní zdroj, vzniká z oxidů dusíku a těkavých organických látek (viz Vesmír 84, 471, 2005/8; 87, 840, 2008/12) ve složitých reakcích. Na nich se podílí řada dalších složek, klíčovou roli hraje hydroxylový radikál OH. Těkavé organické látky vznikají jak v důsledku lidské činnosti, tak z přirozených příčin. Významné mohou být jejich emise z jehličnatých porostů v jinak čistých oblastech (viz Vesmír 79, 448, 2000/8). Důležitou roli při vzniku ozonu hrají nejen emise oxidů dusíku a těkavých organických látek (jejich absolutní množství i jejich poměr ve směsi), ale také meteorologické podmínky (vysoká teplota, vysoká intenzita slunečního záření, nízká rychlost větru, nízká relativní vlhkost, nedostatek atmosférických srážek).

Účinky

Ozon je silným oxidačním činidlem a působí negativně na lidské zdraví, vegetaci, ekosystémy i na různé materiály. Jeho účinky jsou prokázané při koncentracích, které se v ovzduší běžně vyskytují. V Evropě i v USA budí rostoucí koncentrace přízemního ozonu obavy již déle. Přibývá ovšem důkazů o negativním působení ozonu i v Asii, Africe a Latinské Americe. Rostoucí imisní úrovně přízemního ozonu na mnoha místech severní polokoule mají negativní důsledky pro vegetaci (viz Vesmír 80, 576, 2001/10). Ve venkovských a horských oblastech představují zvýšené koncentrace riziko pro citlivé rostliny téměř po celé Evropě. Na základě prováděných modelových výpočtů lze navíc očekávat, že koncentrace přízemního ozonu v tomto století ještě dále porostou.

Měření Českého hydrometeorologického ústavu

V České republice se koncentrace přízemního ozonu měří již od r. 1992, v současné době měří celkem 71 stanic, z toho 59 jich spravuje ČHMÚ (viz obr. 1). Ozon se měří stanicemi Automatizovaného imisního monitoringu (AIM). Měření je založeno na ultrafialové absorpční spektrofotometrii, měří se v reálném čase. Výsledky se ukládají do databáze Informačního systému kvality ovzduší (ISKO) a jsou pravidelně publikovány jako statistické charakteristiky spočtené z naměřených dat i podrobněji zpracované v grafech a mapách (viz www.chmi.cz). Při měření nemusíme spoléhat jen na finančně náročné měření automatickými systémy, dodávajícími údaje v reálném čase. Ty jsou samozřejmě nezastupitelné a tvoří spolehlivou páteřní síť celého monitoringu. Je-li však potřeba zhodnotit imisní situaci ozonu pro menší územní celek v podrobnějším rozlišení (např. konkrétní národní park či chráněnou krajinnou oblast), lze síť doplnit pasivními (difuzními) dozimetry. Ty jsou výhodné zejména v hůře dostupných oblastech bez zdrojů elektrického proudu.

Časová a prostorová variabilita ozonu

Koncentrace přízemního ozonu vykazují významnou časovou i prostorovou variabilitu v důsledku zeměpisné polohy, nadmořské výšky, umístění stanice, období roku a synoptické situace. V našich zeměpisných šířkách je přízemní ozon důležitou letní škodlivinou – má významný roční chod s jarním nebo letním maximem, se značně vyššími koncentracemi v létě než v zimě. Vyšší průměrné koncentrace přízemního ozonu jsou na stanicích v horských a venkovských oblastech. To souvisí s denním chodem koncentrací, lišícím se v závislosti na umístění stanice (viz obr. 2). Zatímco pro městské stanice je charakteristické maximum v odpoledních hodinách a výrazný pokles v hodinách nočních, stanice vzdálené od emisních zdrojů a ovlivňované pouze dálkovým či regionálním přenosem v ovzduší mají vysoké koncentrace ve dne i v noci.

K hodnocení potenciálního rizika ze zvýšených koncentrací ozonu pro vegetaci a ekosystémy se v Evropě využívá expoziční index AOT40 (součet rozdílů průměrných hodinových koncentrací a prahové koncentrace za vegetační sezonu), zavedený v rámci konvence o dálkovém přenosu znečišťujících látek.¹⁾ Prahová hodnota byla stanovena na základě experimentálních výsledků při exponování vybraných druhů zvýšeným koncentracím ozonu. Zvláště se počítá expoziční index pro lesy (AOT40F) a expoziční index pro zemědělské plodiny a přírodě blízká rostlinná společenstva (AOT40C). Cílem je zjistit, ve kterých oblastech jsou koncentrace natolik vysoké, že za určitých podmínek mohou rostliny poškodit. Přes řadu nedostatků zůstává expoziční index vhodným indikátorem zejména při odhadech potenciálního ohrožení rostlin rostoucích v optimálních podmínkách, s vysokou dostupností vody a živin.

Meziroční variabilita hodnoty expozičního indexu je značná (viz obr. 3). V letech 1994 a 1995 byly zaznamenány poměrně vysoké koncentrace přízemního ozonu, a tedy i AOT40. Po poklesu emisí oxidů dusíku a těkavých organických látek v Evropě v první polovině devadesátých let 20. století špičkové koncentrace ozonu výrazně poklesly. Pozdější vysoké hodnoty, zejména r. 2003 a r. 2006, vznikly v důsledku mimořádných klimatických situací.

Kritická hodnota překračována každoročně

Kritická hodnota pro ochranu lesů stanovená pro období vegetační sezony (od dubna do září), která byla v posledních letech snížena z 10 na 5 ppm.h, je u nás překračována každoročně na všech venkovských stanicích, liší se jen výše překročení.²⁾ Obdobně je překračována kritická hodnota pro přírodě blízké ekosystémy (v období od května do července).³⁾ Vysokou expozici vypočtenou na základě koncentrace přízemního ozonu ve venkovním ovzduší však není možné automaticky spojovat s poškozením vegetace. To může být vyvoláno až vnitřní expozicí, tedy dávkou, která se dostane dovnitř organismu. Vlastní fyziologická dávka je ovlivňována řadou faktorů stanovištních (např. půdní a vzdušnou vlhkostí) i fyziologických (daných druhem a vývojovým stadiem). To se výrazně projevilo například v létě 2003, které se udává jako vůbec nejteplejší od roku 1500. Měřené koncentrace přízemního ozonu i expozičního indexu byly tehdy v důsledku extrémně vysokých teplot značně vysoké v celé Evropě, překvapivě však nebyla zaznamenána významná poškození vegetace ozonem. Přestože denní maximální hodinové koncentrace byly na řadě míst Francie, Německa, Rakouska a Švýcarska vyšší než kdykoliv předtím, fyziologická dávka byla poměrně nízká. Rostliny se totiž při extrémním suchu brání výměně plynů uzavíráním stomat.

V roce 2003 bylo překročení prahové hodnoty AOT40F u nás vůbec nejvyšší. Prostorové rozložení (viz obr. 4) ukazuje, že pro třetinu zalesněné plochy ČR byla prahová hodnota překročena více než 6krát. Nejvyšší překročení bylo zaznamenáno v Krkonoších, v nejzápadnější části Krušných hor, v Českém lese, na Šumavě, ale i na Českomoravské vysočině a v Brdech.

Jak je vidět, škodlivý potenciál přízemního ozonu v ČR je značný, a to zejména v poměrně „čistých“ oblastech, vzdálených od emisních zdrojů. Je proto žádoucí studovat tento problém hlouběji a ověřit, zda vysoké koncentrace přízemního ozonu měřené v ČR vyvolávají skutečná poškození ekosystémů.