Představení projektu ISOFIN

Pro identifikaci zdrojů a posouzení rozsahu kontaminace životního prostředí často nestačí využít pouze data o koncentracích, ale též o poměru stabilních izotopů sledovaných prvků. V projektu ISOFIN, na kterém se podílí Fakulta životního prostředí České zemědělské univerzity v Praze, The Norwegian Institute of Bioeconomy Research (NIBIO) a Norská geologická služba (NGU), vyvíjíme metodiku identifikace zdrojů znečištění stopováním pomocí „tradičních“ (Pb) a „netradičních“ izotopových systémů (Ni, Cd, Cu). Metoda je založena na předpokladu, že každý zdroj má své charakteristické izotopové složení sledovaného prvku. Kombinací koncentračních a izotopových dat, při znalosti tzv. koncových členů mísení, lze teoreticky vliv každého zdroje kvantifikovat. Pro studium recentního a historického znečištění využíváme různé typy vzorků životního prostředí, které přináší specifické informace: vzorky sněhu, atmosférických částic o průměru menším než 10 mikrometrů (PM₁₀), lišejníků a mechů, půd, rašelinných profilů atd. Koncentrační a izotopová data dále doplňujeme mineralogickými analýzami.

Pro účely projektu byly zvoleny dvě kontrastní lokality:

• subarktická oblast na norsko-ruském pomezí v oblasti Finnmark, kde zejména vlivem hutních činností v severozápadním Rusku (Nikel, Monchegorsk, Zapolarnij) dochází od třicátých let minulého století k výrazným emisím kovů (Ni, Cu) a SO2 do okolního prostředí;
• oblast Ostravska je oproti Finnmarku výrazně komplikovanější, protože je v ní zastoupeno větší množství zdrojů (metalurgický a uhelný průmysl, doprava) a region patří mezi nejkontaminovanější lokality v Evropě. Během zimních měsíců se na Ostravsku také výrazně projevuje vliv lokálních topenišť.

Výsledky z oblasti Finnmark poukazují na relativně vysoké koncentrace niklu a mědi ve vzorcích z těsné blízkosti huti a v lokalitách po směru větru od zdroje znečištění (např. v půdních organických horizontech dosahují koncentrace 500 mg Ni/kg a 370 mg Cu/kg). Samotné izotopové analýze předchází metodicky náročná příprava vzorku, spočívající mimo jiné v dokonalém oddělení analytu a matrice, tj. k odstranění ostatních prvků a látek přítomných ve vzorku. Pomocí multikolektorového hmotnostního spektrometru (MC-ICP MS nebo TIMS) jsou analyzovány hodnoty zastoupení jednotlivých izotopů kovů, respektive jejich poměrů. Výsledná relativní hodnota δ vztažená k mezinárodně uznávanému „nulovému“ standardu potom slouží k porovnání izotopového složení v jednotlivých vzorcích. Předběžná data vykazují relativně široký rozsah hodnot δ60Ni u sněhu, lišejníků i půdy (0,34–1,72 ‰) zejména vlivem biologických procesů.

Na Ostravsku jsme ve vzorcích životního prostředí stanovili koncentrace anorganických polutantů a izotopové složení Pb a posoudili jsme využitelnost vybraných vzorků pro identifikaci zdrojů atmosférického znečištění v podobně silně znečištěných oblastech. Relativně velký rozptyl izotopových hodnot poměrů Pb indikuje přítomnost různých zdrojů znečištění, zejména průmyslových aktivit, spalování uhlí a dopravy. Jako nejvhodnější pro identifikaci současné kontaminace atmosféry v regionu se ukázaly vzorky sněhu. Lišejníky oproti tomu poskytují informaci o znečištění v horizontu několika let. Analýza atmosférických částic PM10 se projevila jako nevhodný nástroj, protože jejich složení je silně závislé na aktuálních povětrnostních podmínkách, a nemusí tedy nutně souviset s nejbližším bodovým zdrojem znečištění. Z výsledků projektu je patrný i nezanedbatelný vliv lokálních topenišť na kontaminaci atmosféry.

Tento projekt je financován Česko-norským výzkumným programem CZ09 v rámci Finančního mechanismu Norska 2009–2014 (projekt č. 7F14330).