Měření kvality ovzduší během brněnské přehlídky ohňostrojů Ignis Brunensis 2018 – 3. díl29 min čtení

Měření kvality ovzduší během brněnské přehlídky ohňostrojů Ignis Brunensis 2018 – 3. díl29 min čtení

ČHMÚ Brno ve spolupráci s Magistrátem města Brna již čtvrtým rokem měřil kvalitu ovzduší v rámci brněnské přehlídky ohňostrojů Ignis Brunensis. V letošním roce bylo provedeno měření v nové lokalitě v areálu Jachtklubu. Vozem, vybaveným automatickými analyzátory, byly sledovány koncentrace znečišťujících látek s platným imisním limitem (PM10, NO2, NO, NOx, SO2 a CO) a meteorologické podmínky v 10minutovém intervalu, vzorkovači pak byly odebrány vzorky ke stanovení koncentrace částic PM2,5 včetně analýzy kovů a částicovou analýzu skenovacím elektronovým mikroskopem. V této sérii článků vám představíme, jak takové měření probíhá, co mu předchází a samozřejmě i jaké jsou výsledky z letošní analýzy.

1. Úvod – popis měření, lokality a meteorologických podmínek
2. Kvalita ovzduší – PM10, PM2,5, NO2, NO, NOx, SO2 a CO
3. Kvalita ovzduší – kovy
4. Kvalita ovzduší – částicová analýza SEM/EDX

V tomto díle naší série o měření kvality ovzduší nad brněnskou přehradou během konání ohňostrojové přehlídky Ignis Brunensis se zaměříme na koncentrace kovů. Těžké kovy obecně představují skupinu kovů a polokovů s relativně vysokou hustotou a atomovou hmotností (většinou se uvádí > 4 g/cm3, ale přesná definice není jednotná). Některé z těžkých kovů jsou pro lidské tělo esenciální a je potřeba je v malých nebo stopových množstvích přijímat. Na druhou stranu jejich vysoké koncentrace můžou být vysoce toxické, a proto jsou sledovány nejen v ovzduší, ale i ve vodních a suchozemských ekosystémech a potravinách (Jaishankar, 2014).

Expozice některým kovům může mít řadu negativních zdravotních účinků – můžou být karcinogenní, způsobovat poruchy nervové soustavy nebo poškozovat oběhovou soustavu apod. (Kim H.S., 2015; Zeng, 2016; Lamas, 2016). Koncentrace vybraných kovů jsou proto pravidelně monitorovány a jsou pro ně dané imisní limity. V současnosti jsou v Zákoně o ochraně ovzduší definovány imisní limity pro celkem čtyři těžké kovy. Tyto limity jsou platné pro roční průměrné koncentrace v suspendovaných částicích frakce PM10.

Těžký kov Doba průměrování Imisní limit
As arsen kalendářní rok 6 ng/m3
Cd kadmium kalendářní rok 5 ng/m3
Ni nikl kalendářní rok 20 ng/m3
Pb olovo kalendářní rok 500 ng/m3

Kromě těžkých kovů s imisním limitem byly během ohňostrojové přehlídky stanoveny koncentrace také dalších kovů, pro které není dán imisní limit, a běžně se jejich koncentrace nesledují. Je tomu tak mj. proto, že nemají žádný významný zdroj, nejsou toxické či jsou jejich koncentrace v ovzduší běžně zanedbatelné (Tian, 2014). Během odpalování ohňostrojů je však v pyrotechnických efektech celá řada dalších kovů, které se během výbuchu dostávají do ovzduší. Cílem této analýzy tedy bylo tyto prvky v ovzduší detekovat a kvantifikovat.

Hodnoty pod mezí detekce (hvězdička) jsou udávány jako polovina meze detekce. Měření probíhalo ve tři dny konání ohňostroje. Ten byl odpalován od 22:30 do přibližně 22:50. Interval 18-22 tedy zahrnuje 4h odběr před ohňostrojem, odběr 22-02h dobu ohňostroje a bezprostředně po něm a odběr 02-06h odběr po ohňostroji. Tabulky udávají průměr z ohňostrojových intervalů (průměr tří měření 22-02h) a průměr z období mimo ohňostroje (průměr z období 18-22 a 02-06 h).

 

As
Arsen
33

 

Kromě intervalu 22-02h během druhého ohňostroje byly koncentrace arsenu pod mezí detekce. Onen druhý ohňostroj 6.6. byly naměřeny koncentrace 1,07 ng/m3, což je však stále pouze jedna šestina imisního limitu ročního průměru pro ochranu zdraví (6 ng/m3). Pro srovnání, hodnoty imisního limitu nejsou v současnosti v Jihomoravském kraji běžně překračovány. V Brně je tento prvek měřen na dvou lokalitách – v Brně-Líšni a na stanici Brno-Masná. Roční průměr v roce 2017 byl 0,7 ng/m3 (Brno-Líšeň) a 0,5 ng/m3 (Brno-Masná). Vyšší koncentrace bývají měřeny v zimním období, v roce 2017 byla nejvyšší průměrná měsíční koncentrace v Brně-Líšni 1,8 ng/m3 (leden) a 1,1 ng/m3 na stanici Brno-Masná (únor). V rámci celé České republiky byla v roce 2017 nejvyšší průměrná roční koncentrace naměřena v lokalitě Kladno-Švermov a to 6,0 ng/m3, tedy přesně hodnota imisního limitu. Druhá nejvyšší hodnota byla 4,2 ng/m3 (Tanvald-školka). V roce 2016 nebyl imisní limit překročen nikde v České republice.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
0,54 0,28*
Cd
Kadmium
48

 

Imisní limit pro roční průměrnou koncentraci kadmia v ovzduší je 5 ng/m3. V Brně jsou koncentrace kadmia sledovány na stanicích Brno-Líšeň a Brno-Masná, průměrné roční koncentrace v roce 2017 zde byly 0,1, respektive 0,2 ng/m3, tedy hluboko pod imisním limitem. Ani v rámci ČR nebyl v roce 2017 imisní limit nikde překročen a s výjimkou stanice Tanvald-školka (3,0 ng/m3), Ostrava-Radvanice ZÚ (1,1 ng/m3) a Souš (1,0 ng/m3) se koncentrace pohybovaly do 0,5 ng/m3. Z tabulky níže je patrné, že rozdíl mezi periodou ohňostroje a mimo ohňostroj je zanedbatelný a hluboko pod imisním limitem. Ze všech měřených intervalů byla absolutně nejvyšší hodnota naměřena v intervalu 02-06 h 6.6. a to 0,23 ng/m3.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
0,16 0,13
Ni
Nikl
28

 

Imisní limit pro průměrnou roční koncentraci niklu je 20 ng/m3. V lokalitě Brna jsou koncentrace niklu měřeny na stanici Brno-Líšeň a Brno-Masná. V roce 2017 byly průměrné koncentrace 0,6 ng/m3 (Brno-Líšeň) a 1,4 ng/m3 (Brno-Masná), tedy více než desetinásobně nižší, než kolik činí imisní limit. Nejvyšší koncentrace za rok 2017 v rámci celé České republiky byla 2,7 ng/m3 v lokalitě Ostrava-Mariánské Hory. Vysoké koncentrace niklu tedy v České republice nejsou zaznamenávány.

Tabulka níže ukazuje, že ani jeden z 9 intervalů nebyla koncentrace nad mez detekce.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
0,4* 0,4*
Pb
Olovo
82

 

Na přelomu tisíciletí došlo k výraznému zlepšení a snížení koncentrací olova v ovzduší, mj. díky zákazu používání olovnatého benzínu (v EU od roku 2000) (O’Brien, 2011). Imisní limit pro ochranu zdraví pro roční průměrnou koncentraci olova byl stanoven na 500 ng/m3 (0,5 μg/m3). Na stanici Brno-Líšeň byla v roce 2017 naměřena průměrná koncentrace pouhých 4,4 ng/m3, na stanici Brno-Masná 5,1 ng/m3, tedy jedna setina imisního limitu. V České republice pak byla nejvyšší průměrná koncentrace za rok 2017 naměřena v lokalitě Ostrava-Radvanice ZÚ (52 ng/m3). V dnešní době tak lze říct, že jsou koncentrace olova o řád nebo dva nižší, než je imisní limit.

Na rozdíl od předchozích tří těžkých kovů s platným imisním limitem, olovo patří mezi prvky, které se v pyrotechnických efektech používají, proto byl předpoklad zvýšení koncentrací v ovzduší během ohňostrojů. Tento předpoklad se, jak je vidět níže, potvrdil. Přesto však jsou koncentrace v průměru během ohňostrojů dosahovaly pouze 3 % imisního limitu ročního průměru pro ochranu zdraví.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
16,6 3,1

Níže uvedená tabulka uvádí procento naměřených koncentrací (průměr z intervalů ohňostrojů a maximum) z imisního limitu pro roční koncentraci daného těžkého kovu. Jak je z tabulky patrné, všechny průměry jsou pod 10 % z imisního limitu a pouze maximum arsenu je na necelých 20 %. Navíc je třeba připomenout, že se jednalo vždy o velmi krátký interval. Maximální hodnota kolem 1,1 ng/m3 nepředstavuje zdravotní riziko a v České republice jsou na řadě míst roční průměry několikanásobně vyšší.

těžký kov koncentrace imisní limit % z imisního limitu
průměr maximum průměr maximum
arsen 0,539 1,08 6 8,98 17,94
kadmium 0,16 0,23 5 3,20 4,65
nikl 0,40 0,80 20 2,00 4,00
olovo 16,69 35,88 500 3,34 7,18

Jelikož lze předpokládat, že potenciální částice produkované odpalováním ohňostrojů budou spíše menšího charakteru, byla zbývající analýza provedena pouze na částicích frakce PM2,5, které navíc byly vzorkovány ve 4h intervalech, které můžou lépe ukázat dynamiku koncentrací kovů během samotného ohňostroje a bezprostředně před a po něm.

K
Draslík
19

 

Draslík je lesklý, stříbřitě bílý a velmi měkký kov, který řadíme mezi alkalické kovy. V přírodě se volný draslík nevyskytuje a je vždy vázaný ve sloučeninách jako jednomocný kation K+. Jedná se o esenciální prvek pro lidské tělo. Podílí se na přenosu nervových vzruchů a regulaci vody v buňkách. Má ale vliv i na svalovou činnost.

Draslík v ovzduší může mít pozitivní vliv, jelikož zvyšuje alkalitu a tím tlumí a neutralizuje účinky kyselého prostředí vyvolávaného sírou a dusíkem, často v důsledku například kyselých dešťů. Uvádí se, že největším zdrojem draslíku v ovzduší jsou právě ohňostroje (Wang, 2007), z dalších zdrojů můžeme jmenovat lokální topeniště nebo ocelárny.

Stejně jako v případě studie Do (Do, 2012) byl v případě draslíku naměřen vysoký relativní nárůst koncentrací v periodě během konání ohňostrojů. Všechny tři měřené 4h intervaly zahrnující odpalování ohňostroje měly velmi významný nárůst koncentrací tohoto prvku. Vůbec nejmarkantnější nárůst byl naměřen při ohňostroji 6. 6. Během 4h intervalu před ohňostrojem (18-22 h) byly koncentrace draslíku pod mezí detekce (= 51,9 ng/m3). Stejně tak tomu bylo i ve 4h intervalu po ohňostroji (02-06 h). Avšak během 4h intervalu při konání ohňostroje (22-02 h) byla koncentrace draslíku 7840 ng/m3. Pokud tedy budeme považovat koncentrace před a po ohňostroji za polovinu meze detekce (= 26 ng/m3), pak byly během odpalování ohňostroje koncentrace v 4h průměru více než 300x vyšší v porovnání s průměrem před a po ohňostroji. Během ohňostroje 2. 6. byly koncentrace před a po ohňostroji rovněž pod mezí detekce, během ohňostroje pak 3710 ng/m3 (143x vyšší). V případě ohňostroje 9. 6. byla koncentrace před ohňostrojem pod mezí detekce. Během ohňostroje bylo naměřeno 1390 ng/m3 a následně ve 4h intervalu po ohňostroji 388 ng/m3. Pokud se podíváme na rychlosti větru, zjistíme, že právě během ohňostroje 9. 6. byla rychlost větru nejnižší ze všech čtyř ohňostrojů, proto je pravděpodobné, že v důsledku nízké rychlosti větru a tudíž pomalého rozptylu ohňostrojové vlečky, zůstala koncentrace zvýšená delší dobu.

V celkovém průměru ze všech 4h intervalů během a 4h intervalů mimo ohňostroje byly koncentrace v intervalu během ohňostroje téměř přesně 50x vyšší než v intervalu mimo (vzhledem k tomu, že bylo mnoho koncentrací pod mezí detekce, mohly být koncentrace mimo konání ohňostroje vyšší než polovina meze detekce, i v takovém případě by však byly koncentrace během ohňostroje minimálně 40x vyšší).

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
4313,3 86,3
Mg
Hořčík
12

 

Hořčík je středně tvrdý a lehký kov, který za normální teploty reaguje s kyslíkem a s vodou. Svými vlastnostmi je podobný hliníku a právě sloučeniny hořčíku s hliníkem mají velmi rozmanitá využití pro svoji pevnost, nízkou hmotnost například v automobilovém, leteckém nebo vojenském průmyslu.

Jemný prášek hořčíku je relativně reaktivní. V přírodě se vždy vyskytuje ve sloučeninách, například ve formě magnezitu, dolomitu nebo jiných minerálů.

Podobně jako v případě draslíku napomáhají ionty hořčíku neutralizovat kyselé prostředí, zvyšují pH a přispívají tak k mírnění nežádoucích projevů vysoké kyselosti prostředí. Podle britské National Atmospheric Emissions Inventory byl nejvýznamnějším zdrojem hořčíku v ovzduší ve Spojeném království v roce 2016 stavební průmysl (24 %) a právě ohňostroje (18 %).

Data naměřená během přehlídky Ignis Brunensis 2018 tento poznatek potvrzují – během odpalování ohňostrojů docházelo k významnému nárůstu koncentrací hořčíku v ovzduší. Nejvýraznější byl tento nárůst během druhého sledovaného ohňostroje 6. 6. Před i po ohňostroji byly koncentrace pod mezí detekce (= 8,9 ng/m3). Ve 4h intervalu konání ohňostroje však byly naměřeny koncentrace 570 ng/m3. Stejně jako v případě draslíku však je vidět velmi rychlé rozptýlení a už v následujícím 4h intervalu návrat pod mez detekce. Třetí měřený ohňostroj 9. 6. měl opět ze tří měřených ohňostrojů nejvyšší koncentrace ve 4h intervalu po konání ohňostroje (pravděpodobně opět důsledek nízké rychlosti větru). V celkovém průměru byly koncentrace ve 4h intervalech konání ohňostroje 17,5x vyšší než celkový průměr ze 4h intervalů mimo ohňostroj.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
288,7 16,5
Sr
Stroncium
38

 

Stroncium představuje velmi reaktivní měkký stříbřitý kov. Na vzduchu oxiduje a na povrchu se tvoří tmavá vrstva oxidu. Fyzikální a chemické vlastnosti jsou blízké vápníku a baryu. V přírodě se nejčastěji vyskytuje v minerálech celestin a stroncianit.

Tento vysoce reaktivní kov prudce reaguje se vzduchem i vodou. Na vzduchu hoří jasně červeným plamenem, při reakci s vodou je vylučován vodík a hydroxid stroncia (silně dráždivá látka). Jeden z izotopů stroncia, 90Sr, je radioaktivní a tedy potenciálně velmi nebezpečný. Jeho koncentrace můžou být zvýšené například během jaderných nehod či při použití jaderných zbraní (Steinhauser, 2013). Níže uvedené koncentrace se však týkají izotopu 88Sr, tedy izotopu neradioaktivního.

Stroncium je hojně využívaným kovem při odpalování ohňostrojům a používá se k dosažení červeně zbarvených efektů. Jedná se tedy o jeden z typických „ohňostrojových markerů“ v ovzduší (Licudine, 2012).

Předpoklad zvýšených koncentrací stroncia v intervalu konání ohňostroje se potvrdil. Během prvního i druhého měřeného ohňostroje (2. 6. a 6. 6.) byly koncentrace ve 4h periodě před i 4h periodě po odpalování ohňostroje pod mezí detekce (= 0,248 mg/m3). V periodě odpalování těchto dvou ohňostrojů byly koncentrace stroncia řádově vyšší (370x, respektive 745x). Během ohňostroje 9. 6. nebyly sice koncentrace před a po odpálení ohňostroje pod mezí detekce, přesto byly výrazně nižší, než koncentrace ve 4h intervalu konání ohňostroje.

V průměru byly během 4h intervalů konání ohňostroje naměřeny více než 19x vyšší koncentrace stroncia v porovnání s 4h intervaly před a po odpálení.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
57,2 3,0
Ti
Titan
22

 

Titan je nízkohustotní, stříbrný a velmi pevný kov rezistentní proti korozi. Patří mezi neušlechtilé kovy a tvoří hojně komplexní sloučeniny, kde se nejčastěji vyskytuje jako čtyřmocný.

V přírodě se vyskytuje v půdách téměř výhradně ve formě minerálů (např. osbornit) (Czyrska-Filemonowicz, 2005). Nejčastěji se využívá jako přísada do slitin, což těmto slitinám dává některé žádoucí vlastnosti (chemická odolnost, nízká hmotnost).

Pyrotechnické efekty titan často využívají pro dosažení jasných a bílých zářivých efektů (Woodford, 2003). Jedná se tedy opět o jeden z prvků, o kterém lze předpokládat, že jeho koncentrace budou v průběhu ohňostrojů vyšší. Měření provedená v rámci této studie toto prokázala částečně. Během prvního ohňostroje byly koncentrace titanu ve všech třech měřených 4h intervalech pod mezí detekce (= 282 ng/m3). Lze se domnívat, že tedy čeští ohňostrůjci zodpovědní za první ohňostrojovou show tento prvek ve svých efektech nepoužili, nebo jej použili ve velmi omezené míře. Během druhého ohňostroje byly koncentrace pod mezí detekce pouze ve 4h intervalu před a 4h intervalu po konání ohňostroje. V době jeho konání byly koncentrace výrazně vyšší (5,48 ng/m3). Výrazný nárůst byl pozorován i během třetího měřeného ohňostroje 9. 6. Celkově pak byl průměr z periody konání ohňostroje přibližně 13,5x vyšší než průměr ze 4h intervalů před a po ohňostroji.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
3,0 0,2
Ba
Baryum
56

 

Šedobílé, lesklé baryum je měkký kov, značně reaktivní, který se v elementární podobě v přírodě nevyskytuje – pouze ve sloučeninách ve formě Ba2+. Nejznámějším minerálem je baryt (BaSO4) V přírodě se slučuje s prvky jako síra nebo uhlík a kyslík.

V pyrotechnice se využívá pro vytváření zeleně zbarvených efektů (barví plamen zeleně). Dalo se tedy předpokládat, že budou koncentrace tohoto kovu, které jsou za normálních okolností velmi nízké, zvýšené. Steinhauser (Steinhauser, 2008b) ve své studii naměřil 11násobné zvýšení koncentrací barya při ohňostroji.

Během akce Ignis Brunensis bylo zvýšení barya velmi výrazné. U prvního ohňostroje byly hodnoty koncentrace barya před i po ohňostroji pod mezí detekce (= 0,289). Naopak během 4h intervalu ohňostroje byla koncentrace barya v průměru 77,2 ng/m3. Během druhého ohňostroje byl nárůst ještě výraznější – před i po ohňostroji byly koncentrace rovněž pod mezí detekce, během ohňostroje 244 ng/m3. V průběhu třetího měřeného ohňostroje 9. 6. byly koncentrace před i po ohňostroji vyšší, avšak v jeho průběhu byl opět zřetelný přibližně sedminásobný nárůst. V průměru byla tedy koncentrace barya ve 4h intervalech konání ohňostroje více než 21x vyšší. Steinhauser (Steinhauser, 2008b) sice naměřil „pouze“ 11násobný nárůst, v absolutních číslech však byly jím naměřené koncentrace výrazně vyšší, navíc se jednalo o koncentrace jako průměr z 24h období. Při prvním měřeném ohňostroji naměřil průměrnou denní koncentraci 321,7 ng/m3, při druhém 261,1 ng/m3.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
158,4 7,5
Al
Hliník
13

 

Hliník, stříbřitě-bílý měkký kov je velmi reaktivní a v přírodě se vyskytuje ve sloučeninách, často s kyslíkem, křemíkem či fluorem. Je třetím nejzastoupenějším prvkem v zemské kůře (cca 8 %). Z významných minerálů obsahujících vápník lze jmenovat bauxit a kryolit. Používá se například k výrobě plechovek, folií, nádobí, v leteckém průmyslu a často se používají jeho sloučeniny, které kombinují žádoucí vlastnosti vícero kovů dohromady.

Do ovzduší se hliník dostává například prostřednictvím některých průmyslových procesů (Dolara, 2014), ale také půdní erozí. Hliníkový prášek je jedním z nejčastěji používaných paliv v pyrotechnice. Jemnější prášek se používá pro dosažení zábleskových efektů, hrubší prášek pro vytváření jiskřivých efektů.

Zvýšené koncentrace hliníku v ovzduší byly naměřeny při konání druhého a třetího ohňostroje. Během prvního ohňostroje byly koncentrace po celou dobu měření (18-06 h) pod mezí detekce (= 8,51 ng/m3). U druhého ohňostroje již byl znám nárůst, v době konání ohňostroje byl průměr ze 4h intervalu měření 34,1 ng/m3. Během posledního měřeného ohňostroje 9. 6. byla koncentrace zvýšená již v intervalu před začátkem ohňostroje a v následujícím 4h intervalu zahrnujícím samotný ohňostroj narostla přibližně trojnásobně na 142 ng/m3. Lze tedy předpokládat, že byla ten den koncentrace zvýšená v důsledku jiného zdroje a nárůst daný odpálením ohňostroje tuto již vyšší koncentraci markantně zvýšil. Již v následujícím 4h intervalu však byla koncentrace opět pod mezí detekce. Během třetího ohňostroje vál vítr převážně jihozápadní. Jihozápadně od umístění vzorkovače byla tribuna, kde lidé sledovali ohňostroje. Tribuna byla umístěna na nezpevněném povrchu a je tedy možné, že koncentrace narostly právě v důsledku výrazně zvýšeného pohybu osob v této oblasti. Lidé na ohňostroje přichází často s předstihem, většina však ihned po ohňostroji oblast opouští. To by mohlo vysvětlit, proč byly koncentrace vyšší pouze před a nikoliv po a proč tomu také takto bylo pouze během třetího ohňostroje. Během prvního a druhého vál vítr převážně ze severu či severozápadu a severně a severozápadně od vzorkovače byla vodní hladina přehrady, tudíž se odtud nemohl hliník dostávat do ovzduší z půdy působením větru či pohybu lidí.

Celkově došlo v průměru během intervalu zahrnujícím odpalování ohňostroje k přibližně šestinásobnému nárůstu koncentrací vápníku v ovzduší v porovnání se 4h intervaly před a po konání ohňostroje.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
60,1 11,2
Fe
Železo
26

 

Železo je šedobílý, lesklý a středně tvrdý kov. Ve vlhkém vzduchu se pokrývá vrstvou hydroxidu. Jedná se o druhý nejrozšířenější kov na Zemi a přirozeně se vyskytuje ve čtyřech izotopech. Rudy s nejvyšším podílem železa jsou magnetit a hematit.  V čisté formě se téměř nepoužívá, avšak tzv. technické železo (slitina Fe s C, P, Si a dalšími prvky) patří k nejdůležitějším materiálům ve stavebním průmyslu. Jedná se také o esenciální prvek pro lidský organismus – je nezbytnou součástí hemoglobinu (krevní barvivo) a celé řady enzymů.

V ohňostrojových složích se železo používá pro vytvoření jasných jisker (Brain, 2001). Z měření v rámci této studie však není vidět výrazný nárůst železa v ovzduší. Koncentrace nejsou v průměru během ohňostrojů ani o 30 % vyšší, než jsou koncentrace mimo ohňostroje.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
139,3 108,0
Cu
Měď
29

 

Měď je měkký kov s velmi dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí a červenooranžovým zbarvením. Je součástí řady slitin, používá se ve stavebním průmyslu, jako vodič, vyrábí se z něj často například mince či termočlánky.

Pro lidské tělo se jedná o esenciální prvek. Napomáhá správné funkci metabolismu především prostřednictvím řady enzymů, které právě měď obsahují. Podílí se na tvorbě hemoglobinu, myelinu, melaninu a umožňuje správnou funkci štítné žlázy (Osredkar, 2011).

Krátkodobé zvýšené koncentrace mědi v ovzduší můžou vést k podráždění očí, nosu a krku a vést ke kašly, krvácení z nosu a kýchání. Chronická expozice může vést ke snížené plodnosti u mužů i žen. Právě ohňostroje jsou jedním z nejvýznamnějších zdrojů mědi v ovzduší. V ohňostrojových složích se používá k docílení modrozelené barvy a některé sloučeniny umožňují dosáhnout i nejsložitější barvy pro ohňostrůjce – modré (například CuCl).

Z měření vyplývá, že koncentrace mědi se opravdu výrazně zvyšovaly během ohňostrojů. Při prvním ohňostroji byly koncentrace ve 4h intervalu před a po ohňostroji pod mezí detekce, během ohňostroje výrazně narostly na více než 50násobek meze detekce. U druhého ohňostroje byl nárůst ještě přibližně čtyřnásobně vyšší, než u prvního ohňostroje. Během třetího ohňostroje byly koncentrace paradoxně nejvyšší ve 4h intervalu před samotným ohňostrojem. Říci, co způsobilo vyšší koncentrace mědi v ovzduší ještě před ohňostrojem je složité, dalšími zdroji mědi v ovzduší může být například otěr z brzdových destiček nebo pálení dřeva a fosilních paliv. Jak již bylo zmíněno, tento třetí ohňostroj 9. 6. byl jiný směr větru, než u prvního a druhého, kdy foukalo od hladiny přehrady. Během třetího ohňostroje však foukalo z místa, kde se nacházela tribuna s diváky a stánky s občerstvením. Nelze tedy vyloučit, že právě například stánky s občerstvením byly zdrojem vyšších koncentrací, navíc byla v ten večer velmi nízká rychlost větru, takže nedocházelo k rychlému rozptylu. Celkový průměr koncentrací z intervalu s ohňostrojem byl více než desetinásobný ve srovnání s průměrem z intervalů mimo ohňostroj. Tento průměr byl navíc výrazně snížen právě třetím ohňostrojem.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
95,0 9,4
Cr
Chrom
24

 

Chrom je lesklý, bílý a křehký kov, který vyniká zejména svojí neobvykle vysokou tvrdostí – jedná se o vůbec nejtvrdší kov (Singh, 2005). Jedná se o relativně nereaktivní kov, který za vyšších teplot reaguje s halogeny.

V přírodě se chrom nejčastěji vyskytuje v rudách chromit a krokoit. Má celou řadu využití, je jednou ze součástí nerezové oceli, používá se především v metalurgickém průmyslu, chrání kovové povrchy před korozí a je využíván i pro svůj atraktivní vzhled (matný stříbrný leštěný povrch). Iont Cr(III) patří mezi esenciální prvky pro lidský organismus. Má nezastupitelnou roli v metabolismu tuků a sacharidů (Vincent, 2000), umožňuje správné fungování insulinu (Park, 2004). Naopak Cr(VI) je vysoce karcinogenní (Air Quality Guidelines. WHO, 2000).

Jedním z nejvýznamnějších zdrojů chromu v ovzduší je pálení dřeva a dále lokální topeniště. V pyrotechnických efektech se používá jako oxidační činidlo (Niragu, 1988), ale od jeho používání se upouští. K nárůstu koncentrací chromu nad mez detekce došlo pouze během 4h intervalu konání druhého ohňostroje, kdy bylo naměřeno 14,1 ng/m3.

Imisní limit pro chrom není stanoven, jako referenční koncentrace je SZÚ stanovena hodnota 0,025 ng/m3. Avšak tato hodnota se vztahuje pouze na Cr(VI), nikoliv na celkový chrom. Průměrně tvoří Cr(VI) přibližně 0,001 až 10% z celkového chromu.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
5,2 0,7
Sb
Antimon
51

 

Antimon je stříbrný, lesklý, vysoce křehký kov až polokov krystalické struktury. V přírodě se vyskytuje i ryzí, většinou však v rudách spolu s olovem, mědí nebo stříbrem. Využívá se ke zlepšení vlastností některých slitin nebo při výrobě kaučuku. Dále se používá například v akumulátorech, jako aditivum do textilií a plastů, kde snižuje jejich hořlavost.

Jedním z významných zdrojů antimonu v ovzduší je otěr brzdových destiček (Iijima, 2008). Z dalších zdrojů lze jmenovat právě ohňostroje. Antimon se používá v řadě pyrotechnických efektů ke zvýraznění třpytu a záře (Russel, 2009).

Měření potvrdila, že se koncentrace antimonu během odpalování ohňostroje zvyšují. Vůbec nejvyšší koncentrace naměřená ve 4h intervalu byla 38,3 ng/m3 a to během 4h intervalu odpálení prvního ohňostroje.

Ohňostroje (průměr) Mimo ohňostroje (průměr)
26,0 1,9

Souhrn

Analýza koncentrací těžkých kovů nezahrnovala pouze čtyři těžké kovy s platným imisním limitem, ale i celou řadu dalších kovů. K nejvýraznějším nárůstům během odpalování ohňostrojů došlo u draslíku, kde byly koncentrace ve 4h intervalu v průměru 50x vyšší než byl průměr pro 4h intervaly mimo ohňostroje. Konkrétně u draslíku však nejsou vyšší koncentrace rizikem, podle některých zdrojů (Wang, 2007) jsou dokonce zvýšené koncentrace draslíku v ovzduší prospěšné, protože napomáhají neutralizaci nežádoucích účinků kyselých dešťů a právě ohňostroje jsou jedním z nejvýznamnějších zdrojů draslíku v ovzduší. Výraznější nárůst byl dále pozorován například také u hořčíku (v průměru přibližně 17,5násobný nárůst), i zde však nelze hovořit o problému, protože podobně jako v případě iontů draslíku, napomáhá draslík neutralizovat kyselé prostředí, zvyšuje pH a přispívá tak k mírnění nežádoucí vysoké kyselosti prostředí. Zvýšené koncentrace byly pozorovány i u dalších kovů, které jsou typické pro pyrotechnické efekty, například kovy, jejichž soli barví plamen konkrétní barvou (stroncium, baryum, titan, bor atd.) či kovy, které dodávají efektům jas, vyvolávají zábleskové efekty apod. Pro tyto kovy však není platný žádný imisní limit a nelze proto hovořit o jakémkoliv překročení.

 

Czyrska-Filemonowicz A, Buffat PA, Łucki M, Moskalewicz T, Rakowski W, Lekki J, Wierzchoń T. Transmission electron microscopy and atomic force microscopy characterisation of titanium-base alloys nitrided under glow discharge. Acta Materialia. 2005 Sep 1;53(16):4367-77.

Do TM, Wang CF, Hsieh YK, Hsieh HF. Metals present in ambient air before and after a firework festival in Yanshui, Tainan, Taiwan. Aerosol Air Qual. Res. 2012 Oct 1;12(5):981-93.

Dolara P. Occurrence, exposure, effects, recommended intake and possible dietary use of selected trace compounds (aluminium, bismuth, cobalt, gold, lithium, nickel, silver). International journal of food sciences and nutrition. 2014 Dec 1;65(8):911-24.

Iijima A, Sato K, Yano K, Kato M, Kozawa K, Furuta N. Emission factor for antimony in brake abrasion dusts as one of the major atmospheric antimony sources. Environmental science & technology. 2008 Mar 12;42(8):2937-42.

Jaishankar M, Tseten T, Anbalagan N, Mathew BB, Beeregowda KN. Toxicity, mechanism and health effects of some heavy metals. Interdisciplinary toxicology. 2014 Jun 1;7(2):60-72.

Kim HS, Kim YJ, Seo YR. An Overview of Carcinogenic Heavy Metal: Molecular Toxicity Mechanism and Prevention. Journal of Cancer Prevention. 2015;20(4):232-240. doi:10.15430/JCP.2015.20.4.232.

Lamas GA, Navas-Acien A, Mark DB, Lee KL. Heavy metals, cardiovascular disease, and the unexpected benefits of chelation therapy. Journal of the American College of Cardiology. 2016 May 24;67(20):2411-8.

Licudine JA, Yee H, Chang WL, Whelen AC. Hazardous metals in ambient air due to New Year fireworks during 2004–2011 celebrations in Pearl City, Hawaii. Public Health Reports. 2012 Jul;127(4):440-50.

Osredkar J, Sustar N. Copper and zinc, biological role and significance of copper/zinc imbalance. J. Clinic. Toxicol. S. 2011;3:2161-0495.

Park HS, Kang YH. The Role of trivalent chromium as a supplement. Journal of The Korean Society of Food Science and Nutrition. 2004.

Russell MS. The chemistry of fireworks. Royal Society of Chemistry; 2009.

Singh VP. Toxic metals and environmental issues. Sarup & Sons; 2005.

Steinhauser G, Schauer V, Shozugawa K. Concentration of strontium-90 at selected hot spots in Japan. PloS one. 2013 Mar 7;8(3):e57760.

Steinhauser G, Sterba JH, Foster M, Grass F, Bichler M. Heavy metals from pyrotechnics in New Years Eve snow. Atmospheric Environment. 2008b Dec 1;42(37):8616-22.

Tian YZ, Wang J, Peng X, Shi GL, Feng YC. Estimation of the direct and indirect impacts of fireworks on the physicochemical characteristics of atmospheric PM 10 and PM 2.5. Atmospheric Chemistry and Physics. 2014 Sep 16;14(18):9469-79.

Vincent JB. Elucidating a biological role for chromium at a molecular level. Accounts of chemical research. 2000 Jul 18;33(7):503-10.

Wang Y, Zhuang G, Xu C, An Z. The air pollution caused by the burning of fireworks during the lantern festival in Beijing. Atmospheric Environment. 2007 Jan 1;41(2):417-31.

WHO, 2016; Air Quality Guidelines, Global Update 2005; World Health Organization, 2006

Woodford C. Titanium. Marshall Cavendish; 2003.

Zeng X, Xu X, Boezen HM, Huo X. Children with health impairments by heavy metals in an e-waste recycling area. Chemosphere. 2016 Apr 1;148:408-15.

vedoucí oddělení kvality ovzduší

Rád si hraji s daty, tvořím webové aplikace a hledám cesty, jak věci někam posunout. Na ČHMÚ pracuji na pozici vedoucího oddělení kvality ovzduší, jsem administrátorem tohoto blogu, Facebook, Instagram a Twitter účtu ČHMÚ, jsem členem skupiny mobilní aplikace ČHMÚ a mám na starost anglickou větev našeho Facebook účtu. Podílím se na projektech napříč různými odděleními ČHMÚ.

Na ČHMÚ pracuji od roku 2014, práce mě moc baví a to nejen díky náplni, ale i skvělým kolegyním a kolegům.

Sdílet

Napsat komentář