Vysoké koncentrace suspendovaných částic v důsledku silvestrovských oslav13 min čtení

Máme za sebou další silvestrovskou noc, vítání nového roku a s ním související odpalování zábavní pyrotechniky. V létě jsme zde publikovali sérii článků o měření kvality ovzduší během ohňostrojové přehlídky Ignis Brunensis. Nyní se podíváme zda, a pokud ano, tak v jaké míře se projevuje silvestrovské odpalování pyrotechnických výrobků jednotlivci.

Na rozdíl od letního měření budeme tentokrát vycházet nikoliv z účelového, ale z rutinního měření kvality ovzduší a dat ze stanic státní sítě imisního monitoringu. Zároveň je třeba zdůraznit, že data standardně prochází několikastupňovou verifikací, tedy ověřováním, při kterém se posuzuje jejich správnost. To samozřejmě zabere určitý čas, abychom tedy mohli provést vyhodnocení co nejdříve, budeme vycházet z operativních dat, která zatím neprošla kompletním procesem verifikace.

Na úvod si odpovězme na zásadní otázku – projevuje se odpalování pyrotechnických efektů na koncentracích znečišťujících látek v ovzduší, primárně ve městech? Odpověď zní jednoznačně ano a níže si ukážeme na konkrétních příkladech v jaké míře.

Denní chod koncentrací

Abychom měli určitou referenci, podívejme se napřed na dlouhodobé průměrné koncentrace vybraných látek, konkrétně na jejich denní chod. Jako příklad si vezmeme brněnskou stanici Dětská nemocnice, která jak uvidíme dále, byla ohňostroji na Silvestra 2018/2019 z brněnských stanic ovlivněna nejvíce. Níže uvedený graf ukazuje průměrné koncentrace pro jednotlivé hodiny za rok 2018, hodiny jsou v UTC.

 

 

Na grafu vidíme velmi výraznou ranní špičku, odpolední špička se již v takové míře neprojevuje. Tyto špičky mohou souviset jak se zvýšenou intenzitou dopravy, tak  vytápěním domácností tuhými palivy. Stanice Dětská nemocnice je pozaďovou stanicí, na dopravních stanicích vypadá graf odlišně, s výraznou špičkou v ranních hodinách kolem 7- 8 h a další, již více časově rozloženou v odpoledních a podvečerních hodinách. Jak je však vidět, v noci mají koncentrace mírně klesající trend. Po večerní špičce dochází k poklesu, na dopravních stanicích je tento pokles výraznější než na výše uvedeném grafu.

Kvalita ovzduší na Silvestra 2018

Nejprve se podívejme, jak vypadala situace na brněnských stanicích. Odpalování pyrotechniky se projevuje především nárůstem koncentrací suspendovaných částic a může docházet také k nárůstu koncentrací oxidů dusíku – a to jak vlivem hoření samotné pyrotechniky, tak zvýšenou intenzitou dopravy. Co je dále velmi důležité jsou meteorologické podmínky – směr a rychlost větru, teplotní zvrstvení atmosféry, případně srážky. Na přelomu roku 2018 a 2019 byly rozptylové podmínky spíše nepříznivé. Roli zde hrála především velmi nízká rychlost větru, která se na většině stanic celý večer pohybovala pod 1 m/s. Takto nízké rychlosti větru znamenají, že se vzduch pomaleji promíchává a proto se emise vzniklé hořením zábavní pyrotechniky drží dlouho na stejném místě. Dobře je to vidět i na načasování nárůstu koncentrací, jak uvidíme níže.

 

Uveďme si také imisní limity, abychom mohli čísla zasadit do kontextu. V České republice jsou v zákoně o ochraně ovzduší definovány následující imisní limity:

PM10 (průměrná roční koncentrace)	40 µg/m3
PM10 (průměrná 24h koncentrace)	50 µg/m3
PM2,5 (průměrná roční koncentrace)	25 µg/m3

Dodejme ještě, že Světová zdravotnická organizace (WHO) doporučuje pro částice PM_2,5 roční maximální průměr pouhých 10 µg/m³ a v ČR se imisní limit pro roční průměr změní přesně za rok 1. ledna 2020, kdy bude snížen ze stávajících 25 na 20 µg/m³. Je ale třeba dodat, že neexistuje bezpečná spodní hranice koncentrací.

 

Pro analýzu použijeme data za 24h periodu 31.12.2018 11:00 až 1.1.2018 11:00. Odpalování pyrotechnických efektů totiž ve skutečnosti začíná již dříve než o půlnoci, navíc budeme mít srovnání s předchozím odpolednem a následujícím dopolednem. Data vychází z brněnských automatických stanic – z manuálních jsou k dispozici pouze denní data a to až se zpožděním, proto není možné sledovat denní průběh.

Nejvíce se letos podepsalo odpalování ohňostrojů na koncentracích PM₁₀, tedy suspendovaných částic s aerodynamickým průměrem do 10 µm, na stanice Dětská nemocnice. Jedná se o pozaďovou stanici kousek od centra města Brna. Roli zde může hrát jak umístění poblíž centra, tak fakt, že je stanice na mírném kopci, tudíž kouřový oblak z pyrotechniky odpalované v určité výšce se může posouvat v této hladině a “přímo zasáhnout” právě stanici na kopci.

 

 

 

Jak vidíme z grafu, je zde patrný velmi výrazný nárůst a to již od přibližně 18 h. Maximální průměrná hodinová koncentrace 182 µg/m³ byla zaznamenána mezi 1:00 a 2:00. To víceméně odpovídá maximální míře odpalování o půlnoci, kdy vzhledem k nízké rychlosti větru určitou dobu trvá, než se koncentrace projeví na této pozaďové stanici. V 18 h byly koncentrace 13 µg/m³, tedy o 4 µg/m³ nižší než o hodinu dříve – toto odpovídá standardní situaci, kdy utichá odpolední dopravní špička. Po 18 h ale nenastává klasický pokles ale naopak výrazný nárůst. O 6 h později již byly koncentrace více než desetinásobné. Nárůst ale nebyl pozorován pouze na stanici Brno-Dětská nemocnice. Projevil se víceméně na všech brněnských stanicích, ale i stanicích jinde v kraji, s výjimkou stanic venkovských. Následující graf ukazuje souhrn všech stanic v Brně.

 

 

Z grafu vidíme takřka shodný trend na všech stanicích, na některých jsou nárůsty vyšší. Všimnout si můžeme například maxima v Tuřanech (světle modrá čára), kde ho bylo dosaženo až kolem 4 h ranní. Stanice Brno-Tuřany je pozaďovou předměstskou stanicí, umístěnou přímo v areálu brněnského letiště. Stanice je tedy až za městem a oblak z pyrotechniky sem putoval déle. Vidíme také, že ještě v 11 h následujícího dne byly koncentrace vyšší, než odpoledne na Silvestra. Vzhledem k faktu, že 1. ledna je státní svátek, zde nelze očekávat ranní dopravní špičku a jedná se tedy stále o dopad odpalování zábavní pyrotechniky.

Nyní se podívejme na koncentrace jemnější frakce PM_2,5, tedy částice o aerodynamickém průměru do 2,5 µm. Částice této frakce jsou ze zdravotního hlediska nebezpečnější. Obecně totiž platí, že čím je částice menší, tím hlouběji proniká do dýchacího systému, ty nejmenší, tzv. nanočástice, až přímo do krevního oběhu. Částice PM_2,5 vznikají při spalovacích procesech, tedy právě pyrotechnických efektech. Všechny částice PM_2,5 jsou zároveň částicemi PM₁₀, proto jsou koncentrace PM₁₀ vždy vyšší. Na obrázku níže vidíme opět graf koncentrací PM z Dětské nemocnice, tentokrát i s koncentracemi PM_2,5. Je vidět takřka shodný průběh a povšimněme si také faktu, že koncentrace PM_2,5 byly velmi blízké koncentracím PM₁₀. To je vcelku očekávatelné, protože pyrotechnické efekty jsou spalovacími procesy a při těch právě částice této velikosti vznikají.

Nyní se podívejme pro ilustraci, jak to vypadalo na silvestrovskou noc na stanici na observatoři v Košeticích. Jedná se o stanici umístěnou na zcela odlehlém, trvale neobydleném místě na Vysočině. V grafu jsme záměrně nechali osu Y ve stejném rozsahu, jako v případě Dětské nemocnice.

 

 

Na grafu vidíme na Silvestra pouze nevýraznou dopolední i odpolední špičku. Pak nastupuje noční pokles. Vidíme obrovský kontrast mezi městskou pozaďovou a venkovskou pozaďovou stanicí, v grafu není viditelný pík, který bychom mohli přisoudit odpalování pyrotechnických výrobků.

Podobná situace jako v Brně je ve všech větších městech. Podívejme se ještě do našeho hlavního města Prahy. Tady se stejně jako v Brně zaměříme na dvě stanice, které jsou blízko centra – konkrétně na stanici na Náměstí Republiky a stanici Karlín. Pro srovnání zahrneme i výše uvedenou stanici Brno-Dětská nemocnice.

 

Jak je vidět, na stanicích v centru Prahy byl nárůst ještě výraznější a to již mezi 0:00 a 1:00. Na stanici Náměstí Republiky dosáhly koncentrace až 276 µg/m³, ještě ve 22:00 přitom byly jen o něco vyšší než 50 µg/m³, což je imisní limit pro průměrnou 24h koncentraci. Na stanici Praha-Karlín došlo k nárůstu na 126 µg/m³, tedy o něco méně, něž na stanici Brno-Dětská nemocnice, shodně s Náměstím Republiky již mezi 0:00 a 1:00.

 

Na grafu výše vidíme srovnání koncentrací na stanicích Praha-Náměstí Republiky a Brno-Dětská nemocnice při Silvestru 2017 a 2018. Je vidět, že koncentrace v Praze byly letos výrazně vyšší. V Brně na stanici Dětská nemocnice bylo sice celkové maximum podobné, avšak v roce 2017 byly již počáteční koncentrace v průběhu dne vyšší, proto byl v roce 2018 nárůst také výraznější. Jak jsme již řekli, velmi důležitým parametrem je rychlost větru. Na následujících dvou grafech vidíme 10minutové rychlosti větru z období 31.12. 12:00 do 1.1. 11:50, pro roky 2017/2018 a 2018/2019. Data jsou ze stanice Brno-Zvonařka (na stanici Dětská nemocnice se rychlost větru neměří) a Praha-Libuš (data o rychlosti větru ze stanice náměstí Republiky nejsou z tohoto období k dispozici). Opět jsme záměrně použili stejné měřítko osy Y pro snazší srovnání obou měst.

 

Pokud se zaměříme na období kolem půlnoci, vidíme, že mezi roky 2017 a 2018 není na stanicích, co se rychlosti větru týká, příliš velký rozdíl. Pravděpodobně tedy byl letošní výrazný nárůst koncentrací na stanici Dětská nemocnice v období kolem půlnoci dán vyšším množstvím odpalované pyrotechniky.

V Ostravě se vysoké koncentrace PM₁₀ projevily zejména na předměstské stanici Ostrava-Kunčičky, kde rovněž došlo k výraznému nárůstu kolem 1 h ranní, 1.1.2019.

 

 

ČHMÚ Brno provádělo v loňském roce i měření během ohňostrojové přehlídky na brněnské přehradě. Během ní byly odpalovány profesionální “velké” ohňostroje. Během nich však nikdy nedošlo k tak vysokému nárůstu koncentrací (celkové maximum ze všech čtyř ohňostrojů pro PM₁₀ bylo 50 µg/m³), navíc na žádné ze stanic v Brně, kromě účelového měření přímo na přehradě, se ohňostroje neprojevily. Z toho plyne závěr, že drobná pyrotechnika odpalovaná jednotlivci během Silvestra má mnohonásobně vyšší vliv na celkovou kvalitu ovzduší ve městech, než jeden velký ohňostroj.

Závěr

• Odpalování zábavní pyrotechniky velmi výrazně, byť krátkodobě (několik hodin před a po půlnoci), zvyšuje koncentrace suspendovaných částic na městských stanicích.
• V Praze byla nejvyšší koncentrace na stanici náměstí Republiky mezi 0:00 až 1:00 (276 µg/m³), v Brně na stanici Dětská nemocnice, mezi 1:00 až 2:00 (182 µg/m³). Denní průměrná koncentrace PM10 na stanici náměstí Republiky 31.12.2018 byla na hranici 24h imisního limitu (50 µg/m³), na stanici Dětská nemocnice byla průměrná denní koncentrace 54 µg/m³ a došlo tak k překročení 24h imisního limitu pro PM_10.
• Vliv ohňostrojů (resp. jednotlivci odpalovaných pyrotechnických výrobků) na Silvestra je v celkovém součtu výrazně vyšší, než například jeden velký ohňostroj.
• Odpalováním se do ovzduší dostávají především menší částice frakce PM_2,5, které jsou zdravotně nebezpečnější. WHO doporučuje snížení průměrné roční koncentrace PM_2,5 na 10 µg/m³. Například na stanici Dětská nemocnice byly koncentrace PM_2,5 po půlnoci 1.1.2019 vyšší než 150 µg/m³. Jednalo se sice o krátkodobou hodnotu, ale tyto krátkodobé nárůsty, pro které nejsou přesně dány limity, můžou rovněž způsobovat zdravotní komplikace [1].
• Silvestr 2018/2019 byl z hlediska krátkodobých (kolem půlnoci) koncentrací a jejich nárůstu horší než o rok dříve. Vzhledem k podobným rychlostem větru na Silvestra 2017 a 2018 lze předpokládat, že nárůst byl dán vyšším množstvím odpalované pyrotechniky.

[1] – Gerber, A., Krause, M. and Groneberg, D., 2014. Particulate matter: short-term but high-impact exposure at public gathering in Germany. Thorax, pp.thoraxjnl-2014.