Otázka chemie

Mají všechny plyny vliv na životní prostředí?

Celá řada plynů, které v ovzduší nalezneme, není z hlediska chemických procesů příliš důležitá. U některých stopových plynů, například oxidu uhličitého a oxidu dusného, nedochází v ovzduší k reakcím snadno, a spadají tak do kategorie plynů s dlouhou životností. Rovněž dusík, hlavní složka vzduchu, je v atmosféře do značné míry inertní. Stopové plyny s dlouhou životností se na celém světě vyskytují přibližně ve stejných koncentracích. Mezi vzorkem vzduchu odebraným na severní polokouli a vzorkem z jižní polokoule nebude v množství těchto plynů žádný velký rozdíl.

Koncentrace jiných plynů, například oxidu siřičitého, amoniaku a oxidačních činidel citlivých na sluneční světlo, jako je ozon, kolísají mnohem častěji. Pro životní prostředí a lidské zdraví představují riziko, a protože v atmosféře rychle reagují, dlouho se ve své ve své původní formě nevyskytují. S jinými látkami rychle vytvářejí sloučeniny nebo se ukládají v půdě, a proto je označujeme jako plyny s krátkou životností. Vyskytují se blízko míst, kde se uvolňují do ovzduší nebo kde vznikly chemickou reakcí. Na družicových snímcích můžeme v některých částech světa vidět ohniska těchto plynů; zcela běžně se jedná o průmyslové oblasti.

Jak mohou tyto plyny s krátkou životností zhoršovat kvalitu ovzduší a poškozovat životní prostředí?

Celá řada těchto plynů je pro lidské zdraví a rostliny toxická. V atmosféře se snadno přeměňují na jiné znečišťující látky, některé v důsledku slunečního světla. Díky sluneční energii se řada těchto reaktivních plynů s krátkou životností může štěpit na nové chemické sloučeniny. Vhodným příkladem je oxid dusičitý, jenž vzniká především při spalování paliv, například v automobilech nebo v paroplynových či uhelných elektrárnách. Je-li vystaven slunečnímu světlu, štěpí se na dvě chemické sloučeniny, na oxid dusnatý a látku, kterou chemici nazývají atomární kyslík, což je jednoduše jeden atom kyslíku, který reaguje s molekulárním kyslíkem (dvěma atomy kyslíku spojenými do molekuly O2) a vytváří ozon (O3). Ozon je toxický pro ekosystémy a lidské zdraví a je jednou z nejvýznamnějších látek znečišťujících ovzduší ve všech průmyslových zemích.

V 80. letech 20. století jsme však ozon potřebovali k ochraně před příliš silným slunečním zářením?

To je pravda. Ale ozon v ozonové vrstvě se nachází ve stratosféře v nadmořské výšce 10–50 km a více, kde nás chrání před ultrafialovým zářením. Ozon v nižších výškách, který se běžně označuje jako přízemní ozon, však ohrožuje lidské zdraví, plodiny a jiné citlivé rostliny.

Ozon je silné oxidační činidlo. Proniká do rostlin malými póry v listech, ty jej absorbují a ozon zde vytváří volné radikály, tedy nestabilní molekuly, které poškozují membrány a ničí proteiny. Volné radikály odstraňují rostliny svými důmyslnými procesy. Jestliže však musí část energie, kterou získávají ze slunečního světla a fotosyntézy, vydávat na opravu buněk poškozených volnými radikály, mají méně energie k růstu. Pokud jsou tedy plodiny vystaveny ozonu, jsou méně produktivní. Kvůli ozonu se snižují výnosy zemědělských plodin v Evropě, Severní Americe a Asii.

Chemické působení ozonu v lidském těle je podobné jeho působení u rostlin. Do těla však neproniká póry jako u rostlin, ale pohrudnicí, kde vytváří volné radikály a narušuje funkci plic. Ozonem jsou tedy nejvíce ohroženy osoby s dýchacími potížemi. Podíváme-li se na statistické údaje, vykazují období s vysokými koncentracemi ozonu i vyšší denní míru úmrtnosti.

Jestliže mají tyto plyny krátkou životnost, nemělo by radikální omezení emisí oxidu dusičitého vést k rychlému poklesu koncentrací ozonu?

V podstatě ano. Mohli bychom omezit emise a koncentrace ozonu by začaly klesat. Ozon však vzniká nejen těsně nad povrchem Země, ale až do výšky asi 10 km. Proto stále existuje velká koncentrace přírodního pozadí ozonu. Pokud bychom vypouštění emisí zcela zastavili, trvalo by asi měsíc, než by koncentrace ozonu klesly na hodnoty jeho přirozeného výskytu v prostředí.

I kdybychom v Evropě takové opatření skutečně přijali, naše vystavení ozonu by se vlastně nesnížilo. Ozon přítomný v Evropě pochází z emisí ze zdrojů, které se nacházejí také v Evropě, pouze zčásti. Evropa je však vystavena také ozonu, který se sem přesouvá z Číny, Indie a Severní Ameriky. Oxid dusičitý je sice plyn s krátkou životností, avšak ozon, který produkuje, se může vyskytovat po dlouhou dobu a cirkulací vzduchu kolem Země se může přesouvat. Jednostranné rozhodnutí EU by sice snížilo některé maximální hodnoty produkce v ozonu v Evropě, k celosvětovému omezení by však přispělo jen málo, protože Evropa je pouze jedním z producentů ozonu.

S ozonem se potýká Evropa, Severní Amerika, Čína, Indie i Japonsko; stejně tak i rychle se rozvíjející země jako Brazílie (kde se plynné prekurzory ozonu uvolňují v důsledku spalování biomasy a husté silniční dopravy). Z hlediska produkce ozonu jsou nejčistší odlehlé oceánské oblasti.

(c) Cesarino Leoni, ImaginAIR/EEA

Máme se obávat pouze ozonu?

Další významnou skupinou látek znečišťujících ovzduší jsou aerosoly, které jsou ještě důležitější než ozon. V tomto kontextu však za aerosoly nepovažujeme produkty, které si spotřebitelé pod tímto názvem běžně představují a které si mohou koupit v obchodech, například deodoranty či spreje na nábytek. Chemici za aerosoly považují částečky v atmosféře, které se také označují jako suspendované částice. Mohou být pevné nebo kapalné a některé z nich se ve vlhkém vzduchu změní v kapičky, které se v suchém vzduchu přemění zpět na pevné částice. Aerosoly jsou spojovány s vyšší úmrtností, přičemž nejohroženější skupinou jsou lidé s dýchacími potížemi. Suspendované částice v atmosféře mají na lidské zdraví větší dopady než ozon.

Celá řada znečišťujících látek pocházejících z lidské činnosti se do ovzduší uvolňuje v plynné podobě. Například síra se obvykle uvolňuje jako oxid siřičitý (SO2) a dusík jako oxid dusičitý (NO2) nebo amoniak (NH3). Jakmile se však dostanou do atmosféry, přemění se na suspendované částice. Oxid siřičitý se tak přemění na částice síranů, které nejsou větší než zlomek mikronu.

Je-li v ovzduší dostatečné množství amoniaku, pak reaguje se síranem a vznikne síran amonný. Ten byl před 50 lety skutečně hlavní složkou ovzduší v Evropě; podařilo se nám však emise síry v Evropě výrazně snížit — od 70. let 20. století asi o 90 %.

Ačkoli jsme omezili emise síry, emise amoniaku jsme o takové množství rozhodně nesnížili, a proto v atmosféře dochází k reakcím amoniaku s jinými látkami. Například oxid dusičitý se v atmosféře přemění na kyselinu dusičnou, která pak reaguje s amoniakem a vzniká dusičnan amonný.

Dusičnan amonný je velmi nestabilní. Ve vyšších polohách atmosféry se vyskytuje v podobě částic nebo kapiček, za teplých dní se však v nižších polohách štěpí na kyselinu dusičnou a amoniak, které se velmi rychle usazují na zemském povrchu.

Co se s kyselinou dusičnou stane na zemském povrchu?

Kyselina dusičná zvyšuje množství dusíku v zemském povrchu, a proto účinně funguje jako hnojivo pro rostliny. Tímto způsobem atmosféra v Evropě zúrodňuje přirozené prostředí, podobně jako zemědělci hnojí ornou půdu. Toto dodatečné množství dusíku zúrodňující přírodní krajinu však způsobuje okyselování a vyšší emise oxidu dusného, současně ale podporuje růst lesů, je tak současně rizikem i přínosem. Největší přínos takového dusíku spočívá v tom, že poskytuje další živiny přírodním ekosystémům. V důsledku toho pak rostliny náročné na příjem dusíku rostou velmi rychle, daří se jim a vytlačují pomalu rostoucí druhy, což vede ke ztrátě druhů, které upřednostňují konkrétní prostředí a které se přizpůsobily podmínkám s nízkým obsahem dusíku. Již nyní vidíme, že se v Evropě mění biologická rozmanitost rostlin, a to v důsledku nadbytečného přísunu dusíku z atmosféry.

(c) Cesarino Leoni, ImaginAIR/EEA

"Všichni se snažíme vytvořit si kolem sebe podmínky, ve kterých by se nám žilo co nejlépe. Kvalita vzduchu, který dýcháme, má významný vliv na naše životy a jejich kvalitu."
Cesarino Leoni, Itálie

Zabývali jsme se emisemi síry a ozonovou vrstvou. Proč se nevěnujeme také problému uvolňování amoniaku?

Emise amoniaku způsobuje hlavně zemědělská výroba, související především s produkcí mléka a mléčných výrobků. Kravská a ovčí moč a hnůj na polích uvolňuje do atmosféry emise amoniaku, který je velmi reaktivní a snadno se usazuje na zemském povrchu. Vzniká z něj také dusičnan amonný, je důležitým zdrojem částic v atmosféře, které způsobují zdravotní problémy. Většina amoniaku, který se v Evropě uvolňuje do ovzduší, se zde usazuje. Ke snížení jeho emisí je zapotřebí větší politické vůle k zavedení regulačních opatření.

Zajímavé je, že v případě síry politická vůle nechyběla. Domnívám se, že důvodem byl zčásti pocit morálního závazku, jenž měly evropské země produkující obrovské množství emisí vůči skandinávským zemím, které měly s okyselováním nejvíce problémů.

Snížit emise amoniaku by znamenalo zaměřit se na zemědělství, ale v tomto odvětví mají na politické kruhy nemalý vliv lobbistické skupiny. Podobně je tomu v Severní Americe. I ta má velký problém s emisemi amoniaku, a ani tam se nepřijímají opatření k jejich regulaci.

Více informací

Chemické procesy v atmosféře: ESPERE Climate Encyclopaedia