Aktuality SHMU

Smogový január na Slovensku

Pre posledné roky netypicky chladný január sa niesol v znamení nielen nízkych teplôt, ale aj vysokých koncentrácií častíc PM10, ktoré na viacerých miestach, v niektorých obdobiach, prerástli až do smogových situácií. S vyhlasovaním rôznych signálov smogových situácií pre častice PM10 sme sa na Slovensku stretli vo väčšej miere po prvýkrát v histórii, preto sa v nasledujúcom texte budeme snažiť o vysvetlenie základných pojmov a súvislostí, a tiež o zhodnotenie prvého mesiaca roku 2017 z hľadiska kvality ovzdušia.

Charakteristika a pôvod  PM₁₀

Atmosféra obsahuje množstvo pevných a kvapalných častíc až do rozmeru približne 100 µm. Veľké častice sú ťažké a pomerne rýchlo deponujú na zemský povrch, zatiaľ čo malé častice zotrvávajú v atmosfére dlhý čas, pričom sa môžu prenášať na dlhé vzdialenosti - chovajú sa v tomto smere ako plyn. Z hľadiska účinkov na ľudské zdravie nás zaujímajú iba tie častice, ktoré sú človekom vdýchnuteľné – za také sa považujú všetky častice s priemerom menším ako 10 µm – sú známe ako PM₁₀. Čím sú častice menšie, tým hlbšie dokážu preniknúť do pľúc. Podmnožinou PM₁₀ sú častice menšie ako 2,5 µm, označované ako PM_2.5. V posledných rokoch sa často hovorí aj o ultrajemných časticiach s rozmerom menším ako 0,1 µm, ktoré dokážu preniknúť cez pľúcne alveoly do krvného obehu a dostať sa do rôznych orgánov ľudského tela.  Názorné rozdiely medzi rôznymi veľkosťami ukazuje napr. Obr. 1.

Obr. 1 Názorné porovnanie veľkosti častíc PM. (Zdroj: internet)

Európska aj naša národná legislatíva obsahuje preto nástroje na ochranu zdravia ľudí v podobe maximálnych prípustných hodnôt koncentrácií PM₁₀ a PM_2.5, a zároveň stanovuje povinnosť štátu informovať svojich občanov o kvalite ovzdušia a o epizódach extrémneho znečistenia ovzdušia, v prípade potreby podniknúť opatrenia na zlepšenie.

PM₁₀ vo všeobecnosti môžu pochádzať z veľmi rozmanitých zdrojov – prírodných aj antropogénnych. Medzi prírodné zdroje patria napríklad sopečná činnosť, lesné požiare, erózne procesy na zemskom povrchu, soľ z morskej hladiny, piesok z púštnych oblastí zvírený pri púštnych búrkach, ktorého epizódy niekoľkokrát do roka zaznamenávame aj u nás. Medzi antropogénne zdroje patria emisie zo spaľovacích procesov - vykurovanie domácností, doprava, energetický priemysel, spaľovne odpadu a rôzne iné výrobné procesy. V menšej miere prispieva tiež zvírený prach z ciest – zvyšky z bŕzd a pneumatík, zimného posypu, znečistenia ciest. Krátkodobejšími zdrojmi bývajú stavebná činnosť a sezónne poľnohospodárske práce.

Škodlivosť PM₁₀ pre ľudské zdravie závisí nielen od veľkosti častíc, ale aj od ich zloženia, ktoré je podmienené tým, z akého zdroja pochádzajú. Napríklad častice jemného piesku sú relatívne oveľa menej nebezpečné ako rovnako veľké častice sadzí zo spaľovania biomasy, uhlia alebo dieselových motorov. Sadze sú zložené z konglomerátov veľmi jemných čiastočiek uhlíka, na ktorom sú adsorbované polycyklické aromatické uhľovodíky (PAH) a ďalšie organické látky, ktoré sú pre človeka karcinogénne.  Pri spaľovaní rôznych druhov horľavých odpadov, vrátane záhradného, je to ešte horšie.

Čo je to smogová situácia

Podľa v súčasnosti platnej legislatívy (Zákon č. 137/2010 Z.z. o ovzduší, Vyhláška MŽP 244/2016 Z.z., Príloha 10) nesmú priemerné denné koncentrácie PM₁₀ v danej lokalite presiahnuť hodnotu 50 µg.m^-3 viac ako 35 dní v kalendárnom roku. V prípade, že je tento počet prekročený, musí byť v danej lokalite prijatý program na zlepšenie kvality ovzdušia, obsahujúci opatrenia na zníženie emisií. Okrem tejto dlhodobej charakteristiky legislatíva myslí aj na krátkodobé, ale extrémne zhoršenie kvality ovzdušia, ktoré je charakterizované ako smogová situácia.

Ak 2 dni po sebe prekročí priemerná 24-hodinová koncentrácia PM₁₀ v zóne alebo aglomerácii prahovú hodnotu 100 µg.m^-3 a zároveň je za posledných 6 h zaznamenaný rastúci trend hodinových koncentrácií častíc PM₁₀ aspoň na polovici počtu staníc v danej zóne alebo aglomerácii, je vydaný signál "Upozornenie", že môže nastať smogová situácia.  Smogová situácia pre PM₁₀ nastane, ak dva dni po sebe prekročí priemerná 24-hodinová koncentrácia PM₁₀ v zóne alebo aglomerácii prahovú hodnotu 150 µg.m^-3 a zároveň je za posledných 6 hodín zaznamenaný rastúci trend hodinových koncentrácií častíc PM₁₀ aspoň na polovici počtu staníc v danej zóne alebo aglomerácii.

Faktory podmieňujúce vznik smogových situácií

Vo všeobecnosti sa zvýšené koncentrácie PM₁₀ v ovzduší pozorujú najmä v zime v súvislosti s emisiami z vykurovania, a zvýšenými emisiami z dopravy (studený štart motorov, zvírený zimný posyp ciest).  Vykurovanie sa realizuje jednak diaľkovými dodávkami tepla z kotolní, v prípade bytových domov, ale rodinné domy sú vykurované lokálne.  S rastom ceny plynu sa mnohé domácnosti vrátili naspäť k vykurovaniu tuhými palivami, na Slovensku najčastejšie drevom. Emisie z vykurovania drevom sú veľmi vysoké, a o to závažnejšie, že sú emitované pomerne blízko zemského povrchu a „v blízkosti“ ľudí (na rozdiel od napr. teplární, ktoré sú vybavené väčšinou vysokými komínmi). Vykurovanie drevom sa deje najmä tam, kde je drevo najprístupnejšie, v blízkosti lesov, ako vidno z  Obr. 2.

Ďalším faktorom negatívne ovplyvňujúcim rozptyl znečisťujúcich látok v atmosfére je  vertikálne zvrstvenie a vietor. Najhorším prípadom vertikálneho zvrstvenia je teplotná inverzia, kedy teplota vzduchu s výškou rastie. V takejto inverznej vrstve je vietor obyčajne slabý až zanedbateľný. Môžeme si to predstaviť tak, že všetko, čo je vypustené do vzduchu v inverznej vrstve nemá šancu dostať sa vyššie, nad inverziu, kde by mohlo dôjsť k efektívnemu rozptylu vplyvom vetra. Výšky premiešavania v prízemnej inverznej vrstve sú veľmi nízke.   Naopak, znečisťujúce látky vypustené do atmosféry nad vrstvou inverzie (napr. z vysokých komínov), sa nedostanú k zemi, sú efektívne rozptýlené do širokého okolia.

V zime sa v našich zemepisných oblastiach každoročne vyskytujú obdobia, kedy teplotná inverzia v údoliach a nížinách pretrváva po celý deň, ba aj niekoľko dní za sebou. Takéto podmienky sa vyskytujú každoročne, a dochádza počas nich k prekročeniam dennej koncentrácie PM₁₀ 50 µg.m^-3.

Oblasti klimaticky náročné na vykurovanie, teda horské doliny a kotliny, sú zároveň oblasťami, kde sa vyskytujú inverzie najsilnejšie a najdlhšie, a zároveň je tam vysoký podiel vykurovania pevnými palivami.  Tieto oblasti preto tradične patria medzi tie s najvyššími počtami prekročení dennej koncentrácie PM₁₀ 50 µg.m^-3.

Obr. 2 Podiel vykurovania rodinných domov tuhými palivami v obciach (Zdroj: Sčítanie obyvateľov, domov a bytov 2011)

Vývoj koncentrácií PM₁₀ v januári 2017

Január tohto roku bol špecifický veľmi nízkymi teplotami. Tieto boli spôsobené vpádom arktického vzduchu začiatkom mesiaca a prítomnosťou rozsiahlej stabilnej tlakovej výše nad celou strednou Európou po väčšinu mesiaca. Následkom toho sa vytvorili podmienky pre pretrvávajúce inverzie v nížinách, kotlinách a horských dolinách. Vzhľadom na rozsiahlosť ovplyvneného územia sa nízke teploty a nepriaznivé podmienky pre rozptyl znečisťujúcich látok vyskytovali nielen na Slovensku ale aj v okolitých krajinách.  Znečistenie ovzdušia tak nadobudlo silne regionálny charakter, a vysoké koncentrácie PM₁₀ boli namerané aj na vidieckych, tzv. pozaďových staniciach, ktoré sú umiestnené mimo priamych zdrojov emisií, teda v oblastiach, kde sa očakáva dobrá kvalita vzduchu. Ide o stanice Kolonické sedlo na východe Slovenka, kde bolo od začiatku januára zaznamenaných 10 prekročení dennej hodnoty 50 µg.m^-3  a Topoľníky na južnom Slovensku, kde sa dokonca vyskytli podmienky na vyhlásenie signálu „Upozornenie“. To svedčí o regionálnom rozsahu znečistenia, kedy sa dosiahol stav, že znečistenie v prízemnej vrstve postupne kumulovalo a rozširovalo v stagnujúcej vzduchovej hmote aj na oblasti bez významnejších emisných zdrojov.

Priemerná januárová teplota na Slovensku bola viac ako 3 stupne pod dlhodobým normálom, zatiaľ čo napr. v rokoch 2014 až 2016 bola väčšinou niekoľko stupňov nad dlhodobým normálom. Takéto extrémne teploty kládli vysoké požiadavky na vykurovanie. Emisie z vykurovania sa tak mohli zvýšiť až takmer o 40% oproti januáru 2014.

Tab. 1 ukazuje vývoj priemerných denných koncentrácií na monitorovacích staniciach NMSKO (Národná monitorovacia sieť kvality ovzdušia) od 18.1. do 31.1. 2017. V tabuľke sú uvedené všetky stanice NMSKO, ktoré merajú koncentrácie PM₁₀. Sú medzi nimi aj 3 regionálne, tzv. pozaďové stanice (Stará Lesná, Kolonické sedlo, Topoľníky), ktoré sú umiestnené mimo priamych zdrojov emisií, teda v oblastiach, kde sa očakáva dobrá kvalita vzduchu. Farebným kódom sú označené jednotlivé hodnoty podľa toho, či presiahli denný limit (50 µg.m^-3, žltá), boli pod limitom (zelená), prekročili informačný prah (100 µg.m^-3, oranžová) alebo výstražný prah (150 µg.m^-3, červená). Ako vidno, v tomto období presahovali denný limit všetky stanice okrem Starej Lesnej. Informačný prah bol prekročený na 26 , výstražný prah na 12 staniciach. Nie vo všetkých prípadoch však boli splnené v súčasnosti platné podmienky na vyhlásenie signálov „Upozornenie“ alebo „Výstraha“. 

Na konci tohto článku sú pre informáciu uvedené grafy vývoja hodinových koncentrácií PM₁₀ počas celého januára a prvých februárových dní  spolu s priemernými dennými hodnotami pre všetky stanice NMSKO.

Tab. 1 Priemerné denné koncentrácie PM₁₀ (µg.m^-3) na staniciach NMSKO od začiatku smogových epizód

To, že vysoké koncentrácie PM₁₀ boli spôsobené najmä zvýšením vykurovania podporuje aj fakt, že na všetkých staniciach boli namerané takmer rovnako vysoké koncentrácie PM_2.5, teda PM₁₀ boli tvorené takmer výlučne týmito jemnými časticami. Na niektorých miestach v blízkosti veľkých a stredných zdrojov znečisťovania však mohli aj tieto zdroje v niektorých situáciách prispieť svojim dielom, napriek tomu, že sú vybavené vysokými komínmi. Počas dlhého obdobia prevažne veľmi nepriaznivých rozptylových podmienok výška premiešavania nebola konštantne nízka, ale sa v určitom rozsahu menila.  Niekedy tiež vykazovala určitý denný chod s maximom v poludňajších hodinách. Obr. 3 napríklad ukazuje výšku premiešavania a vietor podľa modelu Aladin ráno o 6. hodine UTC 26.1., kedy na východnom Slovensku došlo prechodne k zlepšeniu rozptylovej situácie, o čom svedčia aj pomerne vysoké hodnoty výšky premiešavania s maximom okolo 1000 m. Situácia sa v priebehu ďalších dní zhoršovala a výška premiešavania klesala na hodnoty okolo 100 m. V priebehu tohto vývoja mohla nastať situácia, kedy emisie z US Steel ostali „uväznené“ pod hranicou inverzie, a pri počiatočnom slabom južnom prúdení tak mohli mať vplyv na vysoké koncentrácie namerané na staniciach NMSKO v Košiciach. Podobný vývoj mohol nastať aj v blízkosti iných veľkých alebo stredných zdrojov znečisťovania.

Obr. 3 Výška premiešavania a vietor vo výške 10 m podľa modelu Aladin 26.1.2016 a 28.1.2016 o 6:00 UTC (integrácia z 26.1.2016, 00 UTC)

Záver

Počet monitorovacích staníc NMSKO je samozrejme obmedzený a zďaleka nepokrývajú celé územie Slovenska. Majú však určitú reprezentatívnosť a spolu s meteorologickými informáciami ich údaje možno s prihliadnutím na miestne špecifiká s určitými rezervami  extrapolovať aj na podobné lokality v ich okolí.  V prípade upozornení a výstrah na smogové situácie to znamená, že by bolo vhodné, aby sa podľa odporúčaní zariadili aj obyvatelia ostatných rizikových oblastí, teda najmä dolín a kotlín s prevahou vykurovania drevom resp. inými tuhými palivami, prípadne v blízkosti frekventovaných ciest s výskytom dopravných zápch v mestách alebo v blízkosti priemyselných zdrojov, ktoré nie sú vybavené dostatočne vysokými komínmi. Zároveň je potrebné si uvedomiť, že samotní obyvatelia v smogom postihnutých oblastiach sa svojim chovaním môžu podieľať na znížení emisií do ovzdušia. Množstvo vypúšťaných emisií z rodinného domu vykurovaného tuhým palivom možno znížiť používaním dostatočne vysušeného dreva a dodržiavaním správnych postupov pri vykurovaní. Finančne náročnejšími opatreniami sú výmena starých kotlov za moderné, efektívnejšie kotly s nízkymi emisiami, zateplenie domov a výmena okien, ktoré v konečnom dôsledku prinesú aj úsporu paliva. Rozhodne je potrebné sa vyvarovať spaľovaniu odpadového dreva a drevných výrobkov, obzvlášť povrchovo upravených (napr. starý nábytok, drevotrieska), akéhokoľvek horľavého odpadu (plastové a papierové obaly, PET fľaše, textil, staré pneumatiky, ...) a podomácky vyrábaného paliva.

Pomerne teplé zimy v niekoľkých predchádzajúcich rokoch mali pozitívny vplyv na kvalitu ovzdušia. Informácie o otepľovaní klímy možno v mnohých vzbudili dojem, že tento trend je snáď trvalý. Klimatická zmena je však charakterizovaná aj zvyšovaním výskytu extrémov v počasí. Tohtoročný január nám ukázal, že s extrémne chladnými obdobiami v zime  treba naďalej počítať, a zamerať sa na realizáciu efektívnych opatrení na zníženie emisií.   

Obr. 4 Priebeh hodinových a priemerných denných hodnôt koncentrácií PM₁₀ na jednotlivých staniciach NMSKO