Co nám prší nejen za humny?

Pokud se podíváme na chemické složení srážek v Evropě, mezi nejvíce zastoupené ionty patří, kromě sodíku a chloru pocházejících z mořské vody, sírany (SO₄^2-), dusičnany (NO₃^-) a amonné ionty (NH₄⁺). Tyto sloučeniny, které se dostávají na zem spolu s kapalnými srážkami, vznikají v atmosféře chemickou reakcí vody a jednotlivých prekurzorů, tedy oxidu siřičitého (SO₂), oxidů dusíku (NO_x) a amoniaku (NH₃). Ty pocházejí z emisních zdrojů přírodních i antropogenních, a to zejména ze spalování fosilních paliv (tak vzniká zejména SO₄^2- a NO₃^-) a zemědělské činnosti (zejména NH₄⁺).

V průběhu posledních několika desítek let přitom docházelo k významným změnám v iontovém složení srážek zvláště z důvodu transformace struktury a množství jednotlivých zdrojů znečištění, ale částečně i díky atmosférickým změnám (např. intenzita a trvání srážek, pohyb vzduchových hmot). Tým odborníků se proto v aktuálním výzkumu podíval na složení srážek z trochu jiného úhlu pohledu. A to ne pouze na vývoj absolutních hodnot, nýbrž zejména změn v poměrech mezi jednotlivými majoritními ionty ve srážkách. Tento inovativní přístup tak poskytl nové informace odrážející i měnící se atmosférickou chemii.

Ukázalo se, že roční období má mnohem větší vliv na chemické složení atmosférických srážek než zeměpisná poloha. Jednou ze zkoumaných městských meteorologických stanic byla Praha – Libuš. Foto: František Nyklíček.

Pro svůj výzkum badatelé využili unikátní soubor dat zahrnující časovou řadu od roku 1980 do roku 2020 pro výše zmíněné ionty ve srážkách (SO₄^2-, NO₃^-, NH₄⁺). Data byla analyzována nejen z pohledu trendu vývoje, ale také v souvislosti se sezónními změnami. K analýzám vědci použili moderní Bayesovskou inferenci s integrovanou Laplaceovou aproximací, což je vysoce flexibilní a obecný přístup vhodný pro analýzu rozsáhlých a komplikovaných souborů dat. Tato metoda zároveň umožňuje rozklad dlouhodobých časových trendů a sezónních charakteristik s korekcí určitých nepravidelností v měření (např. různě dlouhých expozičních dob odběrových zařízení na různých stanicích i v rámci jedné stanice). K porovnání prostorových změn bylo využito několik odběrových lokalit s nejdelšími a nejúplnějšími časovými řadami reprezentující tři různá prostředí – městské, venkovské a horské.

V průběhu pozorovaného období se významným způsobem změnily poměry hlavních atmosférických iontů. U poměrů NO₃^-/SO₄^2- a NH₄⁺/SO₄^2- došlo k výraznému nárůstu. Tyto výsledky odrážejí významný pokles množství emitované síry do ovzduší v důsledku např. odsíření tepelných elektráren, avšak stále významný zdroj oxidovaných i redukovaných forem dusíku zejména ze spalování fosilních paliv a stále narůstající dopravy, ale i zemědělství. V souvislosti s tím však vědci zároveň upozorňují i na změny v chemických reakcích v závislosti na celkových změnách atmosférického chemismu. S ohledem na sezónnost se ukazoval u těchto poměrů opačný jev, u NO₃^-/SO₄^2- byly vyšší hodnoty během zimy a naopak u NH₄⁺/SO₄^2- se celkově vyšší hodnoty projevovaly během léta, a to konsistentně v průběhu celého zkoumaného období. U obou poměrů látek přitom nehrál roli typ prostředí, geografická poloha či nadmořská výška. Překvapivým byl vývoj poměru NH₄⁺/NO₃^-, který byl oproti očekávanému nárůstu relativně stabilní po celou dobu měření pouze s mírným nárůstem v poslední době, s výrazným sezónním chováním a vyššími hodnotami v létě a nižšími v zimě.

Hory, vesnice či město? Ukázalo se, že na chemické složení atmosférických srážek má mnohem větší vliv sezóna či dlouhodobý trend. Ilustrativní foto: K.Fraindová.

Kapalné srážky představují jeden z důležitých vodních zdrojů pro celý ekosystém. Při průchodu atmosférou zároveň významným způsobem mění své složení v důsledku chemických reakcí s okolními látkami, a tím dále působí na jednotlivé přírodní složky. Do ekosystémů přinášejí současně živiny i znečišťující látky. Inovativní analytický přístup představený v této studii odhalil zásadní změny v dlouhodobém vývoji na našem území včetně sezónního chování. Zároveň upozornil na vliv nejen celkových změn ve vývoji emisí, ale také na vliv probíhající klimatické změny a různých chemických reakcí v atmosféře.

Kateřina Fraindová

Hůnová, I., Brabec, M., Malý, M. (2024): Major ions in Central European precipitation – Insight into changes in NO₃^-/SO₄^2-, NH₄⁺/NO₃^-and NH₄⁺/SO₄^2-ratios over the last four decades. Chemosphere 349, 140986. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.140986