Projekt EUCAARI

Vliv aerosolů a plynných polutantů na klima a kvalitu ovzduší

Globální oteplování způsobené skleníkovými plyny mírnilo od průmyslové revoluce působení částic atmosférického aerosolu. Nové výzkumy ovšem předpovídají, že ochlazující vliv aerosolů kolem roku 2030 významně oslabí v důsledku implementace nových strategií boje proti znečištění ovzduší a využití moderních kontrolních technologií; následkem bude nárůst střední globální teploty asi o jeden stupeň Celsia. Takový je jeden z hlavních výsledků právě ukončeného projektu EUCAARI (European Integrated Project on Aerosol Cloud Climate Air Quality Interactions), evropského integrovaného projektu, který se zabývá interakcí mezi aerosoly, oblaky, klimatem a kvalitou ovzduší (Aerosol Cloud Climate and Air Quality Interaction).

Pozitivní vlivy aerosolů sice částečně zmírňují globální oteplování, avšak aerosolové částice zároveň negativně působí na lidské zdraví a jen v Evropě zapříčiňují tisíce předčasných úmrtí ročně. Dalším z klíčových výstupů projektu EUCAARI se stala identifikace účinné strategie kontroly znečištění ovzduší. Badatelé zjistili, že jednou z nejefektivnějších cest ke snížení hmotnostní koncentrace atmosférického aerosolu a tedy zlepšení kvality ovzduší v Evropě je omezení emisí amoniaku do atmosféry. Snížení koncentrace oxidů dusíku je sice také účinné, může ale současně vést k nárůstu koncentrací ozonu; výsledný dopad na kvalitu ovzduší by mohl být negativní. Úbytek emisí oxidu siřičitého povede k poklesu znečištění ovzduší aerosolovými částicemi převážně v oblasti východního Středomoří. Snížení koncentrací organického aerosolu je podstatně obtížnější. Bude vyžadovat úbytek emisí plynných složek i aerosolových částic z dopravy a při spalování biomasy. Mimoto vědci nedávno prokázali, že význačný podíl organického aerosolu v Evropě je moderního původu (na rozdíl od fosilních paliv) a jeho hlavními zdroji je sekundární organický aerosol biogenního původu (např. borové lesy), spalování biomasy a primární biogenní aerosol. Posledně jmenované zdroje emisí budou zřejmě na klimatickou změnu reagovat, není ale zatím jasné jakým způsobem a v jakém rozsahu.

Projekt EUCAARI, který koordinoval profesor Markku Kulmala z University of Helsinki ve Finsku, byl v Evropě dosud nejrozsáhlejším výzkumným projektem s aerosolovou tematikou. Celkový rozpočet projektu činil 15 milionů eur; 10 milionů poskytla Evropská komise v rámci 6. rámcového programu. Celkově se prací na projektu, který se realizoval v letech 2007–2010, zúčastnilo 48 výzkumných institucí z 24 zemí. Projekt výrazně zvýšil naše porozumění fyzikálním jevům spojeným s tvorbou aerosolových částic a jejich působením na všech škálách, v časech od milisekund po staletí, a v rozměrech od nanometrů po tisíce kilometrů. Jednou z nejpalčivějších úloh projektu byla také kvantifikace vlivu aerosolů na radiační bilanci planety Země (její ohřev či ochlazování). Právě z ní vycházejí zpřesněné odhady budoucího vývoje klimatických změn.
V rámci EUCAARI badatelé realizovali rozsáhlé experimentální studie na pozemních stanicích, výzkumných letadlech i satelitech, a to nejen v Evropě, ale i v Číně, Jižní Africe, Brazílii a Indii. Studie napomohly lépe porozumět životnímu cyklu aerosolových částic, umožnily rozhodujícím způsobem zdokonalit modely klimatu i znečištění ovzduší a představit nové scénáře šíření znečištění ovzduší v Evropě. Výstupy projektu měly jednak posílit proces politického rozhodování v otázce vývoje nových strategií a implementačních plánů pro globální monitorování kvality ovzduší, jednak docílit, aby Evropa převzala vedoucí roli ve vývoji a využívání environmentálních technologií.
Za Českou republiku se projektu zúčastnil Ústav chemických procesů AV ČR, jmenovitě Laboratoř chemie a fyziky aerosolů, kterou vede dr. Jiří Smolík. Naše pracoviště provádělo ve spolupráci s Českým hydrometeorologickým ústavem kontinuální měření vlastností atmosférických aerosolů na měřicí stanici Košetice u Pelhřimova; její poloha daleko od zdrojů znečištění z ní činí vynikající pozaďovou stanici pro Českou republiku. I proto se nedávno začlenila do sítě evropských superstanic (European Supersites) pro monitorování atmosférických aerosolů.

První vývojové stadium spektrometru HTDMA – Laboratoř chemie a fyziky aerosolů, březen 2008

Klíčovou vlastností atmosférického aerosolu je rozdělení velikosti částic, protože důležité vlastnosti aerosolu (mechanické, elektrické, optické i chemické) na velikosti částic závisejí. Proto byl jako první z přístrojů na stanici instalován skenovací třídič pohyblivosti částic, který umožňuje monitorovat rozdělení velikosti částic v atmosféře v rozsahu 10 nanometrů až zhruba jeden mikrometr. Přístroj kontinuálně odebírá vzorky atmosférického aerosolu a rozdělení velikosti stanoví každých pět minut. Aerosolový spektrometr pracuje v Košeticích od května roku 2008.

Funkční prototyp spektrometru HTDMA, který je umístěn v Observatoři ČHMÚ Košetice, září 2008.

Dalším významným parametrem atmosférického aerosolu je jeho hygroskopicita, tedy schopnost částic vázat na sebe atmosférickou vodu. Tato vlastnost má vliv jak na pozdější odrazivost mraků, jejichž kapičky na částicích atmosférického aerosolu vznikají, tak i na to, v jaké části našeho dýchacího ústrojí se částice zachytí a jestli v něm bude mít vliv na naše zdraví. Pro sledování tohoto parametru jsme na stanici Košetice v rámci roční měřicí kampaně nainstalovali prototyp aerosolového spektrometru, takzvaného HTDMA (zdvojený diferenciální třídič pohyblivosti částic se zvlhčováním aerosolu). Prototyp jsme zkonstruovali v Laboratoři chemie a fyziky aerosolů a úspěšně otestovali v rámci srovnávacího měření ve švýcarském Paul Scherrer Institute v březnu 2008.
Zmíněné aerosolové analyzátory byly pro potřeby projektu pečlivě zkalibrovány; získaná data se posílají do jedné z hlavních aerosolových databází EBAS v norském Ústavu pro výzkum ovzduší NILU.
Více informací o projektu EUCAARI získáte na http://www.atm.helsinki.fi/eucaari/ nebo od autora článku. Hlavní výsledky jsou také prezentovány v přehledovém článku na http://www.atmos-chem-phys-discuss.net/11/17941/2011/acpd-11-17941-2011.pdf.

VLADIMÍR ŽDÍMAL,
Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i.