Vysvětlení pojmů

Co znamená zkratka PM?

Zkratka PM je zkratkou anglického výrazu particulate matter, doslova částicová hmota, česky překládána jako suspendované částice. Obecně se jedná o směs různorodých částic pevného a kapalného skupenství suspendovaných v ovzduší. Někdy se také používá výraz prachové částice, aerosoly, či jednoduše prach.

Co znamenají čísla za zkratkou?

Koeficienty za zkratkou PM značí velikost částic, konkrétně jejich prahovou hodnotu maximálního aerodynamického průměru. PM₁₀ tedy značí soubor suspendovaných částic s maximálním aerodynamickým průměrem 10 µm, PM_2,5 značí soubor částic s maximálním aerodynamickým průměrem 2,5 um. Odtud tedy vyplývá, že například všechny částice PM_2,5, jsou zároveň částicemi PM₁₀, nikoliv však naopak (ne všechny PM₁₀ částice jsou i částicemi PM_2,5). Pro srovnání dodejme, že například lidský vlas má průměr přibližně 70 µm.

Jaké rozlišujeme kategorie suspendovaných částic?

Teoreticky se můžeme bavit o jakýchkoliv částicích – PM₂₀, PM₄, PM_3,6. Obecně se však nejčastěji setkáváme s velikostními frakcemi PM₁₀, PM_2,5 a PM₁. Frakci PM_2,5-10 někdy označujeme jako tzv. hrubou frakci, PM_2,5-1 jako jemnou frakci a částice menší než 1 µm jako submikrometrové částice. Zcela nejmenší částice pak označujeme termínem ultrajemné částice (aerodynamický průměr do 0,1 µm = 100 nm). Větší částice než PM₁₀ většinou nepředstavují vysoké zdravotní riziko, jelikož jsou zachytávány na sliznicích. Suspendované částice PM₁₀ a PM_2,5 nejsou ten prach, který si většina z nás vybaví pod výrazem prach, ale prach, který není ve skutečnosti vidět a je všude kolem nás. Obecně platí, že čím menší částice jsou, tím potenciálně nebezpečnější jsou pro lidské zdraví, protože pronikají hlouběji do dýchacího systému, či až přímo do krevního oběhu. Navíc jsou menší částice lehčí, a tudíž setrvávají v ovzduší déle.

Proč mluvíme o aerodynamickém průměru, jak se liší od průměru?

Aerodynamický průměr je definován jako průměr koule o hustotě 1000 kg/m³ se stejnou ustálenou rychlostí danou gravitační silou v bezvětří, jako má daná částice za obvyklých podmínek. Klasický průměr u částice v podstatě stanovit nelze, protože se může jednat o částice velmi nepravidelného tvaru, kde nelze stanovit v jakém místě klasický průměr měřit.

Jakým způsobem se PM dostávají do ovzduší?

V zásadě existují dva typy částic – primární a sekundární. Primární částice jsou takové částice, které byly emitovány do ovzduší přímo, ať už například erozí půdy či během nějakého spalovacího procesu. Naopak sekundární částice jsou takové částice, které vznikly až reakcemi primárních látek v ovzduší. Sekundární částice můžou vznikat ve velkých vzdálenostech od zdroje primárních částic, ze kterých vznikly.

Platí pro PM nějaké imisní limity?

Ano, v České republice stanovuje zákon o ochraně ovzduší pro PM celkem tři imisní limity. Dva pro PM₁₀ a jeden pro PM_2,5.

• imisní limit pro roční průměrnou koncentraci PM₁₀ – 40 µg/m³
• imisní limit pro 24h průměrnou koncentraci PM₁₀ – 50 µg/m³ (může být překročen max. 35× za rok)
• imisní limit pro roční průměrnou koncentraci PM_2,5 – 25 µg/m³

Jaké mají PM chemické složení?

Chemické složení PM je vysoce variabilní. Obecně totiž tímto termínem označujeme jakoukoliv pevnou či kapalnou částici v ovzduší splňující dané velikostní kritérium. Složení tedy záleží na zdroji a následných dalších dějích dané částice v atmosféře. Na rozdíl od ostatních znečišťujících látek zde není klasifikace založená na chemickém složení, ale na fyzikálních vlastnostech (velikost).

Jaké jsou zdroje PM v ovzduší?

Zdroje PM nejsou pouze antropogenní, tedy způsobené lidskou činností. Typickým příkladem velmi významného přírodního zdroje jsou sopečné výbuchy, kdy se do ovzduší dostává často obrovské množství částic během krátkého času. Podobně u lesních požárů, písečných či prachových bouří, erozi půdy nebo šíření pylu. Antropogenních zdrojů je obrovské množství, jedná se o různé průmyslové procesy, spalovací procesy, zemědělství, stavební práce, vytápění apod.

Jsou v České republice překračovány imisní limity PM?

PM patří mezi polutanty, jejichž koncentrace na některých stanicích bývají překračovány. Jak již bylo zmíněno, jsou pro PM platné celkem tři imisní limity. Nejčastěji bývá překračován imisní limit 24h koncentrace PM₁₀. K jeho překročení může dojít maximálně 35× za rok. V loňském roce, tedy 2017, byl tento imisní limit překročen více než ve 35 případech na celkem 50 stanicích ze 143 stanic s dostupnými daty, tedy přibližně na jedné třetině stanic. Imisní limit pro roční průměrnou koncentraci PM₁₀ byl překročen pouze na dvou stanicích v Moravskoslezském kraji, u PM_2,5 byl imisní limit pro roční průměr pro ochranu zdraví překročen na 10 stanicích, opět všechny v Moravskoslezském kraji, nejčastěji v okrese Karviná.

Kde v České republice byly koncentrace PM v roce 2017 nejnižší?

Pokud se podíváme na dostupná data z roku 2017 (PM₁₀ 146 stanic, PM_2,5 79 stanic), pak stanicí s nejnižšími ročními průměrnými koncentracemi PM₁₀ i PM_2,5 je stanice Churáňov (7,2 µg/m³ PM₁₀, 4,4 µg/m³ PM_2,5), která jako jediná měla průměrnou roční koncentraci PM₁₀ pod 10 µg/m³ a jako jediná průměrnou roční koncentraci PM_2,5 pod 5 µg/m³.

Liší se nějak koncentrace PM v průběhu roku?

U takřka všech znečišťujících látek platí, že jsou jejich koncentrace nejvyšší v chladném období. To souvisí primárně s vytápěním a odlišnými meteorologickými podmínkami. Obecně má na kvalitu ovzduší negativní dopad nízká rychlost větru a teplotní inverze. Naopak pozitivní vliv má vyšší rychlost větru, případně srážky. Výjimkou je přízemní ozon, jehož nejvyšší koncentrace jsou naopak měřeny v létě za horkých jasných dní. Přízemní ozon totiž nemá primární zdroj, ale vzniká fotochemickými reakcemi z oxidů dusíku (NO_x) a těkavých organických látek (VOC) za přítomnosti slunečního záření.

Jakým způsobem se koncentrace PM v ovzduší měří?

Referenční metoda měření koncentrace PM v ovzduší je tzv. gravimetrie. Princip této metody je jednoduchý. Vzduch z okolí je nasáván známým průtokem. Následně nasátý vzduch s oddělenou frakcí zájmu projde přes filtr, na kterém se PM zachytí. Ještě před samotným vzorkováním je každý filtr přesně zvážen a označen. Po definované době vzorkování (nejčastěji 24 h) se filtr opět zváží na analytické váze a srovná se hmotnost před a po expozici. Rozdíl se rovná hmotnosti částic na filtru, a protože známe, jaké množství vzduchu bylo za danou periodu vzorkování nasáto, můžeme spočítat průměrnou koncentraci jako hmotnost na jednotku objemu vzduchu.

Kromě gravimetrie existují i další metody. Často používanou je metoda optická, kdy se měří koncentrace PM na základě rozptylu světla. Z dalších metod můžeme jmenovat například metodu měření koncentrace PM založenou na principu absorpce β-záření. Výhodou referenční metody, tedy gravimetrického stanovení, je nejvyšší přesnost. Na druhou stranu její nevýhodou je nemožnost sledovat koncentrace v reálném čase. To umožňují další ze jmenovaných metod. Na ČHMÚ využíváme více metod, jak referenční gravimetrii (na manuálních stanicích), tak další metody, které jsou na referenční metodu navázány (automatické stanice s daty v téměř reálném čase).

Můžeme zlepšováním kvality ovzduší docílit nulových koncentrací PM v ovzduší?

Odpověď je bohužel jednoznačně ne. Existuje velký počet přírodních zdrojů částic, které je emitují do ovzduší. Pro ilustraci můžeme jmenovat například pyly, houby, plísně, bakterie, erozi (z půdy, písek z pláže apod.), vulkanickou činnost, rozfoukávání zbytků (zbytky rozkládající se organické hmoty), lesní požáry, geotermální výbuchy atd.

Koncentraci skutečného přírodního pozadí se nám pravděpodobně nikdy nepodaří přesně kvantifikovat, jelikož v době, kdy začala první měření PM v ovzduší, bylo již ovzduší významně ovlivňováno lidskou činností. Můžeme pouze odhadovat z měření koncentrací v odlehlých oblastech, jako jsou například oblasti pólů, vrcholky velehor či uprostřed oceánů. Avšak i v těchto oblastech nelze hovořit o zcela zanedbatelném ovlivnění lidskou činností, protože se částice v ovzduší můžou šířit na velmi velké vzdálenosti.

Zpracoval:
Jáchym Brzezina
vedoucí oddělení kvality ovzduší ČHMÚ
https://chmibrno.org/blog/2018/12/01/suspendovane-castice-pm-otazky-a-odpovedi/