Zahlavi

Usazené srážky – jejich význam a výzkum

Usazené srážky – jejich význam a výzkum

Mon Aug 29 10:58:16 CEST 2016

Když se většina lidí setká s pojmem atmosférické srážky, představí si déšť, sníh, případně déšť se sněhem, ať již ve formě trvalých srážek nebo přeháněk. Málokdo si ale uvědomuje, že tvoří pouze jednu složku. Jde o srážky padající, někdy též označované jako vertikální. Existuje však i další forma atmosférických srážek, tzv. usazené, nesprávně též horizontální či okultní. Mezi ně patří nám dobře známá rosa, zmrzlá rosa nebo jinovatka. Vyskytne-li se jinovatka pouze na rostlinstvu u země nebo přímo na zemi, nazývá se tento jev také šedý mráz, lidově šedivec. Mezi usazené srážky patří i srážky usazené z mlhy, pro jejichž kapalnou formu nemáme název; pevnou formu ale označujeme jako námrazu. 

Na tomto místě podotkněme dvě skutečnosti. Za prvé, mlha se v meteorologii vždy posuzuje z hlediska pozorovatele a znamená snížení vodorovné dohlednosti alespoň v jednom směru pod 1 km. Za druhé, nezaměňujme námrazu za jinovatku, ta vzniká bez přítomnosti mlhy desublimací vodní páry ve vzduchu, zatímco námraza vzniká z mlhy namrzáním vodních kapiček na podložku. Námrazu lze od jinovatky snadno rozlišit: jinovatka je jemná a na první pohled „načechraná“ a při sebemenším vánku opadává, kdežto námraza je hutná a pevně drží na podložce. Tolik úvodem, abychom osvětlili základní pojmy.


Námrazoměr na observatoři Milešovka


Stanice Smědava je vybavena meteorologickou stanicí, aktivním rosoměrem a pasivním zařízením na odběr vzorků vody z mlh.

Je zřejmé, že usazených srážek je v našich podmínkách co do množství podstatně méně než padajících. Vyvstává tedy otázka, zda je nutné se jimi vůbec zabývat. Tyto srážky však mohou v jiných geografických podmínkách hrát zásadní roli. Jako příklad lze uvést pobřežní část Chile, kde se v oblasti několika kilometrů od pobřeží nachází poušť. Na samém pobřeží Tichého oceánu s minimem padajících srážek se vyskytuje les, který místní obyvatelé nazývají „Mlžný les“, neboť jej napájí voda z mlh postupujících na pevninu z oceánu. Další příklad: v Kapském Městě v Jihoafrické republice na vrcholku Stolové hory (rovněž místo s velmi malým úhrnem padajících srážek) rostou mok­řadní rostliny. Uvedené příklady dokumentují, jakou roli mohou sehrát usazené srážky. V obou případech jde o srážky usazené z mlhy.


Nízká oblačnost (mlha) na vrcholu Stolové hory v Kapském Městě

Výzkumu usazených srážek věnují badatelé zvýšenou pozornost od začátku osmdesátých let minulého století, a to ve dvou základních oblastech – jednak zkoumají usazené srážky jako možný zdroj pitné a závlahové vody, jednak studují usazené srážky jako převodník atmosférického znečištění z atmosféry do půdy, povrchových a podzemních vod.

V podmínkách České republiky se prozatím nemusíme zabývat usazenými srážkami z hlediska získávání pitné nebo závlahové vody. O to důležitější je oblast druhá, depozice znečišťujících látek prostřednictvím usazených srážek; právě tou se budeme dále zabývat. I v ní však existuje několik problémů, které je nutné řešit samostatně: odběr vzorků usazených srážek; chemické analýzy vzorků; kvantifikace usazených srážek; dopad depozice znečišťujících látek z usazených srážek na dané prostředí.

Pracovníci Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR (ÚH), který se již od poloviny šedesátých let minulého století věnuje hydrologii malých povodí, narazili na problém vstupu usazených srážek právě do nich. Jelikož uvedená problematika spadá spíše do oblasti meteorologie, spojil se ÚH s Ústavem fyziky atmosféry AV ČR (ÚFA), v němž ve druhé polovině devadesátých let vznikla skupina se zaměřením na problematiku usazených srážek. V rámci nastalé spolupráce se ÚH orientuje na hydrologickou část a ÚFA na část meteorologickou. Obě pracoviště provozují experimentální stanice, na nichž se monitorují základní meteorologické a hydrologické veličiny ve vybraných povodích či stanovištích.

Za dobu společného výzkumu se podařilo prokázat, že koncentrace znečišťujících látek ve vzorcích vody z usazených srážek jsou výrazně vyšší než ve srážkách padajících. Rovněž doba jejich působení na vegetaci je výrazně vyšší, zejména u usazených z mlhy, než u padajících. Zatímco padající srážky působí na vegetaci shora a znečišťující látky, které obsahují, jsou relativně rychle odváděny do půdy, znečišťující látky obsažené v usazených srážkách působí, hlavně u mlhy přímo na vegetaci – a to komplexně a dlouhodobě. Z hlediska působení srážek usazených z mlhy je situace obdobná, jako kdybychom po delší časové období na rostliny rozprašovali slabé kyseliny; vegetace se tak nachází v jakémsi kyselém oblaku. Vyvstává tudíž otázka, co devastuje porosty více: kyselé deště nebo kyselé mlhy? Na tuto otázku dosud neexistuje jednoznačná odpověď.


Mokřadní rostlinstvo na vrcholu Stolové hory

Usazené srážky se samozřejmě dostávají i do půdy, kde se znečišťující látky v nich obsažené usazují stejně jako ty z padajících. Padajícím srážkám se badatelé věnují podstatně déle. Je to pochopitelné, neboť jejich množství lze poměrně snadno měřit a rovněž není problém odebrat z nich analyzovatelný vzorek. Co je u padajících srážek relativně jednoduché, je v případě usazených velkým problémem. Například odebrat analyzovatelný vzorek usazených srážek je relativně jednodušší v zimě, pokud mrzne, než v tzv. teplém ročním období. Námrazu (usazené srážky z mlhy) stačí jen oškrábat z instalovaných inertních tyčí. K odběru vzorků kapalných usazených srážek z mlhy se využívají různá odběrová zařízení, která pracují tak, že vzduch nasycený vodními parami proudí přes překážku, na níž se vodní kapičky ze vzduchu usazují. Podle toho, zda jde o přirozené nebo vynucené atmosférické proudění, hovoříme o dvou druzích odběrových zařízení: pasivním, u kterého se spoléháme na přirozené atmosférické proudění, a aktivním – při vynuceném proudění vzduchu. Odběrová zařízení však nelze použít při odběru rosy a jinovatky. Dále se budeme věnovat především srážkám usazeným z mlhy.

Každý druh odběrového zařízení má výhody i nevýhody. Pasivní zařízení zřídkakdy umožní odebrat vzorek o dostatečném objemu, aby byl analyzovatelný. Pokud se to podaří, množství odpovídá skutečným přírodním podmínkám. Při znalosti rozměrů záchytné plochy lze určit skutečné množství srážek. V podmínkách ČR lze pasivní odběrová zařízení využít v omezených případech pouze v horských oblastech. U zařízení aktivního je tomu naopak – většinou se podaří odebrat analyzovatelný vzorek, ale je problém stanovit skutečné množství usazených srážek.


„Mlžný les“ na pobřeží Tichého oceánu v Chile

V počátcích našeho výzkumu jsme se zaměřili na obsah znečišťujících látek v usazených srážkách, jejich chemické analýzy a porovnání koncentrací konkrétních látek v jednotlivých druzích srážek. Abychom z nich získali co největší množství vzorků vody, bylo podle zahraničních vzorů vyrobeno několik aktivních kolektorů. Ty však měly jeden zásadní nedostatek – k jejich provozu bylo nezbytné napojení na elektrickou síť. Zařízení byla poměrně veliká a těžká. Abychom mohli odebrat vzorky vody i z míst, kde se nelze na elektrickou síť napojit, vyrobili jsme několik prototypů lehkých odběrných zařízení s napájením z autobaterie a významně tak možnosti monitoringu rozšířili.

Jelikož již existují dostatečně dlouhé datové řady z jednotlivých stanovišť (v některých případech delší než 10 let), můžeme posuzovat rozdělení koncentrací jednotlivých znečišťujících látek na značném území ČR. Prokázalo se, že koncentrace se s časem mění; zřetelná je i změna hlavní znečišťující látky. Tou byla koncem devadesátých let minulého a počátkem stávajícího století síra, kterou nahradil dusík; změnu způsobilo především dokonalé odsíření uhelných elektráren a značný nárůst kamionové dopravy.

V našem výzkumu jsme se zabývali ovlivněním koncentrací znečišťujících látek konkrétními meteorologickými podmínkami. Nyní již snad můžeme říci, že zásadním problémem byla kvantifikace usazených srážek. Pokud jsme chtěli ve výzkumu pokročit, museli jsme se jím zabývat. Na pracovišti ÚFA jsme nejdříve vyřešili problém kvantifikace pevných usazených srážek z mlhy a vyvinuli přístroj k měření hmotnosti těchto srážek – tzv. námrazoměr získal osvědčení jako užitný vzor. Vývoj zařízení pro měření kapalných usazených srážek byl ukončen v roce 2011, kdy jsme vyrobili a testovali prototyp zařízení; v roce 2012 jsme pro přístroj získali osvědčení o užitném vzoru.


„Mlžný les“ na pobřeží Tichého oceánu v Chile

Výzkum usazených srážek se neobejde bez nepřetržitého monitoringu jejich výskytu a podmínek vzniku. Nákladný je rovněž pravidelný odběr vzorků a jejich chemické analýzy. Jelikož spolupracující ústavy nedis­ponují vlastními chemickými laboratořemi, zadávají analýzy specializovaným pracovištím – například České geologické službě nebo Geologickému ústavu AV ČR.

Ve výzkumu se pochopitelně neobejdeme bez grantové podpory; s jejím přispěním jsme vybudovali monitorovací síť, která je z větší části automatizovaná a vybavená dálkovým přenosem. Automatizace se týká meteorologických a hydrologických měření. Při odběru vzorků, hlavně jejich dopravě, jsme stále odkázáni na lidskou obsluhu. Dovolujeme si tvrdit, že monitorovací síť je v současnosti minimálně na evropské úrovni. Síť rovněž doplňují dvě meteorologické observatoře ÚFA – Milešovka a Kopisty.

Poněvadž je naší laboratoří příroda a atmosféra, a tudíž nelze žádný proces zopakovat za naprosto stejných podmínek, jsme odkázáni na dlouhodobé řady pozorování a měření; každý, sebemenší výpadek těchto měření může mít zásadní dopad na výsledky výzkumu.

S ohledem na dosud dosažené výsledky a možnost kvantifikace usazených srážek jsme se přiblížili schopnosti monitorovat a zkoumat látkové toky v přírodě. Náš výzkum se zaměřuje především na malá povodí.
Problematice usazených srážek se pozornost věnuje v celosvětovém měřítku, což potvrzuje i skutečnost, že se na ni zaměřují mezinárodní konference – Conference on Fog a Fog Collection and Dew. Sympozií, která se konají od roku 1998 v tříletých cyklech, se pravidelně účastníme od roku 2001. Zmíněnému tématu se v roce 2013 věnovala v pořadí již šestá konference (Jokohama, Japonsko), na níž jsme mj. prezentovali zařízení na měření hmotnosti usazených srážek a některé výsledky těchto měření; obojí vzbudilo velký zájem. S potěšením zjišťujeme, že tato oblast výzkumu přitahuje stále větší počet mladých výzkumníků, a to nejen v zahraničí, jak je vidět na účasti na zmíněných konferencích, ale i na našich dvou akademických pracovištích.

JAROSLAV FIŠÁK,
Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v. v. i.,
MIROSLAV TESAŘ,
Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i.