Požáry a atmosféra I.

Jak víte tak do školy dělám spoustu seminárních prací a nechci si je nechávat jen pro sebe. Když už se s nimi dělám. Udělala jsem to takhle již s několika pracemi ta poslední byla Ve dvou se to lépe táhne a Ve dvou se to lépe táhne II. Dnes pro vás mám práci, kterou rozdělím dokonce do tří článků, protože je skutečně dlouhá. Tady je tedy první část 😉 Vzdělávání zdar!

PS.: Zdroje k této práci budou až všechny najednou ve třetím příspěvku.

Úvod

Na začátku celé práce je dobré si vyjasnit všechny termíny, které se budou v práci často opakovat.
Jako první je na místě zmínit hoření – redoxní exotermní reakce, při které se do okolí uvolňuje světlo,
teplo a vyvíjí se kouř. Je při něm spalováno palivo za přítomnosti oxidantu (kyslíku – může se ale
jednat i o jinou látku např. chlór či páry brómu), poté co proběhla iniciace k této reakci (bylo
dosaženo zápalné teploty) (Orlíková et al, 1999) (Děmidov, 1966).

Oheň je pak řízené hoření na daném místě v daný čas, oproti tomu se za požár považuje nežádoucí,
nekontrolovatelné hoření, které má za následek smrt či zranění osob, zničení majetku či v přírodě
smrt, zranění zvířat anebo narušení ekosystému. Pro přírodu nemusí mít požár jen nežádoucí účinky,
ale naopak i pozitivní např. některá semena rostlin nejsou schopna vyklíčit, aniž by nepřišla do
kontaktu s požárem (více viz kapitola – Vliv požárů na ekosystémy). Naopak pro člověka má
nekontrolovatelný požár vždy fatální následky (více viz kapitola – Vliv požárů na lidské zdraví)
(Orlíková et al., 1999). Za oheň lze také považovat světelný efekt hoření. Může se jednat o plameny
(hoření plynu) či žhnutí (hoření pevné látky bez plamene). Při žhnutí se však mohou z hořícího
materiálu uvolňovat plyny, takže látka pak bude hořet i plamenem (Zelený, 1972).
Protože je tato práce dělána na předmět Ochrana ovzduší, bude zaměřena především na vliv požárů na
ovzduší (atmosféru).

Řekli jsme si už co požár je, nyní je tedy na místě říct si, co se při něm uvolňuje do atmosféry. Aby
tak šlo učinit, je nutno zmínit, že když se řekne požár, tak člověka napadnou např. požáry, které
nedávno zasáhly Austrálii či Jižní Ameriku. Zde se povětšinou jedná o hoření travních porostů, keřů
či lesa. Musíme si však uvědomit, že požáry si můžeme představit i jinak, např. hořící dům, požár na
skládce a podobně. Je samozřejmě jasné, že při takovém typu požáru se do atmosféry bude uvolňovat
něco zcela jiného než při lesním požáru. To vše se postupně dozvíme v následujících kapitolách.

Kouř

Velmi důležitou součástí požáru je kouř. Kouř je to, co nás často zajímá nejvíce. Zajímá nás jeho
složení – co se uvolňuje do atmosféry, jaký může mít vliv na náš organismus, protože právě kouř je na
požáru nejvíce ohrožující. Z velké části totiž nedochází ke smrti v důsledku popálenin, ale díky
nadýchání toxických zplodin (více viz kapitola – Vliv požárů na lidské zdraví).
Zajímá nás také jeho teplota, jak je vysoká v závislosti na vzdálenosti od zdroje a zda jeho teplotou může dojít ke vznícení dalšího materiálu okolo.

Co se týče fyzikálního složení, jedná se o soustavu obsahující pevné i kapalné částice rozptýlené v
plynu. Chemické složení je pak samozřejmě závislé na materiálu, který hoří, jak již bylo zmíněno v
úvodu (Kalousek, 1994).
Hlavními plynnými složkami kouře jsou však všeobecně oxid uhličitý, oxid uhelnatý, methan, ethan a
ethen. Podrobněji je vše ukázáno na Schématu 1 (McKenzie et al., 1994).

Lze říci, že se jedná o aerosol kapalných a pevných částic poletujících v plynu neboli poletavý prach
PMx. Rozdělujeme ho podle velikosti částic na PM10 (částice menší jak 10μm), které se dostávají do
dýchacích cest a PM2,5 (částice menší jak 2,5μm), ty se mohou dostávat až do samotných plic a odtud
do tkání. Tento prach vzniká přirozeně nejen při lesních či stepních požárech, ale též při vulkanické
činnosti (MŽP, 2014).

Při obřích požárech, které byly např. v Austrálii je také dobré sledovat do jaké výšky v atmosféře se
až kouř dostává, protože ve výškách kolem 17 km mu už tolik nebrání počasí v jeho šíření. Dostává se
až do stratosféry, a proto se může šířit na značné vzdálenosti a měnit průběh klimatu. Podle Lisy
Harvey-Smithové už takhle australské požáry ovlivnily ovzduší na třech čtvrtinách planety (ČTK,
2020).

Popel z požárů má také velký vliv na albedo. Místa po přechodu požáru se zahalí do černého hábitu,
který má odlišnou odrazivost povrchu než dřív. Asi největší rozdíl můžeme zaznamenat, když se pod
popel zahalí sněhová pokrývka. Ta měla předtím albedo až 90 % a nyní díky popelu značně klesne,
což má za následek oteplení povrchu a může dojít k nepřirozenému roztátí sněhové pokrývky, což
následně ovlivní vše živé na dané lokalitě (Bowman et al., 2009).

Schéma 1 - Rozdělení zplodin hoření (Brumovská et al., 2008)

Hoření dřeva

Pokud chceme vědět, co se bude uvolňovat do atmosféry musíme opět sledovat, co dřevo obsahuje za
látky. To se může lišit částečně jak podle lokality výskytu stromů, tak i druhem dřeviny. Dřevo
obsahuje hlavně uhlík, kyslík, vodík, dusík a minerální látky. Mezi hlavní minerální látky patří
draslík, vápník, hořčík či hliník. Dalšími prvky jsou i fosfor, síra a křemík. Podrobněji vše
v Tabulce 1 a Tabulce 2 (Kalousek, 1994).
Při hoření se bude uvolňovat převážně oxid uhličitý, o který se zajímáme hlavně z toho důvodu, že se
jedná o skleníkový plyn a má nežádoucí vliv na lidské zdraví (více viz kapitola Vliv požáru na lidské
zdraví).

V minoritním množství se pak uvolňuje směs celé řady dalších látek jako je methan, vodík, oxid
uhelnatý, aldehydy či ketony v důsledku vysokých teplot přesahujících 150°C, při nichž
depolymerizují polysacharidy i lignin obsažený ve dřevě. Tyto látky jsou opět zdraví škodlivé a
toxické, a proto je nutné sledovat jejich koncentrace v ovzduší (Věžníková a Dubový, 2011) (více viz
kapitola Vliv požáru na lidské zdraví).

Vše předešlé ovšem platilo pro hoření suchého dřeva, pokud se však jedná o hoření vlhkého dřeva
(lesní požáry), dochází k nedokonalému spalování, při kterém se uvolňuje značné množství oxidu
uhelnatého, polyaromatických uhlovodíků a dehtů (Věžníková a Dubový, 2011) (více viz kapitola
Vliv požáru na lidské zdraví).

Tabulka 1 - Elementární složení dřeva (Netopilová, 2004)
Tabulka 2 - Koncentrace (v ppm) běžně se vyskytujících prvků u čtyř druhů dřevin (Esch et al., 1994)

Lesní požáry

Definice

Je několik různých definic, podle nichž se určuje, co se vše označuje za lesní požár. Velmi nepřesnou
definici zmiňuje ve své práci Stolin (1985), který za lesní požár považuje škodlivý činitel poškozující
lesní biotop jako celek i všechny jeho části – ohrožuje rostlinnou i živočišnou sféru, a který vznikl jak
přírodní tak i antropogenní silou. Podle France et al. (2004) se za lesní požár považuje jakýkoliv
požár, který nastane v porostu vyšším než 1,8 metru. V českých odborných publikacích se někdy ani
požáry přímo nerozlišují či nejsou vůbec definovány, a tak Kropáček (2017) zavádí pojem „požár v
přírodním prostředí“, jež zahrnuje požáry lesních porostů, suchých travin i keřů. Přesnou definici
nenajdeme ani ustanovenou v české legislativě, a to i přesto, že je právně vyžadováno všechny takové
požáry nahlašovat. Lze se tedy uchýlit k definici zavedené Nařízením Evropského parlamentu:
„Lesním požárem se rozumí požár, který vypukne a šíří se v lese nebo na jiné zalesněné ploše, nebo
který vznikne na jiné ploše a šíří se do lesa nebo na jinou zalesněnou plochu. Definice lesního požáru
nezahrnuje předepsané nebo kontrolované vypalování, obvykle s cílem redukce nebo eliminace
nashromážděného paliva na lesní půdě“ (doslovný anglický překlad – Nařízení EP 2152/2003).
Že není definice lesního požáru dobře popsána zmiňuje ve své práci i Holuša et al. (2018).
Nyní, potom co jsme se pokusili si ho zadefinovat, se můžeme pustit do dalších informací o požárech.

Faktory ovlivňující vliv lesních požárů

Na našem území vzniká přirozeně pouze cca 3 % lesních požárů, za všemi ostatními stojí člověk.
Lesní požáry se na našem území vyskytují nejčastěji od března do října, protože to je období, kdy se
nejlépe sejdou všechny faktory vhodné pro jeho vznik (více viz kapitola – Faktory ovlivňující požáry).
Požáry jsou však ovlivněny i druhem hořícího materiálu, a nejen klimatickými podmínkami. Značný
vliv na ně má tedy i složení a druh lesního porostu. Velmi těžko hoří například bukové či dubové
dřevo. Naopak bříza či olše hoří dobře, ale na druhou stranu zas vytváří málo listí, takže netvoří moc
opadu, který by mohl hořet. Avšak skutečně vhodným materiálem k hoření je jehličí z borovic.
Hromadí se v opadu, protože se špatně rozkládá a zároveň opad obsahuje mimo jiné i drobné větévky,
pryskyřice a části kůry, které též ze stromů padají (Kvarčák, 2005) (Šebesta, 2015).

Dělení lesních požárů

Lesní požáry můžeme rozdělit na tři typy, které se liší prostorem, kde hoří (ve vertikále) a také svojí
rychlostí šíření.
Prvním typem jsou požáry pozemní. Vyznačují se hořením půdního krytu a jejich rychlost šíření se
odvíjí především od rychlosti větru. Jedná se především o hoření suchého listí, jehličí, kůry, trávy,
popadaných větví a nízkých stromů, jak můžeme vidět na Obrázku 1 (Roy, 2003) (Krakovský, 2004)
(Francl, 2007) (Thomas, McAlpine, 2010) (Holusa, 2018).

Nejvíc nebezpečný typ požáru je korunový. Rychle se šíří a těžko hasí. Nejedná se o hoření jen korun
stromů ale celého nadzemního pokryvu lesa. Díky rychlému šíření však neshoří les celý, protože vždy
shoří jen tenké větvičky v korunách stromů, tráva a křoviny v podrostu. Mohutné dominantní stromy
jsou však schopné tomuto požáru odolat (OSP 2017a, 2017b; PSP Lescyza 2017) (SUW 2017)
(Holusa 2018).

Posledním typem lesního požáru je podzemní. Vyskytuje se na místech s vysokým množstvím
humusu jako jsou rašeliniště. Šíří se po kořenech stromů a dalším hořlavém materiálu v půdě. Velmi
často nevytváří téměř vůbec plamen, a tak je těžké ho vůbec lokalizovat. V posledních letech se
k tomu většinou využívají drony se zavedenými tepelnými čidly (Roy, 2003). Oproti předchozím se
podzemní požár šíří skutečně velmi pomalu tj. cm/hod (Zanon et al., 2008).

Obrázek 1 - Pozemní požár (Sciencemag, 2016)

Uvolňování zplodin do atmosféry

Uvolňování oxidu uhličitého

Boreální lesy jsou velkými akumulátory uhlíku. Ten se zde ukládá v biomase rostlin a stromů, ale i
v půdě na což upozornili biologové univerzity v Guelphu (Kanada) v článku, který vyšel v odborném
časopise Nature. Problematiku akumulace uhlíku v půdách zmiňují z důvodu, že není započítána do
modelů o globálních změnách klimatu, a přitom by mohla být velkým hybatelem.

V posledních letech jsou požáry na severní polokouli čím dál častější a díky tomu se uhlík uložený v
půdách uvolňuje do atmosféry v podobě oxidu uhličitého, ale nestihne se všechen “naakumulovat”
zpět, protože dojde k dalšímu požáru. Z toho vyplývá, že převažuje uvolňování oxidu uhličitého nad
jeho absorpcí ekosystémem, zvyšuje se jeho koncentrace v atmosféře, a protože je oxid uhličitý
skleníkový plyn dochází ke změnám klimatu, které vedou k častějším požárům, jež opět uvolní do
atmosféry další oxid uhličitý. Jedná se o začarovaný kruh, na nějž kanadští vědci upozornili, aby byl
brán v úvahu a nebyl opomíjen (kar, 2019).

Uvolňování popela

Lesní požáry či požáry buše (australské požáry), které byly v roce 2019 skutečně masivní, mají za
následky obrovské uvolnění popela do atmosféry. Následně se usazuje suchou a mokrou depozicí a
jeho hmota se splavuje řekami do oceánu. Oceány jsou však zvyklé na chudé prostředí a celý
ekosystém je tomu zde nastaven. Popel sem ale zanese řadu prvků v podobě jejich iontů – dusík v
podobě amonného kationtu, dusičnanových aniontů či organických sloučenin; fosfor v podobě
organických sloučenin či fosforečnanového aniontu, anebo také draselné anionty (Sundarambal et al.,
2010). Následkem je eutrofizace vody, dochází k přemnožení řas, které spotřebují všechen kyslík ve
vodě, což vede ke smrti celé řady organismů v pobřežních oblastech. Vše je ještě umocněno
skutečností, že požár spálí rostliny na pobřeží, které filtrovaly vodu, čerpaly z ní živiny a též se
podílely na chudém prostředí zdejší lokality, na které tu organismy byly přizpůsobené (Johnson,
2020).

Požáry v Indonézii v 90. letech minulého století byly bohaté na železo, které když se opět řekami
dostalo do moře, způsobilo přemnožení obrněnek (Lingulodinium polyedrum). Ty mají za následek
toxický tzv. rudý příliv. Nejen že hubí život ve vodě, hlavně korálové útesy, na které je vázaný celý
tamější potravní řetězec, ale pokud sníme rybu, která jedla obrněnky, dochází k toxikaci i našeho
organismu (McDermott, 2017).

Další nebezpečné látky

Při lesních požárech ale i vulkanické činnosti se může do atmosféry také uvolňovat oxid siřičitý. Když
ale jeho množství srovnáme s množstvím SO2, které se dostává do ovzduší při spalování fosilních
paliv, je dané množství skutečně zanedbatelné (Nemecková, 2006).

Dalšími látkami, které se při lesních ale i stepních požárech mohou uvolňovat do atmosféry jsou
semivolativní organické látky (SVOCs). Jedná se o organické látky, které se v atmosféře vyskytují v
plynném skupenství, ale mohou se též vázat na pevné částice. Mezi nejdůležitější látky tohoto typu
patří perzistentní organické polutanty (POPs), protože dlouho přetrvávají v životním prostředí a
vyznačují se toxicitou a schopností kupit se v tělech živých organismů. Patří sem také polycyklické
aromatické uhlovodíky (PAHs), jež mají podobné vlastnosti jako POPs, ale o něco lépe degradují
(Krauss et al., 2005).

Mezi lesní požáry patří převážně ty, za kterými stojí člověk, jedná se buď o žhářství, nedostatečnou
opatrnost či úmyslné (ne)legální zapalování lesa kvůli odlesňování, kde následně vznikají např.
plantáže palmy olejné. Při odlesňování se do atmosféry dostává ohromné množství oxidu uhličitého,
methanu ale i NOx, které jsou prekurzory pro vznik ozonu (škodlivého troposferického) (Kordula,
2013).

Pokračování příště 😉

Diskuze

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.