Těžké kovy v ovzduší představují závažnou potenciální zátěž ostatních složek životního prostředí. Pojem těžké kovy je v oblasti ochrany prostředí používán pro skupinu kovů a metaloidů se specifickou hmotností prvku větší než 4 g.cm^-3. Patří sem (zejména dle Úmluvy o dálkovém přenosu látek znečišťujících ovzduší – Convention on Long Range Transboundary Air Pollution – CLRTAP) As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb a Zn. Tyto prvky nebo jejich sloučeniny jsou již ve stopových koncentracích pro různé složky životního prostředí prokazatelně toxické. Nositelem těžkých kovů v atmosféře jsou částice atmosférického aerosolu.

Zdrojem antropogenních emisí těžkých kovů je zejména spalování fosilních paliv (As, Cd, Hg, Ni, Pb, Cr), výroba a zpracování železa (Fe, Mn, Cr, Ni, Cd), metalurgie neželezných kovů (As, Cd, Cu, Pb, Zn, Hg), spalovny odpadu (As, Cd, Cu, Pb, Zn, Hg), výroba cementu (As, Cd, Pb, Hg, Ni), výroba skla (As, Cd, Pb, Hg, Zn), elektrolytická výroba chloru a louhu (Hg) a konečně také doprava – použití olovnatých benzinů (Pb). Obecně je tvorba atmosférických emisí těžkých kovů spojena s vysokoteplotními procesy vzniku par kovů nebo těkavých sloučenin těchto prvků a jejich kondenzace a případně následná chemická transformace. Jde většinou o kovy s nízkými teplotami tání i varu a nízkým výparným teplem. Díky uvedeným procesům vstupu těchto složek do atmosféry, zahrnujícím kondenzaci přesycených par, vznik nukleačních jader – Aitkenových částic – a následnou koagulaci těchto nejjemnějších částic, jsou těžké kovy podobně jako například polyaromatické uhlovodíky koncentrovány ve frakci jemných částic atmosférického aerosolu, tj. částic s aerodynamickým průměrem pod 2,5 µm (akumulační mód). Částice spadající velikostí do akumulačního modu tvoří nejstabilnější aerodispersní soustavy vyznačující se dlouhou dobou setrvání těchto částic v atmosféře a jejich transportem na velké vzdálenosti.

Obsahy těžkých kovů v prašném aerosolu jsou na území České republiky sledovány na relativně velkém počtu stanic (celkem 108 stanic v roce 2000). Vedle stanic Českého hydrometeorologického ústavu (23 stanic v roce 2000) jsou v imisní databázi systému ISKO ukládána pravidelně od roku 1996 i data ze stanic ORGREZu (10 stanic v roce 2000), včetně archivních dat od roku 1986. Systematické předávání dat o sledování těžkých kovů v ovzduší včetně údajů o příslušných stanicích a metodách měření do celostátní imisní databáze systému ISKO se od roku 1997 výrazně rozšířilo o početnou síť stanic hygienické služby (75 stanic v roce 2000).

Metody odběru prašného aerosolu a analytické postupy pro stanovení obsahu uvedených prvků v aerosolu vycházejí z obdobných metodických postupů. Do roku 1996 se v ČHMÚ pro stanovení koncentrace kovů v ovzduší převážně prováděla analýza technikou atomové absorpční spektrometrie (AAS) s odběry (obvykle týdenními) na membránové filtry s následnou mineralizací kyselinou dusičnou. Tato metoda je nadále používána na stanicích hygienické služby a ORGREZu. Od roku 1998 je v ČHMÚ metoda AAS používána pouze pro stanovení koncentrací kadmia v ovzduší na vybraných stanicích. Na některých stanicích hygienické služby se po mineralizaci vzorků atmosférického aerosolu užívá na stanovení obsahu těžkých kovů také metoda polarografická a metoda atomové emisní spektrometrie s indukčně vázanou plazmou (ICP-AES). V ČHMÚ se od roku 1997 provádí stanovení koncentrace těžkých kovů v atmosférickém aerosolu také nedestruktivní analýzou rentgenové fluorescence (XRF) s odběrem na teflonové filtry. V rámci programu Černý trojúhelník se analýza provádí metodou hmotnostní spektrometrie s indukčně vázanou plazmou (ICP-MS) s vysokoobjemovým odběrem na skleněné filtry.

Tabulka 2-77 prezentuje pro vybrané stanice příslušných organizací roční aritmetické průměry koncentrací arsenu, kadmia, olova a niklu. Vedle olova a kadmia, pro které jsou Opatřením FVŽP k zákonu č. 309/91 Sb. stanoveny imisní limity (tab. 2-1), jsou arsen, nikl (a také rtuť) uvedeny v seznamu ostatních znečišťujících látek, které je třeba brát v úvahu při posuzování a řízení kvality vnějšího ovzduší dle směrnice 96/62/EC a pro které je připravována příslušná dceřiná směrnice stanovující odpovídající imisní limity těchto prvků.

Z tabulky 2-77 je patrné, že v roce 2000 nedošlo na žádné stanici k překročení imisního limitu pro kadmium. Stanice Tanvald (HS), na které v předchozích letech docházelo k výraznému překračování imisního limitu kadmia, přestala koncem roku 1999 měřit. Nad polovinou ročního imisního limitu leží hodnota roční průměrné koncentrace kadmia na stanici Souš (ČHMÚ). Nejvyšší roční průměrné koncentrace olova v ovzduší byla naměřeny na stanici Český Těšín (HS) (103,5 ng.m^-3) a na stanici Bohumín-Čáslavská (HS) (100,5 ng.m^-3). Na stanici Příbram (HS), kde byly dlouhodobě nejvyšší koncentrace olova v ovzduší pohybující se nad polovinou imisního limitu, byla v roce 2000 průměrná koncentrace 43,6 ng.m^-3. Nejvyšší roční průměrná koncentrace arsenu v ovzduší (9,4 ng.m^-3) byla naměřena na stanici Ostrava-Novinářská.

Grafy na obr. 2-73, 2-74, 2-75 ukazují vývoj ročních koncentrací arsenu, kadmia a olova v ovzduší v období let 1988–2000 na vybraných stanicích ČHMÚ, hygienické služby a ORGREZu, pro které jsou dostupná archivní data za uvedené období. Z obrázků je zřejmé, že na většině vyznačených stanic došlo i v roce 2000 k potvrzení již dříve indikovaného poklesu koncentrací uvedených kovů v ovzduší. Z uvedeného důvodu řada stanic, zejména ORGREZu, skončila s měřením. Na stanici Souš (ČHMÚ) byla i v roce 2000 naměřena vysoká hodnota koncentrace kadmia, pohybující se nad polovinou platného imisního limitu. Stanice Liberec a Tanvald (HS), na kterých byly dlouhodobě výrazně překračovány imisní limity kadmia a arsenu, skončily již s měřením. K překračování ročního imisního limitu kadmia docházelo v minulých letech i na stanicích Dubí a Ústí nad Labem.

Zjevný pokles imisí uvedených kovů v posledních letech je způsoben nejen poklesem koncentrací prašného aerosolu v tomto období, ale také patrným poklesem podílů těchto kovů v aerosolu [4]. Pokles podílů hodnocených kovů v aerosolu po roce 1990 je v souladu s poklesem spotřeby tuhých paliv a s tím souvisejícím poklesem tuhých emisí zvláště z velkých zdrojů znečišťování ovzduší. Výrazný pokles imisních úrovní sledovaných kovů (podobně jako u oxidu siřičitého a prašného aerosolu) potvrzuje vývoj zejména v posledních letech po roce 1997, který byl očekáván v souvislosti s termínem platnosti emisních limitů pro zdroje znečišťování ovzduší.

Mapy na obr. 2-76, 2-77 prezentují odhad územního rozložení polí ročních koncentrací kadmia a olova v ovzduší vytvořených prostředky mapové algebry z polí podílů těchto kovů v aerosolu a z pole ročních aritmetických průměrů koncentrací prašného aerosolu (obr. 2-44). Při tvorbě celoúzemního odhadu rozložení koncentrací těžkých kovů se vychází především z předpokladu, že lze přenést naměřené podíly podle odhadu územního rozložení podílu daného prvku v aerosolu na ta měření koncentrací prašného aerosolu, kde se stanovení kovů v aerosolu neprovádí. Pole podílů olova a kadmia v aerosolu byla vytvořena na podkladě naměřených podílů ze 108 stanic uvedených organizací a dále na podkladě odhadů podílů těchto kovů v aerosolu pro oblasti s nedostatečným měřením obsahů kovů na základě podobností s oblastmi s naměřenými údaji podílů kovů v aerosolu. Rozložení ročních podílů kadmia, olova, arsenu a niklu v prašném aerosolu pro soubor stanic ČHMÚ, ORGREZu a hygienické služby ukazuje tabulka 2-78.

Pole koncentrací kadmia a olova v ovzduší je podkladem pro tvorbu polí depozičních toků těchto kovů tzv. suchou atmosférickou depozicí (kapitola 3).

Tab. 2-77 Koncentrace arsenu, kadmia, olova a niklu v prašném aerosolu na vybraných stanicích, 2000

 Tab. 2-78 Rozložení ročních podílů kadmia, olova, arsenu a niklu v prašném aerosolu, 2000