velikost textu

Dřevní letokruhy a rašeliny jako archívy recentních trendů depozice Pb a Hg v České republice

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Dřevní letokruhy a rašeliny jako archívy recentních trendů depozice Pb a Hg v České republice
Název v angličtině:
Tree rings and peat bogs as archives of recent trends in Pb and Hg deposition in the Czech Republic
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Milan Zuna, Ph.D.
Školitel:
prof. RNDr. Martin Mihaljevič, CSc.
Oponenti:
RNDr. Mgr. prof. Michael Komárek, Ph.D.
RNDr. Petr Soudek, Ph.D.
Id práce:
90089
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Ústav geochemie, mineralogie a nerostných zdrojů (31-430)
Program studia:
Aplikovaná geologie (P1202)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
11. 9. 2012
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Čeština
Klíčová slova:
olovo, rašelina, dřevní letokruhy, deposice
Klíčová slova v angličtině:
lead, peat, tree rings, deposition
Abstrakt:
Dřevní letokruhy a rašeliny jako archívy recentních trendů depozice Pb a Hg v České republice Milan Zuna, 2012 Abstrakt Znečištění životního prostředí toxickými kovy patří v současné době mezi aktuální témata studovaná v mnoha zemích. Toxické kovy a jejich formy jsou studovány především kvůli jejich negativnímu dopadu na životní prostředí, ale i na lidské zdraví. Na území České republiky jsou přímá měření koncentrací těžkých kovů dostupná pouze za omezenou dobu. Z tohoto důvodu využíváme k určení historického zatížení prostředí studovanými kovy nepřímé metody např. geochemické archívy. Pro studium historického znečištění olovem (Pb) byly na vybraných lokalitách v České republice studovány rašelinné profily a dřevní letokruhy. Celkem bylo zkoumáno 12 rašelinných profilů a 33 dřevních jader (Picea abies) odebraných z okrajových oblastí České republiky s rozdílným historickým zatížením (Krušné hory – Novodomské rašeliniště-ND, Jizerské hory – Bílá Smědá-BS, Šumava – Jezerní slať-JS) a z historicky zatížené oblasti zpracováním Pb-Ag rud (Příbram-Brdy). V blízkosti Příbrami byly sledovány jak oblasti v okolí hřebene Brd (9 km východně od Pb metalurgické huti), tak i v těsné blízkosti metalurgické huti. Pro posouzení možného zdroje kontaminace bylo využito izotopových poměrů 206Pb/207Pb. Datování rašelinných profilů bylo provedeno metodou 210Pb. Ve vzorcích rašelin byla dále sledována distribuce rtuti (Hg), síry (S), uhlíku (C) a magnetické susceptibility. V rašelinných profilech byla na všech lokalitách zjištěna významná korelace mezi obsahy Pb a Hg. Zjištěné koncentrace Pb a Hg v rašelinách se však výrazně liší mezi jednotlivými lokalitami. Na lokalitách ze severu území a v okolí Příbrami jsou zjištěné výrazně vyšší obsahy (cca 3x) oproti lokalitě Šumava na jihu území ČR. Nejvyšší obsahy Pb byly zjištěny v rašelinných profilech v Brdské oblasti nedaleko Příbrami (10–554 mg.kg-1, průměr 204.8 mg Pb kg-1), v ND (46–392 mg.kg-1, průměr 154.6 mg Pb kg-1), na lokalitě BS (3.7–419 mg.kg-1, průměr 140 mg.kg-1). Oproti tomu obsahy Pb na lokalitě JS se pohybovaly v intervalu od 1 do 132 mg.kg-1 (průměr 48 mg.kg-1). Podobný trend je patrný i u distribuce Hg (Brdy: 60–701 μg.kg-1; ND: 50–750 μg.kg-1; BS: 30–600 μg.kg-1, JS: 40–220 μg.kg-1). Zjištěné vyšší obsahy Pb a Hg oproti neznečištěným oblastem Evropy poukazují na výrazné ovlivnění severních lokalit a lokality Příbramska průmyslovou činností. Nejvyšší koncentrace Pb a Hg na severu území korelují s maximální magnetickou susceptibilitou, která je většinou způsobena emisemi magnetických částic ze spalování uhlí. Výraznému ovlivnění severních lokalit těžbou a následným spalováním uhlí odpovídá i nárůst obsahů S a vyšší izotopové poměry 206Pb/207Pb. Podobné průběhy záznamu Pb na lokalitách lze sledovat i v letokruzích smrků. Nejvyšší obsahy Pb byly zjištěny v letokruzích v těsné blízkosti metalurgické huti Pb (až 60 mg.kg-1). V oblasti Brd, (cca 9 km od Příbrami), obsahovaly letokruhy až 19 mg.kg-1 Pb. Rozdíl v obsazích Pb v letokruzích na lokalitě Příbram je dán především rozdílnou vzdáleností od huti a rozdílnou nadmořskou výškou. Na severních lokalitách se průměrné obsahy Pb 1 v letokruzích pohybovaly kolem 3.7 mg.kg-1 (Krušné hory) a 2.2 mg.kg-1 (Jizerské hory). Nejméně Pb v letokruzích bylo zaznamenáno na šumavské lokalitě (0.9 mg.kg-1). Přestože byly sledovány rozdíly v obsazích Pb v letokruzích mezi jednotlivými lokalitami i mezi obsahy jednotlivých letokruhů na dané lokalitě, zůstává trend změn obsahů v rámci lokalit a letokruhů stejný. Vzhledem ke zjištěné variabilitě Pb v rámci jednoho stromu je však žádoucí využívat více než jednoho stromu ke sledování kontaminace prostředí. V okrajových částech oba archívy dokumentují podobný průběh v imisích Pb s kulminací v 50. až 90. letech 20. století, který odpovídá vývoji emisí v ČR a v Evropě. V okolí Příbrami jak letokruhy, tak rašeliny odrážejí vývoj depozice Pb ovlivněné metalurgií Pb. Zaznamenaná maxima průběhů Pb během 70. let v letokruzích smrků odpovídají maximální produkci huti v polovině 70. let a maximálním emisím huti na začátku 70. let. V případě dvou rašelinných jader byla zjištěna těsná korelace s obsahy v letokruzích jak v těsné blízkosti huti, tak v oblasti Brd. Při studiu depozičních toků (DR) zaznamenaných v rašelinách byla zjištěna významná korelace depozičních rychlostí Pb a Hg. Maximální depozice Pb a Hg v oblasti Brd byly sledovány mezi 60. a 80. lety 20. století (281 mg Pb m-2 rok-1; až 225 µg Hg m-2 rok-1 ) a odrážejí vývoj produkce i vývoj emisí Příbramské hutě. V oblasti „Černého trojúhelníku“ byla zjištěna maxima depozic v období 50. až 90. let 20. století s hodnotami DR Pb kolem 40 mg m-2 rok-1 (ND: 106 µg Hg m-2 rok -1; BS: 90 µg Hg m-2 rok-1). V 60. letech 20. století byla na jihu území zjištěna 2×nižší maximální depozice oproti severním lokalitám (DR Pb kolem 15 mg m-2 rok -1 a DR Hg 43 µg Hg m-2 rok-1). Zatímco obsahy Pb v letokruzích a rašelinách odpovídají poklesu obsahů Pb v emisích od 90. let 20. století na území ČR a Evropy, je možné v nejmladších částech rašelinných profilů (živé části rašeliníků) sledovat nárůst depozičních rychlostí Pb a především DR Hg. Oproti rašeliništím v západní a severní Evropě jsou zjištěné depozice Hg v nejmladších částech rašelin přibližně 2x vyšší. Nárůst DR v povrchové vrstvě může poukazovat na skutečný nárůst emisní Hg a Pb v centrální Evropě či může být ovlivněn jinými faktory, které způsobují nadhodnocení DR. Při studiu izotopových poměrů 206Pb/207Pb byl sledován podobný trend v zastoupení jednotlivých zdrojů, avšak oba archívy se liší v dílčích událostech. Kolem 70. let 20. století je možné v rašelinných profilech sledovat pokles izotopových poměrů, avšak oproti západní Evropě je pokles méně výrazný. Převládající izotopové poměry poukazují na ovlivnění Pb těžbou a spalováním uhlí, zpracováním rud a průmyslovou činností. Pouze na jihu území je patrné výrazné ovlivnění spalováním olovnatých benzínů. Izotopové složení Pb v letokruzích a rašelinách v okolí Příbrami je ovlivněno zejména emisemi příbramské metalurgie. Rozdílné události v průběhu izotopového poměru 206Pb/207Pb odrážejí rozdílný charakter obou archívů a odlišné procesy vstupu sloučenin Pb do těchto archívů. Rašelinné profily a dřevní letokruhy se rámcově shodují v průběhu množství a charakteru převažujícího zdroje deponovaného Pb. Dílčí rozdíly záznamů pravděpodobně vyplývají jednak z delšího časového úseku, který v sobě jednotlivé segmenty rašelin zachycují, možných chyb při modelovém určení stáří částí jednotlivých rašelinných jader, ale i z možných rozdílů ve způsobu depozice, akumulace a příjmu Pb do rašelin a na povrch studovaných smrků. Dřevní letokruhy ve svém složení odrážejí změny složení okolního prostředí zejména vlivem atmosférické depozice, ale mohou být ovlivněny změnami v půdním chemismu, forem látek přítomných v míze a následně jejich schopnosti radiálně migrovat dřevní hmotou. 2
Abstract v angličtině:
Tree rings and peat bogs as archives of recent trends in Pb and Hg deposition in the Czech Republic Milan Zuna, 2012 Abstract The environment polluted by toxic metals is currently one of the most topical subjects studied in a great many countries. Toxic metals and their forms are studied primarily because of their negative impact on the environment and also on human health. In the territory of the Czech Republic, direct measurements of the concentrations of these substances are available only for a limited time period. Consequently, indirect methods, such as geochemical archives, are used to determine the historical environmental burdens from these metals. Historical lead concentrations (Pb) were studied on peat bog profiles and tree rings in selected localities in the Czech Republic. Altogether 12 peat bog profiles and 33 wood cores (Picea abies) were studied, in the border territories of the Czech Republic with different historical burdens (Krušné Hory – Novodomské rašeliniště - ND, Jizerské hory – Bílá Smědá - BS, Šumava – Jezerní slat - JS), and in a historically burdened area polluted by processing of Pb- Ag ores (Příbram-Brdy). In the vicinity of Příbram, areas around the Brdy ridge (9 km east of the Pb metallurgical works) as well as in the immediate vicinity of the metallurgical works. We used the 206Pb/207Pb isotopic ratios to assess the possible sources of contamination. Dating of peat bog profiles was performed using the 210Pb method. The distribution of Hg, S, C and the magnetic susceptibility were also studied in the peat bog samples. A significant correlation between the contents of Pb and Hg in the peat bog profiles was observed in all the locations. However, the concentrations of Pb and Hg found in peat bogs appear to be significantly different in each location. The contents mentioned above were very different (approximately 3×) from all the other locations in the territories in the north and in the vicinity of Příbram, compared to the territory in Šumava in Southern Bohemia. The highest content of Pb was determined in peat bog profiles of the Brdy area near Příbram (10–554 mg.kg- 1, mean 204.8 mg Pb kg-1), in ND (46–392 mg.kg-1, mean 154.6 mg Pb kg-1), and in the area of BS (3.7–419 mg.kg-1, mean 140 mg.kg-1). In comparison, the contents of Pb in the territory of JS ranged in the interval of 1 do 132 mg.kg-1 (mean 48 mg.kg-1). A similar trend was observed in the distribution of Hg (Brdy: 60–701 μg.kg-1; ND: 50–750 μg.kg-1; BS: 30–600 μg.kg-1, JS: 40– 220 μg.kg-1). The higher contents of Pb and Hg detected in the polluted areas listed above, unlike other polluted areas in Europe, point toward the strong influence of industrial activity on the northern territories and the territory of Příbram. The highest concentration of Pb and Hg in the northern territories is correlated with the maximum magnetic susceptibility, in most cases caused by emissions of magnetic particles in coal-burning processes. The influence of mining and other burning of coal is significant in the northern territories and is subsequently visible in an increase in the content of S and higher 206Pb/207Pb isotopic ratios. Similar processes of recording Pb contents were observed in tree rings in the studied territories. The highest content of Pb was observed in tree rings located in close proximity to the Pb metallurgical works (up to 60 mg.kg-1). The differences in Pb contents in the vicinity of Příbram are to a major degree determined by different distances from the works as well as different altitudes. In the northern territories, the average Pb contents in tree rings varied from approximately 3.7 mg.kg-1 (Krušné hory) to 2.2 mg.kg-1 (Jizerské hory). The lowest content of Pb in tree rings was found in Šumava (0.9 mg.kg-1). 1 Although differences were observed in the Pb contents in tree rings at different locations, as well as in the contents of particular tree rings in a single location, the trend in changes in the Pb content in the localities and tree rings remains the same. Because of the observed variability in Pb contents in a single tree, it is necessary to use more than one tree when carrying out observations of environmental contamination. In the border territories, both archives document a similar process in air pollution by Pb, with culmination between the 1950’s and the 1990’s, which is correlated with trends in emissions in the Czech Republic and Europe. In the area surrounding Příbram, both tree rings and peat bogs reflect trends in the deposition of Pb influenced by Pb metallurgy. The maximum values recorded during the 1970’s in spruce tree rings are directly correlated with a high peak in metallurgy production and high peak in emissions from the smelter at the beginnings of the 1970’s. A close correlation was found between two peat bog cores and contents in tree rings both near the smelter and in the area around Brdy. A significant correlation of the deposition rates (DR) of Pb and Hg was observed while studying the deposition fluxes recorded in peat bogs. The maximum deposition of Pb and Hg in the Brdy area was recorded between the 1960’s and 1980’s (281 mg Pb m-2 yr-1.; up to 225 µg Hg m-2 yr-1). This reflects trends in production as well as in emissions at the Příbram metal works. The maximum deposition rates occurred in the area of the “Black Triangle” between the 1950’s and 1990’s, with DR Pb values of approx. 40 mg m-2 yr-1. (ND: 106 µg Hg m-2 yr-1; BS: 90 µg Hg m-2 yr-1). In the 1960’s, the maximum deposition in the southern territories was only half that in the northern territories (DR Pb approx. 15 mg m-2 yr-1 and 43 µg Hg m-2 yr-1). While the content of Pb in tree rings and peat bogs is correlated with a decline in the Pb content in emissions since the 1990’s, an increase in the deposition rates of Pb, and DR Hg in particular can be observed in the youngest parts of the peat bog profiles (the live parts of the peat bogs). Compared to peat bogs in Western and Northern Europe, the depositions of Hg are approximately twice as high in the youngest parts of peat bogs. The increase in DR in the surface layer could point to a real increase in Hg and Pb emissions in Central Europe, or could be influenced by other factors, which cause the DR to be overestimated. A similar trend was observed in the isotopic ratio 206Pb/207Pb for the individual sources, but the two archives differ in individual events. In the 1970’s it can be observed that isotopic ratios decline in the peat bog profiles; however, the decline is less significant compared to Western Europe. The prevailing isotopic ratios point to the influence of Pb mining and coal burning, ore metallurgy and industrial activity. A significant influence from the combustion of leaded petrol is apparent only in the southern territories. The isotopic composition of Pb in tree rings and peat bogs in the vicinity of Příbram is influenced mostly by emissions from the Příbram smelter. Different events affecting the 206Pb/207Pb isotopic ratio reflect the different characters of the two archives and diverse processes of entry of Pb compounds into the archives. The peat bog profiles and tree rings generally coincide with changes in the amount and character of the prevailing source of the deposited Pb. The individual differences in the records probably result from the longer time period over which the individual segments of peat bogs collect and record deposition, possible errors in the model definition of the ages of individual peat bog cores, and also from possible differences in the mean deposition, accumulation, and intake of Pb into the peat bogs and onto the surfaces of the studied spruce trees. The tree rings and their compositions reflect changes in the composition of the surrounding environment mainly with the influence of atmospheric deposition, but could also be influenced by changes in the soil chemistry, forms of substances present in the tree sap and subsequently their ability to migrate radially through the tree ring mass. 2
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Milan Zuna, Ph.D. 10.94 MB
Stáhnout Příloha k práci Mgr. Milan Zuna, Ph.D. 2.91 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Milan Zuna, Ph.D. 218 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Milan Zuna, Ph.D. 219 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Milan Zuna, Ph.D. 347 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Mgr. prof. Michael Komárek, Ph.D. 102 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Petr Soudek, Ph.D. 1.04 MB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 912 kB