Hodnocení zátěže znečištěným ovzduším na materiály kulturních a historických památek na území České republiky Ing. Miloš Zapletal, Dr. Ústav historie a muzeologie Slezské univerzity v Opavě Znečišťování ovzduší má své příčiny a následky. Příčinou jsou emise (úlety) látek znečišťujících ovzduší z jednotlivých zdrojů. Spojení mezi příčinami a následky obstarává zemská atmosféra. Ovzduším jsou znečišťující látky od zdrojů k příjemcům přenášeny. Znečišťující látky, které se vyskytují v přízemní vrstvě atmosféry a škodlivě působí na: - materiály kulturních a historických památek - muzejní sbírkové předměty - přírodní ekosystémy (lesy, půda, voda) - zdraví lidí označujeme jako imise. Látky znečišťující ovzduší jsou důležitým faktorem v procesu poškozování kulturních a historických památek a muzejních sbírkových předmětů vytvořených z různých materiálů, včetně systémů, které jsou používány pro ochranu těchto materiálů. Návrh metodologie zohledňuje korozívní a poškozující působení: - oxidu siřičitého - oxidů dusíku - přízemního ozonu - atmosférické depozice síry a dusíku v kombinaci s: - klimatickými parametry - dalšími vlivy životního prostředí na materiály z kamene: - pískovce - vápence kovy: - ocel - zinek - hliník - měď - bronz Metodologie hodnocení zátěže znečištěným ovzduším definuje metody a postupy pro mapování „přijatelných hodnot expozice“ znečišťujících látek, které působí na kulturní a historické památky a vybrané muzejní sbírkové předměty. Cílem navržené metodologie je: - určení a hodnocení přijatelných úrovní látek znečišťujících ovzduší (oxidu siřičitého, oxidů dusíku, ozonu) a jejich překročení na území České republiky - poskytnutí podkladů pro podporu trvalého sledování a komplexního vyhodnocování negativních důsledků fyzikálně - chemického poškozování materiálů kulturních a historických památek a vybraných sbírkových předmětů látkami znečišťujícími ovzduší - praktická realizace strategie ochrany kulturního dědictví proti vlivům prostředí, s případným následným vyhodnocováním ekonomických škod pro společnost. Aplikace metodologie: - statistické a matematické zpracování existujících naměřených (modelovaných) údajů o imisních koncentracích oxidu siřičitého, oxidů dusíku, ozonu, environmentálních a klimatických parametrů na území České republiky v časovém období 1991 až 1998 (dle dostupnosti dat) - matematické modelování úrovně korozního napadení materiálů (aktuální, přijatelné), přijatelných úrovní oxidu siřičitého, oxidů dusíku a ozonu na základě posouzených a vybraných mezinárodně akceptovaných dávkově-reakčních funkcí pro sledované materiály kulturních památek (železo, ocel, zinek, měď, bronz, vápenec, pískovec). - výběr, hodnocení a deskripce prostorové distribuce vybraných kulturních a historických památek a muzejních předmětů lze provést dle významu, případně míry poškození těchto památek a míry imisního zatížení území, přičemž mohou být využity poznatky z realizovaných průzkumů některých kulturních a historických památek na území České republiky a podklady SÚPP (průzkumy stavu materiálu, restaurátorské, přírodovědné průzkumy atd.). - na základě informací o regionálním rozložení environmentálních charakteristik a vybraných kulturních a historických památek lze provést hodnocení stupně zátěže prostředí ve vztahu k jednotlivým vybraným památkám a ve vztahu k distribuci kulturních a historických památek na sledovaném území, což umožňuje návrh strategie pro praktickou realizaci protikorozní ochrany, rekonstrukce a obnovy vybraných kulturních památek a vybraných muzejních sbírkových předmětů. Metodologie 1. Určení pozaďových stupňů koroze a poškození (K[10] ) Tab. 1 Pozaďové hodnoty stupně koroze a poškození K10 pro různé materiály založené na UN ECE ICP Materials exposure programme vyjádřené v g/m^2 po 4 leté expozici. Materiál Pozaďové hodnoty stupně koroze a poškození ------------------------------------------------------------------------------------- Ocel vystavená vlivům počasí 204 Zinek 17.1 Hliník 0.67 Měď 14.0 Bronz 11.6 Vápenec 44.0 Pískovec 40.0 ------------------------------------------------------------------------------------- 2. Výpočet přijatelných stupnů koroze (poškození) (Jsou definovány jako n násobky pozaďových stupnů koroze (poškození). Bylo doporučeno, aby byla použita hodnota n v rozmezí 1.2 až 2. 3. Výpočet reálných stupňů koroze (poškození) (vypočtou se použitím dávkově-reakčních funkcí) 4. V místech, kde je přijatelný stupeň koroze (poškození) překročen reálným stupněm koroze (poškození) se vypočte přijatelná úroveň (imisní koncentrace) oxidu siřičitého, oxidů dusíku a přízemního ozonu Přijatelná (akceptovatelná) expoziční úroveň nebo zátěž znečišťujících látek pro kulturní a historické památky a materiály (sbírkové předměty) je koncentrace nebo depozice, která nevede k neakceptovatelnému vzrůstu stupně koroze nebo poškození. Dávkově-reakční funkce Rovnice pro následující materiály jsou vyjádřeny s ohledem na procesy mapování. Tyto rovnice byly validovány pro nekryté materiály, vystavené expozici. Existují rovněž rovnice pro všechny tyto materiály, v případě, že jsou ukryté (depozitář). Kovy: Ocel vystavená vlivům počasí ML=85 + 0.26 TOW (SO[2])(O[3]) + 432 TOW Zinek ML = 14.5 0.043 TOW (SO[2])(O[3]) +80Rain (H^+) Hliník ML = 0.85 + 0.0028 TOW (SO[2]) (O[3]) Měď ML = 19.3 + 0.011 (SO[2])(O[3]) 162 Rain (H^+) Bronz ML = 11.8 + 0.047 TOW (SO[2]) (O[3]) Materiál z kamene: Vápenec ML = 34.4 + 5.96 TOW(SO[2]) + 388 Rain (H^+) Pískovec ML = 29.2 + 6.24 TOW (SO[2]) + 480 Rain (H^+), kde ML = reálný stupeň poškození = ztráta hmoty po 4 - leté expozici, g/m^2 TOW = doba, kdy relativní vlhkost je větší než 80% a teplota je větší než 0 stupňů C (SO[2]) = koncentrace, g/m^3 (O[3]) = koncentrace, g/m^3 Rain = úhrn srážek, m/rok (H^+) = koncentrace, mg/l V místě, kde je překročen přijatelný stupeň koroze (poškození), jsou použita stejná data a dávkově-reakční funkce k výpočtu - koncentrace SO[2] - koncentrace O[3] - H^+ zátěže, které udrží tento stupeň na přijatelné úrovni. Následující rovnice ukazují příklad pro zinek. Pro ostatní materiály jsou rovnice vytvořeny analogickým způsobem. (SO[2]) = (17.1xn -14.5- 80Rain(H^+)) / 0.043TOW(O[3]) (O[3]) = (17.1xn -14.5- 80Rain(H^+)) / 0.043TOW(SO[2]) (Rain (H^+)) = (17.1xn -14.5- 0.043TOW(SO[2])(O[3])) / 80, kde (SO[2]) = přijatelná koncentrace pro korozi zinku (O[3]) = přijatelná koncentrace pro korozi zinku Rain (H^+) = přijatelná hodnota H^+ zátěže (odvozena ze srážkového úhrnu (m/rok) a koncentrace H^+ (mg/l) n = přijatelný stupeň poškození / pozaďový stupeň poškození Shrnutí hlavních přínosů navržené metodologie 1. Určení a interpretace přijatelných úrovní látek znečišťujících ovzduší a jejich překročení pro vybrané materiály kulturních památek pro potřeby zhodnocení stávajícího stavu a predikce vývoje poškození těchto kulturních památek znečišťujícími látkami podle mezinárodně akceptované metodiky. 2. Vytvoření podkladů pro: - podporu trvalého sledování a komplexního vyhodnocování negativních důsledků fyzikálně-chemického poškozování materiálů kulturních památek látkami znečišťujícími ovzduší - praktickou realizaci strategie ochrany kulturního dědictví proti vlivům prostředí - praktickou realizaci strategie omezení emisí potencionálních znečišťovatelů, kteří se nejvíce podílejí na poškozování kulturních památek - vyhodnocování ekonomických škod, a to s možností zpětného vymáhání náhrad škod, které byly způsobeny např. emisemi průmyslových podniků.