Badania aerozoli atmosferycznych warstwy przyziemnej oparte były o materiał badawczy dwo-jakiego rodzaju (tak jak to zostało wyja´snione na pocz ˛atku rozdziału) gromadzony na filtrach powietrza oraz w postaci całkowitego opadu atmosferycznego.
(a) Stacja ASS - 500 (b) Stacja MASS
Rysunek 2.5:Stacje poboru aerozoli przyziemnej warstwy atmosfery.
Do pozyskiwania aerozoli przy u˙zyciu filtrów powietrza posłu˙zono si˛e dwoma rodza-jami stacji poboru aerozoli (rys.2.5): ASS - 500 nale˙z ˛acymi do sieci SWWSP oraz MASS, która z technicznego punktu widzenia jest zmodyfikowan ˛a stacj ˛a ASS - 500 (jej funkcje zostały poszerzone o mo˙zliwo´s´c wychwytu jodu przez w˛egiel aktywny umieszczany w kasetach pod filtrem powietrza). Oba rodzaje stacji klasyfikowane s ˛a jako wysokowydajne aspiratory pyłów o nominalnym przepływie 500 m3/h , przystosowane do pracy ci ˛agłej w ró˙znych warunkach atmosferycznych. We wszystkich 3 stacjach (2 - ASS oraz 1 - MASS) aerozole gromadzone były na filtrach Petrianov’a typu FPP - 15 - 1.5 (Postchlorinated Polyvinylchloride PCV Fi-ber), charakteryzuj ˛acych si˛e wysok ˛a efektywno´sci ˛a zatrzymywania aerozoli, która dla cz ˛astek o ´srednicy 0,32 µm, 0,9 µm, 1,25 µm dla szybko´sci przepływu powietrza równej 0,25 m/s oraz 0,4 m/s wynosi 95,6 % [46]. ´Srednice włókien filtrów FPP - 15 - 1.5 zawieraj ˛a si˛e w przedziale od 0,5 µm do 2,5 µm, a ´srednice aerozoli osadzaj ˛acych si˛e na takim filtrze s ˛a nie mniejsze ni˙z 0,3 µm [46]. Filtry o rozmiarach 42 cm × 42 cm w stacji ASS oraz 42 cm × 52 cm w sta-cji MASS instalowane s ˛a na wysoko´sci odpowiednio ok. 1,6 m i ok. 1,8 m nad powierzchni ˛a Ziemi.
Do gromadzenia całkowitego opadu atmosferycznego słu˙zył kolektor o powierzchni 2,28 m 2 umieszczony na wysoko´sci ok. 1,8 m nad powierzchni ˛a gruntu, zbudowany ze stali nierdzewnej. Opad atmosferyczny gromadzony był w plastikowych beczkach, które znajdowały si˛e pod kolektorem.
2.2.1 Filtry powietrza
Niska ´srednia koncentracja Pu w powietrzu sprawiła, ˙ze do bada´n tego pierwiastka nie mo˙zna było wykorzysta´c pojedynczych filtrów powietrza, za pomoc ˛a których pozyskiwane były ae-rozole atmosferyczne, prób˛e za´s komponowano z kilkunastu filtrów. Czas ekspozycji ka˙zdego filtra wynosił 1 tydzie´n. Po tym okresie filtr był zdejmowany a na jego miejsce zakładany ko-lejny. Stan filtra po zało˙zeniu i przed zdj˛eciem został udokumentowany na rys.2.2.1.
(a) Nowy filtr filtr powietrza zało˙zony w stacji ASS-500
(b) Filtr powietrza po 7 - dniowym czasie ekspozy-cji
W Krakowie za prac˛e przy obsłudze stacji ASS-500 i MASS, a tym samym za groma-dzenie filtrów wykorzystanych w niniejszej pracy odpowiedzialni byli:
• S.Bła˙zej, • K.Kozak, • P.Gaca, • J.W.Mietelski, • R.Kierepko. za´s w Białymstoku: • J.Kapała, • M.Tomczak.
Ka˙zda próba komponowana była z ok.13 kolejnych filtrów tj. całkowity czas poboru aerozoli wynosił ok. 13 tygodni - 1 kwartał, wyj ˛atek stanowi ˛a próby z 2003, 2004, 2005, 2006r. z Krakowa, kiedy to całkowity okres ekspozycji próby sprowadzał si˛e do 6 lub 7 tygodni (pół kwartału), a było to wynikiem wykorzystania filtrów z tego samego okresu zarówno ze stacji ASS - 500 jak i ze stacji MASS. Wszelkie inne odst˛epstwa w liczbie filtrów wchodz ˛acych w skład próby wynikały z braku dost˛epno´sci filtrów, co było m.in. wynikiem: innego wcze´sniej-szego ich wykorzystania, odesłaniem filtrów do CLOR - w przypadku sytuacji awaryjnej lub wypadku j ˛adrowego, etc.
W pracy poddano badaniom 150 prób z czego 86 pochodziło z Krakowa z lat 1990 - 2007 oraz 64 próby z Białegostoku z okresu 1991 - 2007. Wielko´sci ˛a fizyczn ˛a charaktery-zuj ˛ac ˛a ka˙zd ˛a prób˛e była obj˛eto´s´c powietrza, które zostało przefiltrowane przez stacje w czasie ekspozycji filtrów. Jej warto´s´c była uzale˙zniona od liczby filtrów wchodz ˛acych w skład próby, warunków klimatycznych takich jak: wilgotno´s´c, temperatura powietrza oraz pora roku. Mini-malna warto´s´c przepływu dla badanych prób wynosiła 334484 m3 ± 33 m3 za´s maksymalna 1463270 m3± 150 m3.
Spis wszystkich prób wraz z przepływami znajduje si˛e w tabeli w Dodatku B.
W badaniach prowadzonych w latach 90 ubiegłego wieku nad filtrami powietrza z lat 1990 - 1995 z Krakowa za pomoc ˛a spektrometru dyspersji energii typu Voyager 3100 (Noran) współpracuj ˛acego z mikroskopem elektronowym, okre´slono skład chemiczny aerozoli groma-dzonych na filtrach. W´sród badanych cz ˛astek wyró˙zni´c mo˙zna było składniki naturalne i antro-pogeniczne takie jak [46]:
• krzemionk˛e - ziarna nieregularne o ostrych kraw˛edziach, uto˙zsamiane z pyłem eolicznym podnoszonym przez wiatr,
• glinokrzemiany potasu i/lub wapnia - o ziarnach wielko´sci poni˙zej 1 µm do 10 µm i kształtach od słupkowych, tabliczkowych przez nieregularne po kuliste, które powstały na skutek działalno´sci wiatru nad l ˛adami lub spalania paliw stałych w elektrowniach i elektrociepłowniach,
• tlenki metali takich jak: Si, Al, S, Cl, Na, K, Ca - które zwi ˛azane były z ró˙znymi rodzajami działalno´sci przemysłowej,
• siarczany wapnia (gips) - tworz ˛ace nieregularne obłe skupienia rz˛edu kilku µm lub wy-st˛epuj ˛ace w postaci oddzielnych kryształów, powstaj ˛ace najprawdopodobniej w wyniku krystalizacji wody opadowej,
• cz ˛astki w˛egliste (sadze) - o nieregularnych kształtach pochodz ˛ace z palenisk domowych oraz o kształtach kulistych zwi ˛azane z energetyk ˛a profesjonaln ˛a.
Konkluzj ˛a przeprowadzonych bada´n, było sezonowe zró˙znicowanie pojawiaj ˛acych si˛e w próbach aerozoli. W okresie zimowym (pa´zdziernik - kwiecie´n) dominowały cz ˛astki w˛e-gliste, których wyst˛epowanie zostało skorelowane z intensyfikacj ˛a spalania w˛egla w paleni-skach domowych. Okres pó´zno - wiosenny i letni charakteryzował si˛e wyst˛epowaniem w´sród cz ˛astek zatrzymanych na filtrach składników organicznych, głównie pyłków ro´slinnych. Nato-miast wzrost cz˛esto´sci wyst˛epowania glinokrzemianów wywiewanych z podło˙za kojarzono z okresami suchymi lub okresowym wzrostem szybko´sci wiatrów [46].
Badania przeprowadzone za pomoc ˛a tej samej aparatury w Laboratorium Mikrosko-pii Skaningowej Instytutu Nauk Geologicznych UJ na filtrach ze stacji MASS z lat 2007 - 2008 przez Ł.Tyrał˛e (w ramach pracy magisterskiej pod opiek ˛a M.Michalika) potwierdziły powy˙zsze wnioski. Kilka wyników z bada´n filtra z 40 tygodnia (wrzesie´n) 2007 r. zostało zaprezentowa-nych poni˙zej (rys.3.8, 2.7, 2.8 ).
(c) Cz ˛astka w˛eglista z elektro-ciepłowni
(d) Widmo rentgenowski cz ˛astki w˛eglistej, czas pomiaru t=100s
Rysunek 2.6: Wyniki bada´n filtru ze stacji MASS, rok 2007 tydz. 40 - przykład cz ˛astki w˛eglistej i jej widma rentgenowskiego, (Ł.Tyrała niepublikowane).
(a) Cz ˛astka glinokrzemianu (b) Widmo rentgenowskie cz ˛astki glinokrzemianu, czas pomiaru t=100s
Rysunek 2.7:Wyniki bada´n filtru ze stacji MASS, rok 2007 tydz. 40 - przykład cz ˛astki glinokrzemianu i jej widma rentgenowskiego, (Ł.Tyrała niepublikowane).
Rysunek 2.8: Pyłki ro´slinne - filtr ze stacji MASS, rok 2007 tydz. 40, czas pomiaru t=100s, (Ł.Tyrała niepublikowane).
2.2.2 Całkowity opad atmosferyczny
Całkowity opad atmosferyczny to ogół ciekłych lub stałych produktów kondensacji pary wod-nej spadaj ˛acych z chmur na powierzchni˛e Ziemi lub aerozoli atmosferycznych podlegaj ˛acych suchej depozycji. Głównymi jego składowymi s ˛a: deszcz, m˙zawka, ´snieg, krupy, grad, etc. ale tak˙ze pyły eoliczne, pyłki ro´slin, aerozole antropogeniczne, etc. W takiej postaci opad atmosfe-ryczny gromadzony był od 2005 r. w specjalnie do tego dedykowanym kolektorze w Krakowie. Próby, które zostały wykorzystane w pracy pochodz ˛a z okresu 8.2005 - 12.2007 r. Ka˙zda próba to miesi˛eczny (ok. 4 - tygodniowy) opad atmosferyczny. Okres próbkowania został tak dobrany by mo˙zna było odnie´s´c uzyskane wyniki bada´n do wyników aerozoli z filtrów po-wietrza. Badaniom poddano 29 prób, których obj˛eto´sci zawierały si˛e w przedziale od ∼ 14dm3
do ∼ 269 dm3. Pełny spis prób wraz z ich obj˛eto´sciami znajduje si˛e w tabeli w Dodatku B. Osoby, które były odpowiedzialne za prawidłowy pobór całkowitego opadu atmosfe-rycznego w danym okresie to:
• S.Bla˙zej, • J.W.Mietelski, • R.Kierepko.