Stromy mají město ochladit. V Pekingu ale vědci zjistili jejich překvapivou roli při vzniku ozonu

Mezi nejúčinnější pomocníky měst, která se v létě přehřívají, patří bezpochyby stromy. Poskytují stín, ochlazují své okolí, zadržují vodu a pomáhají čistit vzduch. Nová studie z Pekingu však ukazuje, že příběh městské zeleně je složitější. Některé druhy stromů totiž uvolňují do atmosféry látky, které za přítomnosti slunečního záření a oxidů dusíku podporují vznik přízemního ozonu. A čím vyšší je teplota, tím výraznější může být tento efekt. Při plánování městské zeleně je tedy zásadní také to, jaké druhy zvolíme.

Představa, že více stromů automaticky znamená čistší městský vzduch, je na první pohled logická. Stromy zachycují část prachu a dalších částic, poskytují stín, prostřednictvím výparu vody ochlazují své okolí a vážou oxid uhličitý. V době stále častějších vln veder proto města po celém světě investují do parků, alejí, zelených pásů a nové výsadby. Nový výzkum Tree selection in urban greening shapes air quality for global citiespublikovaný v časopise Science Advances však upozorňuje, že při hodnocení městské zeleně je třeba počítat také s chemií atmosféry.

Vědci se zaměřili na Peking, jednu z největších světových metropolí, kde se v letních měsících setkávají vysoké teploty, intenzivní sluneční záření a stále přítomné emise z lidské činnosti. Právě tato kombinace vytváří podmínky pro vznik přízemního ozonu. Nejde přitom o ozonovou vrstvu vysoko v atmosféře, která chrání Zemi před částí ultrafialového záření. Přízemní ozon je naopak škodlivou látkou znečišťující ovzduší. Dráždí dýchací cesty, poškozuje vegetaci a při vyšších koncentracích představuje zdravotní riziko.

Neviditelný řetězec chemických reakcí

Samotný ozon však není emitován z nějakého konkrétního zdroje. Vzniká přímo v atmosféře při složité chemické reakci. Potřebuje k tomu mimo jiné oxidy dusíku, označované zkratkou NOx, které vznikají například při spalování paliv v dopravě a energetice, a takzvané těkavé organické látky. Těkavé organické látky jsou uhlíkaté sloučeniny, které se snadno dostávají do plynného skupenství a mohou následně reagovat v atmosféře. Pokud jsou přítomny sluneční záření a vhodné chemické podmínky, mohou tyto reakce vést ke vzniku ozonu.

A právě tady do celého kontextu vstupují stromy. Rostliny totiž nejsou pouze pasivními filtry vzduchu. Přirozeně uvolňují celou řadu chemických látek označovaných jako biogenní těkavé organické látky, zkráceně BVOC. Slovo biogenní v tomto případě znamená, že pocházejí z živých organismů, především z rostlin. Patří mezi ně například isopren a různé monoterpeny. Tyto látky mají pro rostliny svůj vlastní biologický význam, ale po uvolnění do atmosféry se mohou zapojit do chemických reakcí ovlivňujících kvalitu ovzduší.

Unikátní data z meteorologické věže

Nová studie je pozoruhodná především tím, že vědci tentokrát nezůstali pouze u modelových výpočtů. Využili přímá měření nad Pekingem. Měřicí systém byl umístěn na pekingské meteorologické věži ve výšce 102 metrů a zaznamenával látky uvolňované z městské vegetace. Výzkumníci tak mohli sledovat, co se skutečně dostává do atmosféry nad rozsáhlou městskou oblastí. Měření probíhala v období od května do července 2021 a následně byla spojena s atmosférickými modely.

Výsledek přinesl překvapivý rozdíl mezi množstvím emisí a jejich skutečným chemickým významem. Vegetace představovala pouze přibližně desetinu naměřených emisí těkavých organických látek. Zhruba devět desetin tedy pocházelo z lidské činnosti. Kdybychom se podívali pouze na množství vypuštěných látek, zdálo by se, že rostliny hrají v této oblasti jen malou roli. Jenže jednotlivé látky nejsou z hlediska atmosférické chemie stejně významné.

Když desetina emisí ovládne polovinu reaktivity

Některé reagují velmi pomalu, jiné naopak mimořádně rychle. Vědci proto sledovali takzvanou chemickou reaktivitu. Jednoduše řečeno jde o vyjádření toho, jak ochotně dané látky vstupují do chemických reakcí v atmosféře. Právě po započtení této vlastnosti se obraz dramaticky změnil. Vegetace se podle studie podílela přibližně polovinou na celkové reaktivitě organických látek významných pro vznik ozonu. V některých podmínkách dosahoval její podíl přibližně 52 %.

Největší pozornost si přitom zaslouží isopren. Jde o malou organickou molekulu, kterou některé rostliny uvolňují ve značném množství. Samotný isopren není ozon a nelze říci, že by tedy strom jednoduše emitoval ozon. Isopren se však může v atmosféře rychle zapojovat do reakcí s dalšími látkami. Za přítomnosti oxidů dusíku a slunečního záření tak může přispívat k chemickému řetězci, na jehož konci vzniká právě přízemní ozon.

V případě Pekingu byl tento mechanismus mimořádně významný. Isopren představoval více než 90 % chemické reaktivity biogenních těkavých organických látek sledovaných ve studii. Jinými slovy, problém nebyl v tom, že by všechny stromy uvolňovaly velké množství nejrůznějších škodlivin. Rozhodující byla přítomnost konkrétních látek a konkrétních druhů stromů. A právě druhová skladba městské zeleně se ukázala jako zásadní.

Tradiční městské stromy pod lupou

Přibližně 35 % pekingských stromů patří podle studie k druhům, které mohou významně emitovat isopren. Mezi ně patří například vrba smuteční a topol bílý čínský. Oba druhy jsou přitom v městské krajině velmi rozšířené. Nejde tedy o nějakou vzácnou botanickou zvláštnost, ale o stromy, které byly po desetiletí vysazovány právě proto, že dobře rostou, poskytují stín a dokážou se vyrovnat s místními podmínkami.

Vědci porovnávali Peking s dalšími městy a zjistili, že města s podobným podílem vegetace mohou mít výrazně odlišné emise isoprenu. Rozhodující je do značné míry to, jaké stromy v nich rostou. V souboru více než dvaceti měst se odhadované emise isoprenu lišily více než desetinásobně. Ještě zajímavější je vztah mezi stromy a teplotou.

Teplo totiž nepůsobí pouze na člověka, ale také na chemii rostlin a atmosféry. Když se teplota zvýšila z 20 na 35 stupňů Celsia, chemická reaktivita těkavých organických látek uvolňovaných vegetací vzrostla přibližně sedmkrát až osmkrát. U látek pocházejících z lidské činnosti přitom vzrostla pouze asi 1,4krát. Podíl vegetace na celkové chemické reaktivitě se tak v modelovaných podmínkách zvýšil z přibližně 21 % při 20 stupních na 74 % při 35 stupních Celsia.

Výzva pro horké letní dny

To je mimořádně důležité v době, kdy se města stále častěji potýkají s vlnami veder. Právě během horkých a slunečných dnů bývá riziko vysokých koncentrací přízemního ozonu největší. Studie tak ukazuje možný paradox. Čím více město bojuje proti přehřívání pomocí zeleně, tím důležitější může být při výběru stromů zohlednit také jejich chemické vlastnosti.

Neznamená to však, že by se města měla stromů zbavovat. Takový závěr by byl nejen nesprávný, ale také by přehlížel obrovské množství dalších funkcí městské zeleně. Stromy snižují teplotu zastíněním a výparem vody, zlepšují mikroklima, zachycují částice, zadržují vodu, ukládají uhlík a poskytují prostor pro další organismy.

Samotní autoři studie proto nevolají po omezení městské zeleně ani po plošném odstraňování vzrostlých stromů. Navrhují spíše změnit způsob, jakým se o městské výsadbě přemýšlí. Vedle rychlosti růstu, odolnosti vůči suchu, nároků na vodu, velikosti koruny nebo schopnosti poskytovat stín by mohlo být jedním z kritérií také to, kolik biogenních těkavých organických látek daný druh uvolňuje.

Výzkumníci dokonce modelovali, co by se stalo, kdyby se v Pekingu při běžné obnově městské zeleně postupně nahrazovaly nejvíce emitující stromy druhy s nízkými emisemi. Pokud by se takto změnila přibližně desetina městské populace stromů, model ukázal možnost snížení emisí isoprenu nejméně o 29 %. Nešlo by tedy o plošné kácení, ale o dlouhodobou změnu druhové skladby při přirozené obnově stromů.

Globální pohled a srovnání metropolí

Výzkum navíc ukazuje, že Peking nemusí být nejproblematičtějším případem. Vědci rozšířili analýzu na 24 velkých měst. Některá města v Asii a Oceánii mohou mít potenciál emisí isoprenu stejný nebo dokonce vyšší. V Sydney například patří k druhům emitujícím isopren přibližně 65 % stromů. Vysoké hodnoty byly předpovězeny také pro některá další města v Austrálii, Číně a Spojených státech.

Zároveň je důležité nepřehánět význam samotných stromů. K vytvoření přízemního ozonu nestačí, aby strom uvolnil isopren. Potřebné jsou také oxidy dusíku a sluneční záření. Atmosférická chemie je navíc nelineární, což znamená, že zdvojnásobení množství jedné látky nemusí jednoduše znamenat zdvojnásobení výsledné koncentrace ozonu. Právě proto studie neříká, že vegetace je hlavním zdrojem celkového znečištění ovzduší. Ukazuje však, že v určitých podmínkách může mít relativně malé množství rostlinných emisí překvapivě velký chemický význam.

Inspirace pro evropské plánování

Například pro Prahu ze studie plyne především otázka, jaké stromy tedy do města vysazovat. Odpověď nemůže být založena pouze na emisích isoprenu, protože městský strom musí současně zvládat sucho, vysoké teploty, omezený prostor pro kořeny a další náročné podmínky. Z hlediska tvorby přízemního ozonu však mohou být zajímavější druhy s nízkými emisemi těkavých organických látek. Mezi takové patří například lípa srdčitá nebo javor mléč, které jsou zároveň běžnou součástí české krajiny. U vhodných stanovišť mohou své místo najít také habry a další domácí dřeviny. Přehled odborných poznatků naopak řadí některé topoly a duby mezi druhy s vyššími emisemi isoprenu.

To ovšem neznamená, že by se Praha měla dubů, topolů nebo vrb zbavovat. Každý z těchto stromů má své ekologické funkce a například topoly a vrby mají zásadní význam v okolí vodních toků, zatímco dub patří mezi nejvýznamnější stromy pro biodiverzitu. Smyslem nového poznatku proto není vytvořit seznam stromů, které jsou „špatné“, ale při nové výsadbě hledat vhodnou kombinaci vlastností. V hustě zastavěných a dopravně zatížených ulicích, kde se současně hromadí oxidy dusíku a v létě panují vysoké teploty, může dávat větší smysl dávat přednost druhům s nižšími emisemi reaktivních látek. V parcích, na okrajích města nebo u vodních toků mohou být podmínky úplně jiné.

Budoucí plánování městské zeleně tak může kromě velikosti koruny, odolnosti vůči suchu, schopnosti ochlazovat okolí nebo významu pro biodiverzitu sledovat také chemické vlastnosti jednotlivých druhů. Nejlepší městský strom totiž nemusí být ten, který v jedné vlastnosti vyniká, ale takový, který dokáže nabídnout rozumnou kombinaci všech důležitých funkcí.