- cechy
- Niektóre reakcje zachodzące w troposferze
- Pierwotne i wtórne zanieczyszczenia powietrza
- Tworzenie się ozonu w troposferze
- Przyczyny smogu fotochemicznego
- Skutki smogu
- Bibliografia
Fotochemicznego smogu gęsta mgła utworzona w wyniku reakcji chemicznych, gazów z silników spalinowych samochodów. W reakcjach tych pośredniczy światło słoneczne i zachodzą w troposferze, warstwie atmosfery rozciągającej się od 0 do 10 km nad ziemią.
Słowo smog pochodzi od połączenia dwóch słów w języku angielskim: „fog”, co oznacza mgłę lub mgłę, oraz „smoke”, co oznacza dym. Jego użycie rozpoczęło się w latach pięćdziesiątych XX wieku do określenia mgły pokrywającej Londyn.
Rysunek 1. Smog fotochemiczny w Salt Lake City, USA. Źródło: Eltiempo10, źródło Wikimedia Commons
Smog objawia się żółtawo-brązowawo-szarawą mgiełką, której źródłem są małe krople wody rozproszone w atmosferze, zawierające chemiczne produkty reakcji zachodzących między zanieczyszczeniami powietrza.
Ta mgiełka jest bardzo powszechna w dużych miastach z powodu dużej koncentracji samochodów i intensywniejszego ruchu samochodowego, ale rozprzestrzeniła się również na obszary, które były dziewicze, takie jak Wielki Kanion w stanie Arizona w USA.
Bardzo często smog ma charakterystyczny, nieprzyjemny zapach, ze względu na obecność niektórych typowych gazowych składników chemicznych. Półprodukty i końcowe związki powstające w reakcjach wywołujących smog poważnie wpływają na zdrowie ludzi, zwierząt, roślin i niektórych materiałów.
cechy
Niektóre reakcje zachodzące w troposferze
Jedną z charakterystycznych cech atmosfery Ziemi jest jej zdolność utleniania, wynikająca z dużej względnej ilości zawartego w niej dwuatomowego tlenu cząsteczkowego (O 2 ) (ok. 21% składu).
Ostatecznie praktycznie wszystkie gazy emitowane do atmosfery są całkowicie utleniane w powietrzu, a produkty końcowe tych utleniania osadzają się na powierzchni Ziemi. Te procesy utleniania mają zasadnicze znaczenie dla oczyszczania i odkażania powietrza.
Mechanizmy reakcji chemicznych zachodzących między zanieczyszczeniami powietrza są bardzo złożone. Poniżej znajduje się ich uproszczona prezentacja:
Pierwotne i wtórne zanieczyszczenia powietrza
Gazy emitowane podczas spalania paliw kopalnych w silnikach samochodowych zawierają głównie tlenek azotu (NO), tlenek węgla (CO), dwutlenek węgla (CO 2 ) i lotne związki organiczne (LZO).
Związki te nazywane są zanieczyszczeniami pierwotnymi, ponieważ poprzez reakcje chemiczne, w których pośredniczy światło (reakcje fotochemiczne), wytwarzają szereg produktów zwanych zanieczyszczeniami wtórnymi.
Zasadniczo najważniejszymi wtórnymi zanieczyszczeniami są dwutlenek azotu (NO 2 ) i ozon (O 3 ), które są gazami, które mają największy wpływ na powstawanie smogu.
Tworzenie się ozonu w troposferze
Tlenek azotu (NO) powstaje w silnikach samochodowych w wyniku reakcji tlenu i azotu w powietrzu w wysokich temperaturach:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), gdzie (g) oznacza w stanie gazowym.
Tlenek azotu uwolniony do atmosfery utlenia się do dwutlenku azotu (NO 2 ):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 ulega rozkładowi fotochemicznemu za pośrednictwem światła słonecznego:
NO 2 (g) + hγ (lekki) → NO (g) + O (g)
Tlen O w postaci atomowej jest związkiem niezwykle reaktywnym, który może zainicjować wiele reakcji, takich jak tworzenie się ozonu (O 3 ):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Ozon w stratosferze (warstwa atmosfery między 10 km a 50 km nad powierzchnią ziemi) działa jako ochronny składnik życia na Ziemi, ponieważ pochłania wysokoenergetyczne promieniowanie ultrafioletowe pochodzące ze słońca; ale w ziemskiej troposferze ozon ma bardzo szkodliwe skutki.
Rysunek 2. Smog w Nowym Jorku. Źródło: Wikipedia Commons
Przyczyny smogu fotochemicznego
Inne ścieżki powstawania ozonu w troposferze to złożone reakcje z udziałem tlenków azotu, węglowodorów i tlenu.
Jednym ze związków chemicznych powstających w tych reakcjach jest azotan peroksyacetylu (PAN), który jest silnym środkiem łzawczym, który również powoduje trudności w oddychaniu.
Lotne związki organiczne pochodzą nie tylko z węglowodorów, które nie są spalane w silnikach spalinowych, ale z różnych źródeł, takich jak m.in. parowanie rozpuszczalników i paliw.
Te LZO również ulegają złożonym reakcjom fotochemicznym, które są źródłem ozonu, kwasu azotowego (HNO 3 ) i częściowo utlenionych związków organicznych.
LZO + NO + O 2 + Światło słoneczne → Złożona mieszanina: HNO 3, O 3 i różne związki organiczne
Wszystkie te związki organiczne, produkty utleniania (alkohole i kwasy karboksylowe), są również lotne, a ich opary mogą skraplać się w drobne kropelki cieczy, które są rozprowadzane w powietrzu w postaci aerozoli, które rozpraszają światło słoneczne, zmniejszając widoczność. W ten sposób w troposferze powstaje rodzaj zasłony lub mgły.
Skutki smogu
W wytwarzaniu smogu zaangażowane są również cząsteczki sadzy lub węgla powstające w wyniku spalania, bezwodnik siarkowy (SO 2 ) oraz wtórne zanieczyszczenie - kwas siarkowy (H 2 SO 4 ).
Ozon w troposferze reaguje z podwójnymi wiązaniami C = C w tkankach płuc, roślinach i zwierzętach, powodując poważne uszkodzenia. Ponadto ozon może uszkodzić materiały, takie jak opony samochodowe, powodując pękanie z tych samych powodów.
Smog fotochemiczny jest przyczyną poważnych problemów oddechowych, ataków kaszlu, podrażnień nosa i gardła, skrócenia oddechu, bólu w klatce piersiowej, nieżytu nosa, podrażnienia oczu, dysfunkcji płuc, obniżonej odporności na zakaźne choroby układu oddechowego, przedwczesnego starzenia się tkanki płucne, ciężkie zapalenie oskrzeli, niewydolność serca i śmierć.
W miastach takich jak Nowy Jork, Londyn, Mexico City, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Warszawa, Praga, Stuttgart, Pekin, Szanghaj, Seul, Bangkok, Bombaj, Kalkuta, Delhi, Dżakarta, Kair, Manila, Karaczi, tzw. W megamiastach szczytowe, krytyczne epizody smogu fotochemicznego były powodem do niepokoju i podjęcia specjalnych środków ograniczających krążenie.
Niektórzy badacze donoszą, że zanieczyszczenie powodowane przez dwutlenek siarki (SO 2 ) i siarczany powoduje spadek odporności na kurczące się raka piersi i okrężnicy w populacjach zamieszkujących północne szerokości geograficzne.
Mechanizm sugerowany w celu wyjaśnienia tych faktów polega na tym, że smog rozpraszając padające światło słoneczne na troposferze, powoduje zmniejszenie dostępnego promieniowania ultrafioletowego typu B (UV-B), które jest niezbędne do biochemicznej syntezy witaminy D. Witamina D działa jako środek ochronny przed obydwoma typami raka.
W ten sposób widzimy, że nadmiar wysokoenergetycznego promieniowania ultrafioletowego jest bardzo szkodliwy dla zdrowia, ale także niedobór promieniowania UV-B ma szkodliwe skutki.
Bibliografia
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU i Ahmad, SR (2018). Analiza smogu i jej wpływ na zgłoszone choroby powierzchni oka: studium przypadku smogu w Lahore w 2016 roku. Środowisko atmosferyczne. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. i wsp. (2018). Modelowanie fotochemiczne smogu z wykorzystaniem modelu transportu chemicznego zanieczyszczenia powietrza (TAPM-CTM) w Ho Chi Minh City, Wietnam. Modelowanie i ocena środowiska. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G and Holben, BN (1997). Wpływ aerozoli na słoneczne promieniowanie ultrafioletowe i smog fotochemiczny. Nauka. 278 (5339): 827–830. doi: 10.1126 / science.278.5339.827
- Hallquist, M., Munthe, J., Tao, MH, Chak, W., Chan, K., Gao, J. i in. (2016) Smog fotochemiczny w Chinach: wyzwania naukowe i implikacje dla polityk dotyczących jakości powietrza. National Science Review. 3 (4): 401–403. Doi: 10.1093 / nsr / nww080
- Xue, L., Gu, R., Wang, T., Wang, X., Saunders, S., Blake, D., Louie, PKK, Luk, CWY, Simpson, I., Xu, Z., Wang, Z., Gao, Y., Lee, S., Mellouki, A. i Wang, W .: Zdolność utleniająca i chemia rodników w zanieczyszczonej atmosferze Hongkongu i regionu delty Rzeki Perłowej: analiza epizodu silnego smogu fotochemicznego, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.