- характеристики
- Някои реакции, които се проявяват в тропосферата
- Първични и вторични замърсители на въздуха
- Образуване на озон в тропосферата
- Причини за фотохимичен смог
- Ефекти от смог
- Препратки
В фотохимичен смог е гъста мъгла формира поради химични реакции на газове от двигатели с вътрешно горене на автомобили. Тези реакции са медиирани от слънчевата светлина и се проявяват в тропосферата, слой от атмосферата, който се простира от 0 до 10 км над земята.
Думата smog идва от свиването на две думи в английския език: «fog», което означава мъгла или мъгла, и «дим», което означава дим. Използването му започва през 50-те години за обозначаване на мараня, покриваща град Лондон.
Фигура 1. Фотохимичен смог в Солт Лейк Сити, САЩ. Източник: Eltiempo10, от Wikimedia Commons
Смогът се проявява като жълтеникаво-кафеникаво-сивкава мъгла, възникнала от малки капки вода, разпръснати в атмосферата, които съдържат химическите продукти на реакции, възникващи между замърсители на въздуха.
Тази мараня е много често срещана в големите градове поради високата концентрация на автомобили и по-интензивния автомобилен трафик, но се разпространи и в райони, които са били девствени, като Гранд Каньон в щата Аризона, САЩ.
Много често смогът има характерна, неприятна миризма, поради наличието на някои типични газообразни химични компоненти. Междинните продукти и крайните съединения на реакциите, които причиняват смог, влияят сериозно на човешкото здраве, животни, растения и някои материали.
характеристики
Някои реакции, които се проявяват в тропосферата
Една от отличителните черти на атмосферата на планетата Земя е окислителната й способност, поради голямото относително количество диатомичен молекулен кислород (O 2), който съдържа (приблизително 21% от състава му).
В крайна сметка почти всички газове, изпускани в атмосферата, се окисляват напълно във въздуха, а крайните продукти от тези окисления се отлагат на земната повърхност. Тези процеси на окисляване са от жизненоважно значение за почистване и обеззаразяване на въздуха.
Механизмите на химичните реакции, възникващи между замърсителите на въздуха, са много сложни. По-долу е опростена експозиция от тях:
Първични и вторични замърсители на въздуха
Газовете, отделяни при изгарянето на изкопаеми горива в автомобилни двигатели, съдържат главно азотен оксид (NO), въглероден оксид (CO), въглероден диоксид (CO 2) и летливи органични съединения (ЛОС).
Тези съединения се наричат първични замърсители, тъй като чрез химични реакции, медиирани от светлина (фотохимични реакции), те произвеждат серия от продукти, наречени вторични замърсители.
По принцип най-важните вторични замърсители са азотният диоксид (NO 2) и озонът (O 3), които са газовете, които влияят най-много на образуването на смог.
Образуване на озон в тропосферата
Азотният оксид (NO) се произвежда в автомобилни двигатели чрез реакцията между кислород и азот във въздуха при високи температури:
N 2 (г) + O 2 (г) → 2NO (ж), където (G) средства в газообразно състояние.
Веднъж изпуснат в атмосферата азотен оксид се окислява до азотен диоксид (NO 2):
2NO (ж) + O 2 (г) → 2NO 2 (г)
NO 2 се подлага на фотохимично разлагане, медиирано от слънчева светлина:
NO 2 (g) + hγ (светлина) → NO (g) + O (g)
Кислород О в атомна форма е изключително реактивен вид, който може да инициира много реакции, като например образуването на озон (O 3):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Озонът в стратосферата (слой от атмосферата между 10 км и 50 км над земната повърхност) работи като защитен компонент на живота на Земята, тъй като той абсорбира високоенергийната ултравиолетова радиация, която идва от слънцето; но в земната тропосфера озонът има много вредни ефекти.
Фигура 2. Смог в Ню Йорк. Източник: Wikipedia Commons
Причини за фотохимичен смог
Други пътища за образуване на озон в тропосферата са сложни реакции, включващи азотни оксиди, въглеводороди и кислород.
Едно от химичните съединения, генерирани при тези реакции, е пероксиацетил нитрат (PAN), който е мощен сълзотворен агент, който също причинява затруднено дишане.
Летливите органични съединения идват не само от въглеводороди, които не се изгарят в двигателите с вътрешно горене, но от различни източници, като изпаряване на разтворители и горива, наред с други.
Тези ЛОС също претърпяват сложни фотохимични реакции, които са източник на озон, азотна киселина (HNO 3) и частично окислени органични съединения.
ЛОС + NO + O 2 + слънчева светлина → Сложна смес: HNO 3, O 3 и различни органични съединения
Всички тези органични съединения, окислителни продукти (алкохоли и карбоксилни киселини), също са летливи и парите им могат да се кондензират в малки течни капчици, които се разпределят във въздуха под формата на аерозоли, които разпръскват слънчевата светлина, намалявайки видимостта. По този начин в тропосферата се произвежда един вид воал или мъгла.
Ефекти от смог
Частите от сажди или въглерод, получени при изгаряне, сярен анхидрид (SO 2) и вторичният замърсител - сярна киселина (H 2 SO 4) - също участват в производството на смог.
Озонът в тропосферата реагира с двойни връзки C = C на белодробни тъкани, растителни и животински тъкани, причинявайки сериозни щети. Освен това озонът може да повреди материали като автомобилни гуми, причинявайки напукване по същите причини.
Фотохимичният смог е причина за тежки респираторни проблеми, пристъпи на кашлица, дразнене в носа и гърлото, по-кратко дишане, болки в гърдите, ринит, дразнене на очите, белодробна дисфункция, намалена устойчивост на респираторни инфекциозни заболявания, преждевременно стареене на белодробни тъкани, тежък бронхит, сърдечна недостатъчност и смърт.
В градове като Ню Йорк, Лондон, Мексико Сити, Атланта, Детройт, Солт Лейк Сити, Варшава, Прага, Щутгарт, Пекин, Шанхай, Сеул, Банкок, Бомбай, Калкута, Делхи, Джакарта, Кайро, Манила, Карачи, т.нар. В мегаполисите пиковите критични епизоди на фотохимичния смог са причина за аларма и специални мерки за ограничаване на циркулацията.
Някои изследователи съобщават, че замърсяването, причинено от серен диоксид (SO 2) и сулфати, води до намаляване на устойчивостта срещу заразяване с рак на гърдата и дебелото черво при популации, които обитават северните ширини.
Механизмът, предложен за обяснение на тези факти, е, че смогът, разпръсквайки падащата слънчева светлина върху тропосферата, води до намаляване на наличната ултравиолетова радиация тип В (UV-B), която е необходима за биохимичния синтез на витамин D Витамин D действа като защитно средство срещу двата вида рак.
По този начин можем да видим, че излишъкът от високоенергийна ултравиолетова радиация е много вреден за здравето, но също така и дефицитът на UV-B радиация има вредни ефекти.
Препратки
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU, и Ahmad, SR (2018). Анализ на смог и неговия ефект върху съобщените очни повърхностни заболявания: Проучване на случай на смог за 2016 г. на Лахор. Атмосферна среда. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. и др. (2018). Фотохимично моделиране на смог с помощта на модел за химически транспорт на замърсяване на въздуха (TAPM-CTM) в град Хо Ши Мин, Виетнам Моделиране и оценка на околната среда. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G и Holben, BN (1997). Влиянието на аерозолите върху слънчевата ултравиолетова радиация и фотохимичния смог. Science. 278 (5339): 827-830. doi: 10.1126 / наука.278.5339.827
- Hallquist, M., Munthe, J., Tao, MH, Chak, W., Chan, K., Gao, J., и др. (2016) Фотохимичен смог в Китай: научни предизвикателства и последствия за политиките за качество на въздуха. Национален научен преглед. 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. и Wang, W.: Окислителен капацитет и радикална химия в замърсената атмосфера на Хонконг и района на делтата на река Перл: анализ на тежък епизод на фотохимичен смог, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.