- značilnosti
- Nekaj reakcij, ki se pojavijo v troposferi
- Primarna in sekundarna onesnaževala zraka
- Tvorba ozona v troposferi
- Vzroki fotokemičnega smoga
- Učinki smoga
- Reference
Fotokemičnega smoga je gosto meglo tvorjen zaradi kemičnih reakcij plinov iz motorjev z notranjim izgorevanjem avtomobilov. Te reakcije posredujejo sončna svetloba in se pojavljajo v troposferi, plasti atmosfere, ki se razteza od 0 do 10 km nad tlemi.
Beseda smog izhaja iz krčenja dveh besed v angleškem jeziku: «fog», kar pomeni megla ali meglica, in «dim», kar pomeni dim. Njegova uporaba se je začela v petdesetih letih prejšnjega stoletja za označevanje meglice, ki je zajela mesto London.
Slika 1. Fotokemični smog v Salt Lake Cityju, ZDA. Vir: Eltiempo10, iz Wikimedia Commons
Smog se manifestira kot rumenkasto rjavkasto sivkasta meglica, ki nastane z majhnimi kapljicami vode, razpršene v atmosferi, ki vsebujejo kemične produkte reakcij, ki nastanejo med onesnaževalci zraka.
Ta meglica je v velikih mestih zaradi velike koncentracije avtomobilov in bolj intenzivnega prometa v avtomobilih zelo pogosta, razširil pa se je tudi na neokrnjena območja, na primer Grand Canyon v zvezni državi Arizona, ZDA.
Zelo pogosto ima smog značilen, neprijeten vonj, zaradi prisotnosti nekaterih značilnih plinastih kemičnih sestavin. Vmesni proizvodi in končne spojine reakcij, ki povzročajo smog, resno vplivajo na zdravje ljudi, živali, rastlin in nekatere snovi.
značilnosti
Nekaj reakcij, ki se pojavijo v troposferi
Ena od značilnosti atmosfere planeta Zemlje je njegova oksidacijska sposobnost zaradi velike relativne količine diatomskega molekularnega kisika (O 2 ), ki ga vsebuje (približno 21% njegove sestave).
Na koncu se skoraj vsi plini, ki se sproščajo v atmosfero, v zraku popolnoma oksidirajo, končni produkti teh oksidacij pa se odlagajo na zemeljsko površje. Ti postopki oksidacije so bistvenega pomena za čiščenje in razkuževanje zraka.
Mehanizmi kemičnih reakcij, ki se pojavljajo med onesnaževali zraka, so zelo zapleteni. Spodaj je poenostavljena razstava le-teh:
Primarna in sekundarna onesnaževala zraka
Plini, ki se v avtomobilskih motorjih oddajajo pri zgorevanju fosilnih goriv, vsebujejo večinoma dušikov oksid (NO), ogljikov monoksid (CO), ogljikov dioksid (CO 2 ) in hlapne organske spojine (VOC).
Te spojine imenujemo primarna onesnaževala, saj s kemičnimi reakcijami, ki jih posredujejo svetloba (fotokemične reakcije), tvorijo vrsto produktov, imenovanih sekundarna onesnaževala.
V bistvu sta najpomembnejša sekundarna onesnaževala dušikov dioksid (NO 2 ) in ozon (O 3 ), ki sta plina, ki najbolj vplivata na tvorjenje smoga.
Tvorba ozona v troposferi
Dušikov oksid (NO) nastaja v avtomobilih z reakcijo med kisikom in dušikom v zraku pri visokih temperaturah:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), kjer je (g) sredstva v plinastem stanju.
Dušikov oksid, ki se enkrat sprosti v ozračje, se oksidira do dušikovega dioksida (NO 2 ):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 je podvržen fotokemični razgradnji, ki jo posreduje sončna svetloba:
NO 2 (g) + hγ (svetloba) → NO (g) + O (g)
Kisik O v atomski obliki je izjemno reaktivna vrsta, ki lahko sproži številne reakcije, kot je tvorba ozona (O 3 ):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Ozon v stratosferi (plast atmosfere med 10 km in 50 km nad zemeljskim površjem) deluje kot zaščitna sestavina življenja na Zemlji, saj absorbira visoko energijsko ultravijolično sevanje, ki prihaja iz sonca; v ozemljski troposferi pa ima ozon zelo škodljive učinke.
Slika 2. Smog v New Yorku. Vir: Wikipedia Commons
Vzroki fotokemičnega smoga
Druge poti za nastanek ozona v troposferi so kompleksne reakcije, ki vključujejo dušikove okside, ogljikovodike in kisik.
Ena izmed kemičnih spojin, ki nastane pri teh reakcijah, je peroksiacetil nitrat (PAN), ki je močno solzno sredstvo, ki povzroča tudi težave pri dihanju.
Hlapne organske spojine ne prihajajo samo iz ogljikovodikov, ki se ne gorijo v motorjih z notranjim zgorevanjem, temveč iz različnih virov, kot je izhlapevanje topil in goriv.
Ti HOS so podvrženi tudi kompleksnim fotokemičnim reakcijam, ki so vir ozona, dušikove kisline (HNO 3 ) in delno oksidiranih organskih spojin.
VOC + NO + O 2 + Sončna svetloba → Kompleksna mešanica: HNO 3, O 3 in različne organske spojine
Vse te organske spojine, oksidacijski produkti (alkoholi in karboksilne kisline), so tudi hlapne in njihove hlapi se lahko kondenzirajo v drobne kapljice tekočine, ki se v zraku porazdelijo v obliki aerosolov, ki razpršijo sončno svetlobo in zmanjšajo vidljivost. Na ta način se v troposferi ustvari nekakšna tančica ali megla.
Učinki smoga
Delci saje ali ogljika, ki nastanejo pri zgorevanju, žveplov anhidrid (SO 2 ) in sekundarno onesnaževalo - žveplova kislina (H 2 SO 4 ) - prav tako posegajo v proizvodnjo smoga.
Ozon v troposferi reagira z dvojnimi vezmi C = C v pljučnih tkivih, rastlinskih in živalskih tkivih, kar povzroči hudo škodo. Poleg tega lahko ozon poškoduje materiale, kot so avtomobilske pnevmatike, in povzroči pokanje iz istih razlogov.
Fotokemični smog je vzrok za hude težave z dihali, kašelj, čaranje, draženje nosu in grla, krajše dihanje, bolečine v prsnem košu, rinitis, draženje oči, disfunkcija pljuč, zmanjšana odpornost na nalezljive respiratorne nalezljive bolezni, prezgodnje staranje pljučna tkiva, hud bronhitis, srčno popuščanje in smrt.
V mestih, kot so New York, London, Mexico City, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Varšava, Praga, Stuttgart, Peking, Šanghaj, Seul, Bangkok, Bombay, Calcutta, Delhi, Džakarta, Kairo, Manila, Karači, V mega mestih so bili vrhunski kritični primeri fotokemičnega smoga vzbujanje alarma in posebni ukrepi za omejitev obtoka.
Nekateri raziskovalci so poročali, da onesnaženje, ki ga povzroča žveplov dioksid (SO 2 ) in sulfati, povzroča zmanjšanje odpornosti proti nalezljivemu raku dojk in debelega črevesa pri prebivalcih, ki naseljujejo severne širine.
Mehanizem, ki je predlagan za razlago teh dejstev, je, da smog z razprševanjem sončne svetlobe na troposferi povzroči zmanjšanje razpoložljivega ultravijoličnega sevanja tipa B (UV-B), ki je potrebno za biokemično sintezo vitamina D Vitamin D deluje kot zaščitno sredstvo proti obema vrstama raka.
Na ta način lahko vidimo, da je presežek visokoenergijskega ultravijoličnega sevanja zelo zdravju škodljiv, ima pa tudi pomanjkanje sevanja UV-B škodljive učinke.
Reference
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU, in Ahmad, SR (2018). Analiza smoga in njegov vpliv na prijavljene očesne površinske bolezni: Študija primera smoga leta Lahore leta 2016. Atmosfersko okolje. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. et al. (2018). Fotokemično modeliranje smoga z uporabo modela kemičnega transporta onesnaževanja zraka (TAPM-CTM) v mestu Ho Ši Minh, Vietnam okoljsko modeliranje in ocena. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G in Holben, BN (1997). Vpliv aerosolov na sončno ultravijolično sevanje in fotokemični smog. Znanost. 278 (5339): 827-830. doi: 10.1126 / znanost.278.5339.827
- Hallquist, M., Munthe, J., Tao, MH, Chak, W., Chan, K., Gao, J., in drugi (2016) Fotokemični smog na Kitajskem: znanstveni izzivi in posledice za politike kakovosti zraka. Nacionalni znanstveni pregled. 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. in Wang, W .: Oksidativna sposobnost in radikalna kemija v onesnaženem ozračju Hong Konga in delte reke Pearl River: analiza hude epizode fotokemičnega smoga, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.