- kjennetegn
- Noen reaksjoner som oppstår i troposfæren
- Primære og sekundære luftforurensninger
- Ozondannelse i troposfæren
- Årsaker til fotokjemisk smog
- Effekter av smog
- referanser
Den fotokjemiske smog er en tett tåke dannet på grunn av kjemiske reaksjoner av gasser fra forbrenningsmotorer i biler. Disse reaksjonene er mediert av sollys og forekommer i troposfæren, et lag av atmosfæren som strekker seg fra 0 til 10 km over bakken.
Ordet smog kommer fra sammentrekningen av to ord på det engelske språket: «tåke», som betyr tåke eller tåke, og «røyk», som betyr røyk. Bruken begynte på 1950-tallet for å betegne en dis som dekket byen London.
Figur 1. Fotokjemisk smog i Salt Lake City, USA. Kilde: Eltiempo10, fra Wikimedia Commons
Smog manifesterer seg som en gulaktig-brunlig-gråaktig dis, opprinnelig av små dråper vann spredt i atmosfæren, som inneholder de kjemiske produktene fra reaksjoner som oppstår mellom luftforurensende stoffer.
Denne uklarheten er veldig vanlig i store byer på grunn av den høye konsentrasjonen av biler og den mer intense kjøretrafikken, men den har også spredd seg til uberørte områder, som Grand Canyon i delstaten Arizona, USA.
Svært ofte har smog en karakteristisk, ubehagelig lukt, på grunn av tilstedeværelsen av noen typiske gassformige kjemiske komponenter. Mellomproduktene og sluttforbindelsene i reaksjonene som forårsaker smog, påvirker menneskers helse, dyr, planter og noen materialer alvorlig.
kjennetegn
Noen reaksjoner som oppstår i troposfæren
Et av de særpregene ved planeten Jordens atmosfære er dens oksiderende kapasitet, på grunn av den store relative mengden diatomisk molekylært oksygen (O 2 ) den inneholder (omtrent 21% av dens sammensetning).
Til slutt blir praktisk talt alle gasser som slippes ut i atmosfæren fullstendig oksidert i luften, og sluttproduktene av disse oksidasjonene blir avsatt på jordoverflaten. Disse oksidasjonsprosessene er av avgjørende betydning for å rense og dekontaminere luften.
Mekanismene til kjemiske reaksjoner som oppstår mellom luftforurensende stoffer er veldig komplekse. Nedenfor er en forenklet utstilling av dem:
Primære og sekundære luftforurensninger
Gassene som slippes ut ved forbrenning av fossilt brensel i bilmotorer inneholder hovedsakelig nitrogenoksid (NO), karbonmonoksid (CO), karbondioksid (CO 2 ) og flyktige organiske forbindelser (VOC).
Disse forbindelsene kalles primære forurensninger, siden de gjennom kjemiske reaksjoner formidlet av lys (fotokjemiske reaksjoner) produserer en serie produkter som kalles sekundære miljøgifter.
I utgangspunktet er de viktigste sekundære miljøgiftene nitrogendioksid (NO 2 ) og ozon (O 3 ), som er de gassene som påvirker dannelsen av smog.
Ozondannelse i troposfæren
Nitrogenoksid (NO) produseres i bilmotorer gjennom reaksjonen mellom oksygen og nitrogen i luften ved høye temperaturer:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), hvor (g) betyr i gassform.
Nitrogenoksid en gang frigitt i atmosfæren oksideres til nitrogendioksid (NO 2 ):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 gjennomgår fotokjemisk nedbrytning mediert av sollys:
NO 2 (g) + hγ (lys) → NO (g) + O (g)
Oksygen O i atomform er en ekstremt reaktiv art som kan sette i gang mange reaksjoner som dannelse av ozon (O 3 ):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Ozon i stratosfæren (lag av atmosfæren mellom 10 km og 50 km over jordoverflaten) fungerer som en beskyttende komponent av livet på jorden, da den absorberer høyenergi ultrafiolett stråling som kommer fra solen; men i den terrestriske troposfæren har ozon svært skadelige effekter.
Figur 2. Smog i New York. Kilde: Wikipedia Commons
Årsaker til fotokjemisk smog
Andre veier for dannelse av ozon i troposfæren er komplekse reaksjoner som involverer nitrogenoksider, hydrokarboner og oksygen.
En av de kjemiske forbindelsene som genereres i disse reaksjonene er peroksyacetylnitrat (PAN), som er et kraftig rivemiddel som også forårsaker pustevansker.
Flyktige organiske forbindelser kommer ikke bare fra hydrokarboner som ikke blir brent i forbrenningsmotorer, men fra forskjellige kilder, for eksempel fordamping av løsemidler og drivstoff.
Disse VOC-ene gjennomgår også komplekse fotokjemiske reaksjoner som er en kilde til ozon, salpetersyre (HNO 3 ) og delvis oksyderte organiske forbindelser.
VOC + NO + O 2 + Sollys → Kompleks blanding: HNO 3, O 3 og forskjellige organiske forbindelser
Alle disse organiske forbindelsene, oksidasjonsprodukter (alkoholer og karboksylsyrer), er også flyktige, og dampene deres kan kondensere til bittesmå flytende dråper som blir fordelt i luften i form av aerosoler, som sprer sollys og reduserer synligheten. På denne måten produseres et slags slør eller tåke i troposfæren.
Effekter av smog
Sot eller karbonpartikler produsert ved forbrenning, svovelsyreanhydrid (SO 2 ) og den sekundære forurensningen - svovelsyre (H 2 SO 4 ) - er også involvert i produksjonen av smog.
Ozon i troposfæren reagerer med C = C-dobbeltbindinger av lungevev, plante- og dyrevev, og forårsaker alvorlig skade. I tillegg kan ozon skade materialer som bildekk, forårsake sprekker av samme grunner.
Fotokjemisk smog er årsaken til alvorlige luftveisproblemer, hoste, irritasjon i nese og hals, kortere pust, smerter i brystet, rhinitt, øyeirritasjon, lungedysfunksjon, nedsatt motstand mot infeksjonssykdommer i luftveiene, for tidlig aldring av lungevev, alvorlig bronkitt, hjertesvikt og død.
I byer som New York, London, Mexico City, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Warszawa, Praha, Stuttgart, Beijing, Shanghai, Seoul, Bangkok, Bombay, Calcutta, Delhi, Jakarta, Kairo, Manila, Karachi, kalt I megacities har toppkritiske episoder med fotokjemisk smog vært årsak til alarm og spesielle tiltak for å begrense sirkulasjonen.
Noen forskere har rapportert at forurensningen forårsaket av svoveldioksid (SO 2 ) og sulfater forårsaker en reduksjon i motstanden mot kontraherende bryst- og tykktarmskreft, i befolkninger som bor på de nordlige breddegradene.
Mekanismen som foreslås for å forklare disse fakta, er at smog ved å spre den innfallende sollyset på troposfæren, forårsaker en reduksjon i tilgjengelig ultrafiolett type B (UV-B) stråling, som er nødvendig for den biokjemiske syntesen av D-vitamin D-vitamin fungerer som et beskyttelsesmiddel mot begge krefttypene.
På denne måten kan vi se at et overskudd av ultrafiolett stråling med høy energi er veldig helseskadelig, men også mangelen på UV-B-stråling har skadelige effekter.
referanser
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU, og Ahmad, SR (2018). Smoganalyse og dens virkning på rapporterte sykdommer i øynene i overflaten: En casestudie av 2016 smog-hendelse av Lahore. Atmosfærisk miljø. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. et al. (2018). Fotokjemisk smog-modellering ved bruk av kjemisk transportmodell for luftforurensning (TAPM-CTM) i Ho Chi Minh City, Vietnam Miljømodellering og -vurdering. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G og Holben, BN (1997). Virkningen av aerosoler på ultrafiolett stråling og fotokjemisk røkel. Vitenskap. 278 (5339): 827-830. doi: 10.1126 / science.278.5339.827
- Hallquist, M., Munthe, J., Tao, MH, Chak, W., Chan, K., Gao, J., et al (2016) Fotokjemisk smog i Kina: vitenskapelige utfordringer og implikasjoner for luftkvalitetspolitikk. 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. og Wang, W .: Oksidativ kapasitet og radikal kjemi i den forurensede atmosfæren i Hong Kong og Pearl River Delta-regionen: analyse av en alvorlig fotokjemisk smog-episode, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.