- характеристики
- Деякі реакції, що відбуваються в тропосфері
- Первинні та вторинні забруднювачі повітря
- Утворення озону в тропосфері
- Причини фотохімічного смогу
- Вплив смогу
- Список літератури
Фотохімічного смогу є щільний туман утворюється в результаті хімічних реакцій газів з двигунів внутрішнього згоряння автомобілів. Ці реакції опосередковуються сонячним промінням і відбуваються в тропосфері, шарі атмосфери, який простягається від 0 до 10 км над землею.
Слово smog походить від скорочення в англійській мові двох слів: «fog», що означає туман або туман, і «дим», що означає дим. Його використання почалося в 1950-х роках для позначення серпанку, яке охоплювало місто Лондон.
Малюнок 1. Фотохімічний смог у Солт-Лейк-Сіті, США. Джерело: Eltiempo10, з Wikimedia Commons
Смог проявляється жовтувато-коричнево-сіруватою серпанком, що виникає в результаті дрібних крапель води, що розкидаються в атмосфері, які містять хімічні продукти реакцій, що виникають між забруднювачами повітря.
Ця імла дуже поширена у великих містах через високу концентрацію автомобілів та більш інтенсивний рух автомобілів, але вона поширилася і на незаймані райони, наприклад, Гранд-Каньйон у штаті Арізона, США.
Дуже часто смог має характерний, неприємний запах, обумовлений наявністю деяких типових газоподібних хімічних компонентів. Проміжні продукти та кінцеві сполуки реакцій, які викликають смог, серйозно впливають на здоров'я людини, тварин, рослин та деякі матеріали.
характеристики
Деякі реакції, що відбуваються в тропосфері
Однією з відмітних особливостей атмосфери планети Земля є її окислювальна здатність, обумовлена великою відносною кількістю двоатомного молекулярного кисню (O 2 ), який він містить (приблизно 21% його складу).
Зрештою, практично всі гази, що виділяються в атмосферу, повністю окислюються у повітрі, а кінцеві продукти цих окислення осідають на поверхні Землі. Ці процеси окислення мають надзвичайно важливе значення для очищення та знезараження повітря.
Механізми хімічних реакцій, що відбуваються між забруднювачами повітря, дуже складні. Нижче - спрощена експозиція з них:
Первинні та вторинні забруднювачі повітря
Гази, що виділяються при спалюванні викопного палива в автомобільних двигунах, в основному містять оксид азоту (NO), оксид вуглецю (CO), вуглекислий газ (CO 2 ) та летючі органічні сполуки (ЛОС).
Ці сполуки називають первинними забруднювачами, оскільки завдяки хімічним реакціям, опосередкованим світлом (фотохімічні реакції), вони виробляють низку продуктів, званих вторинними забруднювачами.
В основному найважливішими вторинними забруднювачами є діоксид азоту (NO 2 ) та озон (O 3 ), які є газами, які найбільше впливають на утворення смогу.
Утворення озону в тропосфері
Оксид азоту (NO) виробляється в автомобільних двигунах шляхом реакції між киснем та азотом у повітрі при високих температурах:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), де (g) означає газоподібний стан.
Оксид азоту, що потрапляє в атмосферу, окислюється до двоокису азоту (NO 2 ):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 зазнає фотохімічного розкладання, опосередкованого сонячними променями:
NO 2 (g) + hγ (світло) → NO (g) + O (g)
Кисень O в атомній формі - надзвичайно реакційноздатний вид, який може ініціювати безліч реакцій, таких як утворення озону (O 3 ):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Озон у стратосфері (шар атмосфери між 10 км та 50 км над земною поверхнею) працює як захисний компонент життя на Землі, оскільки він поглинає високоенергетичне ультрафіолетове випромінювання, яке надходить від сонця; але в наземній тропосфері озон має дуже згубну дію.
Малюнок 2. Смог в Нью-Йорку. Джерело: Wikipedia Commons
Причини фотохімічного смогу
Інші шляхи утворення озону в тропосфері - це складні реакції, що включають оксиди азоту, вуглеводні та кисень.
Однією з хімічних сполук, що утворюються в цих реакціях, є пероксіацетил нітрат (PAN), який є потужним сльозогінним засобом, який також викликає задишку.
Летючі органічні сполуки надходять не тільки з вуглеводнів, які не спалюються в двигунах внутрішнього згоряння, але з різних джерел, таких як випаровування розчинників та палив, серед інших.
Ці ЛОС також зазнають складних фотохімічних реакцій, які є джерелом озону, азотної кислоти (HNO 3 ) та частково окислених органічних сполук.
ЛОС + NO + O 2 + Сонячне світло → Складна суміш: HNO 3, O 3 та різні органічні сполуки
Усі ці органічні сполуки, продукти окислення (спирти та карбонові кислоти), також є летючими, і їх пари можуть конденсуватися у крихітні рідкі крапельки, які розподіляються у повітрі у вигляді аерозолів, які розсіюють сонячне світло, зменшуючи видимість. Таким чином в тропосфері утворюється своєрідна завіса або туман.
Вплив смогу
Частини сажі або вуглецю, що утворюються при спалюванні, сірчаний ангідрид (SO 2 ) та вторинний забруднювач - сірчана кислота (H 2 SO 4 ) - також беруть участь у виробництві смогу.
Озон у тропосфері реагує подвійними зв’язками С = С у тканинах легенів, рослинних і тваринних тканин, завдаючи серйозної шкоди. Крім того, озон може пошкодити такі матеріали, як автомобільні шини, викликаючи розтріскування з тих же причин.
Фотохімічний смог є причиною важких респіраторних проблем, заклинань при кашлі, подразнення носа і горла, укорочене дихання, біль у грудях, риніт, подразнення очей, дисфункція легенів, зниження стійкості до зараження респіраторними інфекційними захворюваннями, передчасне старіння тканини легенів, важкий бронхіт, серцева недостатність та смерть.
У таких містах, як Нью-Йорк, Лондон, Мехіко, Атланта, Детройт, Солт-Лейк-Сіті, Варшава, Прага, Штутгарт, Пекін, Шанхай, Сеул, Бангкок, Бомбей, Калькутта, Делі, Джакарта, Каїр, Маніла, Карачі У мегаполісах пікові критичні епізоди фотохімічного смогу викликали тривогу та спеціальні заходи для обмеження циркуляції.
Деякі дослідники повідомили, що забруднення, спричинене діоксидом сірки (SO 2 ) та сульфатами, спричиняють зниження стійкості до зараження раком молочної залози та товстої кишки у популяціях, які населяють північні широти.
Механізм, запропонований пояснити ці факти, полягає в тому, що смог, розсіюючи падаюче сонячне світло на тропосферу, викликає зменшення наявного ультрафіолетового випромінювання типу В (УФ-В), необхідного для біохімічного синтезу вітаміну D Вітамін D діє як захисний засіб проти обох типів раку.
Таким чином ми можемо побачити, що надлишок ультрафіолетового випромінювання з високою енергією дуже шкідливий для здоров’я, але також дефіцит УФ-В-випромінювання має шкідливий вплив.
Список літератури
- Ашраф, А., Батт, А., Халид, І., Алам, РУ, і Ахмад, SR (2018). Аналіз смогу та його вплив на зареєстровані захворювання очей на поверхні очей: тематичний випадок заходу смогу 2016 року в Лахорі. Атмосферне середовище. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. та ін. (2018). Фотохімічне моделювання смогу за допомогою хімічної транспортної моделі забруднення повітря (TAPM-CTM) у місті Хошімін, В'єтнам Моделювання та оцінка екологічного середовища. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Діккерсон, Р.Р., Кондрагунта, С., Стенчиков, Г., Цивероло, К. Л., Доддрідж, Б. Г і Холбен, Б.Н. (1997). Вплив аерозолів на сонячне ультрафіолетове випромінювання та фотохімічний смог. Наука. 278 (5339): 827-830. doi: 10.1126 / наук.278.5339.827
- Hallquist, M., Munthe, J., Tao, MH, Chak, W., Chan, K., Gao, J. et al. (2016) Фотохімічний смог в Китаї: наукові виклики та наслідки для політики якості повітря. Національний науковий огляд. 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., and Wang, W .: Окислювальна здатність та радикальна хімія в забрудненій атмосфері Гонконгу та регіону дельти річки Перл: аналіз серйозного епізоду фотохімічного смогу, Атмос. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.