Smogowe właściwości fotochemiczne, przyczyny i skutki



The smog fotochemiczny Jest to gęsta mgła, która powstaje w wyniku reakcji chemicznych gazów emitowanych przez silniki spalinowe samochodów. W reakcjach tych pośredniczy światło słoneczne i występują w troposferze, warstwie atmosfery rozciągającej się od 0 do 10 km nad ziemią. 

Słowo smog pochodzi ze skurczu dwóch słów języka angielskiego: „mgła ”, co oznacza mgłę lub mgłę, i ”palić ”, co oznacza dym. Jego użycie zaczęło się w latach 50. od wyznaczenia mgły pokrywającej miasto Londyn.

Smog objawia się jako żółtawo-szaro-brązowa mgiełka, spowodowana przez małe krople wody rozproszone w atmosferze, które zawierają reakcje chemiczne zachodzące między zanieczyszczeniami powietrza.

Zamglenie to jest bardzo powszechne w dużych miastach ze względu na dużą koncentrację samochodów i intensywniejszy ruch kołowy, ale rozprzestrzeniło się także na obszary, które były nieskazitelne, takie jak Wielki Kanion w stanie Arizona, USA..

Bardzo często smog ma charakterystyczny, nieprzyjemny zapach z powodu obecności typowych gazowych składników chemicznych. Produkty pośrednie i związki końcowe reakcji powodujących smog poważnie wpływają na zdrowie ludzi, zwierzęta, rośliny i niektóre materiały.

Indeks

  • 1 Charakterystyka
    • 1.1 Niektóre reakcje zachodzące w troposferze
    • 1.2 Pierwotne i wtórne zanieczyszczenia atmosferyczne
    • 1.3 Tworzenie się ozonu w troposferze
  • 2 Przyczyny smogu fotochemicznego
  • 3 Efekty smogu
  • 4 odniesienia

Funkcje

Niektóre reakcje zachodzące w troposferze

Jedną z charakterystycznych cech atmosfery planety Ziemi jest jej zdolność utleniania, ze względu na dużą względną ilość dwuatomowego tlenu cząsteczkowego (OR2) zawierające (około 21% jego składu).

Ostatecznie praktycznie wszystkie gazy emitowane do atmosfery są całkowicie utleniane w powietrzu, a końcowe produkty tych utleniania osadzają się na powierzchni Ziemi. Te procesy utleniania mają zasadnicze znaczenie dla oczyszczenia i odkażenia powietrza.

Mechanizmy reakcji chemicznych zachodzących między zanieczyszczeniami powietrza są bardzo złożone. Poniżej przedstawiono ich uproszczoną prezentację:

Pierwotne i wtórne zanieczyszczenia atmosferyczne

Gazy emitowane przez spalanie 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 w reakcjach chemicznych, w których pośredniczą światło (reakcje fotochemiczne), powstaje szereg produktów zwanych zanieczyszczeniami wtórnymi.

Zasadniczo najważniejszymi zanieczyszczeniami wtórnymi są dwutlenek azotu (NO2)  i ozon (O3), które są gazami, które najbardziej wpływają na powstawanie smogu.

Tworzenie się ozonu w troposferze

Tlenek azotu (NO) jest wytwarzany w silnikach samochodowych w wyniku reakcji tlenu i azotu w powietrzu w wysokich temperaturach:

N2 (g) + O2 (g) →  2NO (g), gdzie (g) oznacza w stanie gazowym.

Tlenek azotu uwolniony do atmosfery jest utleniany do dwutlenku azotu (NO2):

2NO (g) + O2 (g) → 2NO2 (g)

NIE2 doświadczyć rozpadu fotochemicznego za pośrednictwem światła słonecznego:

NIE2 (g) + hγ (światło) → NO (g) + O (g)

Tlen w formie atomowej jest wyjątkowo reaktywnym gatunkiem, który może inicjować wiele reakcji, takich jak tworzenie się ozonu (O3):

O (g) + O2 (g) → O3 (g)

Ozon w stratosferze (warstwa atmosfery między 10 km a 50 km nad powierzchnią ziemi) działa jako ochronny składnik życia na Ziemi, absorbując promieniowanie ultrafioletowe o wysokiej energii ze słońca; ale w ziemskiej troposferze ozon ma bardzo szkodliwe skutki.

Przyczyny smogu fotochemicznego

Inne ścieżki tworzenia ozonu w troposferze to złożone reakcje z udziałem tlenków azotu, węglowodorów i tlenu.

Azotan peroksyacetylu (PAN), który jest silnym czynnikiem powodującym łzy, który również powoduje trudności w oddychaniu, jest jednym ze związków chemicznych wytwarzanych w tych reakcjach..

Lotne związki organiczne pochodzą nie tylko z węglowodorów, które nie są spalane w silnikach spalinowych, ale z kilku źródeł, takich jak między innymi odparowanie rozpuszczalników i paliw..

Te LZO doświadczają również złożonych reakcji fotochemicznych, które są źródłem ozonu, kwasu azotowego (HNO)3) i częściowo utlenione związki organiczne.

COV + NO + O2 + Światło słoneczne → Mieszanka złożona: HNO3, O3   i kilka związków organicznych

Wszystkie te produkty utleniania związków organicznych (alkohole i kwasy karboksylowe) są również lotne, a ich pary mogą skraplać się w minimalne kropelki cieczy, które są rozprowadzane w powietrzu w postaci aerozoli, które rozpraszają światło słoneczne, zmniejszając widoczność. W ten sposób w troposferze pojawia się rodzaj zasłony lub mgły.

Efekty smogu

Cząstki sadzy lub produktu węglowego ze spalania, bezwodnik siarkowy (SO2) i wtórne zanieczyszczenie - kwas siarkowy (H2TAK4) - również interweniować w produkcji smogu.

Ozon w troposferze reaguje z podwójnymi wiązaniami C = C w tkankach płuc, tkankach roślinnych i zwierzęcych, powodując poważne uszkodzenia. Ponadto ozon może powodować uszkodzenia materiałów, takich jak opony samochodowe, powodując pękanie z tych samych powodów.

Smog fotochemiczny powoduje poważne problemy z oddychaniem, napady kaszlu, podrażnienie nosa i gardła, krótszy oddech, ból w klatce piersiowej, nieżyt nosa, podrażnienie oczu, zaburzenia czynności płuc, zmniejszoną odporność na choroby zakaźne układu oddechowego, przedwczesne starzenie się tkanka płuc, ciężkie zapalenie oskrzeli, niewydolność serca i śmierć.

W miastach takich jak Nowy Jork, Londyn, Meksyk, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Warszawa, Praga, Stuttgart, Pekin, Szanghaj, Seul, Bangkok, Bombaj, Kalkuta, Delhi, Dżakarta, Kair, Manila, Karaczi, tzw. megamiasta, krytyczne epizody szczytowego smogu fotochemicznego były przyczyną alarmu i specjalnych środków ograniczenia krążenia.

Niektórzy badacze donieśli, że zanieczyszczenie spowodowane dwutlenkiem siarki (SO)2) i siarczany powodują spadek odporności na raka piersi i jelita grubego w populacjach zamieszkujących północne szerokości geograficzne.

Mechanizm sugerowany do wyjaśnienia tych faktów polega na tym, że smog, rozpraszając padające światło słoneczne na troposferę, powoduje zmniejszenie dostępnego promieniowania ultrafioletowego typu B (UV-B), które jest niezbędne do biochemicznej syntezy witaminy D Witamina D działa jako środek ochronny dla obu typów raka.

W ten sposób widzimy, że nadmiar promieniowania ultrafioletowego o wysokiej energii jest bardzo szkodliwy dla zdrowia, ale także deficyt promieniowania UV-B ma szkodliwe skutki.

Referencje

  1. Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, R. U. i Ahmad, S. R. (2018). Analiza smogu i jego wpływ na zgłaszane choroby powierzchni oka: studium przypadku smogu z 2016 roku w Lahore. Środowisko atmosferyczne. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
  2. Bang, H.Q., Nguyen, H.D., Vu, K. i in. (2018). Modelowanie smogu fotochemicznego 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
  3. Dickerson, R.R., Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, K.L., Doddridge, B. G and Holben, B. N. (1997). Wpływ aerozoli na słoneczne promieniowanie ultrafioletowe i smog fotochemiczny. Nauka 278 (5339): 827-830. doi: 10.1126 / nauka.278.5339.827
  4. Hallquist, M., Munthe, J., Tao, M.H., Chak, W., Chan, K., Gao, J., et al (2016) Fotochemiczny smog w Chinach: naukowe wyzwania i implikacje dla polityki jakości powietrza. National Science Review. 3 (4): 401-403. Doi: 10.1093 / nsr / nww080
  5. 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 utleniania i chemia rodnikowa w zanieczyszczonej atmosferze regionu Hongkongu i Delty Rzeki Perłowej: analiza ciężkiego epizodu smogu fotochemicznego, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.