- egenskaber
- Nogle reaktioner der forekommer i troposfæren
- Primære og sekundære luftforurenende stoffer
- Ozondannelse i troposfæren
- Årsager til fotokemisk smog
- Effekter af smog
- Referencer
Den fotokemiske smog er en tæt tåge dannet på grund af kemiske reaktioner af gasser fra forbrændingsmotorer i biler. Disse reaktioner er medieret af sollys og forekommer i troposfæren, et lag af atmosfæren, der strækker sig fra 0 til 10 km over jorden.
Ordet smog kommer fra sammentrækningen af to ord på det engelske sprog: «tåge», der betyder tåge eller tåge, og «røg», der betyder røg. Dets brug begyndte i 1950'erne til at betegne en dis, der dækkede byen London.
Figur 1. Fotokemisk smog i Salt Lake City, USA. Kilde: Eltiempo10, fra Wikimedia Commons
Smog manifesterer sig som en gulbrun-grålig dis, der stammer fra små dråber vand spredt i atmosfæren, som indeholder de kemiske produkter fra reaktioner, der opstår mellem luftforurenende stoffer.
Denne dis er meget almindelig i store byer på grund af den høje koncentration af biler og den mere intense køretøjstrafik, men den har også spredt sig til uberørte områder, som f.eks. Grand Canyon i staten Arizona, USA.
Meget ofte har smog en karakteristisk, ubehagelig lugt på grund af tilstedeværelsen af nogle typiske kemiske kemiske komponenter. Mellemprodukterne og de endelige forbindelser af reaktionerne, der forårsager smog, påvirker menneskers sundhed, dyr, planter og nogle materialer alvorligt.
egenskaber
Nogle reaktioner der forekommer i troposfæren
Et af de karakteristiske træk ved planeten Jordens atmosfære er dens oxidationsevne på grund af den store relative mængde diatomisk molekylært ilt (O 2), den indeholder (ca. 21% af dets sammensætning).
I sidste ende oxideres næsten alle gasser, der udsendes i atmosfæren, fuldstændigt i luften, og slutprodukterne af disse oxidationer aflejres på jordoverfladen. Disse oxidationsprocesser er af afgørende betydning for at rense og dekontaminere luften.
Mekanismerne for kemiske reaktioner, der opstår mellem luftforurenende stoffer, er meget komplekse. Nedenfor er en forenklet redegørelse for dem:
Primære og sekundære luftforurenende stoffer
De gasser, der udsendes ved forbrænding af fossile brændstoffer i bilmotorer, indeholder hovedsageligt nitrogenoxid (NO), kulilte (CO), kuldioxid (CO 2) og flygtige organiske forbindelser (VOC).
Disse forbindelser kaldes primære forurenende stoffer, da de gennem kemiske reaktioner medieret af lys (fotokemiske reaktioner) producerer en række produkter, der kaldes sekundære forurenende stoffer.
Grundlæggende er de vigtigste sekundære forurenende stoffer nitrogenoxid (NO 2) og ozon (O 3), som er de gasser, der mest påvirker dannelsen af smog.
Ozondannelse i troposfæren
Nitrogenoxid (NO) produceres i bilmotorer gennem reaktionen mellem ilt og nitrogen i luften ved høje temperaturer:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), hvor (g) betyder i gasform.
Nitrogenoxid, når den først er frigivet i atmosfæren, oxideres til nitrogenoxid (NO 2):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 gennemgår fotokemisk nedbrydning medieret af sollys:
NO 2 (g) + hγ (lys) → NO (g) + O (g)
Oxygen i atomform er en ekstremt reaktiv art, der kan igangsætte mange reaktioner, såsom dannelse af ozon (O 3):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Ozon i stratosfæren (lag af atmosfæren mellem 10 km og 50 km over jordoverfladen) fungerer som en beskyttende bestanddel af livet på Jorden, da den absorberer højenergi ultraviolet stråling, der kommer fra solen; men i den terrestriske troposfære har ozon meget skadelige virkninger.
Figur 2. Smog i New York. Kilde: Wikipedia Commons
Årsager til fotokemisk smog
Andre veje til dannelse af ozon i troposfæren er komplekse reaktioner, der involverer nitrogenoxider, kulbrinter og ilt.
En af de kemiske forbindelser, der genereres i disse reaktioner, er peroxyacetylnitrat (PAN), som er et kraftfuldt tårevæske, der også forårsager åndenød.
Flygtige organiske forbindelser kommer ikke kun fra kulbrinter, der ikke forbrændes i forbrændingsmotorer, men fra forskellige kilder, f.eks. Fordampning af opløsningsmidler og brændstoffer.
Disse VOC'er gennemgår også komplekse fotokemiske reaktioner, der er en kilde til ozon, salpetersyre (HNO 3) og delvist oxiderede organiske forbindelser.
VOC'er + NO + O 2 + Sollys → Kompleks blanding: HNO 3, O 3 og forskellige organiske forbindelser
Alle disse organiske forbindelser, oxidationsprodukter (alkoholer og carboxylsyrer), er også flygtige, og deres dampe kan kondensere til små flydende dråber, der distribueres i luften i form af aerosoler, der spreder sollys og reducerer synligheden. På denne måde produceres en slags slør eller tåge i troposfæren.
Effekter af smog
Sot- eller kulstofpartikler produceret ved forbrænding, svovlsyreanhydrid (SO 2) og det sekundære forurenende stof - svovlsyre (H 2 SO 4) - er også involveret i produktionen af smog.
Ozon i troposfæren reagerer med C = C-dobbeltbindinger i lungevæv, plante- og dyrevæv, hvilket forårsager alvorlig skade. Derudover kan ozon beskadige materialer som bildæk og forårsage revner af samme grunde.
Fotokemisk smog er årsagen til alvorlige åndedrætsproblemer, hosteformer, irritation af næse og hals, kortere vejrtrækning, brystsmerter, rhinitis, øjenirritation, lungedysfunktion, nedsat modstand mod smittesygdomme i respiratorisk tilstand, for tidlig aldring af lungevæv, svær bronkitis, hjertesvigt og død.
I byer som New York, London, Mexico City, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Warszawa, Prag, Stuttgart, Beijing, Shanghai, Seoul, Bangkok, Bombay, Calcutta, Delhi, Jakarta, Kairo, Manila, Karachi, kaldet I megaciteter har højeste kritiske episoder med fotokemisk smog været årsag til alarm og specielle foranstaltninger til at begrænse cirkulationen.
Nogle forskere har rapporteret, at forureningen forårsaget af svovldioxid (SO 2) og sulfater forårsager et fald i modstanden mod at få bryst- og tyktarmskræft i befolkninger, der bor i de nordlige breddegrader.
Mekanismen, der foreslås for at forklare disse kendsgerninger, er, at smog ved at sprede den indfaldende sollys på troposfæren forårsager et fald i den tilgængelige ultraviolette type B (UV-B) stråling, hvilket er nødvendigt for den biokemiske syntese af D-vitamin D-vitamin fungerer som et beskyttelsesmiddel mod begge typer kræft.
På denne måde kan vi se, at et overskud af ultraviolet stråling med høj energi er meget skadeligt for helbredet, men også manglen på UV-B-stråling har skadelige virkninger.
Referencer
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU og Ahmad, SR (2018). Smog-analyse og dens virkning på rapporterede okulære overfladesygdomme: En casestudie af 2016-smog-hændelse af Lahore Atmosfærisk miljø. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. et al. (2018). Fotokemisk smog-modellering ved hjælp af den kemiske transportmodel for luftforurening (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 af aerosoler på ultraviolet stråling og fotokemisk smog. Videnskab. 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) Fotokemisk smog i Kina: videnskabelige udfordringer og konsekvenser for luftkvalitetspolitikker. 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.: Oxidativ kapacitet og radikal kemi i den forurenede atmosfære i Hong Kong og Pearl River Delta-regionen: analyse af en alvorlig fotokemisk smog-episode, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.