- jellemzők
- Néhány reakció, amely a troposzférában fordul elő
- Primer és másodlagos légszennyezők
- Ózonképződés a troposzférában
- A fotokémiai szmog okai
- A szmog hatása
- Irodalom
A fotokémiai szmog egy sűrű köd, amely a gépjárművek égésű motorjaiból származó gázok kémiai reakcióinak eredményeként alakul ki. Ezeket a reakciókat a napfény közvetíti, és a troposzféraban zajlanak, amely a légkörnek a talajszint felett 10–10 km-re fekszik.
A szmog szó az angol nyelv két szójának összehúzódásából származik: "fog", ami ködöt vagy ködöt jelent, és a "smoke", ami füstöt jelent. Használata az 1950-es években kezdődött a homály jelölésére, amely London városát borította.
1. ábra: Fotokémiai szmog Salt Lake City-ben, USA. Forrás: Eltiempo10, a Wikimedia Commonsból
A szmog sárgás-barnás-szürkés köd formájában nyilvánul meg, amelyet a légkörben diszpergált kis csepp víz okoz, amely a levegőszennyező anyagok közötti reakciók kémiai termékeit tartalmazza.
Ez a homály nagyon gyakori a nagyvárosokban az autók magas koncentrációja és az intenzívebb járműforgalom miatt, ám az érintetlen területeken is elterjedt, például az Egyesült Államokban, Arizona állambeli Grand Canyonban.
Nagyon gyakran a szmog jellegzetes, kellemetlen szagú, jellegzetes gáznemű vegyi anyagok jelenléte miatt. A szmogot okozó közbenső termékek és a reakció végső vegyületei súlyosan érintik az emberi egészséget, az állatokat, a növényeket és egyes anyagokat.
jellemzők
Néhány reakció, amely a troposzférában fordul elő
A Föld bolygójának légköre egyik megkülönböztető tulajdonsága az oxidáló képessége, mivel a diatomikus molekuláris oxigént (O 2) nagy mennyiségben tartalmazza (összetételének körülbelül 21% -a).
Végül gyakorlatilag minden, a légkörbe kibocsátott gáz teljes mértékben oxidálódik a levegőben, és ezeknek az oxidációknak a végtermékei lerakódnak a Föld felszínén. Ezek az oxidációs folyamatok elengedhetetlenek a levegő tisztításához és fertőtlenítéséhez.
A levegőszennyező anyagok között zajló kémiai reakciók mechanizmusai nagyon összetettek. Az alábbiakban egy egyszerűsített leírást találunk róluk:
Primer és másodlagos légszennyezők
A gépjárművekben a fosszilis tüzelőanyagok elégetésekor kibocsátott gázok főleg nitrogén-monoxidot (NO), szén-monoxidot (CO), szén-dioxidot (CO 2) és illékony szerves vegyületeket (VOC) tartalmaznak.
Ezeket a vegyületeket primer szennyezőanyagoknak nevezzük, mivel a fény által közvetített kémiai reakciók során (fotokémiai reakciók) egy sorozatot állítanak elő, amelyet másodlagos szennyező anyagnak neveznek.
Alapvetően a legfontosabb másodlagos szennyező anyagok a nitrogén-dioxid (NO 2) és az ózon (O 3), amelyek azok a gázok, amelyek a legjobban befolyásolják a szmog képződését.
Ózonképződés a troposzférában
A nitrogén-monoxid (NO) az autómotorokban magas hőmérsékleten a levegőben lévő oxigén és nitrogén reakciójával képződik:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), ahol (g) jelentése gáznemű állapotban.
A légkörbe kibocsátott nitrogén-monoxid nitrogén-dioxiddá (NO 2) oxidálódik:
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
A NO 2 fénykémiai bomláson megy keresztül, amelyet a napfény közvetít:
NO 2 (g) + h (fény) → NO (g) + O (g)
Atomos oxigén O rendkívül reakcióképes faj, amely számos reakciót kezdeményezhet, például ózon képződését (O 3):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Az ózon a sztratoszférában (a légkör rétege 10 és 50 km között a föld felszínétől) a Föld életének védőkomponenseként működik, mivel abszorbeálja a nagy energiájú ultraibolya sugárzást, amely a Napból származik; de a szárazföldi troposzférában az ózonnak nagyon káros hatásai vannak.
2. ábra. Szmog New Yorkban. Forrás: Wikipedia Commons
A fotokémiai szmog okai
Az ózon keletkezésének további útjai a troposzférában a bonyolult reakciók, beleértve nitrogén-oxidokat, szénhidrogéneket és oxigént.
Az ezekben a reakciókban keletkező kémiai vegyületek egyike a peroxiacetil-nitrát (PAN), amely erős szakítószer, amely szintén nehéz légzést okoz.
Az illékony szerves vegyületek nem csak a szénhidrogénekből származnak, amelyeket a belső égésű motorokban nem égetnek el, hanem más forrásokból is, mint például az oldószerek és az üzemanyagok elpárologtatása.
Ezek a VOC-k is bonyolult fotokémiai reakciókon mennek keresztül, amelyek ózon, salétromsav (HNO 3) és részben oxidált szerves vegyületek forrásává válnak.
VOCs + NO + O 2 + napfény → Komplex keverék: HNO 3, O 3 és különféle szerves vegyületek
Mindezek a szerves vegyületek, oxidációs termékek (alkoholok és karbonsavak) szintén illékonyak, és gőzök apró folyadékcseppekké kondenzálódhatnak, amelyek a levegőben aeroszol formájában oszlanak el, és szétszórják a napfényt, csökkentve a láthatóságot. Ily módon egyfajta fátyol vagy köd alakul ki a troposzférában.
A szmog hatása
Az égés során keletkező korom vagy szén részecskék, kénsavanhidrid (SO 2) és a szekunder szennyező anyag - kénsav (H 2 SO 4) - szintén részt vesznek a szmog előállításában.
A troposzféra ózonja reagál a tüdőszövetek, növényi és állati szövetek C = C kettős kötéseivel, súlyos károkat okozva. Ezenkívül az ózon károsíthatja az anyagokat, például a gépjármű gumiabroncsát, és ugyanezen okokból repedést okozhat.
A fotokémiai szmog okozza a súlyos légúti problémákat, köhögési görcsöket, orr- és torok-irritációt, rövidebb légzést, mellkasi fájdalmat, orrgyulladást, szemirritációt, tüdő diszfunkciót, csökkent légzőszervi fertőző betegségekkel szembeni ellenállást, a tüdőszövetek, súlyos hörghurut, szívelégtelenség és halál.
Olyan városokban, mint New York, London, Mexikóváros, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Varsó, Prága, Stuttgart, Peking, Sanghaj, Szöul, Bangkok, Bombay, Kalkutta, Delhi, Jakarta, Kairó, Manila, Karachi, A nagyvárosokban a fotokémiai szmog legfontosabb kritikus epizódjai váltak riasztásra és a keringés korlátozására szolgáló különleges intézkedésekre.
Egyes kutatók beszámoltak arról, hogy a kén-dioxid (SO 2) és a szulfátok okozta szennyeződés csökkenti az északi szélességi körzetben élő emlő- és vastagbélrákkal szembeni ellenálló képességét.
A tények magyarázatára javasolt mechanizmus az, hogy a szmog a troposzféra esõ napfényének szórásával csökken a rendelkezésre álló B típusú (UV-B) ultraibolya sugárzás csökkenését, ami a D-vitamin biokémiai szintéziséhez szükséges. A D-vitamin védelmet nyújt mindkét típusú rák ellen.
Ilyen módon láthatjuk, hogy a nagy energiatartalmú ultraibolya sugárzás túlzottan káros az egészségre, de az UV-B sugárzás hiánya is káros hatással jár.
Irodalom
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU és Ahmad, SR (2018). Szem elemzése és annak hatása a bejelentett szemfelszíni betegségekre: Lahore 2016. szmog eseményének esettanulmánya. Légköri környezet. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. et al. (2018). Fotokémiai szmogmodellezés a levegőszennyezés kémiai transzport modelljével (TAPM-CTM) Ho Si Minh-városban, Vietnam. Környezetmodellezés és -értékelés. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G és Holben, BN (1997). Az aeroszolok hatása a ultraibolya sugárzásra és a fotokémiai szmogra. Tudomány. 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) Fotokémiai szmog Kínában: tudományos kihívások és következmények a levegőminőségi politikákra. Nemzeti Tudományos Áttekintés. 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. és Wang, W.: Oxidatív képesség és radikális kémia Hongkong és a Pearl River Delta régió szennyezett légkörében: súlyos fotokémiai szmog epizód elemzése, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.