Fotokjemisk smog: egenskaper, årsaker og effekter
Fotokjemisk smog er en tett tåke som dannes på grunn av kjemiske reaksjoner av gasser som utledes av forbrenningsmotorer av biler. Disse reaksjonene er formidlet av sollys og forekommer i troposfæren, lag av atmosfæren som strekker seg fra 0 til 10 km over bakken.
Ordet smog kommer fra sammentrekningen av to ord i det engelske språket: " tåke", noe som betyr tåke eller tåke, og " røyk", som betyr røyk. Dens bruk begynte på 1950-tallet for å betegne en dis som dekket London.
Smoggen manifesterer seg som en gulaktigbrun grå tåke, forårsaket av små vanndråper som er spredt i atmosfæren, som inneholder de kjemiske reaksjonene som oppstår mellom luftforurensende stoffer.
Denne tåken er svært vanlig i store byer på grunn av den høye konsentrasjonen av biler og den mer intense kjøretøystrafikken, men den har også spredt seg til områder som var uberørte, for eksempel 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 de endelige forbindelsene av reaksjonene som forårsaker smog, påvirker menneskers helse, dyr, planter og enkelte materialer alvorlig.
funksjoner
Noen reaksjoner som oppstår i troposfæren
En av de karakteristiske egenskapene til atmosfæren på planeten Jorden er dens oksidasjonskapasitet, på grunn av den store relative mengden diatomisk molekylær oksygen (O 2 ) den inneholder (omtrent 21% av sammensetningen).
Til slutt blir nesten alle gasser som sendes ut i atmosfæren fullstendig oksidert i luften, og de endelige produktene av disse oksidasjonene blir avsatt på jordens overflate. Disse oksidasjonsprosessene er av avgjørende betydning for å rengjøre og dekontaminere luften.
Mekanismer for kjemiske reaksjoner som forekommer mellom luftforurensende stoffer er svært komplekse. Nedenfor er en forenklet presentasjon av dem:
Primær og sekundær luftforurensende stoffer
Gassene som kommer fra forbrenningen av fossile brensler i bilmotorer inneholder i hovedsak nitrogenoksid (NO), karbonmonoksid (CO), karbondioksid (CO 2 ) og flyktige organiske forbindelser (VOC).
Disse forbindelsene kalles primære forurensninger, siden gjennom kjemiske reaksjoner mediert av lys (fotokjemiske reaksjoner) produserer en serie produkter som kalles sekundære forurensninger.
I utgangspunktet er de viktigste sekundære forurensningene nitrogenoksid (NO 2 ) og ozon (O 3 ), som er de gassene som mest påvirker dannelsen av smog.
Ozonformasjon i troposfæren
Nitrogenoksyd (NO) produseres i bilmotorer gjennom reaksjonen mellom oksygen og nitrogen i luften ved høye temperaturer:
N 2 (g) + 02 (g) → 2NO (g), hvor (g) betyr i gassform.
Nitrogenoksyd som en gang er sluppet ut i atmosfæren, oksyderes til nitrogenoksid (NO 2 ):
2NO (g) + 02 (g) → 2NO2 (g)
NO 2 opplever fotokjemisk nedbrytning formidlet av sollys:
NO 2 (g) + hγ (lys) → NO (g) + O (g)
Oksygen i atomformen er en ekstremt reaktiv art som kan initiere mange reaksjoner som dannelse av ozon (O 3 ):
O (g) + O2 (g) → O3 (g)
Ozon i stratosfæren (lag av atmosfæren mellom 10 km og 50 km over jordoverflaten) virker som en beskyttende del av livet på jorden, og absorberer ultraviolett stråling fra høy energi fra solen. men i den terrestriske troposfæren har ozon meget skadelige effekter.
Årsaker til fotokjemisk smog
Andre veier for dannelse av ozon i troposfæren er de komplekse reaksjonene som involverer nitrogenoksyder, hydrokarboner og oksygen.
Peroxiacetylnitrat (PAN), som er et kraftig tårefremkallende middel som også forårsaker problemer med å puste, er en av de kjemiske forbindelsene som genereres i disse reaksjonene.
Flyktige organiske forbindelser kommer ikke bare fra hydrokarboner som ikke brennes i forbrenningsmotorer, men fra flere kilder, som for eksempel fordamping av løsemidler og drivstoff, blant annet.
Disse VOCene gjennomgår også komplekse fotokjemiske reaksjoner som er en kilde til ozon, salpetersyre (HNO 3 ) og delvis oksyderte organiske forbindelser.
COV's + NO + O 2 + Sollys → Kompleks blanding: HNO 3, O 3 og flere organiske forbindelser
Alle disse organiske forbindelsene oksidasjonsprodukter (alkoholer og karboksylsyrer) er også flyktige og deres damper kan kondensere til små væskedråper som fordeles i luften i form av aerosoler som sprer sollys, reduserer synligheten. På denne måten oppstår en slags slør eller tåke i troposfæren.
Effekter av smog
Partiklene av sot eller karbonprodukt ved forbrenning, svovelsyreanhydridet (SO 2 ) og det sekundære forurensende stoffet - svovelsyre (H 2 SO 4 ) - inngår også i smogproduksjonen.
Ozon i troposfæren reagerer med C = C dobbeltbindinger i lungevev, plante og dyr vev, og forårsaker alvorlig skade. I tillegg kan ozon forårsake skade på materialer som bildekk, forårsaker sprekker av samme grunner.
Fotokjemisk smog forårsaker alvorlige åndedrettsproblemer, hosteproblemer, nese- og halsirritasjon, kortere pust, brystsmerter, rhinitt, øyeirritasjon, lungesvikt, redusert motstand mot respiratoriske infeksjonssykdommer, 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, såkalt megasiteter, kritiske topp episoder av fotokjemisk smog har vært årsak til alarm og spesielle tiltak for å begrense sirkulasjonen.
Noen forskere har rapportert at forurensning forårsaket av svoveldioksid (SO 2 ) og sulfater fører til en reduksjon i resistens mot bryst- og tykktarmskreft, i befolkninger som bor i nordbreddgrader.
Mekanismen som er foreslått for å forklare disse fakta er at smog ved å dispergere sollys på troposfæren forårsaker en reduksjon i tilgjengelig ultraviolett stråling type B (UV-B) som er nødvendig for den biokjemiske syntesen av vitamin D D-vitamin fungerer som et beskyttelsesmiddel for begge typer kreft.
På denne måten kan vi se at et overskudd av ultrafiolett stråling av høy energi er svært helsefare, men også underskuddet av strålingstype UV-B har skadelige effekter.
