Smogové fotochemické charakteristiky, příčiny a účinky

fotochemický smog Jedná se o hustou mlhu, která vzniká v důsledku chemických reakcí plynů emitovaných spalovacími motory automobilů. Tyto reakce jsou zprostředkovány slunečním světlem a vyskytují se v troposféře, vrstvě atmosféry, která sahá od 0 do 10 km nad zemí. 

Slovo smog pochází z kontrakce dvou slov anglického jazyka: "mlha ", což znamená mlhu nebo mlhu, a "kouř “, což znamená kouř. Jeho použití začalo v padesátých létech označit opar, který pokryl město Londýna.

Smog se projevuje jako nažloutlešedohnědý opar způsobený malými kapičkami vody rozptýlenými v atmosféře, které obsahují chemické reakce, které se vyskytují mezi látkami znečišťujícími ovzduší.

Tento opar je velmi obyčejný ve velkých městech kvůli vysoké koncentraci automobilů a intenzivnější automobilové dopravě, ale to také se rozšířilo do oblastí, které byly nedotčené, takový jako Grand Canyon ve státě Arizony, USA..

Velmi často, smog má charakteristický, nepříjemný zápach, kvůli přítomnosti některých typických plynných chemických složek. Meziprodukty a konečné sloučeniny reakcí, které způsobují smog, vážně ovlivňují lidské zdraví, zvířata, rostliny a některé materiály.

Index

• 1 Charakteristika
  • 1.1 Některé reakce, ke kterým dochází v troposféře
  • 1.2 Primární a sekundární látky znečišťující ovzduší
  • 1.3 Tvorba ozónu v troposféře
• 2 Příčiny fotochemického smogu
• 3 Účinky smogu
• 4 Odkazy

Vlastnosti

Některé reakce, které se vyskytují v troposféře

Jedním z charakteristických rysů atmosféry planety Země je její oxidační kapacita díky velkému relativnímu množství diatomického molekulárního kyslíku (OR₂) obsahující (přibližně 21% jeho složení).

Nakonec jsou prakticky všechny plyny emitované do atmosféry zcela oxidovány ve vzduchu a konečné produkty těchto oxidací jsou uloženy na povrchu Země. Tyto oxidační procesy mají zásadní význam pro čištění a dekontaminaci vzduchu.

Mechanismy chemických reakcí, které se vyskytují mezi polutanty, jsou velmi složité. Níže uvádíme zjednodušenou prezentaci:

Primární a sekundární látky znečišťující ovzduší

Plyny emitované spalováním fosilních paliv v automobilových motorech obsahují hlavně oxid dusnatý (NO), oxid uhelnatý (CO), oxid uhličitý (CO).₂) a těkavých organických sloučenin (VOC).

Tyto sloučeniny se nazývají primární znečišťující látky, protože chemickými reakcemi zprostředkovanými světlem (fotochemické reakce) vznikají série produktů zvaných sekundární znečišťující látky..

Nejdůležitějšími sekundárními znečišťujícími látkami jsou oxid dusičitý (NO₂)  a ozon (O₃), což jsou plyny, které nejvíce ovlivňují tvorbu smogu.

Tvorba ozónu v troposféře

Oxid dusnatý (NO) se vyrábí v automobilových motorech reakcí mezi kyslíkem a dusíkem ve vzduchu při vysokých teplotách:

N₂ (g) + O₂ (g) →  2NO (g), kde (g) znamená v plynném stavu.

Oxid dusnatý po uvolnění do atmosféry se oxiduje na oxid dusičitý (NO₂):

2NO (g) + O₂ (g) → 2NO₂ (g)

NE₂ zažít fotochemický rozklad zprostředkovaný slunečním světlem:

NE₂ (g) + hγ (světlo) → NO (g) + O (g)

Kyslík v atomové formě je extrémně reaktivní druh, který může iniciovat mnoho reakcí, jako je tvorba ozonu (O₃):

O (g) + O₂ (g) → O₃ (g)

Ozón ve stratosféře (vrstva atmosféry mezi 10 km a 50 km nad zemským povrchem) funguje jako ochranná složka života na Zemi, absorbující vysokoenergetické ultrafialové záření ze slunce; ale v pozemním troposféře má ozon velmi škodlivé účinky.

Příčiny fotochemického smogu

Další cesty pro tvorbu ozónu v troposféře jsou komplexní reakce zahrnující oxidy dusíku, uhlovodíky a kyslík.

Peroxyacetylnitrát (PAN), který je silným činidlem způsobujícím slz, které také způsobuje potíže s dýcháním, je jednou z chemických sloučenin vznikajících v těchto reakcích..

Těkavé organické sloučeniny pocházejí nejen z uhlovodíků, které nejsou spalovány ve spalovacích motorech, ale mimo jiné z několika zdrojů, jako je odpařování rozpouštědel a paliv..

Tyto VOC také prožívají komplexní fotochemické reakce, které jsou zdrojem ozonu, kyseliny dusičné (HNO).₃) a částečně oxidovaných organických sloučenin.

COV + NO + O₂ + Sluneční světlo → Komplexní směs: HNO_3, O₃   a několik organických sloučenin

Všechny tyto produkty oxidace organických sloučenin (alkoholy a karboxylové kyseliny) jsou také těkavé a jejich páry mohou kondenzovat do minimálních kapiček kapaliny, které jsou distribuovány ve vzduchu ve formě aerosolů, které rozptylují sluneční světlo a snižují viditelnost. Tímto způsobem se v troposféře vyskytuje jakýsi závoj nebo mlha.

Účinky smogu

Částice sazí nebo uhlíkového produktu spalování, anhydrid kyseliny sírové (SO₂) a sekundární znečišťující látka - kyselina sírová (H₂SO₄) - také zasahují do výroby smogu.

Ozón v troposféře reaguje s dvojnými vazbami C = C v plicních tkáních, rostlinných a živočišných tkáních, což způsobuje vážné poškození. Kromě toho může ozon způsobit poškození materiálů, jako jsou pneumatiky automobilů, což způsobuje praskání ze stejných důvodů.

Fotochemický smog způsobuje těžké respirační problémy, kašel, podráždění nosu a krku, kratší dýchání, bolest na hrudi, rýmu, podráždění očí, dysfunkci plic, sníženou odolnost proti infekčním onemocněním dýchacích cest, předčasné stárnutí plicní tkáň, těžká bronchitida, srdeční selhání a smrt.

Ve městech jako New York, Londýn, Mexico City, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Varšava, Praha, Stuttgart, Peking, Šanghaj, Soul, Bangkok, Bombaj, Kalkata, Dillí, Jakarta, Káhira, Manila, Karáčí, tzv. megacities, vrchol kritické epizody fotochemického smogu byl příčinou poplachu a zvláštních opatření omezení cirkulace.

Někteří výzkumníci uvedli, že znečištění způsobené oxidem siřičitým (SO)₂) a sulfáty způsobují pokles rezistence na rakovinu prsu a tlustého střeva v populacích, které obývají severní zeměpisné šířky.

Mechanismus navrhovaný vysvětlit tato fakta je ten smog, tím, že rozptýlí dopadající sluneční světlo na troposfhere, způsobí pokles dostupného ultrafialového záření typu B (UV-B), který je nutný pro biochemickou syntézu vitamínu D \ t Vitamin D působí jako ochranný prostředek pro oba typy rakoviny.

Tímto způsobem můžeme vidět, že přebytek ultrafialového záření s vysokou energií je velmi škodlivý pro zdraví, ale také nedostatek záření typu UV-B má škodlivé účinky.

Odkazy

1. Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, R. U., a Ahmad, S. R. (2018). Smogová analýza a její vliv na hlášené oční povrchové onemocnění: Případová studie smogové události roku 2016 v Lahore. Atmosférické prostředí. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
2. Bang, H.Q., Nguyen, H.D., Vu, K. et al. (2018). Fotochemické modelování smogu za použití modelu transportu znečištění ovzduší (TAPM-CTM) v Ho Či Minově městě, Vietnam Environmentální modelování a hodnocení. 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 a Holben, B. N. (1997). Vliv aerosolů na sluneční záření ultrafialového záření a fotochemický smog. Věda 278 (5339): 827-830. doi: 10.1126 / science.278.5339.827
4. Hallquist, M., Munthe, J., Tao, M.H., Chak, W., Chan, K., Gao, J., et al (2016) Fotochemický smog v Číně: vědecké výzvy a důsledky pro politiky kvality ovzduší. Národní vědecká recenze. 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. a Wang, W .: Oxidační kapacita a radikální chemie ve znečištěné atmosféře Hongkongu a oblasti delty Perlové řeky: analýza závažné epizody fotochemického smogu, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.