- caracteristici
- Unele reacții care apar în troposferă
- Poluanți primari și secundari ai aerului
- Formarea ozonului în troposferă
- Cauzele smogului fotochimic
- Efectele smogului
- Referințe
Smog fotochimic este o ceață densă formată datorită reacțiilor chimice ale gazelor de la motoarele cu ardere de automobile. Aceste reacții sunt mediate de lumina soarelui și apar în troposferă, un strat al atmosferei care se extinde de la 0 la 10 km deasupra solului.
Cuvântul smog provine din contracția a două cuvinte în limba engleză: „fog”, care înseamnă ceață sau ceață, și „fum”, care înseamnă fum. Utilizarea sa a început în anii 1950 pentru a desemna o ceață care acoperea orașul Londra.
Figura 1. Smog fotochimic în Salt Lake City, SUA. Sursa: Eltiempo10, de la Wikimedia Commons
Smogul se manifestă ca o nuanță gălbuie-maronie-cenușie, originată de picături mici de apă dispersate în atmosferă, care conțin produse chimice ale reacțiilor care apar între poluanții atmosferici.
Această ceață este foarte frecventă în orașele mari din cauza concentrației mari a mașinilor și a traficului vehiculului mai intens, dar s-a răspândit și în zone curatate, precum Marele Canion din statul Arizona, SUA.
Foarte des, smogul are un miros caracteristic, neplăcut, datorită prezenței unor componente chimice gazoase tipice. Produsele intermediare și compușii finali ai reacțiilor care provoacă smog, afectează grav sănătatea umană, animalele, plantele și unele materiale.
caracteristici
Unele reacții care apar în troposferă
Una dintre caracteristicile distinctive ale atmosferei planetei Pământ este capacitatea sa de oxidare, datorită cantității relative mari de oxigen molecular diatomic (O 2 ) pe care o conține (aproximativ 21% din compoziția sa).
În cele din urmă, practic toate gazele emise în atmosferă sunt complet oxidate în aer, iar produsele finale ale acestor oxidări sunt depuse pe suprafața Pământului. Aceste procese de oxidare sunt de o importanță vitală pentru curățarea și decontaminarea aerului.
Mecanismele reacțiilor chimice care apar între poluanții atmosferici sunt foarte complexe. Mai jos este o expunere simplificată a acestora:
Poluanți primari și secundari ai aerului
Gazele emise prin arderea combustibililor fosili în motoarele auto conțin în principal oxid nitric (NO), monoxid de carbon (CO), dioxid de carbon (CO 2 ) și compuși organici volatili (COV).
Acești compuși sunt numiți poluanți primari, deoarece prin reacții chimice mediate de lumină (reacții fotochimice) produc o serie de produse numite poluanți secundari.
Practic, cei mai importanți poluanți secundari sunt dioxidul de azot (NO 2 ) și ozonul (O 3 ), care sunt gazele care influențează cel mai mult formarea smogului.
Formarea ozonului în troposferă
Oxidul nitric (NO) este produs la motoarele auto, prin reacția dintre oxigen și azot în aer la temperaturi ridicate:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), în cazul în care (g) mijloace în stare gazoasă.
Oxidul nitric odată eliberat în atmosferă este oxidat la dioxid de azot (NO 2 ):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 suferă o descompunere fotochimică mediată de lumina solară
NO 2 (g) + hγ (lumină) → NO (g) + O (g)
Oxigenul O în formă atomică este o specie extrem de reactivă care poate iniția multe reacții, cum ar fi formarea ozonului (O 3 ):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Ozonul din stratosferă (stratul atmosferei cuprins între 10 km și 50 km deasupra suprafeței pământului) funcționează ca o componentă protectoare a vieții pe Pământ, deoarece absoarbe radiații ultraviolete cu energie mare care provin de la soare; dar în troposfera terestră, ozonul are efecte foarte dăunătoare.
Figura 2. Smog în New York. Sursa: Wikipedia Commons
Cauzele smogului fotochimic
Alte căi pentru formarea ozonului în troposferă sunt reacții complexe care implică oxizi de azot, hidrocarburi și oxigen.
Unul dintre compușii chimici generați în aceste reacții este azotul de peroxiacetil (PAN), care este un puternic agent lacrimogen care, de asemenea, provoacă dificultăți în respirație.
Compușii organici volatili provin nu numai din hidrocarburi care nu sunt arse în motoarele cu ardere internă, ci din diverse surse, precum evaporarea solvenților și combustibililor, printre altele.
Aceste COV suferă, de asemenea, reacții fotochimice complexe care sunt o sursă de ozon, acid azotic (HNO 3 ) și compuși organici parțial oxidati.
COV + NO + O 2 + Lumina soarelui → Amestec complex: HNO 3, O 3 și diverși compuși organici
Toți acești compuși organici, produse de oxidare (alcooli și acizi carboxilici) sunt, de asemenea, volatile, iar vaporii lor se pot condensa în picături mici de lichid care sunt distribuite în aer sub formă de aerosoli, care împrăștie lumina soarelui, reducând vizibilitatea. În felul acesta se produce în troposferă un fel de văl sau ceață.
Efectele smogului
Particule de carbon sau de carbon produse prin ardere, anhidridă sulfurică (SO 2 ) și poluantul secundar - acidul sulfuric (H 2 SO 4 ) - sunt, de asemenea, implicate în producția de smog.
Ozonul din troposferă reacționează cu legăturile duble C = C în țesuturile pulmonare, țesuturile vegetale și animale, provocând daune severe. În plus, ozonul poate deteriora materiale precum anvelopele auto, provocând fisuri din aceleași motive.
Smogul fotochimic este cauza problemelor respiratorii severe, tuse se potrivește, iritații nazale și ale gâtului, respirație mai scurtă, dureri în piept, rinită, iritare a ochilor, disfuncții pulmonare, scăderea rezistenței la boli infecțioase respiratorii, îmbătrânirea prematură a țesuturi pulmonare, bronșită severă, insuficiență cardiacă și deces.
În orașe precum New York, Londra, Mexico City, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Varșovia, Praga, Stuttgart, Beijing, Shanghai, Seul, Bangkok, Bombay, Calcutta, Delhi, Jakarta, Cairo, Manila, Karachi, numit În megacități, episoadele critice de vârf de smog fotochimic au fost cauzele de alarmă și măsuri speciale de restricționare a circulației.
Unii cercetători au raportat că contaminarea cauzată de dioxidul de sulf (SO 2 ) și sulfați determină o scădere a rezistenței la contractarea cancerului de sân și de colon, în populațiile care locuiesc în latitudinile nordice.
Mecanismul sugerat pentru a explica aceste fapte este că smogul, prin împrăștierea luminii solare incidente pe troposferă, determină o scădere a radiațiilor ultraviolete de tip B (UV-B), care este necesară pentru sinteza biochimică a vitaminei D Vitamina D funcționează ca agent de protecție împotriva ambelor tipuri de cancer.
În acest fel, putem observa că un exces de radiații ultraviolete cu energie ridicată este foarte nociv pentru sănătate, dar și deficiența radiațiilor UV-B are efecte dăunătoare.
Referințe
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU și Ahmad, SR (2018). Analiza smogului și efectul său asupra bolilor de suprafață oculare raportate: Un studiu de caz al evenimentului de smog din Lahore din 2016. Mediul atmosferic. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. și colab. (2018). Modelarea foto-chimică a fumului folosind modelul de transport chimic al poluării aerului (TAPM-CTM) în orașul Ho Chi Minh, Vietnam Modelare și evaluare a mediului. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G și Holben, BN (1997). Impactul aerosolilor asupra radiațiilor solare ultraviolete și a smogului fotochimic. Ştiinţă. 278 (5339): 827-830. doi: 10.1126 / știință.278.5339.827
- Hallquist, M., Munthe, J., Tao, MH, Chak, W., Chan, K., Gao, J., et al (2016) Smog fotochimic în China: provocări științifice și implicații pentru politicile de calitate a aerului. Revizuirea științei naționale. 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. și Wang, W .: Capacitatea oxidativă și chimia radicală în atmosfera poluată din regiunea Delta Hong Kong și Delta Râului Pearl: analiza unui episod grav de smog fotochimic, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.