Smog fotochemiczny to rodzaj smogu powstającego, gdy ultrafioletowe światło słoneczne reaguje z tlenkami azotu w atmosferze. Jest często określany jako brązowa mgła i jest najbardziej widoczny w godzinach porannych i popołudniowych, szczególnie w gęsto zaludnionych, ciepłych miastach. Miasta, które doświadczają tego smogu codziennie obejmują Los Angeles, Sydney, Mksyk, Pekin i wiele innych.
Ponieważ promieniowanie słoneczne rozkłada tlenki azotu, smog fotochemiczny jest zjawiskiem dziennym. Jest to kolejna cecha odróżniająca go od smogu przemysłowego, który może powstawać w nocy lub w pochmurne dni. Zazwyczaj dni smogu chemicznego są gorące i bezwietrzne. Wtedy światło słoneczne jest najbardziej intensywne i nie ma wiatru, który rozpraszałby zanieczyszczenia.
Smog fotochemiczny – jak działa fotochemiczna postać smogu?
Tworzenie smogu fotochemicznego obejmuje trzy główne składniki: tlenki azotu, węglowodory i światło słoneczne. Tlenki azotu i węglowodory są produktami ubocznymi elektrowni zasilanych paliwami kopalnymi i mogą nawet pochodzić z naturalnych procesów, ale głównym ich źródłem są silniki spalinowe w samochodach napędzanych benzyną.
Tlenek azotu i dwutlenek azotu dysocjują w świetle słonecznym i łączą się z śladowymi węglowodorami, aby ostatecznie wytworzyć dużą ilość zanieczyszczeń. Złożony proces przebiega etapami:
- Światło słoneczne powoduje fotodysocjację azotu i tlenu, tworząc atomy ozonu i tlenu.
- Atomy tlenu reagują z wodą, tworząc rodniki hydroksylowe (OH).
- Rodniki hydroksylowe utleniają węglowodory, tworząc rodniki węglowodorowe.
- Węglowodory utleniają się, tworząc klasę chemiczną znaną jako aldehydy.
- Aldehydy utleniają się, tworząc nadtlenki aldehydów i nadtlenokwasy aldehydowe, które są zanieczyszczeniami, które powodują większość problemów zdrowotnych.
Tworzenie się smogu
Smog fotochemiczny powstaje w wyniku złożonego procesu, jednak jego źródło jest dość oczywiste. Największy udział mają samochody, podczas gdy elektrownie węglowe i także niektóre inne elektrownie mają w tym swój udział. Smog fotochemiczny występuje najczęściej w lecie.
Tworzy się rano, kiedy ogromna liczba ludzi odpala swoje pojazdy i wyjeżdża do pracy. Tlenki azotu wytwarzane w silniku samochodowym są wprowadzane do atmosfery, która może łączyć się z wodą w celu wytworzenia kwasu azotowego lub reagować z promieniami słonecznymi w celu wytworzenia pojedynczych atomów tlenu, które następnie łączą się z tlenem cząsteczkowym w celu wytworzenia ozonu. Kwas azotowy może wytrącać się na ziemi, powodując kwaśne deszcze lub pozostając w smogu. Ze względu na bezpośrednią produkcję przez pojazdy, smog tworzy się w miastach.
Gorące dni oznaczają więcej smogu fotochemicznego, zwłaszcza w gęsto zaludnionych miastach, takich jak wspomniane powyżej. Wraz z pojawieniem się coraz większej liczby populacji miejskich na całym świecie, problem ten prawdopodobnie tylko wzrośnie w najbliższych latach.
Kompozycja
Tlenek azotu (NO) i dwutlenek azotu (NO 2) są emitowane ze spalania paliw kopalnych. Wraz z naturalnymi emisjami takimi jak wulkany i pożary lasów (to ogromne stężenie tych zanieczyszczeń w miastach jest najbardziej zatrważające, ponieważ emisje naturalne mają tendencję do rozprzestrzeniania się na większych obszarach). Po wystawieniu na działanie promieniowania ultrafioletowego, NO 2 przechodzi złożonej serii reakcji z węglowodorów w celu wytworzenia składników smogu fotochemicznego. Dokładniej są to mieszaniny ozonu, kwas azotowego, aldehydu, oraz innych zanieczyszczeń wtórnych.
NO2 i ozon nazywa się utleniaczami fotochemicznymi, ponieważ mogą one reagować i utleniać pewne związki w atmosferze lub w płucach człowieka, które nie są zwykle utlenione. Nawet niewielkie ślady tych chemikaliów mogą wpływać na drogi oddechowe ludzi i zwierząt oraz uszkadzać uprawy i drzewa.
Konsekwencje
Smog fotochemiczny ma wiele negatywnych skutków. W połączeniu z węglowodorami zawarte w nim chemikalia tworzą cząsteczki powodujące podrażnienie oka. Rodniki w powietrzu zakłócają cykl azotu, zapobiegając tym samym zniszczeniu ozonu w warstwie przyziemnej. Inne efekty to zmniejszenie widoczności i dolegliwości układu oddechowego.
Wytwarzany jest również ozon w warstwie przyziemnej, który ma różny wpływ na organizm ludzki.
Skąd większy smog zimą?
Zimowy smog powstaje głównie z powodu nadmiernego zużycia paliw kopalnych do ogrzewania domów i budynków. Zimowe fotochemiczne smogowe formy w ekstremalnych warunkach pogodowych, szczególnie w okresie zimy. Dzieje się tak dlatego, że w ekstremalnie niskich temperaturach, miasta, które mają wiele ogrzewanych domów, których właściciele nadmiernie używają węgla lub innych palnych materiałów, które generują znaczne ilości dymu i zanieczyszczeń.
Te zanieczyszczenia powietrza pojawiają się na niższych poziomach w atmosferze. Zimne i wilgotne powietrze zatrzymuje emisję przez dłuższy czas dzięki reakcjom chemicznym zachodzącym wolniej. Miasta zapełnione są otaczającymi je wysokimi elewacjami, w których występują silne opady śniegu, regularnie pojawia się smog.
