- kenmerken
- Enkele reacties die optreden in de troposfeer
- Primaire en secundaire luchtverontreinigende stoffen
- Ozonvorming in de troposfeer
- Oorzaken van fotochemische smog
- Effecten van smog
- Referenties
De fotochemische smog is een dichte mist die wordt gevormd als gevolg van chemische reacties van gassen uit verbrandingsmotoren van auto's. Deze reacties worden gemedieerd door zonlicht en vinden plaats in de troposfeer, een laag van de atmosfeer die zich uitstrekt van 0 tot 10 km boven de grond.
Het woord smog komt van de samentrekking van twee woorden in de Engelse taal: «mist», wat mist of mist betekent, en «rook», wat rook betekent. Het gebruik ervan begon in de jaren vijftig om een waas aan te duiden die de stad Londen bedekte.
Figuur 1. Fotochemische smog in Salt Lake City, VS. Bron: Eltiempo10, van Wikimedia Commons
Smog manifesteert zich als een geelachtig-bruinachtig-grijsachtige waas, ontstaan door kleine druppels water verspreid in de atmosfeer, die de chemische producten bevatten van reacties die optreden tussen luchtverontreinigende stoffen.
Deze waas komt veel voor in grote steden vanwege de hoge concentratie van auto's en het intensere autoverkeer, maar heeft zich ook verspreid naar ongerepte gebieden, zoals de Grand Canyon in de staat Arizona, VS.
Heel vaak heeft smog een karakteristieke, onaangename geur vanwege de aanwezigheid van enkele typische gasvormige chemische componenten. De tussenproducten en de uiteindelijke verbindingen van de reacties die smog veroorzaken, hebben ernstige gevolgen voor de menselijke gezondheid, dieren, planten en sommige materialen.
kenmerken
Enkele reacties die optreden in de troposfeer
Een van de onderscheidende kenmerken van de atmosfeer van de planeet aarde is zijn oxiderende capaciteit, vanwege de grote relatieve hoeveelheid diatomische moleculaire zuurstof (O 2 ) die het bevat (ongeveer 21% van zijn samenstelling).
Uiteindelijk worden vrijwel alle gassen die in de atmosfeer worden uitgestoten, volledig in de lucht geoxideerd en worden de eindproducten van deze oxidaties op het aardoppervlak afgezet. Deze oxidatieprocessen zijn van vitaal belang om de lucht te reinigen en te ontsmetten.
De mechanismen van chemische reacties die optreden tussen luchtverontreinigende stoffen zijn erg complex. Hieronder vindt u een vereenvoudigde uiteenzetting ervan:
Primaire en secundaire luchtverontreinigende stoffen
De gassen die vrijkomen bij de verbranding van fossiele brandstoffen in automotoren bevatten voornamelijk stikstofmonoxide (NO), koolmonoxide (CO), kooldioxide (CO 2 ) en vluchtige organische stoffen (VOS).
Deze verbindingen worden primaire verontreinigende stoffen genoemd, omdat ze door chemische reacties die worden veroorzaakt door licht (fotochemische reacties) een reeks producten produceren die secundaire verontreinigende stoffen worden genoemd.
In wezen zijn de belangrijkste secundaire verontreinigende stoffen stikstofdioxide (NO 2 ) en ozon (O 3 ), de gassen die de meeste invloed hebben op de vorming van smog.
Ozonvorming in de troposfeer
Stikstofmonoxide (NO) wordt geproduceerd in automotoren door de reactie tussen zuurstof en stikstof in de lucht bij hoge temperaturen:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), waarbij (g) betekent in gasvormige toestand.
Stikstofmonoxide dat in de atmosfeer terechtkomt, wordt geoxideerd tot stikstofdioxide (NO 2 ):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 ondergaat fotochemische afbraak veroorzaakt door zonlicht:
NO 2 (g) + hγ (licht) → NO (g) + O (g)
Zuurstof O in atomaire vorm is een uiterst reactieve soort die vele reacties kan initiëren, zoals de vorming van ozon (O 3 ):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Ozon in de stratosfeer (laag van de atmosfeer tussen 10 km en 50 km boven het aardoppervlak) werkt als een beschermend onderdeel van het leven op aarde, aangezien het hoogenergetische ultraviolette straling absorbeert die van de zon komt; maar in de terrestrische troposfeer heeft ozon zeer schadelijke effecten.
Figuur 2. Smog in New York. Bron: Wikipedia Commons
Oorzaken van fotochemische smog
Andere wegen voor de vorming van ozon in de troposfeer zijn complexe reacties met stikstofoxiden, koolwaterstoffen en zuurstof.
Een van de chemische verbindingen die bij deze reacties worden gegenereerd, is peroxyacetylnitraat (PAN), een krachtig traanmiddel dat ook ademhalingsmoeilijkheden veroorzaakt.
Vluchtige organische stoffen komen niet alleen uit koolwaterstoffen die niet worden verbrand in verbrandingsmotoren, maar uit verschillende bronnen, zoals verdamping van onder meer oplosmiddelen en brandstoffen.
Deze VOS ondergaan ook complexe fotochemische reacties die een bron zijn van ozon, salpeterzuur (HNO 3 ) en gedeeltelijk geoxideerde organische verbindingen.
VOS + NO + O 2 + Zonlicht → Complex mengsel: HNO 3, O 3 en diverse organische verbindingen
Al deze organische verbindingen, oxidatieproducten (alcoholen en carbonzuren), zijn ook vluchtig en hun dampen kunnen condenseren tot kleine vloeistofdruppeltjes die in de lucht worden verspreid in de vorm van aerosolen, die zonlicht verstrooien en de zichtbaarheid verminderen. Op deze manier ontstaat er een soort sluier of mist in de troposfeer.
Effecten van smog
Roet- of koolstofdeeltjes geproduceerd door verbranding, zwavelzuuranhydride (SO 2 ) en de secundaire verontreinigende stof - zwavelzuur (H 2 SO 4 ) - zijn ook betrokken bij de productie van smog.
Ozon in de troposfeer reageert met de C = C dubbele bindingen in longweefsels, planten- en dierlijk weefsel en veroorzaakt ernstige schade. Bovendien kan ozon materialen zoals autobanden beschadigen en om dezelfde redenen barsten veroorzaken.
Fotochemische smog is de oorzaak van ernstige ademhalingsproblemen, hoestbuien, irritatie van neus en keel, kortere ademhaling, pijn op de borst, rhinitis, oogirritatie, longstoornissen, verminderde weerstand tegen het oplopen van respiratoire infectieziekten, vroegtijdige veroudering van longweefsel, ernstige bronchitis, hartfalen en overlijden.
In steden als New York, Londen, Mexico City, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Warschau, Praag, Stuttgart, Peking, Shanghai, Seoul, Bangkok, Bombay, Calcutta, Delhi, Jakarta, Caïro, Manilla, Karachi, genaamd In megasteden waren piekperioden van fotochemische smog aanleiding tot alarm en speciale maatregelen om de circulatie te beperken.
Sommige onderzoekers hebben gemeld dat de verontreiniging veroorzaakt door zwaveldioxide (SO 2 ) en sulfaten een afname van de weerstand tegen het oplopen van borst- en darmkanker veroorzaakt bij populaties die op de noordelijke breedtegraden wonen.
Het mechanisme dat wordt voorgesteld om deze feiten te verklaren, is dat smog, door het invallende zonlicht op de troposfeer te verstrooien, een afname veroorzaakt van de beschikbare ultraviolette type B (UV-B) straling, wat nodig is voor de biochemische synthese van vitamine D Vitamine D werkt als een beschermend middel tegen beide soorten kanker.
Op deze manier kunnen we zien dat een teveel aan hoogenergetische ultraviolette straling zeer schadelijk is voor de gezondheid, maar ook het tekort aan UV-B straling heeft schadelijke effecten.
Referenties
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU en Ahmad, SR (2018). Smoganalyse en het effect ervan op gerapporteerde oogoppervlakziekten: een casestudy van 2016 smoggebeurtenis in Lahore. Atmosferische omgeving. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. et al. (2018). Fotochemische smogmodellering met behulp van het Air Pollution Chemical Transport Model (TAPM-CTM) in Ho Chi Minh City, Vietnam, milieumodellering en -beoordeling. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G en Holben, BN (1997). De impact van aërosolen op ultraviolette straling van de zon en fotochemische smog. Wetenschap. 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) Fotochemische smog in China: wetenschappelijke uitdagingen en implicaties voor luchtkwaliteitsbeleid. National Science Review. 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., en Wang, W.: Oxidatieve capaciteit en radicale chemie in de vervuilde atmosfeer van Hong Kong en Pearl River Delta-regio: analyse van een ernstige fotochemische smog-episode, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.