- Eigenschaften
- Einige Reaktionen, die in der Troposphäre auftreten
- Primäre und sekundäre Luftschadstoffe
- Ozonbildung in der Troposphäre
- Ursachen von photochemischem Smog
- Auswirkungen von Smog
- Verweise
Der photochemische Smog ist ein dichter Nebel, der durch chemische Reaktionen von Gasen aus Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen gebildet wird. Diese Reaktionen werden durch Sonnenlicht vermittelt und treten in der Troposphäre auf, einer Schicht der Atmosphäre, die sich von 0 bis 10 km über dem Boden erstreckt.
Das Wort Smog stammt aus der Kontraktion von zwei Wörtern in der englischen Sprache: «Nebel», was Nebel oder Nebel bedeutet, und «Rauch», was Rauch bedeutet. Seine Verwendung begann in den 1950er Jahren, um einen Dunst zu bezeichnen, der die Stadt London bedeckte.
Abbildung 1. Photochemischer Smog in Salt Lake City, USA. Quelle: Eltiempo10, aus Wikimedia Commons
Smog manifestiert sich als gelblich-bräunlich-grauer Dunst, der durch kleine Wassertropfen in der Atmosphäre entsteht, die die chemischen Produkte von Reaktionen enthalten, die zwischen Luftschadstoffen auftreten.
Dieser Dunst ist in Großstädten aufgrund der hohen Konzentration von Autos und des intensiveren Fahrzeugverkehrs sehr häufig, hat sich aber auch auf unberührte Gebiete wie den Grand Canyon im US-Bundesstaat Arizona ausgeweitet.
Sehr oft hat Smog aufgrund des Vorhandenseins einiger typischer gasförmiger chemischer Komponenten einen charakteristischen, unangenehmen Geruch. Die Zwischenprodukte und die Endverbindungen der Reaktionen, die Smog verursachen, beeinträchtigen die menschliche Gesundheit, Tiere, Pflanzen und einige Materialien erheblich.
Eigenschaften
Einige Reaktionen, die in der Troposphäre auftreten
Eines der charakteristischen Merkmale der Erdatmosphäre des Planeten ist seine Oxidationskapazität aufgrund der großen relativen Menge an zweiatomigem molekularem Sauerstoff (O 2 ), die er enthält (ungefähr 21% seiner Zusammensetzung).
Letztendlich werden praktisch alle in die Atmosphäre emittierten Gase in der Luft vollständig oxidiert, und die Endprodukte dieser Oxidationen lagern sich auf der Erdoberfläche ab. Diese Oxidationsprozesse sind für die Reinigung und Dekontamination der Luft von entscheidender Bedeutung.
Die Mechanismen chemischer Reaktionen zwischen Luftschadstoffen sind sehr komplex. Nachfolgend finden Sie eine vereinfachte Darstellung:
Primäre und sekundäre Luftschadstoffe
Die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in Automotoren freigesetzten Gase enthalten hauptsächlich Stickoxid (NO), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO 2 ) und flüchtige organische Verbindungen (VOC).
Diese Verbindungen werden als Primärschadstoffe bezeichnet, da sie durch durch Licht vermittelte chemische Reaktionen (photochemische Reaktionen) eine Reihe von Produkten erzeugen, die als Sekundärschadstoffe bezeichnet werden.
Grundsätzlich sind die wichtigsten sekundären Schadstoffe Stickstoffdioxid (NO 2 ) und Ozon (O 3 ), die die Bildung von Smog am meisten beeinflussen.
Ozonbildung in der Troposphäre
Stickstoffmonoxid (NO) entsteht in Automotoren durch die Reaktion zwischen Sauerstoff und Stickstoff in der Luft bei hohen Temperaturen:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), wobei (g) im gasförmigen Zustand bedeutet.
Einmal in die Atmosphäre freigesetztes Stickoxid wird zu Stickstoffdioxid (NO 2 ) oxidiert :
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 wird durch Sonnenlicht photochemisch zersetzt:
NO 2 (g) + h & ggr; (Licht) → NO (g) + O (g)
Sauerstoff O in atomarer Form ist eine äußerst reaktive Spezies, die viele Reaktionen wie die Bildung von Ozon (O 3 ) auslösen kann :
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Ozon in der Stratosphäre (Schicht der Atmosphäre zwischen 10 km und 50 km über der Erdoberfläche) wirkt als Schutzkomponente des Lebens auf der Erde, da es energiereiche ultraviolette Strahlung der Sonne absorbiert. In der terrestrischen Troposphäre hat Ozon jedoch sehr schädliche Auswirkungen.
Abbildung 2. Smog in New York. Quelle: Wikipedia Commons
Ursachen von photochemischem Smog
Andere Wege zur Bildung von Ozon in der Troposphäre sind komplexe Reaktionen, an denen Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff beteiligt sind.
Eine der bei diesen Reaktionen entstehenden chemischen Verbindungen ist Peroxyacetylnitrat (PAN), ein starkes Tränenmittel, das auch Atembeschwerden verursacht.
Flüchtige organische Verbindungen stammen nicht nur aus Kohlenwasserstoffen, die nicht in Verbrennungsmotoren verbrannt werden, sondern auch aus verschiedenen Quellen, wie z. B. der Verdampfung von Lösungsmitteln und Kraftstoffen.
Diese VOCs unterliegen auch komplexen photochemischen Reaktionen, die eine Quelle für Ozon, Salpetersäure (HNO 3 ) und teilweise oxidierte organische Verbindungen darstellen.
VOCs + NO + O 2 + Sonnenlicht → Komplexe Mischung: HNO 3, O 3 und verschiedene organische Verbindungen
Alle diese organischen Verbindungen, Oxidationsprodukte (Alkohole und Carbonsäuren), sind ebenfalls flüchtig und ihre Dämpfe können zu winzigen Flüssigkeitströpfchen kondensieren, die in Form von Aerosolen in der Luft verteilt sind, die das Sonnenlicht streuen und die Sichtbarkeit verringern. Auf diese Weise entsteht in der Troposphäre eine Art Schleier oder Nebel.
Auswirkungen von Smog
Durch Verbrennung entstehende Ruß- oder Kohlenstoffpartikel, Schwefelsäureanhydrid (SO 2 ) und der sekundäre Schadstoff Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) sind ebenfalls an der Smogproduktion beteiligt.
Ozon in der Troposphäre reagiert mit den C = C-Doppelbindungen in Lungengeweben, pflanzlichen und tierischen Geweben und verursacht schwere Schäden. Darüber hinaus kann Ozon Materialien wie Autoreifen beschädigen und aus den gleichen Gründen Risse verursachen.
Photochemischer Smog ist die Ursache für schwere Atemprobleme, Hustenanfälle, Nasen- und Rachenreizungen, kürzere Atmung, Brustschmerzen, Rhinitis, Augenreizungen, Lungenfunktionsstörungen, verminderte Resistenz gegen Infektionskrankheiten der Atemwege, vorzeitiges Altern von Lungengewebe, schwere Bronchitis, Herzinsuffizienz und Tod.
In Städten wie New York, London, Mexiko-Stadt, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Warschau, Prag, Stuttgart, Peking, Shanghai, Seoul, Bangkok, Bombay, Kalkutta, Delhi, Jakarta, Kairo, Manila, Karatschi, genannt In Megastädten haben kritische Spitzenphasen von photochemischem Smog Alarm ausgelöst und besondere Maßnahmen zur Einschränkung der Zirkulation ergriffen.
Einige Forscher haben berichtet, dass die durch Schwefeldioxid (SO 2 ) und Sulfate verursachte Kontamination in Populationen, die in den nördlichen Breiten leben, zu einer Verringerung der Resistenz gegen Brust- und Darmkrebs führt.
Der vorgeschlagene Mechanismus zur Erklärung dieser Tatsachen besteht darin, dass Smog durch Streuung des einfallenden Sonnenlichts auf die Troposphäre eine Abnahme der verfügbaren ultravioletten Typ B (UV-B) -Strahlung verursacht, die für die biochemische Synthese von Vitamin D erforderlich ist Vitamin D wirkt als Schutzmittel gegen beide Krebsarten.
Auf diese Weise können wir sehen, dass ein Überschuss an hochenergetischer ultravioletter Strahlung sehr gesundheitsschädlich ist, aber auch der Mangel an UV-B-Strahlung schädliche Auswirkungen hat.
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