- ominaisuudet
- Joitakin troposfäärin reaktioita
- Primaariset ja toissijaiset ilman epäpuhtaudet
- Otsonin muodostuminen troposfäärissä
- Fotokemiallisen savusumun syyt
- Tupakoinnin vaikutukset
- Viitteet
Valokemiallisen savusumun on tiheä sumu muodostuu kemiallisten reaktioiden takia kaasujen polttomoottoreiden autojen. Näitä reaktioita välittää auringonvalo ja ne tapahtuvat troposfäärissä, ilmakehän kerroksessa, joka ulottuu 0–10 km maanpinnan yläpuolelle.
Sana savu on peräisin kahden sanan supistumisesta englannin kielellä: "fog", joka tarkoittaa sumua tai sumua, ja "savu", joka tarkoittaa savua. Sen käyttö alkoi 1950-luvulla Lontoon kaupungin kattavan utun kuvaamiseksi.
Kuva 1. Fotokemiallinen savusumu Salt Lake Cityssä, USA. Lähde: Eltiempo10, Wikimedia Commonsista
Päästöt ilmenevät kellertävänruskean-harmahtavana utuena, joka on peräisin ilmakehään hajaantuneista pienistä vesipisaroista, jotka sisältävät ilmansaasteiden välillä tapahtuvien reaktioiden kemiallisia tuotteita.
Tämä sameus on hyvin yleinen suurissa kaupungeissa johtuen korkeasta autojen keskittymisestä ja intensiivisestä ajoneuvoliikenteestä, mutta se on levinnyt myös koskemattomille alueille, kuten Yhdysvaltojen Arizonan osavaltion Grand Canyonille.
Hyvin usein savulla on ominainen epämiellyttävä haju johtuen eräistä tyypillisistä kaasumaisista kemiallisista komponenteista. Välituotteet ja reaktioiden lopulliset yhdisteet, jotka aiheuttavat savua, vaikuttavat vakavasti ihmisten terveyteen, eläimiin, kasveihin ja joihinkin materiaaleihin.
ominaisuudet
Joitakin troposfäärin reaktioita
Yksi maapallon ilmakehän tunnusomaisista piirteistä on sen hapettumiskyky johtuen siitä, että se sisältää diatomisen molekyylin happea (O 2) suuren suhteellisen määrän (noin 21% sen koostumuksesta).
Viime kädessä käytännöllisesti katsoen kaikki ilmakehään vapautuvat kaasut hapettuvat ilmassa kokonaan ja näiden hapettumisten lopputuotteet laskeutuvat maan pinnalle. Nämä hapetusprosessit ovat elintärkeitä ilman puhdistamiseksi ja puhdistamiseksi.
Ilman epäpuhtauksien välillä tapahtuvien kemiallisten reaktioiden mekanismit ovat hyvin monimutkaisia. Alla on yksinkertaistettu kuvaus niistä:
Primaariset ja toissijaiset ilman epäpuhtaudet
Automoottorien fossiilisten polttoaineiden palamisessa syntyvät kaasut sisältävät pääasiassa typpioksidia (NO), hiilimonoksidia (CO), hiilidioksidia (CO 2) ja haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC).
Näitä yhdisteitä kutsutaan ensisijaisiksi epäpuhtauksiksi, koska valon välittämien kemiallisten reaktioiden (fotokemialliset reaktiot) avulla ne tuottavat sarjan tuotteita, joita kutsutaan sekundaarisiksi epäpuhtauksiksi.
Pohjimmiltaan tärkeimmät sekundaariset epäpuhtaudet ovat typpidioksidi (NO 2) ja otsoni (O 3), jotka ovat kaasut, jotka vaikuttavat eniten savun muodostumiseen.
Otsonin muodostuminen troposfäärissä
Typpioksidia (NO) tuotetaan autojen moottoreissa reaktiolla ilman hapen ja typen välillä korkeissa lämpötiloissa:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), missä (g) tarkoittaa kaasumaisessa tilassa.
Typpioksidi, joka on vapautunut ilmakehään, hapetetaan typpidioksidiksi (NO 2):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 käy läpi fotokemiallisen hajoamisen, jota auringonvalo välittää:
NO 2 (g) + h (kevyt) → NO (g) + O (g)
Atomimuodossa oleva happi O on erittäin reaktiivinen laji, joka voi käynnistää monia reaktioita, kuten otsonin (O 3) muodostumisen:
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Stratosfäärin otsoni (ilmakehän kerros, joka on 10–50 km maanpinnan yläpuolella) toimii maapallon elämän suojakomponenttina, koska se imee aurinkoon tulevan korkeaenergisen ultraviolettisäteilyn; mutta maanpäällisessä troposfäärissä otsonilla on erittäin haitallisia vaikutuksia.
Kuva 2. Savu New Yorkissa. Lähde: Wikipedia Commons
Fotokemiallisen savusumun syyt
Muita otsonin muodostumisreittejä troposfäärissä ovat monimutkaiset reaktiot, joihin osallistuvat typen oksidit, hiilivedyt ja happi.
Yksi näissä reaktioissa muodostuvista kemiallisista yhdisteistä on peroksiasetyylinitraatti (PAN), joka on voimakas repäisyaine, joka aiheuttaa myös hengenahdistusta.
Haihtuvat orgaaniset yhdisteet eivät tule pelkästään hiilivedyistä, joita ei palata polttomoottoreissa, vaan myös useista lähteistä, kuten esimerkiksi liuottimien ja polttoaineiden haihtumisesta.
Nämä VOC-yhdisteet käyvät läpi myös monimutkaisia fotokemiallisia reaktioita, jotka ovat otsonin, typpihapon (HNO 3) ja osittain hapettuneiden orgaanisten yhdisteiden lähde.
VOCs + NO + O 2 + auringonvalo → Monimutkainen seos: HNO 3, O 3 ja erilaiset orgaaniset yhdisteet
Kaikki nämä orgaaniset yhdisteet, hapettumistuotteet (alkoholit ja karboksyylihapot) ovat myös haihtuvia ja niiden höyryt voivat tiivistyä pieniksi nestemäisiksi pisaroiksi, jotka jakautuvat ilmassa aerosolien muodossa, jotka sirottavat auringonvaloa ja vähentävät näkyvyyttä. Tällä tavalla troposfäärissä muodostuu eräänlainen verho tai sumu.
Tupakoinnin vaikutukset
Noen tai hiilen hiukkasia palamisessa, rikkitrioksidi (SO 2) ja sekundaarinen epäpuhtaus -sulfuric happo (H 2 SO 4) - ovat myös mukana tuotannon savusumun.
Troposfäärin otsoni reagoi C = C-kaksoissidosten kanssa keuhkokudoksissa, kasvi- ja eläinkudoksissa aiheuttaen vakavia vaurioita. Lisäksi otsoni voi vahingoittaa materiaaleja, kuten autojen renkaita, aiheuttaen halkeilua samoista syistä.
Fotokemiallinen savuke aiheuttaa vakavia hengitysvaikeuksia, yskäsoluja, nenän ja kurkun ärsytystä, hengityksen lyhentämistä, rintakipua, nuhaa, silmä-ärsytystä, keuhkojen toimintahäiriöitä, heikentyneen vastustuskyvyn hengityselinten tartuntatauteille, hengityselinten ennenaikaista ikääntymistä keuhkokudokset, vaikea keuhkoputkentulehdus, sydämen vajaatoiminta ja kuolema.
Kaupungeissa kuten New York, Lontoo, México, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Varsova, Praha, Stuttgart, Peking, Shanghai, Soul, Bangkok, Bombay, Kalkutta, Delhi, Jakarta, Kairo, Manila, Karachi, kutsutaan Megakaupungeissa fotokemiallisen savusumun kriittiset kriisitilanteet ovat olleet syynä hälytyksiin ja erityisiin toimenpiteisiin kiertämisen rajoittamiseksi.
Jotkut tutkijat ovat ilmoittaneet, että rikkidioksidin (SO 2) ja sulfaattien aiheuttama kontaminaatio vähentää vastustuskykyä rinta- ja paksusuolen syöpään väestössä, joka asuu pohjoisilla leveysasteilla.
Näiden tosiasioiden selittämiseksi ehdotettu mekanismi on, että savu, hajottamalla auringonvaloa troposfääriin, aiheuttaa käytettävissä olevan ultraviolettityypin B (UV-B) säteilyn vähentymisen, mikä on välttämätöntä D-vitamiinin biokemialliseen synteesiin. D-vitamiini toimii suojaavana aineena molempia syöpää vastaan.
Tällä tavoin voimme nähdä, että ylimääräinen korkeaenerginen ultraviolettisäteily on erittäin haitallista terveydelle, mutta myös UV-B-säteilyn puutteella on haitallisia vaikutuksia.
Viitteet
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU ja Ahmad, SR (2018). Savuanalyysi ja sen vaikutus ilmoitettuihin silmän pintatauteihin: Tapaustutkimus Lahorin vuoden 2016 savu-tapahtumasta. Ilmakehän ympäristö. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. et ai. (2018). Valokemiallinen atmosfäärimallinnus ilmansaasteiden kemiallisen kuljetusmallin (TAPM-CTM) avulla Ho Chi Minh Cityssä, Vietnamissa. Ympäristömallinnus ja arviointi. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G ja Holben, BN (1997). Aerosolien vaikutus ultraviolettivalonsäteilyyn ja fotokemiallisiin vaikutuksiin. Science. 278 (5339): 827 - 830. doi: 10.1126 / tiede.278.5339.827
- Hallquist, M., Munthe, J., Tao, MH, Chak, W., Chan, K., Gao, J., et ai. (2016) Fotokemiallinen savusumu Kiinassa: tieteelliset haasteet ja vaikutukset ilmanlaatupolitiikkaan. Kansallinen tiedekatsaus. 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. ja Wang, W.: Hapettumiskyky ja radikaali kemia Hongkongin ja Pearl Riverin suistoalueen saastuneessa ilmakehässä: vaikean fotokemiallisen savusumujakson analyysi, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.