Через що утворюється зміг. Фотохімічні тумани чи смог. Сонячне світло як фактор ризику

ЗМІГ– аерозоль, що складається з диму, туману та пилу. Англійське слово smog - похідне від smoke - дим і fog - туман. Саме мешканці англійської столиці першими зіштовхнулися із проблемами, пов'язаними із забрудненням міського повітря.

У Лондоні вугілля палили з 13 ст. Містяни відчували занепокоєння через відчутний запах - вважали, що він може викликати різні захворювання.

При повному згорянні викопного палива (вугілля або вуглеводнів) утворюються досить нешкідливі продукти – діоксид вуглецю та вода, проте в умовах нестачі кисню утворюється отруйний монооксид вуглецю. Якщо кисню ще менше, серед продуктів згоряння утворюється вуглець (у вигляді сажі). При низьких температурах і малій кількості кисню руйнування вуглеводнів може супроводжуватися їх ізомеризацією та поліконденсацією, що призводять до утворення поліциклічних ароматичних вуглеводнів, у тому числі бензопірену, що має канцерогенні властивості.

Забруднення повітря можуть викликати і домішки, що входять до складу палива, в першу чергу, з'єднання сірки. Її вміст у деяких вугіллі може досягати 6%. При спалюванні такого палива утворюється діоксид сірки. Розчиняючись у крапельках води, що конденсуються навколо частинок диму, діоксид сірки суттєво знижує її рН. "Кислотний туман" небезпечний для здоров'я; він надає шкідливий вплив на рослини та тварин, викликає руйнування металів та будівельних матеріалів.

Сажа та діоксид сірки, що утворюються безпосередньо при спалюванні палива, є первинними забруднювачами повітря. В умовах вогкості та туману, характерних для зимового Лондона, вони стали причинами тривалих смогів, що призводять до зростання легеневих захворювань. Згодом зміг став звичайним явищем і в інших великих містах та промислових центрах.

Розподіл забруднень у повітрі великою мірою залежить від погодних та кліматичних явищ. Вітри збільшують швидкість розсіювання та перемішування, а повітряні потоки, спрямовані від землі, виносять забруднення у верхні шари атмосфери. Однак можуть виникнути умови, за яких атмосферні шари стають дуже стабільними. Тоді забруднення, замість переміщатися у верхні шари атмосфери, залишаються поблизу поверхні землі. Незвичайний стан атмосфери, при якому температура повітря в тропосфері не зменшується з висотою, називають інверсією. Це призводить до того, що холодніше повітря розташовується нижче теплішого, і не може піднятися вгору і розсіятися в атмосфері. Під «дахом» із теплого повітря забруднення накопичуються у таких великих кількостях, що стають небезпечними для здоров'я.

Найпершим із офіційно зареєстрованих випадків забруднення атмосфери, що мали серйозні наслідки, став зміг у м. Донора (США) у 1948. Протягом 36 годин було зареєстровано два десятки смертей, сотні жителів відчували себе дуже погано. Через чотири роки в грудні 1952 р. ще більш трагічний випадок стався в Лондоні. Через забруднення, що скупчилися в повітрі, за п'ять днів загинуло понад 4000 людей. Хоча в наступні роки сильний зміг у Лондоні та інших містах спостерігався неодноразово, таких катастрофічних наслідків, на щастя, більше не було.

Перехід від вугілля до вуглеводневих палив зменшив небезпеку забруднення повітря частинками сажі. Однак з'явилися нові види забруднення як первинного, так і вторинного, що виникає в результаті реакцій первинних забруднювачів з незгорілим паливом і киснем повітря. Хімічні реакції, що призводять до утворення вторинних забруднювачів, найбільш ефективно протікають при сонячному світлі, тому забруднення повітря, що виникає, отримало назву фотохімічного смогу. Він був уперше відзначений у Лос-Анджелесі (США) у роки Другої світової війни. Появу фотохімічного смогу пов'язують із бурхливим розвитком автомобільного транспорту.

В умовах високої температури, при якій відбувається спалювання палива у двигуні автомобіля, починається взаємодія між киснем та азотом, що входять до складу атмосферного повітря. Атомарний кисень, що утворюється при дисоціації молекул кисню, здатний розщепити молекулу порівняно інертного азоту, ініціюючи ланцюгову реакцію:

O + N 2 = NO + N

N + O 2 = NO + O

В результаті вихлопних газах з'являється монооксид азоту, який, потрапивши в атмосферу, окислюється киснем повітря, перетворюючись на діоксид азоту. Бурий діоксид азоту є фотохімічно активним. Поглинаючи світло, він дисоціює:

Таким чином, у повітрі з'являється реакційний атом кисню, який може вступати в реакції з утворенням озону:

Присутність озону – найбільш характерна ознака фотохімічного смогу. Він утворюється при згорянні палива, а є вторинним забруднювачем. Маючи найсильніші окислювальні властивості, озон надає шкідливу дію на здоров'я людей і руйнує багато матеріалів, в першу чергу, гуму.

Крім того, у фотохімічному смозі протікають реакції між оксидами азоту і незгорілими органічними сполуками. Серед продуктів таких реакцій є чимало канцерогенних речовин.

Відмінності між «вологим смогом», викликаним спалюванням вугілля в Лондоні, та «сухими смогом», зумовленим автомобільними вихлопами в Лос-Анджелесі, наведено в таблиці.

Порівняння змог Лос-Анджелеса та Лондона

ПОРІВНЯННЯ СМОГІВ ЛОС-АНДЖЕЛЕСА І ЛОНДОНУ
Характеристика	Лос Анджелес	Лондон
Температура повітря	Від 24 до 32 ° С	Від -1 до 4 ° С
Відносна вологість	<70%	85% (+ туман)
Інверсія температури	На висоті 1000 м	На висоті кількох сотень метрів
Швидкість вітру	< 3м/с	Безвітряно
Видимість	<0,8–1,6 км	<30 м
Місяці найчастішої появи	Серпень вересень	Грудень січень
Основні палива	Бензин	Вугілля (і бензин)
Основні складові	O 3 , NO, NO 2 , CO, органічні речовини	Дрібні частинки, СО, сполуки сірки
Тип хімічних реакцій	Окислення	Відновлення
Час максимального згущення	Опівдні	Рано-вранці
Основний вплив на здоров'я	Роздратування очей, порушення дихання	Роздратування дихальних шляхів
Найбільш пошкоджені матеріали	Гума	Залізо, бетон

У великих містах нашої країни ще три десятки років тому автомобілі були основним джерелом забруднення атмосфери. Наразі екологічні проблеми автотранспорту у великих російських містах стали серйозною проблемою. Так, автомобільні вихлопи у Москві та Санкт-Петербурзі обчислюються сотнями тисяч тонн на рік. Автотранспорт впевнено вийшов на перше місце серед інших джерел забруднення повітря. Тому в Москві, Петербурзі та інших великих містах зміг стає частим гостем, особливо в безвітряну погоду.

Для запобігання смогу необхідно удосконалювати двигуни автомобілів та ефективно очищати вихлопні гази. Кількість монооксиду вуглецю, що утворюється в автомобільних двигунах, можна зменшити, допалюючи до менш небезпечного діоксиду вуглецю. Підвищення частки повітря в горючій суміші сприяє зменшенню викиду не тільки СО, але й вуглеводнів, що не згоріли. Найбільш ефективними виявилися каталітичні перетворювачі, в яких монооксид вуглецю і вуглеводні, що не згоріли, окислюються до діоксиду вуглецю і води, а оксиди азоту відновлюються до молекулярного азоту. На жаль, каталітичні допалювачі не можна використовувати у разі заправки автомобіля етилованим бензином. Такий бензин містить сполуки свинцю, що незворотно отруюють каталізатор. На жаль, у нашій країні етилований бензин ще широко використовується.

Щоб зменшити викиди діоксиду сірки, з нафти попередньо видаляють з'єднання сірки, а димові гази, що відходять, додатково очищають. Потрапляння з'єднань сірки в атмосферу можна зменшити і за рахунок спалювання твердого палива в киплячому шарі. Викиди твердих частинок тепловими електростанціями знижують, застосовуючи електрофільтри або повітряні повітряні фільтри.

У деяких містах, у тому числі й у Москві, велику роль у запобіганні смогу є боротьба з лісовими та торф'яними пожежами в навколишніх лісах, які також провокують виникнення стійкого забруднення міського повітря.

На жаль, успіхи у боротьбі з окремими видами забруднення повітря поки що не призвели до зникнення змог. Так, зниження шкідливих викидів у вихлопних газах автомобілів на одиницю пробігу компенсується швидким зростанням кількості автотранспорту, тому загальний рівень забруднення не зменшується. Очевидно, що зміг ще довгий час залишатиметься серйозною проблемою для мешканців багатьох великих міст.

Олена Савінкіна

Ну, як же! Усі знають Смогу!

Цього хитромудрого і граціозного гіганта, що спалив околиці Есгарота і мало не прикінчив бідолаху Більбо. Його ім'я виникло з синтезу англійського слова smoke – «дим» – та давньослов'янського smok – дракон.

Хм. Ви вважаєте, що мова зовсім не про Змогу, а про змогу? А й справді - це більш сучасна проблема.

Що таке зміг

Смог - вкрай сильне забруднення повітря відходами промислового виробництва(хімічними речовинами або крихітними частинками кіптяви).

За визначенням, це є результатом діяльності людини. Якщо подібне забруднення сталося внаслідок природного катаклізму, воно називається «мгла». Так-так, та сама, що густішала над Середзем'ям.

Англійці люблять грати словами. Неприємне явище вони назвали, скомбінувавши слова smoke (його ми вже знаємо) та fog – туман. Російською виходить «диман» або «тудим».

Довгий часв епоху промислової революції винуватцем смогу було вугілля,широко використовувався як паливо. В атмосферу спрямовувалися кіптяву і діоксид сірки,формують над містом клуби диму.

Однак до середини минулого століття прогрес призвів людство до створення ще шкідливіших речовин, і вчені заговорили про нову напасть.

Фотохімічний смог - туман пекла

Вперше це явище описано в 50-ті роки в Каліфорнії вченим-хіміком голландським Ар'є Хаагеном-Смітом. Він зрозумів, що речовини у повітрі не тільки механічно змішуються, а й вступають у хімічні реакції, утворюючи нові сполуки.

Основні компоненти цього аеробульйону - гази та аерозолі:

леткі сполуки органічної природи (пари продуктів нафтопереробки (гас, бензин), розчинників, інсектицидів);
сполуки азоту та сірки (оксиди, пероксиди);
озон.

Головна проблема виникає під дією сонячного випромінювання.

Етапипроцесу такі:

Ультрафіолет переводить електрони молекул кисню (озону та оксидів) у збуджений стан.
Цим він значно прискорює реакцію окислення розпорошених у повітрі органічних сполук.
В результаті окислення ці речовини стають ще шкідливішими для навколишнього середовища.

Оскільки ультрафіолетове випромінювання – основний пусковий фактор, для утворення фотохімічного смогу потрібна безвітряна та ясна погода.Особливо йому схильні великі міста, що лежать у улоговинах і оточені горами.

Найбільше страждають країни з розвиненою промисловістю та транспортом: всі північноамериканські держави, Японія, .

У чому ж шкода

Зміг викликає подразнення слизових оболонокрота, носа, очей, кон'юнктивіт, алергічні реакції, загострення хронічних захворювань(бронхіальної астми, псоріазу та ін.), знижує імунітет. Може спричинити гострі отруєння. Можливо, провокує онкозахворювання.

Подібні хвороби виникають і у тварин,причому чим менше (розмірами та віком) істота, тим вища для нього небезпека.

Порушується життя рослин, особливо погано його переносять виноград, злакові, бобові, буряки та кімнатні рослини.

Пошкоджуються міські об'єкти: швидше іржавіє метал, тріскаються гума та фарба.Псуються синтетичні волокна (отже, одяг, спецкостюми).

А це Пітер. Смогу немає!

СМОГ- це суміш оксиду азоту та летких органічних сполук, що забруднюють повітря, яким ми дихаємо. А в поєднанні із сонячним світлом, ця суміш бере участь у формуванні озонового шару. Як писалося раніше, озон може бути як корисним, так і шкідливим. Залежно від висоти, де він утворюється.

Як СМОГ отримав свою назву?

Термін «ЗМОГ» вперше з'явився в Лондоні на початку 1900 р., використовувався для опису комбінації з диму та туману, що часто застилало місто. Згідно з декількома джерелами, цей термін ввів в обіг доктор Генрі Антуан де Вукс у своїй статті «Туман і дим», яку він представив на засіданні присвяченому громадській охороні здоров'я в липні 1905 року.

Те, що описував лікар, це була суміш диму та діоксиду сірки, що з'являється в результаті спалювання великої кількості вугілля, що використовується для обігріву будинків.

У наш час СМОГ- це комбінація з оксиду азоту та інших забруднювачів.

Що є причиною СМОГу?

Джерел для формування СМОГу велика кількість. До них відносяться вихлопні гази автомобілів, відпрацьовані гази електростанцій і заводів, побутові товари (лак для волосся, фарба, хімічні розчинники). У великих містах головною причиною СМОГу є вихлопні гази автомобілів.

Погіршити СМОГ можуть і погодні умови, такі як високі температури повітря та безвітря. У сонячні дні СМОГ стає густішим, опускається нижче землі і може триматися кілька днів. Тому в літні дні люди намагаються залишити великі міста. Бувають випадки, коли СМОГ з'являється далеко від вогнища забруднення, вся річ у тому, що вітер може переносити забруднене повітря на великі відстані.

Де частіше зустрічається СМОГ?

СМОГ існує у всіх великих містах світу, від Мехіко до Пекіна. У США зміг зустрічатися на більшій частині Каліфорнії, від Сан-Франциско до Сан-Дієго, у Вашингтоні, штат Колумбія на півдні штату Мен. У Росії на території міст Москва, Єкатеринбург і Норильськ.

Які наслідки СМОГу?

ЗМІГ складається з великої кількості забруднювачів, шкідливих для здоров'я людини. Він небезпечний для тварин та рослин. У людей СМОГ може спричинити (або посилити) астму, хронічні бронхіти, емфізему легень, а також подразнення очей та зниження імунітету.

СМОГ може завдати матеріальної шкоди, якщо з її причини загинуть посіви культурних рослин.

Хто наражається на більший ризик?

Кожен, хто воліє заняття спортом на вулиці, наражається на ризик, особливо у великих містах. Займаючись спортом, людина дихає частіше та глибше, що дозволяє забрудненому повітрі потрапити глибоко у легені;

Діти, що грають на вулиці. Особливо це небезпечно в літні канікули, коли СМОГ дуже густий. У дитини можуть виникнути респіраторні захворювання;

Люди із захворюваннями дихальних шляхів. Забруднене повітря ускладнює наявні хвороби;

Чутливі до озону та забруднення люди;

Літні люди із ослабленою імунною системою.

Як розпізнати СМОГ?

Взагалі зміг є видимою формою забруднення, і якщо у вашому місті з'явиться СМОГ, ви його побачите. Виглядає він як щільний серпанок. Його легко виявити, якщо у сонячний день подивитися у бік горизонту.

Крім того, більшість міст вимірюють концентрацію забруднюючих речовин у повітрі та надають публічні звіти.

Якість повітря вимірюється за допомогою загальнонаціональної системи моніторингу з використанням показника ІКВ, який варіюється від 0 до 500 одиниць. Чим вище показник ІКВ, тим гірша ситуація в цьому місці.

аерозоль, що складається з диму, туману та пилу. Англійське слово "smog" - похідне від "smoke" - дим і "fog" - туман. Саме мешканці англійської столиці першими зіштовхнулися із проблемами, пов'язаними із забрудненням міського повітря.

У Лондоні вугілля палили з 13 ст. Містяни відчували занепокоєння через відчутний запах вважали, що він може викликати різні захворювання.

При повному згорянні викопного палива (вугілля або вуглеводнів) утворюються досить нешкідливі продукти діоксид вуглецю і вода, проте в умовах нестачі кисню утворюється отруйний монооксид вуглецю. Якщо кисню ще менше, серед продуктів згоряння утворюється вуглець (у вигляді сажі). При низьких температурах і малій кількості кисню руйнування вуглеводнів може супроводжуватися їх ізомеризацією та поліконденсацією, що призводять до утворення поліциклічних ароматичних вуглеводнів, у тому числі бензопірену, що має канцерогенні властивості.

O + N 2 = NO + N

N + O 2 = NO + O

Таким чином, у повітрі з'являється реакційний атом кисню, який може вступати в реакції з утворенням озону:

Присутність озону - найбільш характерна ознака фотохімічного смогу. Він утворюється при згорянні палива, а є вторинним забруднювачем. Маючи найсильніші окислювальні властивості, озон надає шкідливу дію на здоров'я людей і руйнує багато матеріалів, в першу чергу, гуму.

ПОРІВНЯННЯ ЗМОГІВ ЛОС-АНДЖЕЛЕСА І ЛОНДОНУ
Характеристика	Лос Анджелес	Лондон
Температура повітря	Від 24 до 32 ° С	Від -1 до 4 ° С
Відносна вологість	<70%	85% (+ туман)
Інверсія температури	На висоті 1000 м	На висоті кількох сотень метрів
Швидкість вітру	< 3м/с	Безвітряно
Видимість	<0,8–1,6 км	<30 м
Місяці найчастішої появи	Серпень вересень	Грудень січень
Основні палива	Бензин	Вугілля (і бензин)
Основні складові	O 3 , NO, NO 2 , CO, органічні речовини	Дрібні частинки, СО, сполуки сірки
Тип хімічних реакцій	Окислення	Відновлення
Час максимального згущення	Опівдні	Рано-вранці
Основний вплив на здоров'я	Роздратування очей, порушення дихання	Роздратування дихальних шляхів
Найбільш пошкоджені матеріали	Гума	Залізо, бетон

Олена Савінкіна

Опаловський А.А. Планета Земля очима хіміка. М., Наука, 1990
Ревель П., Ревель Ч. Середовище нашого проживання. У чотирьох книгах (переклад з англ.). М., Світ, 1995
Хімія та суспільство(Переклад з англ.). М., Світ, 1995
Добровольський В.В. Основи біогеохімії. Навч. посібник для геогр., біол., геол., с.-г. спец. вишів. М., Вищ. шк., 1998
Андруз Дж., Брімблекумб П., Джікелз Т., Лісс П. Введення в хімію довкілля(Переклад з англ.) М., Світ, 1999

Хімічні реакції, що відбуваються у повітрі, призводять до виникнення димчастих туманів з частинками пилу, вихлопними газами, димом, кіптявою. Ця задушлива суміш вологого повітря називається смогом(від англ. smoke - дим, курити, диміти, коптити), або фотохімічним туманом. До складу основних компонентів цієї суміші газів та аерозольних частинок первинного та вторинного походження входять озон, оксиди азоту та сірки, численні органічні сполуки перекисної природи, які називаються у сукупності фотооксидантами.

Фотохімічний смог, вперше помічений у 1940р. у Лос-Анджелесі. Зміг виникає в промислових містах, внаслідок фотохімічних реакцій за певних умов: наявності в атмосфері високої концентрації оксидів азоту, вуглеводнів та інших забруднювачів, інтенсивної сонячної радіації та безвітря або дуже слабкого обміну повітря в приземному шарі за потужної та протягом не менше доби підвищеної інверсії . Стійка безвітряна погода, що зазвичай супроводжується інверсіями, необхідна для створення високої концентрації реагуючих речовин. Такі умови створюються частіше у червні-вересні та рідше взимку. За тривалої ясної погоди сонячна радіація викликає розщеплення молекул діоксиду азоту з утворенням оксиду азоту та атомарного кисню. Атомарний кисень із молекулярним киснем дають озон. Здавалося б, останній, окислюючи оксид азоту, повинен знову перетворюватися на молекулярний кисень, а оксид азоту - на діоксид. Але це не відбувається. Оксид азоту вступає в реакції з олефінами вихлопних газів, які при цьому розщеплюються по подвійному зв'язку і утворюють уламки молекул і надлишок озону. В результаті дисоціації, що продовжується, нові маси діоксиду азоту розщеплюються і дають додаткові кількості озону. Виникає циклічна реакція, у результаті у атмосфері поступово накопичується озон. Цей процес у нічний час припиняється. У свою чергу, озон вступає в реакцію з олефінами. В атмосфері концентруються різні перекису, які у сумі та утворюють характерні для фотохімічного туману оксиданти. Останні є джерелом про вільних радикалів, що відрізняються особливою реакційною здатністю.

Умови виникнення смогу:

· велика кількість пилу та газів, які міста викидають у повітря; зміг фотохімічний туман промисловий
· Тривале існування антициклонів, коли забруднювачі накопичуються в приземних шарах атмосфери.

Типи смогу:

Вологий смог лондонського типу- поєднання туману з домішкою диму та газових відходів виробництва.

Крижаний зміг аляскинського типу- зміг, що утворюється при низьких температурах із пари опалювальних систем та побутових газових викидів.

Радіаційний туман- туман, що з'являється в результаті радіаційного охолодження земної поверхні та маси вологого повітря до точки роси.

Зазвичай радіаційний туман виникає вночі в умовах антициклону за безхмарної погоди та легкого бризу.

Часто радіаційний туман виникає за умов температурної інверсії, що перешкоджає підйому повітряної маси.

У промислових районах може виникнути крайня форма радіаційного туману – зміг.

Сухий зміг лос-анджелеського типу- зміг, що виникає внаслідок фотохімічних реакцій, що відбуваються у газових викидах під дією сонячної радіації; стійка синювата серпанок з їдких газів без туману.

Фотохімічний зміг- Зміг, основною причиною виникнення якого вважаються автомобільні вихлопи.

Автомобільні вихлопні гази та забруднюючі викиди підприємств в умовах інверсії температури вступають у хімічну реакцію із сонячним випромінюванням, утворюючи озон.

Фотохімічний зміг може викликати ураження дихальних шляхів, блювання, подразнення слизової оболонки очей та загальну млявість. У ряді випадків у фотохімічному смозі можуть бути сполуки азоту, які підвищують ймовірність виникнення ракових захворювань.

Раніше вважалося, що це – біда переважно столиці Великобританії через часті лондонські тумани. Однак зараз від смогу нерідко задихаються мешканці Мехіко, Риму, Парижа, Москви, Парижа, Лос-Анджелеса, Нью-Йорка та інших міст Європи та Америки. За своїм фізіологічним впливом на організм людини вони вкрай небезпечні для дихальної та кровоносної системи і часто бувають причиною передчасної смерті жителів міста з ослабленим здоров'ям.

Всесвітня організація охорони здоров'япри ООН (ВООЗ) встановила гранично допустиму концентрацію - 120 частин на 1млрд, хоча ця цифра часто перевищується, а Каліфорнії досягає пікових значень - 600 частин на 1млрд. Вміст 300 частин на 1млрд достатньо, щоб викликати подразнення очей та слизових оболонок гортані та носоглотки. У той самий час навіть менші концентрації здатні серйозно нашкодити плодам цитрусових дерев.