Hvordan opstår fotokemisk smog?

Den brune haze, der undertiden tæpper byområder i bjergbassiner, er kendt som smog, men det er ikke røg og tåge, som navnet antyder. Det er en kombination af kemikalier produceret af interaktionen mellem emissioner fra forbrænding af fossile brændstoffer og sollys. I modsætning til klassisk smog påvirker fotokemisk smog folk i varme, solrige klimaer, og selv om det ikke har produceret nogen massakastrofer, der kan sammenlignes med Great Smog fra 1952, er det stadig farligt.

Kilde til fotokemisk smog

Hovedparten af ​​fossile brændstofemissioner, der producerer fotokemisk smog, kommer fra kraftværker, der brænder kul, olie og naturgas og fra biler og lastbiler, der brænder benzin. De primære forurenende stoffer i disse emissioner er nitrogenoxider og flygtige organiske forbindelser, hvoraf der er flere sorter. Nitrogenoxider gennemgår en række reaktioner i nærværelse af sollys, der producerer ozon, hvilket er et stærkt ætsende kemikalie. I den øvre stratosfære udfører ozon det fordelagtige arbejde med at filtrere ultraviolet sollys, men nær jorden er det et forurenende stof. Det forårsager åndedræts- og øjenproblemer, beskadiger gummi og plast og nedsætter plantens vækst.

Fra nitrogenoxid til ozon

Ozon i fotokemisk smog er et produkt af en række reaktioner. Når VOC'er kommer ud af en røgstang eller udstødningsrør, kombineres de med hydroxidmolekyler i luften for at danne vand og komplekse molekyler, som igen kombinerer med nitrogenoxidet, der udledes samtidig. Reaktionen frembringer kvælstofdioxid, hvilket giver fotokemisk smog sin gullige farve. Kvælstofdioxid bryder ned igen i nitrogenoxid i sollys, men denne nedbrydning producerer et frit oxygenradikal. Det stærkt reaktive radikal kombinerer med molekylært ilt i luften til dannelse af ozon.

Andre reaktioner

De carbonhydrider, der er til stede i VOC'erne, øger dannelsen af ​​ozon; de kombinerer med fri iltradikaler til at producere molekyler med tre oxygenatomer kaldet peroxider. Peroxider kombinerer med iltmolekyler for at producere ozon, og de reagerer også med nitrogenoxider for at producere kvælstofdioxid. Udover at udbrænde flere ozonproducerende reaktioner producerer nitrogendioxidmolekyler også et andet forurenende stof - peroxyacetylnitrater eller PAN - når de reagerer med carbonhydridmolekylerne, der er til stede i VOC. Denne komponent af fotokemisk smog er den mest ansvarlige for øjenirritation, og det er mere skadeligt for planter end ozon.

Betydningen af ​​inversionslag

Byer, hvor fotokemisk smog er et problem, er typisk beliggende i dale eller nær bjergkæder, der producerer temperaturinversionslag. Under normale atmosfæriske forhold falder lufttemperaturen med højde, hvilket gør det muligt for varmere luft og forurenende stoffer at stige og sprede sig. Et temperaturinversionslag er et tæppe af varm luft, der forhindrer denne naturlige cirkulation. Inversion lag danner flere grunde. For eksempel i bjergrige områder kan de danne sig, når køligt bjergluft falder, opvarmning ved kompression som det gør det. Nogle inversionslag spredes hurtigt, men andre er mere stabile og skaber farlige smogforhold for dage.