Смог, виды смога. Основные компоненты смога, сходство и различие причин образования смога в Лондоне и Лос-Анджелесе

Лекция 10. Химические превращения в тропосфере. Возникновение смога.

Смог (от англ. Smoky fog, буквально — «Дымовой туман») — аэрозоль, состоящий из дыма, тумана и пыли, один из видов загрязнения воздуха в крупных городах и промышленных центрах. Смог — это сочетание газообразных и твердых примесей с туманом или аэрозольной дымкой.

Первоначально под смогом подразумевался дым, образованный сжиганием большого количества угля (смешение дыма и диоксида серы SO2). В 1950-х гг. был впервые описан новый тип смога — фотохимический, который является результатом смешения в воздухе следующих загрязняющих веществ:

- оксиды азота, например, диоксид азота (продукты горения ископаемого топлива);

- тропосферный (приземный) озон;

- летучие органические вещества (пары́ бензина, красок, растворителей, пестицидов и других химикатов);

- перекиси нитратов.

Все перечисленные химикаты обычно обладают высокой химической активностью и легко окисляются, поэтому фотохимический смог считается одной из основных проблем современной цивилизации.

Радиационный туман - туман, который появляется в результате радиационного охлаждения земной поверхности и массы влажного приземного воздуха до точки росы. Обычно радиационный туман возникает ночью в условиях антициклона при безоблачной погоде и легком бризе. Часто радиационный туман возникает в условиях температурной инверсии, препятствующей подъему воздушной массы.

В промышленных районах может возникнуть крайняя форма радиационного тумана - смог.

Влажный смог лондонского типа - сочетание тумана с примесью дыма и газовых отходов производства. Причиной возникновения "смога" Лондонского типа служит сжигание угля и мазута. При высокой влажности атмосферы образуется густой туман с примесью частиц сажи и SO₂. Свое название этот "смог" получил после трагедии зимой 1952 т., когда в Лондоне в результате его образования умерло 3200 человек.

Ледяной смог аляскинского типа - смог, образующийся при низких температурах из пара отопительных систем и бытовых газовых выбросов.

Сухой смог лос-анджелесского типа - смог, возникающий в результате фотохимических реакций, которые происходят в газовых выбросах под действием солнечной радиации; устойчивая синеватая дымка из едких газов без тумана. Фотохимический смог - смог, основной причиной возникновения которого считаются автомобильные выхлопы. Автомобильные выхлопные газы и загрязняющие выбросы предприятий в условиях инверсии температуры вступают в химическую реакцию с солнечным излучением, образуя озон. В ряде случаев в фотохимическом смоге могут присутствовать соединения азота, которые повышают вероятность возникновения раковых заболеваний.

Фотохимический "смог" был впервые отмечен в 1944 г. в Лос-Анджелесе, когда в результате большого скопления автомобилей была парализована жизнь одного из крупнейших городов США. Фотохимический "смог" возникает под действием солнечного света в отсутствие ветра при низкой влажности воздуха. Наблюдается сильное раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз. Сохранение "смоговой" ситуации в течение длительного времени приводит к повышению заболеваемости и смертности среди населения. Он оказывает вредное воздействие и на растительность, вызывая увядание и гибель листьев. Кроме того, фотохимический "смог" усиливает коррозию металлов, разрушение строительных сооружений, резины и других материалов.

Окислительный характер фотохимическому “смогу” придают озон и пероксилацетилнитраты. Измерения, проведённые в 50-х годах в Лос-Анджелесе, показывают, что увеличение концентрации озона связано с характерным изменением относительного содержания NО₂ и NО.

Ухудшение видимости во время "смога" (появление голубоватой дымки) связано с образованием аэрозольных частиц. Возникновение аэрозолей и последующее удаление их в процессах слипания, сухого и мокрого (с атмосферными осадками) осаждения является одним из основных путей самоочищения атмосферы.

Атмосферные органические аэрозоли могут образовываться по гомогенному или гетерогенному механизму. Первый из них включает газообразное окисление органических соединений с образованием твердых или жидких частиц, второй подразумевает сорбцию, каталитическое окисление, полимеризацию на поверхности уже существующих твердых и жидких аэрозолей.

Аэрозольные частицы либо попадают в атмосферу в готовом виде (в результате вулканической деятельности, пожаров, морской соли, пыли и т.д.), либо образуются из газовых выбросов непосредственно в атмосфере в результате химических процессов.

Из многочисленных органических соединений, попадающих в атмосферу, наибольшую склонность к образованию аэрозолей проявляют терпеновые углеводороды. Так, наблюдаемая над хвойными лесами в летнее время голубоватая дымка представляет собой аэрозоль, возникающий в результате фотохимического окисления терпенов.

Образование аэрозольных частиц в воздухе городов часто связывают с SO2, который при окислении дает Н2SO4 превращающуюся при наличии в атмосфере аммиака в сульфат аммония.

Число твердых частиц в воздухе сильно варьирует в зависимости от местности. В нижней тропосфере, на высотах менее 2 км, в сельских районах концентрация частиц составляет около 104 см-3, а над городами превышает 105 см-3. В фоновых районах в отсутствие антропогенной деятельности в воздухе содержится всего 200 – 600 см-3 аэрозольных частиц.

Дата добавления: 2013-12-14