- nét đặc trưng
- Một số phản ứng xảy ra trong tầng đối lưu
- Chất ô nhiễm không khí sơ cấp và thứ cấp
- Sự hình thành ôzôn trong tầng đối lưu
- Nguyên nhân của sương mù quang hóa
- Ảnh hưởng của sương mù
- Người giới thiệu
Các khói quang hóa là một sương mù dày đặc hình thành do phản ứng hóa học của khí từ động cơ đốt trong của xe ô tô. Những phản ứng này được thực hiện bởi ánh sáng mặt trời và xảy ra trong tầng đối lưu, một lớp khí quyển kéo dài từ 0 đến 10 km so với mặt đất.
Từ sương mù bắt nguồn từ sự co lại của hai từ trong tiếng Anh: «mist», có nghĩa là sương mù hoặc sương mù, và «khói», có nghĩa là khói. Việc sử dụng nó bắt đầu vào những năm 1950 để chỉ một làn khói mù bao phủ thành phố London.
Hình 1. Sương mù quang hóa ở Thành phố Salt Lake, Hoa Kỳ. Nguồn: Eltiempo10, từ Wikimedia Commons
Khói có biểu hiện là khói hơi xám vàng, nâu xám, bắt nguồn từ những giọt nước nhỏ phân tán trong khí quyển, chứa các sản phẩm hóa học của các phản ứng xảy ra giữa các chất gây ô nhiễm không khí.
Tình trạng khói mù này rất phổ biến ở các thành phố lớn do lượng xe ô tô tập trung đông đúc và lưu lượng xe cộ đông đúc hơn, nhưng nó cũng đã lan sang các khu vực còn nguyên sơ, chẳng hạn như hẻm núi Grand Canyon ở bang Arizona, Mỹ.
Thông thường, khói có mùi đặc trưng, khó chịu do sự hiện diện của một số thành phần hóa học dạng khí điển hình. Các sản phẩm trung gian và các hợp chất cuối cùng của các phản ứng gây ra khói mù, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người, động vật, thực vật và một số nguyên liệu.
nét đặc trưng
Một số phản ứng xảy ra trong tầng đối lưu
Một trong những đặc điểm khác biệt của bầu khí quyển Trái đất là khả năng ôxy hóa của nó, do nó chứa một lượng tương đối lớn ôxy phân tử tảo cát (O 2 ) (khoảng 21% thành phần của nó).
Cuối cùng, hầu như tất cả các khí thải vào khí quyển đều bị ôxy hóa hoàn toàn trong không khí, và các sản phẩm cuối cùng của quá trình ôxy hóa này được lắng đọng trên bề mặt Trái đất. Các quá trình oxy hóa này có tầm quan trọng thiết yếu để làm sạch và khử nhiễm không khí.
Cơ chế của các phản ứng hóa học xảy ra giữa các chất ô nhiễm không khí rất phức tạp. Dưới đây là giải thích đơn giản về chúng:
Chất ô nhiễm không khí sơ cấp và thứ cấp
Các khí thải ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch trong động cơ ô tô chủ yếu chứa oxit nitric (NO), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ) và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC).
Những hợp chất này được gọi là chất ô nhiễm chính, vì thông qua các phản ứng hóa học qua trung gian của ánh sáng (phản ứng quang hóa), chúng tạo ra một loạt các sản phẩm được gọi là chất ô nhiễm thứ cấp.
Về cơ bản, các chất ô nhiễm thứ cấp quan trọng nhất là nitơ điôxít (NO 2 ) và ôzôn (O 3 ), là những khí ảnh hưởng nhiều nhất đến sự hình thành sương khói.
Sự hình thành ôzôn trong tầng đối lưu
Nitric oxide (NO) được tạo ra trong động cơ ô tô thông qua phản ứng giữa oxy và nitơ trong không khí ở nhiệt độ cao:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), trong đó (g) có nghĩa là ở trạng thái khí.
Nitric oxide một khi được thải vào khí quyển sẽ bị oxy hóa thành nitơ đioxit (NO 2 ):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 trải qua quá trình phân hủy quang hóa qua trung gian của ánh sáng mặt trời:
NO 2 (g) + hγ (nhẹ) → NO (g) + O (g)
Ôxy O ở dạng nguyên tử là một loại phản ứng cực mạnh có thể bắt đầu nhiều phản ứng như sự hình thành ôzôn (O 3 ):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
Ôzôn ở tầng bình lưu (lớp khí quyển cách bề mặt trái đất từ 10 km đến 50 km) hoạt động như một thành phần bảo vệ sự sống trên Trái đất, vì nó hấp thụ bức xạ cực tím năng lượng cao từ mặt trời; nhưng trong tầng đối lưu trên cạn, ozon có tác dụng rất nguy hiểm.
Hình 2. Khói ở New York. Nguồn: Wikipedia Commons
Nguyên nhân của sương mù quang hóa
Các con đường khác để hình thành ozone trong tầng đối lưu là các phản ứng phức tạp liên quan đến các oxit nitơ, hydrocacbon và oxy.
Một trong những hợp chất hóa học được tạo ra trong những phản ứng này là peroxyacetyl nitrat (PAN), là một chất gây cay mắt mạnh cũng gây ra khó thở.
Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi không chỉ đến từ các hydrocacbon không được đốt cháy trong động cơ đốt trong, mà còn từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn như sự bay hơi của dung môi và nhiên liệu, trong số những nguồn khác.
Các VOC này cũng trải qua các phản ứng quang hóa phức tạp là nguồn tạo ra ozon, axit nitric (HNO 3 ) và các hợp chất hữu cơ bị oxy hóa một phần.
VOC + NO + O 2 + Ánh sáng mặt trời → Hỗn hợp phức tạp: HNO 3, O 3 và các hợp chất hữu cơ khác nhau
Tất cả các hợp chất hữu cơ này, các sản phẩm oxy hóa (rượu và axit cacboxylic), cũng dễ bay hơi và hơi của chúng có thể ngưng tụ thành các giọt chất lỏng nhỏ phân bố trong không khí dưới dạng khí dung, làm phân tán ánh sáng mặt trời, làm giảm tầm nhìn. Bằng cách này, một loại màn che hoặc sương mù được tạo ra trong tầng đối lưu.
Ảnh hưởng của sương mù
Các hạt muội hoặc cacbon sinh ra từ quá trình đốt cháy, anhydrit sulfuric (SO 2 ) và chất ô nhiễm thứ cấp –sulfuric (H 2 SO 4 ) - cũng tham gia vào việc tạo ra khói.
Ozone trong tầng đối lưu phản ứng với các liên kết đôi C = C trong mô phổi, mô thực vật và động vật, gây ra thiệt hại nghiêm trọng. Ngoài ra, ozone có thể làm hỏng các vật liệu như lốp ô tô, gây ra nứt vì những lý do tương tự.
Sương mù quang hóa là nguyên nhân gây ra các vấn đề về hô hấp nghiêm trọng, ho, kích ứng mũi và họng, thở ngắn hơn, đau ngực, viêm mũi, kích ứng mắt, rối loạn chức năng phổi, giảm sức đề kháng với các bệnh truyền nhiễm đường hô hấp, lão hóa sớm của mô phổi, viêm phế quản nặng, suy tim và tử vong.
Tại các thành phố như New York, London, Mexico City, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Warsaw, Prague, Stuttgart, Bắc Kinh, Thượng Hải, Seoul, Bangkok, Bombay, Calcutta, Delhi, Jakarta, Cairo, Manila, Karachi, được gọi là Tại các siêu đô thị, các đợt sương mù quang hóa cực kỳ nghiêm trọng đã là nguyên nhân gây ra cảnh báo và các biện pháp đặc biệt để hạn chế lưu thông.
Một số nhà nghiên cứu đã báo cáo rằng ô nhiễm do sulfur dioxide (SO 2 ) và sulfat gây ra làm giảm khả năng chống mắc bệnh ung thư vú và ung thư ruột kết, ở các quần thể sống ở các vĩ độ phía bắc.
Cơ chế được đề xuất để giải thích những sự thật này là sương khói, bằng cách tán xạ ánh sáng mặt trời tới trên tầng đối lưu, gây ra sự giảm bức xạ tia cực tím loại B (UV-B) sẵn có, cần thiết cho quá trình tổng hợp sinh hóa vitamin D. Vitamin D hoạt động như một chất bảo vệ chống lại cả hai loại ung thư.
Bằng cách này, chúng ta có thể thấy rằng sự dư thừa bức xạ tia cực tím năng lượng cao rất có hại cho sức khỏe, nhưng sự thiếu hụt bức xạ UV-B cũng có những tác hại.
Người giới thiệu
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU và Ahmad, SR (2018). Phân tích khói và ảnh hưởng của nó đối với các bệnh bề mặt mắt được báo cáo: Một nghiên cứu điển hình về sự kiện khói mù năm 2016 của Lahore. Môi trường khí quyển. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. et al. (2018). Mô hình hóa khói quang hóa sử dụng Mô hình Vận chuyển Hóa chất Ô nhiễm Không khí (TAPM-CTM) tại Thành phố Hồ Chí Minh, Mô hình hóa & Đánh giá Môi trường Việt Nam. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G và Holben, BN (1997). Tác động của sol khí đối với bức xạ tia cực tím mặt trời và khói quang hóa. Khoa học. 278 (5339): 827-830. doi: 10.1126 / khoa học.278.5339.827
- Hallquist, M., Munthe, J., Tao, MH, Chak, W., Chan, K., Gao, J., et al (2016) Sương mù quang hóa ở Trung Quốc: những thách thức khoa học và hàm ý đối với các chính sách chất lượng không khí. Tạp chí Khoa học Quốc gia. 3 (4): 401–403. Đội: 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., và Wang, W .: Khả năng ôxy hóa và tính chất hóa học triệt để trong bầu khí quyển bị ô nhiễm của Hồng Kông và khu vực Đồng bằng sông Châu Giang: phân tích một đợt sương mù quang hóa nghiêm trọng, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.