- מאפיינים
- יש תגובות שמתרחשות באיזור הטרופוספירה
- מזהמי אוויר ראשוניים ומשניים
- היווצרות אוזון בטרופוספירה
- גורם לערפיח פוטוכימי
- השפעות ערפיח
- הפניות
ערפיח פוטוכימי הוא ערפל סמיך שנוצר עקב תגובות כימיות של גזים ממנוע בעירה של מכוניות. תגובות אלו מתווכות על ידי אור השמש ומתרחשות בטרופוספירה, שכבה של האטמוספרה המשתרעת בין 0 ל -10 ק"מ מעל פני האדמה.
המילה ערפיח באה מכיווץ של שתי מילים בשפה האנגלית: «ערפל» שמשמעותו ערפל או ערפל, ו- «עשן» שמשמעותו עשן. השימוש בו החל בשנות החמישים לייעוד אובך שכיסה את העיר לונדון.
תרשים 1. ערפיח פוטוכימי בסולט לייק סיטי, ארה"ב. מקור: Eltiempo10, מ- Wikimedia Commons
ערפיח מתבטא כאובך צהבהב-חום-אפרפר, שמקורו בטיפות מים קטנות המפוזרות באטמוספרה, המכילות את התוצרים הכימיים של תגובות המתרחשות בין מזהמי אוויר.
אובך זה נפוץ מאוד בערים גדולות בגלל הריכוז הגדול של מכוניות ותעבורת כלי רכב אינטנסיבית יותר, אך הוא התפשט גם לאזורים שהיו בתולי, כמו הגרנד קניון במדינת אריזונה, ארה"ב.
לעיתים קרובות, לערפיח יש ריח אופייני ולא נעים, בגלל נוכחותם של כמה מרכיבים כימיים גזים טיפוסיים. תוצרי הביניים והתרכובות הסופיות של התגובות הגורמות לערפיח משפיעים באופן קשה על בריאות האדם, בעלי חיים, צמחים וכמה חומרים.
מאפיינים
יש תגובות שמתרחשות באיזור הטרופוספירה
אחד המאפיינים הייחודיים באטמוספירה של כדור הארץ הוא יכולת החמצון שלו, בגלל הכמות היחסית הגדולה של החמצן המולקולרי הדיאטומי (O 2 ) שהוא מכיל (כ -21% מהרכבו).
בסופו של דבר, כמעט כל הגזים הנפלטים באטמוספירה מחומצנים לחלוטין באוויר, ומוצרי הקצה של חמצונים אלו מופקדים על פני כדור הארץ. לתהליכי חמצון אלה חשיבות חיונית לניקוי ופיזור האוויר.
מנגנוני התגובה הכימית המתרחשים בין מזהמי אוויר מורכבים מאוד. להלן תערוכה מפושטת שלהן:
מזהמי אוויר ראשוניים ומשניים
הגזים הנפלטים בעירה של דלקים מאובנים במנועי רכב מכילים בעיקר תחמוצת החנקן (NO), פחמן חד-חמצני (CO), פחמן דו חמצני (CO 2 ) ותרכובות אורגניות נדיפות (VOC).
תרכובות אלה נקראות מזהמים ראשוניים, שכן באמצעות תגובות כימיות המתווכות על ידי אור (תגובות פוטוכימיות) הם מייצרים סדרה של מוצרים הנקראים מזהמים משניים.
בעיקרון, המזהמים המשניים החשובים ביותר הם חנקן דו חמצני (NO 2 ) ואוזון (O 3 ), שהם הגזים המשפיעים ביותר על היווצרות ערפיח.
היווצרות אוזון בטרופוספירה
תחמוצת החנקן (NO) מיוצרת במנועי מכוניות דרך התגובה בין חמצן וחנקן באוויר בטמפרטורות גבוהות:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), כאשר (g) פירושו במצב הגזי.
תחמוצת החנקן לאחר שהשתחרר באטמוספרה מתחמצן לחנקן דו חמצני (NO 2 ):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 עובר פירוק פוטוכימי בתיווך אור השמש:
NO 2 (g) + hγ (קל) → NO (g) + O (g)
O חמצן בצורה אטומית הוא מין תגובתי ביותר שיכול ליזום תגובות רבות כמו היווצרות אוזון (O 3 ):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
האוזון בסטרטוספרה (שכבת האטמוספרה בין 10 ק"מ ל -50 ק"מ מעל פני כדור הארץ) פועל כמרכיב מגן לחיים בכדור הארץ, מכיוון שהוא סופג קרינה אולטרה סגולה גבוהה אנרגטית שמגיעה מהשמש; אך באיזור הטרופוספירה היבשתית יש לאוזון השפעות מזיקות מאוד.
איור 2. ערפיח בניו יורק. מקור: Wikipedia Commons
גורם לערפיח פוטוכימי
מסלולים אחרים להיווצרות אוזון בטרופוספרה הם תגובות מורכבות הכוללות תחמוצות חנקן, פחמימנים וחמצן.
אחד התרכובות הכימיות הנוצרות בתגובות אלה הוא peroxyacetyl nitrat (PAN) שהוא חומר דמעה חזק הגורם גם הוא לקושי בנשימה.
תרכובות אורגניות נדיפות מגיעות לא רק מפחמימנים שאינם נשרפים במנועי בעירה פנימית, אלא ממקורות שונים, כגון אידוי ממסים ודלקים, בין היתר.
VOCs אלה עוברים גם תגובות פוטוכימיות מורכבות המהוות מקור לאוזון, חומצה חנקתית (HNO 3 ) ותרכובות אורגניות מחמצנות חלקית.
VOC + NO + O 2 + אור שמש → תערובת מורכבת: HNO 3, O 3 ותרכובות אורגניות שונות
כל התרכובות האורגניות הללו, מוצרי חמצון (אלכוהולים וחומצות קרבוקסיליות), גם הם נדיפים והאדים שלהם יכולים להתעבות לטיפות נוזלים זעירות המופצות באוויר בצורה של אירוסולים, המפזרים אור שמש, ומפחיתים את הראות. בדרך זו נוצר סוג של מעטה או ערפל באיזור הטרופוספירה.
השפעות ערפיח
חלקיקי פיח או פחמן המיוצרים על ידי בעירה, חומצה גופרתית (SO 2 ) והחומר המזהם המשני - חומצה גופרתית (H 2 SO 4 ) - מעורבים גם בייצור ערפיח.
האוזון בטרופוספירה מגיב עם הקשרים הכפולים C = C ברקמות הריאה, ברקמות הצמח ובעלי החיים, וגורם נזק קשה. בנוסף, אוזון עלול לפגוע בחומרים כמו צמיגי רכב, ולגרום לפיצוח מאותן סיבות.
ערפיח פוטוכימי הוא הגורם לבעיות נשימה חמורות, לחשי שיעול, גירוי באף ובגרון, נשימה קצרה יותר, כאבים בחזה, נזלת, גירוי בעיניים, תפקוד לריאות, ירידה בעמידות בפני מחלות זיהומיות בדרכי הנשימה, הזדקנות מוקדמת של רקמות ריאה, ברונכיטיס קשה, אי ספיקת לב ומוות.
בערים כמו ניו יורק, לונדון, מקסיקו סיטי, אטלנטה, דטרויט, סולט לייק סיטי, ורשה, פראג, שטוטגרט, בייג'ינג, שנחאי, סיאול, בנגקוק, בומביי, כלכתה, דלהי, ג'קרטה, קהיר, מנילה, קראצ'י, המכונה במגדלים, פרקים קריטיים לשיא של ערפיח פוטוכימי היו סיבה לדאגה ואמצעים מיוחדים להגבלת התפוצה.
יש חוקרים שדיווחו כי הזיהום שנגרם על ידי דו תחמוצת הגופרית (SO 2 ) וסולפטים גורם לירידה בהתנגדות לחלות בסרטן השד והמעי הגס, באוכלוסיות המאכלסות את קווי הרוחב הצפוניים.
המנגנון המוצע כדי להסביר עובדות אלה הוא כי ערפיח, על ידי פיזור אור השמש המקרי בטרופוספירה, גורם לירידה בקרינת האולטרה סגול B (UV-B) הזמינה, הנחוצה לסינתזה הביוכימית של ויטמין D. ויטמין D פועל כחומר מגן מפני שני סוגי הסרטן.
בדרך זו אנו יכולים לראות כי עודף של קרינה אולטרה סגולה בעלת אנרגיה גבוהה מזיק לבריאות, אך גם למחסור בקרינת UV-B יש השפעות מזיקות.
הפניות
- אשרף, א ', באט, א', ח'אלד, אני, עלם, RU, ואחמד, SR (2018). ניתוח ערפיח והשפעתו על מחלות פנים עיניים מדווחות: מקרה מקרה של אירוע ערפיח 2016 של לאהור. סביבה אטמוספרית. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. et al. (2018). דוגמנות ערפיח פוטוכימית באמצעות מודל התחבורה הכימית של זיהום האוויר (TAPM-CTM) בהו צ'י מין בעיר, וייטנאם דוגמנות והערכה סביבתית. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- דיקרסון, ר.ר., קונדראגונטה, ש., סטנצ'יקוב, ג., סיברולו, קל, דודדרידג ', ב. ג והולבן, ב.נ. (1997). ההשפעה של אירוסולים על קרינה אולטרה סגולה סולארית ועל ערפיח פוטוכימי. מַדָע. 278 (5339): 827-830. doi: 10.1126 / science.278.5339.827
- Hallquist, M., Munthe, J., Tao, MH, Chak, W., Chan, K., Gao, J., et al (2016) ערפיח פוטוכימי בסין: אתגרים מדעיים והשלכות על מדיניות איכות אוויר. סקירה מדעית לאומית. 3 (4): 401–403. דוי: 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., and Wang, W .: יכולת חמצונית וכימיה רדיקלית באווירה המזוהמת של אזור הדלתא של הונג קונג ונהר הפנינה: ניתוח פרק פרק ערפיח פוטוכימי, אטמוס. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.