- caratteristiche
- Alcune reazioni che si verificano nella troposfera
- Inquinanti atmosferici primari e secondari
- Formazione di ozono nella troposfera
- Cause dello smog fotochimico
- Effetti dello smog
- Riferimenti
Lo smog fotochimico è una nebbia densa formata a causa delle reazioni chimiche dei gas provenienti dai motori a combustione delle automobili. Queste reazioni sono mediate dalla luce solare e si verificano nella troposfera, uno strato dell'atmosfera che si estende da 0 a 10 km dal suolo.
La parola smog deriva dalla contrazione di due parole in lingua inglese: «fog», che significa nebbia o nebbia, e «smoke», che significa fumo. Il suo utilizzo iniziò negli anni '50 per designare una foschia che copriva la città di Londra.
Figura 1. Smog fotochimico a Salt Lake City, USA. Fonte: Eltiempo10, da Wikimedia Commons
Lo smog si manifesta come una foschia giallastra-brunastra-grigiastra, originata da piccole gocce d'acqua disperse nell'atmosfera, che contengono i prodotti chimici delle reazioni che avvengono tra gli inquinanti atmosferici.
Questa foschia è molto comune nelle grandi città a causa dell'elevata concentrazione di automobili e del traffico veicolare più intenso, ma si è diffusa anche in aree incontaminate, come il Grand Canyon nello stato dell'Arizona, USA.
Molto spesso lo smog ha un odore caratteristico e sgradevole, dovuto alla presenza di alcuni componenti chimici tipici dei gas. I prodotti intermedi e i composti finali delle reazioni che provocano lo smog, influenzano gravemente la salute umana, gli animali, le piante e alcuni materiali.
caratteristiche
Alcune reazioni che si verificano nella troposfera
Una delle caratteristiche distintive dell'atmosfera del pianeta Terra è la sua capacità ossidante, dovuta alla grande quantità relativa di ossigeno molecolare biatomico (O 2 ) che contiene (circa il 21% della sua composizione).
In definitiva, praticamente tutti i gas emessi nell'atmosfera sono completamente ossidati nell'aria ei prodotti finali di queste ossidazioni si depositano sulla superficie terrestre. Questi processi di ossidazione sono di vitale importanza per pulire e decontaminare l'aria.
I meccanismi delle reazioni chimiche che avvengono tra gli inquinanti atmosferici sono molto complessi. Di seguito una loro esposizione semplificata:
Inquinanti atmosferici primari e secondari
I gas emessi dalla combustione dei combustibili fossili nei motori delle automobili contengono principalmente ossido nitrico (NO), monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO 2 ) e composti organici volatili (COV).
Questi composti sono chiamati inquinanti primari, poiché attraverso reazioni chimiche mediate dalla luce (reazioni fotochimiche) producono una serie di prodotti chiamati inquinanti secondari.
In sostanza, gli inquinanti secondari più importanti sono il biossido di azoto (NO 2 ) e l'ozono (O 3 ), che sono i gas che maggiormente influenzano la formazione dello smog.
Formazione di ozono nella troposfera
L'ossido nitrico (NO) viene prodotto nei motori delle automobili attraverso la reazione tra ossigeno e azoto nell'aria ad alte temperature:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), dove (g) significa allo stato gassoso.
L'ossido nitrico una volta rilasciato nell'atmosfera viene ossidato a biossido di azoto (NO 2 ):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 subisce decomposizione fotochimica mediata dalla luce solare:
NO 2 (g) + hγ (luce) → NO (g) + O (g)
L'ossigeno O in forma atomica è una specie estremamente reattiva che può avviare molte reazioni come la formazione di ozono (O 3 ):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
L'ozono nella stratosfera (strato dell'atmosfera compreso tra 10 km e 50 km sopra la superficie terrestre) funziona come un componente protettivo della vita sulla Terra, poiché assorbe la radiazione ultravioletta ad alta energia che proviene dal sole; ma nella troposfera terrestre l'ozono ha effetti molto dannosi.
Figura 2. Smog a New York. Fonte: Wikipedia Commons
Cause dello smog fotochimico
Altre vie per la formazione dell'ozono nella troposfera sono reazioni complesse che coinvolgono ossidi di azoto, idrocarburi e ossigeno.
Uno dei composti chimici generati in queste reazioni è il nitrato di perossiacetile (PAN), un potente agente lacrimale che causa anche difficoltà respiratorie.
I composti organici volatili provengono non solo da idrocarburi che non vengono bruciati nei motori a combustione interna, ma da varie fonti, come l'evaporazione di solventi e combustibili, tra le altre.
Questi VOC subiscono anche complesse reazioni fotochimiche che sono una fonte di ozono, acido nitrico (HNO 3 ) e composti organici parzialmente ossidati.
COV + NO + O 2 + Luce solare → Miscela complessa: HNO 3, O 3 e vari composti organici
Tutti questi composti organici, prodotti di ossidazione (alcoli e acidi carbossilici), sono anche volatili ei loro vapori possono condensarsi in minuscole goccioline liquide che si distribuiscono nell'aria sotto forma di aerosol, che disperdono la luce solare riducendone la visibilità. In questo modo si produce una specie di velo o nebbia nella troposfera.
Effetti dello smog
Anche le particelle di fuliggine o carbone prodotte dalla combustione, l'anidride solforica (SO 2 ) e l'inquinante secondario - l'acido solforico (H 2 SO 4 ) - sono coinvolti nella produzione di smog.
L'ozono nella troposfera reagisce con i doppi legami C = C nei tessuti polmonari, vegetali e animali, causando gravi danni. Inoltre, l'ozono può danneggiare materiali come i pneumatici delle automobili, provocando crepe per gli stessi motivi.
Lo smog fotochimico è la causa di gravi problemi respiratori, attacchi di tosse, irritazione nasale e della gola, respiro corto, dolore toracico, rinite, irritazione oculare, disfunzione polmonare, diminuzione della resistenza alle malattie infettive respiratorie, invecchiamento precoce tessuti polmonari, bronchite grave, insufficienza cardiaca e morte.
In città come New York, Londra, Città del Messico, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Varsavia, Praga, Stoccarda, Pechino, Shanghai, Seoul, Bangkok, Bombay, Calcutta, Delhi, Giacarta, Il Cairo, Manila, Karachi, chiamato Nelle megalopoli, episodi critici di picco di smog fotochimico sono stati motivo di allarme e misure speciali per limitare la circolazione.
Alcuni ricercatori hanno riferito che la contaminazione causata da anidride solforosa (SO 2 ) e solfati causa una diminuzione della resistenza alla contrazione del cancro al seno e al colon, nelle popolazioni che abitano le latitudini settentrionali.
Il meccanismo suggerito per spiegare questi fatti è che lo smog, diffondendo la luce solare incidente sulla troposfera, provoca una diminuzione della radiazione ultravioletta di tipo B (UV-B) disponibile, necessaria per la sintesi biochimica della vitamina D La vitamina D funziona come agente protettivo contro entrambi i tipi di cancro.
In questo modo, possiamo vedere che un eccesso di radiazioni ultraviolette ad alta energia è molto dannoso per la salute, ma anche la carenza di radiazioni UV-B ha effetti dannosi.
Riferimenti
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU e Ahmad, SR (2018). Analisi dello smog e suo effetto sulle malattie della superficie oculare segnalate: un caso di studio dell'evento di smog del 2016 a Lahore. Ambiente atmosferico. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. et al. (2018). Modellazione dello smog fotochimico utilizzando il modello di trasporto chimico dell'inquinamento atmosferico (TAPM-CTM) a Ho Chi Minh City, Vietnam Modellazione e valutazione ambientale. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G e Holben, BN (1997). L'impatto degli aerosol sulla radiazione ultravioletta solare e sullo smog fotochimico. Scienza. 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) Photochemical smog in China: scientific challenge and implications for air-quality policies. National Science Review. 3 (4): 401–403. Doi: 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. e Wang, W.: Capacità ossidativa e chimica radicale nell'atmosfera inquinata di Hong Kong e nella regione del delta del fiume Pearl: analisi di un grave episodio di smog fotochimico, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.