Сухой смог лос-анджелесского типа

 

Химические реакции, приводящие к образованию вторичных загрязнителей, наиболее эффективно протекают при солнечном свете, поэтому возникающее загрязнение воздуха получило название фотохимического смога. Он был впервые отмечен в Лос-Анджелесе (США) в годы Второй мировой войны. Появление фотохимического смога связывают с бурным развитием автомобильного транспорта. Исходные вещества, из которых формируется фотохимический смог, входят в состав автомобильных выхлопных газов, присутствующих в воздухе в больших количествах.

В двигателях внутреннего сгорания из-за непосредственного соединения азота с кислородом образуется монооксид азота.

 

Далее NO частично окисляется кислородом с образованием диоксида азота.

 

Это же превращение испытывает и NO, попавший в воздух.

На солнечном свету NO2 подвергается фотодиссоциации.

 

 

Образующийся атомарный кислород очень активен и может вступать в разнообразные реакции, в частности, образовывать озон О3 с молекулярным кислородом

 

 

 

Где М - молекулы воздуха, поглощающие выделившуюся энергию

Присутствие озона - наиболее характерный признак фотохимического смога. Он не образуется при сгорании топлива, а является вторичным загрязнителем.

В дневные часы озон медленно реагирует с NO2, образуя радикал NO3, который в свою очередь вступает в дальнейшие реакции с NO и NO2. Одной из конечных продуктов этих реакций является N2O5. Если в атмосфере имеется водяной пар, то N2O5 может вступить в реакцию с водяным паром и продуктом этой реакции является азотная кислота - HNO3.

 

График 1. Средние концентрации загрязняющих веществ в деловой части Лос-Анджелеса в дни, когда наблюдалось сильное раздражение глаз. Данные за 1953-1958 гг.

 

Рассматривая все эти превращения, мы не учли влияние углеводородов, а ведь именно их присутствие в тропосфере вызывает ухудшение видимости и в результате их частичного разрушения образуются многие вредные вещества, среди которых: ПАН (пероксиацетилнитрат), альдегиды, окись углерода (угарный газ), углекислый газ, карбоновые кислоты, кетоны, окислы олефина, парафины и др.

Из графика 1 суточного хода загрязняющих веществ, представленного на рис. 3, видно, что максимум концентрации альдегидов и озона приходится сразу же после максимума концентрации углеводородов и NO2 (через 4 - 5 часов). Отсюда можно сделать вывод, что увеличение выбросов в атмосферу несгоревшего топлива ведет к ухудшению экологической ситуации и тем самым является причиной дополнительного накапливания тропосферного озона.

Последствия смога

 

Высокие концентрации оксидантов - озона, ПАН, оксидов азота, содержащихся в фотохимическом смоге, придают ему чрезвычайно неприятные свойства. Люди, оказавшиеся под воздействием смога, испытывают сильное раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей из-за наличия в нём веществ, подобных ПАН. Они вызывают слезоточение при концентрациях в 0,1 млн-1. Если содержание таких оксидантов превышает 0,25 млн-1, наблюдаются приступы астмы, кашель, неприятные ощущения в груди, головная боль. Концентрации озона, достигаемые в фотохимическом смоге, также очень вредны для здоровья. Так, уже 0,1 млн-1 озона в воздухе вызывает сухость в горле, раздражение дыхательных путей, понижение устойчивости к бактериям. Концентрации озона в 0,3 млн-1 вызывают нарушения дыхания, спазм грудной клетки, головокружение. Длительный контакт с таким воздухом приводит к росту заболеваемости и смертности людей. Особенно сильно подвержены действию смога дети и пожилые люди

Фотохимический смог отрицательно влияет и на растительность. Особенно плохо фотохимический смог влияет на бобы, свеклу, злаки, виноград, а также декоративные растения. Признаком того, что растение подверглось вредному влиянию фотохимического тумана, является набухание листьев, которое затем переходит в появление на верхних листьях пятен и белого налета, а на нижних ведет к появлению бронзового или серебристого оттенка. Затем растение начинает быстро чахнуть.

Кроме всего прочего, фотохимический туман ведет за собой ускоренную коррозию материалов и элементов зданий, растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, и даже порчу одежды.

 

Таблица 1. Сравнение смогов Лос-Анджелеса и Лондона

Характеристика	Лос-Анджелес	Лондон
Температура воздуха	От 24 до 32° С	От -1 до 4° С
Относительная влажность	<70%	85% (+ туман)
Инверсия температуры	На высоте 1000 м	На высоте нескольких сотен метров
Скорость ветра	< 3 м/с	Безветренно
Видимость	<0,8-1,6 км	<30 м
Месяцы наиболее частого появления	Август - сентябрь	Декабрь - январь
Основные топлива	Бензин	Уголь (и бензин)
Основные составляющие	O3, NO, NO2, CO, органические вещества	Мелкие частицы, СО, соединения серы
Тип химических реакций	Окисление	Восстановление
Время максимального сгущения	Полдень	Раннее утро
Основное воздействие на здоровье	Раздражение глаз, нарушение дыхание	Раздражение дыхательных путей
Наиболее повреждаемые материалы	Резина	Железо, бетон

 

 

Фотохимический смог

 

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрие или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне - сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул, и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в результате которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос - Анжелесом, Нью - Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной систем и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем. Смог наблюдается обычно при слабой турбулентности (завихрение воздушных потоков) воздуха, и следовательно, при устойчивом распределении температуры воздуха по высоте, особенно при инверсиях температуры, при слабом ветре или штиле. Инверсии температуры в атмосфере, повышение температуры воздуха с высотой вместо обычного для тропосферы её убывания. Инверсия температуры встречаются и у земной поверхности (приземные инверсии температуры.), и в свободной атмосфере. Приземные инверсия температуры чаще всего образуются в безветренные ночи (зимой иногда и днём) в результате интенсивного излучения тепла земной поверхностью, что приводит к охлаждению как её самой, так и прилегающего слоя воздуха. Толщина приземных инверсия температуры составляет десятки - сотни метров. Увеличение температуры в инверсионном слое колеблется от десятых долей градусов до 15-20°С и более. Наиболее мощны зимние приземные инверсия температуры в Восточной Сибири и в Антарктиде. В тропосфере, выше приземного слоя, инверсия температуры чаще образуются в антициклонах благодаря оседанию воздуха, сопровождающемуся его сжатием, а следовательно - нагреванием (инверсии оседания). В зонах фронтов атмосферных инверсия температуры создаются вследствие натекания тёплого воздуха на нижерасположенный холодный. В верхних слоях атмосферы (стратосфере, мезосфере, термосфере) инверсия температуры возникают из-за сильного поглощения солнечной радиации. Так, на высотах от 20-30 до 50-60 км расположена инверсия температуры, связанная с поглощением ультрафиолетового излучения Солнца озоном. У основания этого слоя температура равна от - 50 до - 70°C, у его верхней границы она поднимается до - 10 - + 10°С. Мощная инверсия температуры, начинающаяся на высоте 80-90 км и простирающаяся на сотни км вверх, также обусловлена поглощением солнечной радиации. И. т. являются задерживающими слоями в атмосфере; они препятствуют развитию вертикальных движений воздуха, вследствие чего под ними накапливаются водяной пар, пыль, ядра конденсации. Это благоприятствует образованию слоев дымки, тумана, облаков. Вследствие аномальной рефракции света в инверсия температуры иногда возникают миражи. В инверсии температуры образуются также атмосферные волноводы, благоприятствующие дальнему распространению радиоволн. Атмосферный волновод, слой воздуха, непосредственно примыкающий к поверхности Земли или приподнятый над ней, который отклоняет распространяющиеся в нём радиоволны к поверхности Земли. При определённых метеорологических условиях, когда температура убывает с высотой медленнее, а влажность воздуха быстрее, чем при нормальных условиях, волна, вышедшая под небольшим углом к горизонту, на некоторой высоте испытывает полное отражение, отклоняется обратно к земной поверхности и отражается от неё. Этот процесс может повторяться многократно, в результате чего радиоволны распространяются вдоль поверхности Земли на большие расстояния без заметного ослабления (рис.). Такой способ распространения радиоволн в атмосфере называется волноводным, он напоминает распространение радиоволн в радиоволноводах. В атмосферных волноводах могут распространяться волны, для которых длина волны l меньше некоторого критического значения lкр (обычно lкр Ј 50-100 V), т.е. дециметровые, сантиметровые и более короткие волны

Смог снижает видимость, усиливает коррозию металлов и сооружений, оказывает отрицательное воздействие на здоровье человека. Интенсивный и длительный смог может явиться причиной повышения заболеваемости и смертности. Угарный газ, входящий в состав смога, представляет собой соединение углерода с кислородом; газ без цвета и запаха. Угарный газ впервые выделил французский врач Жак де Лассон в 1776 году при нагревании древесного угля с окисью цинка. Плотность угарного газа 0,00125 г./см3 при 0 ╟С и давлении 0,1 Мн/м2 (1 кгс/см2), tпл -205 ╟С, tkип -191,5 ╟С, критическая температура - 140╟C, критическое давление 3,46 Мн/м2 (34,6 кгс/см2).

Отравления угарным газом возможны на производстве и в быту: в доменных, мартеновских, литейных цехах; при испытании двигателей, использовании топливных газов для сушки и подогрева; в химической промышленности; в гаражах; при дровяном отоплении и т.п.

Поступая в организм через органы дыхания, угарный газ взаимодействует с гемоглобином и образует карбоксигемоглобин, не обладающий способностью переносить кислород к тканям. Наряду с этим уменьшается коэффициент утилизации кислорода тканями. Возникают гипокапния, затруднение диссоциации оксигемоглобина, ферментные нарушения тканевого дыхания и т.д. Защитную роль играет железо плазмы крови: его соединение с угарным газом препятствует образованию карбоксигемоглобина и способствует извлечению угарного газа из тканей.

При острых отравлениях могут наблюдаться головная боль, головокружение, тошнота, рвота, слабость, одышка, учащённый пульс; возможны быстрая потеря сознания, судороги, кома (с последующим двигательным возбуждением), нарушения кровообращения и дыхания, поражение зрительного нерва и т.д.; на 2-3-е сутки может развиться токсическая пневмония.

В таких случаях рекомендуется вынести пострадавшего на свежий воздух, растереть грудь; вдыхание паров нашатырного спирта, горячее питье. При хронических отравлениях появляются головная боль, головокружение, бессонница, возникает эмоциональная неустойчивость, ухудшаются память, внимание. Возможны органические поражения центральной нервной системы, сосудистые спазмы, повышение количества эритроцитов в крови.

 

 

Заключение

 

Смог происходит в результате больших выбросов в атмосферу пара отопительных систем, бытовых газовых выбросов, антициклона при безоблачной погоде, легком бризе, температурной инверсии, препятствующей подъему воздушной массы. Все это под действием солнца может реагировать с другими веществами в воздухе и создавать неблагоприятную обстановку, особенно в засушливые безветренные летние дни. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул, и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в результате которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос - Анжелесом, Нью - Йорком и другими городами Европы и Америки.

Такие ситуации устраняются, предотвращаются следующими методами:

.   Регулированием на законодательном уровне

.   Развитием эко технологий

.   Метрологическим предупреждениями

.   Оперативными мерами ГО и МЧС

.   Информированием и обучением людей в СМИ, образовательных учреждениях или курсах

 

 

Список использованной литературы

 

1. Camps, Francis E. Gradwohl’s Legal Medicine. - 3rd ed. - Bristol: John Wright & Sons Ltd, 1976. - P. 236. - ISBN 0-7236-0310-3

2. Опаловский А.А. Планета Земля глазами химика. М., Наука, 1990

3. Ревель П., Ревель Ч. Среда нашего обитания. В четырех книгах (перевод с англ.). М., Мир, 1995

4. Химия и общество (перевод с англ.). М., Мир, 1995

5. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. Учеб. пособие для геогр., биол., геол., с.-х. спец. вузов. М., Высш. шк., 1998

6. Андруз Дж., Бримблекумб П., Джикелз Т., Лисс П. Введение в химию окружающей среды (перевод с англ.) М., Мир, 1999

.   Wikipedia.org

.   academic.ru

.   wap.bakerstreet221b.ru

.   http://www.ekologiya-online.ru/osnovy-obtheyj-ehkologii/smogi.html

.   http://www.vesti.ru/doc.html? id=1442938

.   http://news.bbc.co.uk/2/hi/uk_news/2542315.stm

.   http://fb.ru/article/77734/chto-takoe-smog-i-chem-on-opasen