- ลักษณะเฉพาะ
- ปฏิกิริยาบางอย่างที่เกิดขึ้นในโทรโพสเฟียร์
- มลพิษทางอากาศหลักและทุติยภูมิ
- การสร้างโอโซนในโทรโพสเฟียร์
- สาเหตุของหมอกควันจากแสง
- ผลกระทบจากหมอกควัน
- อ้างอิง
photochemical หมอกควันเป็นหมอกหนาเกิดขึ้นเนื่องจากการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีของก๊าซจากการเผาไหม้ของเครื่องยนต์รถยนต์ ปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นสื่อกลางโดยแสงแดดและเกิดขึ้นในโทรโพสเฟียร์ซึ่งเป็นชั้นของบรรยากาศที่ยื่นออกมาจาก 0 ถึง 10 กม. เหนือพื้นดิน
คำว่าหมอกควันมาจากการหดตัวของคำสองคำในภาษาอังกฤษ: «หมอก»ซึ่งหมายถึงหมอกหรือหมอกและ«ควัน»ซึ่งหมายถึงควัน การใช้งานเริ่มขึ้นในปี 1950 เพื่อกำหนดหมอกควันที่ปกคลุมเมืองลอนดอน
รูปที่ 1. หมอกควันสารเคมีในเมืองซอลท์เลคซิตี้สหรัฐอเมริกา ที่มา: Eltiempo10 จาก Wikimedia Commons
หมอกควันปรากฏเป็นหมอกควันสีเหลืองน้ำตาลแกมเทาเกิดจากหยดน้ำเล็ก ๆ ที่กระจายอยู่ในชั้นบรรยากาศซึ่งประกอบด้วยผลิตภัณฑ์ทางเคมีของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างมลพิษทางอากาศ
หมอกควันนี้พบได้บ่อยในเมืองใหญ่เนื่องจากมีรถยนต์หนาแน่นและมีการจราจรหนาแน่นมากขึ้น แต่ยังแพร่กระจายไปยังพื้นที่ที่เก่าแก่เช่นแกรนด์แคนยอนในรัฐแอริโซนาสหรัฐอเมริกา
บ่อยครั้งที่หมอกควันมีลักษณะกลิ่นไม่พึงประสงค์เนื่องจากมีส่วนประกอบทางเคมีที่เป็นก๊าซทั่วไป ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางและสารประกอบสุดท้ายของปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดหมอกควันส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อสุขภาพของมนุษย์สัตว์พืชและวัสดุบางชนิด
ลักษณะเฉพาะ
ปฏิกิริยาบางอย่างที่เกิดขึ้นในโทรโพสเฟียร์
คุณสมบัติที่โดดเด่นประการหนึ่งของบรรยากาศของดาวเคราะห์โลกคือความสามารถในการออกซิไดซ์เนื่องจากออกซิเจนโมเลกุลไดอะตอม (O 2 ) มีปริมาณมาก (ประมาณ 21% ขององค์ประกอบ)
ในที่สุดก๊าซเกือบทั้งหมดที่ปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศจะถูกออกซิไดซ์ในอากาศอย่างสมบูรณ์และผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการเกิดออกซิเดชั่นเหล่านี้จะสะสมอยู่บนพื้นผิวโลก กระบวนการออกซิเดชั่นเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความสะอาดและกำจัดสิ่งปนเปื้อนในอากาศ
กลไกของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างมลพิษทางอากาศมีความซับซ้อนมาก ด้านล่างนี้คือการอธิบายอย่างง่ายของพวกเขา:
มลพิษทางอากาศหลักและทุติยภูมิ
ก๊าซที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิลในเครื่องยนต์รถยนต์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไนตริกออกไซด์ (NO) คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) คาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 ) และสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs)
สารประกอบเหล่านี้เรียกว่าสารมลพิษหลักเนื่องจากผ่านปฏิกิริยาทางเคมีที่เป็นสื่อกลางโดยแสง (ปฏิกิริยาทางเคมี) สารเหล่านี้จะทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่เรียกว่าสารมลพิษทุติยภูมิ
โดยทั่วไปมลพิษทุติยภูมิที่สำคัญที่สุดคือไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO 2 ) และโอโซน (O 3 ) ซึ่งเป็นก๊าซที่มีอิทธิพลต่อการก่อตัวของหมอกควันมากที่สุด
การสร้างโอโซนในโทรโพสเฟียร์
ไนตริกออกไซด์ (NO) ผลิตในเครื่องยนต์รถยนต์โดยทำปฏิกิริยาระหว่างออกซิเจนและไนโตรเจนในอากาศที่อุณหภูมิสูง:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g) โดยที่ (g) หมายถึงในสถานะก๊าซ
ไนตริกออกไซด์เมื่อปล่อยสู่บรรยากาศจะถูกออกซิไดซ์เป็นไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO 2 ):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2ผ่านการสลายตัวด้วยแสงโดยอาศัยแสงแดด:
NO 2 (g) + hγ (แสง) → NO (g) + O (g)
ออกซิเจน O ในรูปแบบอะตอมเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีปฏิกิริยามากซึ่งสามารถเริ่มปฏิกิริยาต่างๆเช่นการก่อตัวของโอโซน (O 3 ):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
โอโซนในสตราโตสเฟียร์ (ชั้นบรรยากาศระหว่าง 10 กม. ถึง 50 กม. เหนือพื้นผิวโลก) ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบป้องกันของสิ่งมีชีวิตบนโลกเนื่องจากดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตพลังงานสูงที่มาจากดวงอาทิตย์ แต่ในโทรโพสเฟียร์บนบกโอโซนมีผลกระทบที่สร้างความเสียหายอย่างมาก
รูปที่ 2. หมอกควันในนิวยอร์ก ที่มา: Wikipedia Commons
สาเหตุของหมอกควันจากแสง
เส้นทางอื่น ๆ สำหรับการก่อตัวของโอโซนในโทรโพสเฟียร์คือปฏิกิริยาที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับไนโตรเจนออกไซด์ไฮโดรคาร์บอนและออกซิเจน
หนึ่งในสารประกอบทางเคมีที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาเหล่านี้คือ peroxyacetyl nitrate (PAN) ซึ่งเป็นสารฉีกขาดที่มีประสิทธิภาพและทำให้หายใจลำบาก
สารประกอบอินทรีย์ระเหยไม่เพียง แต่มาจากไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ได้ถูกเผาไหม้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน แต่มาจากแหล่งต่างๆเช่นการระเหยของตัวทำละลายและเชื้อเพลิงเป็นต้น
VOC เหล่านี้ยังผ่านปฏิกิริยาโฟโตเคมีที่ซับซ้อนซึ่งเป็นแหล่งของโอโซนกรดไนตริก (HNO 3 ) และสารประกอบอินทรีย์ที่ถูกออกซิไดซ์บางส่วน
VOCs + NO + O 2 + แสงแดด→ส่วนผสมเชิงซ้อน: HNO 3, O 3และสารประกอบอินทรีย์ต่างๆ
สารประกอบอินทรีย์ทั้งหมดเหล่านี้ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่น (แอลกอฮอล์และกรดคาร์บอกซิลิก) ยังระเหยได้และไอระเหยของมันสามารถควบแน่นเป็นหยดของเหลวเล็ก ๆ ที่กระจายอยู่ในอากาศในรูปของละอองลอยซึ่งจะกระจายแสงแดดทำให้การมองเห็นลดลง ด้วยวิธีนี้ม่านหรือหมอกชนิดหนึ่งเกิดขึ้นในโทรโพสเฟียร์
ผลกระทบจากหมอกควัน
เขม่าหรืออนุภาคคาร์บอนที่เกิดจากการเผาไหม้ซัลฟิวริกแอนไฮไดรด์ (SO 2 ) และกรดซัลฟิวริกที่เป็นมลพิษทุติยภูมิ (H 2 SO 4 ) ก็มีส่วนเกี่ยวข้องกับการผลิตหมอกควันด้วย
โอโซนในโทรโพสเฟียร์ทำปฏิกิริยากับพันธะคู่ C = C ในเนื้อเยื่อปอดเนื้อเยื่อพืชและสัตว์ทำให้เกิดความเสียหายอย่างรุนแรง นอกจากนี้โอโซนยังสามารถทำลายวัสดุเช่นยางรถยนต์ทำให้เกิดการแตกร้าวด้วยสาเหตุเดียวกัน
หมอกควันโฟโตเคมีเป็นสาเหตุของปัญหาระบบทางเดินหายใจรุนแรงอาการไอระคายเคืองจมูกและลำคอหายใจสั้นลงเจ็บหน้าอกจมูกอักเสบระคายเคืองตาปอดทำงานผิดปกติลดความต้านทานต่อโรคติดเชื้อทางเดินหายใจการแก่ก่อนวัยของ เนื้อเยื่อปอดหลอดลมอักเสบรุนแรงหัวใจล้มเหลวและเสียชีวิต
ในเมืองต่างๆเช่นนิวยอร์กลอนดอนเม็กซิโกซิตี้แอตแลนตาดีทรอยต์ซอลท์เลคซิตี้วอร์ซอปรากสตุ๊ตการ์ทปักกิ่งเซี่ยงไฮ้โซลกรุงเทพฯบอมเบย์กัลกัตตาเดลีจาการ์ตาไคโรมะนิลาการาจีเรียกว่า ในเมืองใหญ่ตอนที่วิกฤตสูงสุดของหมอกควันโฟโตเคมีเป็นสาเหตุของการเตือนภัยและมาตรการพิเศษเพื่อ จำกัด การไหลเวียน
นักวิจัยบางคนรายงานว่าการปนเปื้อนที่เกิดจากซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO 2 ) และซัลเฟตทำให้ความต้านทานต่อมะเร็งเต้านมและมะเร็งลำไส้ใหญ่ลดลงในประชากรที่อาศัยอยู่ในละติจูดทางตอนเหนือ
กลไกที่แนะนำเพื่ออธิบายข้อเท็จจริงเหล่านี้คือหมอกควันโดยการกระจายแสงแดดที่ตกกระทบบนโทรโพสเฟียร์ทำให้รังสีอัลตราไวโอเลตประเภท B (UV-B) ลดลงซึ่งจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์วิตามินดีทางชีวเคมี วิตามินดีเป็นสารป้องกันมะเร็งทั้งสองชนิด
ด้วยวิธีนี้เราจะเห็นได้ว่ารังสีอัลตราไวโอเลตพลังงานสูงส่วนเกินเป็นอันตรายต่อสุขภาพมาก แต่การขาดรังสี UV-B ก็มีผลเสียเช่นกัน
อ้างอิง
- Ashraf, A. , Butt, A. , Khalid, I. , Alam, RU และ Ahmad, SR (2018). การวิเคราะห์หมอกควันและผลกระทบต่อโรคพื้นผิวตาที่รายงาน: กรณีศึกษาเหตุการณ์หมอกควันปี 2559 ที่เมืองละฮอร์ สภาพแวดล้อมบรรยากาศ ดอย: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. และคณะ (2018) การสร้างแบบจำลองหมอกควันโฟโตเคมีโดยใช้แบบจำลองการขนส่งสารเคมีมลพิษทางอากาศ (TAPM-CTM) ในโฮจิมินห์ซิตี้การสร้างแบบจำลองและการประเมินสิ่งแวดล้อมของเวียดนาม 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S. , Stenchikov, G. , Civerolo, KL, Doddridge, B.G และ Holben, BN (1997) ผลกระทบของละอองลอยต่อการแผ่รังสีอัลตราไวโอเลตจากแสงอาทิตย์และหมอกควันโฟโตเคมี วิทยาศาสตร์. 278 (5339): 827-830 ดอย: 10.1126 / science.278.5339.827
- Hallquist, M. , Munthe, J. , Tao, MH, Chak, W. , Chan, K. , Gao, J. , et al (2016) หมอกควันโฟโตเคมีในประเทศจีน: ความท้าทายทางวิทยาศาสตร์และผลกระทบต่อนโยบายคุณภาพอากาศ ปริทัศน์วิทยาศาสตร์แห่งชาติ. 3 (4): 401–403 ดอย: 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. , และ Wang, W. : ความสามารถในการออกซิเดชั่นและเคมีที่รุนแรงในบรรยากาศที่เป็นมลพิษของพื้นที่สามเหลี่ยมปากแม่น้ำฮ่องกงและเพิร์ล: การวิเคราะห์ตอนหมอกควันเคมีโฟโตเคมีที่รุนแรง, Atmos เคมีกายภาพ, 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2559.