- مميزات
- بعض التفاعلات التي تحدث في طبقة التروبوسفير
- ملوثات الهواء الأولية والثانوية
- تكوين الأوزون في طبقة التروبوسفير
- أسباب الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي
- آثار الضباب الدخاني
- المراجع
و الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي هو الضباب الكثيف تشكلت نتيجة لتفاعلات كيميائية من الغازات المنبعثة من محركات الاحتراق السيارات. تتوسط هذه التفاعلات ضوء الشمس وتحدث في طبقة التروبوسفير ، وهي طبقة من الغلاف الجوي تمتد من 0 إلى 10 كم فوق سطح الأرض.
تأتي كلمة ضباب من تقلص كلمتين في اللغة الإنجليزية: «ضباب» أي ضباب أو ضباب ، و «دخان» أي دخان. بدأ استخدامه في الخمسينيات من القرن الماضي لتحديد ضباب غطى مدينة لندن.
الشكل 1. الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي في مدينة سولت ليك بالولايات المتحدة الأمريكية. المصدر: Eltiempo10 ، من ويكيميديا كومنز
يتجلى الضباب الدخاني على شكل ضباب ضارب إلى الصفرة يميل إلى البني المائل للرمادي ، ناتج عن قطرات صغيرة من الماء منتشرة في الغلاف الجوي ، والتي تحتوي على المنتجات الكيميائية للتفاعلات التي تحدث بين ملوثات الهواء.
هذا الضباب شائع جدًا في المدن الكبيرة نظرًا للتركيز العالي للسيارات وحركة مرور المركبات الأكثر كثافة ، ولكنه انتشر أيضًا إلى المناطق التي كانت نقية ، مثل جراند كانيون في ولاية أريزونا بالولايات المتحدة الأمريكية.
في كثير من الأحيان ، يكون للضباب الدخاني رائحة مميزة كريهة ، بسبب وجود بعض المكونات الكيميائية الغازية النموذجية. تؤثر المنتجات الوسيطة والمركبات النهائية للتفاعلات التي تسبب الضباب الدخاني بشكل خطير على صحة الإنسان والحيوان والنبات وبعض المواد.
مميزات
بعض التفاعلات التي تحدث في طبقة التروبوسفير
من السمات المميزة للغلاف الجوي للأرض قدرته على التأكسد ، وذلك بسبب الكمية الكبيرة النسبية من الأكسجين الجزيئي ثنائي الذرة (O 2) الذي يحتويه (حوالي 21٪ من تركيبته).
في النهاية ، تتأكسد جميع الغازات المنبعثة في الغلاف الجوي تمامًا في الهواء ، وتتراكم المنتجات النهائية لهذه الأكسدة على سطح الأرض. عمليات الأكسدة هذه ذات أهمية حيوية لتنظيف الهواء وتطهيره.
آليات التفاعلات الكيميائية التي تحدث بين ملوثات الهواء معقدة للغاية. يوجد أدناه عرض مبسط لهم:
ملوثات الهواء الأولية والثانوية
تحتوي الغازات المنبعثة من احتراق الوقود الأحفوري في محركات السيارات بشكل أساسي على أكسيد النيتريك (NO) وأول أكسيد الكربون (CO) وثاني أكسيد الكربون (CO 2) والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs).
تسمى هذه المركبات بالملوثات الأولية ، لأنها من خلال التفاعلات الكيميائية التي يتوسطها الضوء (التفاعلات الكيميائية الضوئية) تنتج سلسلة من المنتجات تسمى الملوثات الثانوية.
في الأساس ، أهم الملوثات الثانوية هما ثاني أكسيد النيتروجين (NO 2) والأوزون (O 3) ، وهما الغازان الأكثر تأثيرًا في تكوين الضباب الدخاني.
تكوين الأوزون في طبقة التروبوسفير
ينتج أكسيد النيتريك (NO) في محركات السيارات من خلال التفاعل بين الأكسجين والنيتروجين في الهواء عند درجات حرارة عالية:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g) ، حيث (g) تعني في الحالة الغازية.
يتأكسد أكسيد النيتريك بمجرد إطلاقه في الغلاف الجوي إلى ثاني أكسيد النيتروجين (NO 2):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 يخضع للتحلل الكيميائي الضوئي بوساطة ضوء الشمس:
NO 2 (g) + hγ (ضوء) → NO (g) + O (g)
الأكسجين O في الشكل الذري هو نوع شديد التفاعل يمكنه بدء العديد من التفاعلات مثل تكوين الأوزون (O 3):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
يعمل الأوزون في الستراتوسفير (طبقة من الغلاف الجوي بين 10 كم و 50 كم فوق سطح الأرض) كعنصر وقائي للحياة على الأرض ، حيث يمتص الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة التي تأتي من الشمس ؛ ولكن في طبقة التروبوسفير الأرضية ، للأوزون آثار ضارة جدًا.
الشكل 2. الضباب الدخاني في نيويورك. المصدر: ويكيبيديا كومنز
أسباب الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي
المسارات الأخرى لتكوين الأوزون في طبقة التروبوسفير هي التفاعلات المعقدة التي تتضمن أكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات والأكسجين.
أحد المركبات الكيميائية المتولدة في هذه التفاعلات هو نترات البيروكسي أسيتيل (PAN) ، وهو عامل قوي للدموع يسبب أيضًا صعوبة في التنفس.
لا تأتي المركبات العضوية المتطايرة فقط من الهيدروكربونات التي لا يتم حرقها في محركات الاحتراق الداخلي ، ولكن أيضًا من مصادر مختلفة ، مثل تبخر المذيبات والوقود ، من بين أمور أخرى.
تخضع هذه المركبات العضوية المتطايرة أيضًا لتفاعلات كيميائية ضوئية معقدة تمثل مصدرًا للأوزون وحمض النيتريك (HNO 3) والمركبات العضوية المؤكسدة جزئيًا.
المركبات العضوية المتطايرة + NO + O 2 + Sunlight → خليط معقد: HNO 3 ، O 3 ومركبات عضوية مختلفة
كل هذه المركبات العضوية ، ومنتجات الأكسدة (الكحوليات والأحماض الكربوكسيلية) ، متطايرة أيضًا ويمكن أن تتكثف أبخرتها إلى قطرات سائلة صغيرة تتوزع في الهواء على شكل رذاذ ، والتي تنثر ضوء الشمس ، مما يقلل من الرؤية. وبهذه الطريقة يتم إنتاج نوع من الحجاب أو الضباب في طبقة التروبوسفير.
آثار الضباب الدخاني
السخام أو جزيئات الكربون الناتجة عن الاحتراق ، أنهيدريد الكبريتيك (SO 2) والملوثات الثانوية - حمض الكبريتيك (H 2 SO 4) - تشارك أيضًا في إنتاج الضباب الدخاني.
يتفاعل الأوزون الموجود في طبقة التروبوسفير مع الروابط المزدوجة C = C في أنسجة الرئة والأنسجة النباتية والحيوانية ، مما يتسبب في أضرار جسيمة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يتسبب الأوزون في إتلاف المواد مثل إطارات السيارات ، مما يتسبب في حدوث تشققات للأسباب نفسها.
الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي هو سبب مشاكل الجهاز التنفسي الحادة ، نوبات السعال ، تهيج الأنف والحنجرة ، تنفس أقصر ، ألم في الصدر ، التهاب الأنف ، تهيج العين ، ضعف الرئة ، انخفاض المقاومة للأمراض المعدية التنفسية ، الشيخوخة المبكرة أنسجة الرئة والتهاب الشعب الهوائية الشديد وفشل القلب والموت.
في مدن مثل نيويورك ، لندن ، مكسيكو سيتي ، أتلانتا ، ديترويت ، سولت ليك سيتي ، وارسو ، براغ ، شتوتغارت ، بكين ، شنغهاي ، سيول ، بانكوك ، بومباي ، كلكتا ، دلهي ، جاكرتا ، القاهرة ، مانيلا ، كراتشي ، تسمى في المدن الكبرى ، كانت فترات الذروة الحرجة من الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي سببًا للقلق واتخاذ تدابير خاصة لتقييد الدورة الدموية.
أفاد بعض الباحثين أن التلوث الناجم عن ثاني أكسيد الكبريت (SO 2) والكبريتات يتسبب في انخفاض مقاومة الإصابة بسرطان الثدي وسرطان القولون لدى السكان الذين يسكنون خطوط العرض الشمالية.
الآلية المقترحة لشرح هذه الحقائق هي أن الضباب الدخاني ، من خلال تشتيت ضوء الشمس الساقط على طبقة التروبوسفير ، يسبب انخفاضًا في الأشعة فوق البنفسجية المتاحة من النوع B (UV-B) ، وهو أمر ضروري للتخليق الكيميائي الحيوي لفيتامين D يعمل فيتامين د كعامل وقائي ضد كلا النوعين من السرطان.
بهذه الطريقة ، يمكننا أن نرى أن فائض الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة ضار جدًا بالصحة ، ولكن أيضًا نقص الأشعة فوق البنفسجية - ب له آثار ضارة.
المراجع
- أشرف ، أ ، بت ، أ ، خالد ، إ. ، علم ، رو ، وأحمد ، ر. تحليل الضباب الدخاني وتأثيره على أمراض سطح العين المبلغ عنها: دراسة حالة لحدث الضباب الدخاني لعام 2016 في لاهور. بيئة الغلاف الجوي. دوى: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang ، HQ ، Nguyen ، HD ، Vu ، K. et al. (2018). النمذجة الكيميائية للضباب الدخاني باستخدام نموذج النقل الكيميائي لتلوث الهواء (TAPM-CTM) في مدينة هو تشي مينه ، النمذجة والتقييم البيئي في فيتنام. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- ديكرسون ، ر ر ، كوندراجونتا ، س. ، ستينشيكوف ، ج. ، سيفيرولو ، كوالالمبور ، دودريدج ، ب.ج وهولبن ، بن (1997). تأثير الهباء الجوي على الإشعاع الشمسي فوق البنفسجي والضباب الدخاني الكيميائي الضوئي. علم. 278 (5339): 827-830. دوى: 10.1126 / العلوم.278.5339.827
- Hallquist، M.، Munthe، J.، Tao، MH، Chak، W.، Chan، K.، Gao، J.، et al (2016) الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي في الصين: التحديات العلمية والآثار المترتبة على سياسات جودة الهواء. مراجعة العلوم الوطنية. 3 (4): 401-403. دوي: 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.: القدرة التأكسدية والكيمياء الجذرية في الغلاف الجوي الملوث لمنطقة هونغ كونغ ودلتا نهر اللؤلؤ: تحليل حلقة ضباب دخان كيميائية ضوئية شديدة ، أتموس. تشيم ، فيز. ، 16 ، 9891-9903 ، https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016 ، 2016.