- Característiques
- Algunes reaccions que ocorren en la tropósfera
- Contaminants atmosfèrics primaris i secundaris
- Formació d'ozó a l'tropósfera
- Causes de l'smog fotoquímic
- Efectes de l'smog
- referències
L' smog fotoquímic és una boira densa que es forma a causa de les reaccions químiques dels gasos emesos pels motors de combustió dels automòbils. Aquestes reaccions estan mediades per la llum solar i ocorren en la tropósfera, capa de l'atmosfera que s'estén des dels 0 als 10 km d'altura sobre el sòl.
La paraula smog prové de la contracció de dues paraules de l'idioma anglès: «fog», que significa boirina o boira, i «smoke», que significa fum. El seu ús es va iniciar en la dècada de 1950 per designar una boirina que va cobrir a la ciutat de Londres.
Figura 1. Smog fotoquímic a la ciutat Salt Lake City, USA. Font: Eltiempo10, from Wikimedia Commons
El smog es manifesta com una boirina de color groguenc-marronós-grisós, originada per petites gotes d'aigua disperses en l'atmosfera, que contenen els productes químics de reaccions que ocorren entre els contaminants de l'aire.
Aquesta boirina és molt comú a les grans ciutats per la gran concentració d'automòbils i el trànsit vehicular més intens, però també s'ha estès a zones que eren prístines, com ara el Gran Canó en l'estat d'Arizona, USA.
Molt freqüentment, el smog té una olor característica, desagradable, a causa de la presència d'alguns components químics gasosos típics. Els productes intermedis i els compostos finals de les reaccions que s'originen a l'smog, afecten greument la salut humana, animals, plantes ja alguns materials.
Característiques
Algunes reaccions que ocorren en la tropósfera
Un dels trets distintius de l'atmosfera de la planeta Terra és la seva capacitat oxidant, deguda a la gran quantitat relativa d'oxigen molecular diatòmic (O 2) que conté (aproximadament en un 21% de la seva composició).
Al final, pràcticament tots els gasos emesos a l'atmosfera són oxidats completament en l'aire, i els productes finals d'aquestes oxidacions es dipositen sobre la superfície de la Terra. Aquests processos d'oxidació són d'importància vital per netejar i descontaminar a l'aire.
Els mecanismes de les reaccions químiques que ocorren entre els contaminants de l'aire són molt complexos. A continuació es presenta una exposició simplificada dels mateixos:
Contaminants atmosfèrics primaris i secundaris
Els gasos emesos per la combustió de combustibles fòssils en els motors dels automòbils contenen majoritàriament òxid nítric (NO), monòxid de carboni (CO), diòxid de carboni (CO 2) i compostos orgànics volàtils (COV).
Aquests compostos s'anomenen contaminants primaris, ja que a través de reaccions químiques intervingudes per la llum (reaccions fotoquímiques) produeixen una sèrie de productes denominats contaminants secundaris.
Bàsicament, els contaminants secundaris més importants són el diòxid de nitrogen (NO 2) i l'ozó (O 3), els quals són els gasos que més influeixen en la formació de l'smog.
Formació d'ozó a l'tropósfera
En els motors dels automòbils es produeix òxid nítric (NO) a través de la reacció entre l'oxigen i el nitrogen de l'aire a altes temperatures:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), on (g) significa en estat gasós.
L'òxid nítric un cop alliberat a l'atmosfera s'oxida a diòxid de nitrogen (NO 2):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
El NO 2 experimenta descomposició fotoquímica intervinguda per la llum solar:
NO 2 (g) + hγ (llum) → NO (g) + O (g)
L'oxigen O en forma atòmica és una espècie extremadament reactiva que pot iniciar moltes reaccions com la formació d'ozó (O 3):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
L'ozó a l'estratosfera (capa de l'atmosfera entre els 10 km i els 50 km d'altura sobre la superfície terrestre) funciona com a component protector de la vida a la Terra, ja que absorbeix la radiació ultraviolada d'alta energia que prové de el sol; però en la tropósfera terrestre l'ozó té efectes molt nocius.
Figura 2. Smog a Nova York. Font: Wikipedia Commons
Causes de l'smog fotoquímic
Altres vies per a la formació d'ozó en l'tropósfera són les reaccions complexes en què intervenen òxids de nitrogen, hidrocarburs i oxigen.
Un dels compostos químics generats en aquestes reaccions és el nitrat de peroxiacetil (PA), el qual és un potent agent lacrimògen que provoca també dificultat per respirar.
Els compostos orgànics volàtils provenen no només d'hidrocarburs que no es cremen en els motors de combustió interna, sinó de diverses fonts, com evaporació de solvents i de combustibles, entre d'altres.
Aquests COV també experimenten reaccions fotoquímiques complexes que són font d'ozó, àcid nítric (HNO 3) i compostos orgànics oxidats parcialment.
COV + NO + O 2 + Exposició → Barreja complexa: HNO 3, O 3 i diversos compostos orgànics
Tots aquests compostos orgànics productes d'oxidació (alcohols i àcids carboxílics), són volàtils també i els seus vapors poden condensar-se en mínimes gotes líquides que es distribueixen en l'aire en forma d'aerosols, els quals dispersen la llum solar, reduint la visibilitat. D'aquesta manera es produeix una mena de vel o boira en la tropósfera.
Efectes de l'smog
Les partícules de sutge o carboni producte de combustió, l'anhídrid sulfúric (SO 2) i el contaminant secundari -àcid sulfúric (H 2 SO 4) -, també intervenen en la producció de smog.
L'ozó a la tropósfera reacciona amb els dobles enllaços C = C dels teixits pulmonars, de teixits de plantes i d'animals, produint danys severs. Addicionalment, l'ozó pot causar danys en materials com el dels pneumàtics dels automòbils, produint esquerdes per les mateixes raons.
El smog fotoquímic és causa de greus problemes respiratoris, atacs de tos, irritació nasal i de la gola, respiració més breu, mal de pit, rinitis, irritació ocular, disfunció pulmonar, disminució de la resistència a contraure malalties infeccioses respiratòries, envelliment prematur de els teixits pulmonars, bronquitis severes, falles cardíaques i morts.
En ciutats com Nova York, Londres, Ciutat de Mèxic, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Varsòvia, Praga, Stuttgart, Beijing, Shanghai, Seül, Bangkok, Bombai, Calcuta, Delhi, Yacarta, el Caire, Manila, Karachi, denominades megaciutats, els episodis crítics pic de smog fotoquímic han estat causa d'alarma i mesures especials de restricció de circulació.
Alguns investigadors han reportat que la contaminació originada per diòxid de sofre (SO 2) i els sulfats provoquen una disminució en la resistència a contraure càncer de mama i de còlon, en poblacions que habiten les latituds septentrionals.
El mecanisme suggerit per explicar aquests fets és que el smog, a l'dispersar la llum solar incident sobre la tropósfera, provoca una disminució de la radiació ultraviolada tipus B (UV-B) disponible, la qual és necessària per a la síntesi bioquímica de la vitamina D. La vitamina d funciona com a agent protector dels dos tipus de càncer.
D'aquesta manera, podem veure que un excés de radiació ultraviolada d'alta energia és molt perjudicial per a la salut, però també el dèficit de radiació tipus UV-B té efectes nocius.
referències
- Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU, and Ahmad, Sr. (2018). Smog analysis and its effect on reported ocular surface diseases: A case study of 2016 smog event of Lahore. Atmospheric Environment. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
- Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. et al. (2018). Photochemical Smog Modelling Using the Air Pollution Chemical Transport Model (TAPM-CTM) in Ho Chi Minh City, Vietnam Environmental Modeling & Assessment. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
- Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G and Holben, BN (1997). The Impact of Aerosols on Solar Ultraviolet Radiation and Photochemical Smog. Science. 278 (5339): 827-830. doi: 10.1126 / science.278.5339.827
- Hallquist, M., Munthe, J., Tao, MH, Chak, W., Chan, K., Gao, J., et a l'(2016) Photochemical smog in China: scientific reptes i 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, I., Lee, S., Mellouki, A., and Wang, W.: Oxidative capacity and radical chemistry in the polluted atmosphere of Hong Kong and Pearl River Delta regió: analysis of a severes photochemical smog episode, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.