Смог и фотохимический туман

Смогом называется газообразные и твердые примеси в сочетании с туманом или аэрозольной дымкой, образующиеся в результате их преобразования и вызывающие интенсивное загрязнение атмосферы.

26 октября 1948 г. город Донору (США) подвергся воздействию смога, который представлял собой ни что иное, как плотный туман, сгущение атмосферы. Затем из тумана, содержащего дым и копоть, в результате конденсации стала выпадать сажа. Она покрыла всю территорию (дома, тротуары, мостовые). Боле двух суток смог держался в воздухе, а врачей вскоре начали осаждать кашляющие и задыхающиеся пациенты, которые жаловались на нехватку воздуха, насморк, резь в глазах, боль в горле и тошноту. И так в течение 4-х дней заболело около 48 % жителей города, 20 человек погибли. Кроме того, смог оказал пагубное воздействие на домашних животных (погибло много кошек, собак, канареек).

5 октября 1952 г. над всей Англией возникла зона высокого давления, и в течение нескольких дней был штиль. Но самое страшное воздействие смог оказал на жителей Лондона, так как именно здесь из-за большого количества заводов и автомобилей сильнее всего была загрязнена атмосфера. За четыре дня умерло более 4 тыс. человек. Специалистами было установлено, что в состав этого смога входило несколько сот тонн дыма и сернистого ангидрида. И когда ученые сопоставили загрязненность атмосферы с уровнем смертности в эти дни, было обнаружено, что смертность увеличивалась прямо пропорционально концентрации в воздухе дыма и сернистого газа. Смог, образующийся при штиле или слабом ветре, высокой влажности и температуре близкой к 0 ^оС получил условное название «лондонский».

В 30-х годах 20-го века над Лос-Анджелесом стал появляться смог даже в теплое время года (летом и ранней осенью, в жаркие дни). Этот смог представлял собой сухой туман с влажностью 70 % и был другого типа, совсем не похожий на лондонский. Его условно назвали «лос-анжелесский смог» или фотохимический туман.

Для возникновения смога типа «лос-анжелесского» необходим солнечный свет, который вызывает сложные фотохимические превращения в смеси углеводородов и окислов азота. В лондонском смоге не образуется практически никаких новых веществ, а его токсичность целиком зависит от исходных загрязнителей; возникает он при сжигании больших количеств топлива. В фотохимическом же тумане в ходе фотохимических реакций образуются новые вещества, значительно превышающие по своей токсичности исходные атмосферные загрязнения. Фотохимический туман образуется при значительно меньших выбросах в атмосферу по сравнению с лондонским типом, для него также более характерна желто-зеленая или сухая дымка, а не сплошной туман.

При фотохимическом тумане, как и при лондонском смоге, появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость, у людей воспаляются глаза, слизистая оболочка носа и горла, отмечаются симптомы удушья, обостряются легочные и прочие хронические заболевания. При этом погибают животные и птицы. Повреждает он и растения, особенно бобы, салатные культуры, свеклу, злаки, виноград, декоративные насаждения.

При повреждении растений фотохимическим туманом сначала наблюдается на листьях серебристый или бронзовый оттенок, а затем быстрое увядание всего растения. У человека он вызывает повреждение нервно-психической сферы, обострение бронхиальной астмы. Он способен вызывать коррозию металлов, портить одежду, нарушать работу транспорта, резко снижать видимость.

Основная причина образования такого тумана – выхлопные газы автомобилей, однако он может возникать в загрязненном воздухе и в результате фотохимических реакций, протекающих под действием солнечных излучений. В ясные дни солнечная радиация вызывает расщепление молекул двуокиси азота с образованием окиси азота и атомарного кислорода, а атомарный кислород с молекулярным кислородом дает озон. Затем окись азота вступает в реакцию с олефинами выхлопных газов, которые расщепляются по линии двойной связи и образуют осколки молекул, и в результате образуется избыток озона.

На каждом километре пути легковой автомобиль выделяет около 10 г окиси азота. В Лос-Анджелесе — городе с несколькими миллионами автомобилей — до 260 дней в году наблюдаются температурные инверсии (формирование воздушных слоев, в которых с увеличением высоты температура не уменьшается, как обычно, а наоборот - увеличивается). Инверсионный слой располагается на небольшой высоте, а интенсивность солнечной радиации в этом регионе достаточно велика, поэтому явно выраженный фотохимический туман наблюдается здесь более 60 дней в году.

В Лос-Анджелесе особый климат. С трех сторон залив окружен горами, а с четвертой идет воздушный поток, возникающий над почвой, сильно нагревающейся под действием солнечного тепла, и устремляющийся вверх. Верхнюю часть этой гигантской колбы закрывает низкий инверсионнный слой, проходящий на уровне 200-250 м.

В утренние часы «пик» в воздухе накапливается большое количество отработанных газов, и к полудню образуется фотохимический туман. Во второй половине дня под действием усиливающегося нагрева инверсия ослабевает, смог поднимается вверх. В ясные дни солнечная радиация вызывает расщепление молекул двуокими азота с образованием окиси азота и атомарного кислорода: соединяясь с молекулярным кислородом, атомарный кислород образует озон. Казалось бы, озон, окисляя окись азота, должен вновь превратиться в кислород, а окись азота — в двуокись. Но этого не происходит, так как окись азота вступает в реакцию с содержащимися в отработанных газах олефинами, которые расщепляются и образуют осколки молекул. Так появляется избыток озона.

В результате продолжающегося фотолиза новые массы двуокиси азота расщепляются и дают дополнительное количество озона, возникает цепная реакция, и в атмосфере происходит постепенно накопление озона. Ночью процесс образования озона прекращается. При вступлении озона в реакцию с олефинами образуются различные перекиси, которые и составляют характерные для фотохимического тумана продукты окисления (оксиданты).

В настоящее время во многих крупных городах мира — Нью-Йорке, Чикаго, Бостоне, Детройте, Токио, Милане — образуется фотохимический туман. Подобные явления иногда наблюдаются в и крупных городах России (Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Челябинск, Самара, Новосибирск и др.).