الضباب الدخاني الخصائص الكيميائية ، والأسباب والآثار

ال الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي إنه ضباب كثيف يتشكل بسبب التفاعلات الكيميائية للغازات المنبعثة من محركات الاحتراق للسيارات. تتوسط هذه التفاعلات بواسطة أشعة الشمس وتحدث في طبقة التروبوسفير ، وهي طبقة من الغلاف الجوي تمتد من 0 إلى 10 كم فوق سطح الأرض. 

الضباب الدخاني كلمة تأتي من انكماش كلمتين من اللغة الإنجليزية: "ضباب ", وهو ما يعني الضباب أو الضباب ، و "دخان ", وهو ما يعني الدخان. بدأ استخدامه في الخمسينيات لتسمية ضباب غطى مدينة لندن.

يتجلى الضباب الدخاني كضباب ضبابي بني مائل إلى اللون البني الناجم عن قطرات الماء الصغيرة المنتشرة في الجو والتي تحتوي على التفاعلات الكيميائية التي تحدث بين ملوثات الهواء.

هذا الضباب شائع جدًا في المدن الكبيرة نظرًا للتركيز العالي للسيارات وحركة المرور الأكثر كثافة ، لكنه امتد أيضًا إلى المناطق البكر ، مثل جراند كانيون في ولاية أريزونا بالولايات المتحدة الأمريكية..

في كثير من الأحيان ، يكون الضباب الدخاني ذو رائحة مميزة وغير سارة ، بسبب وجود بعض المكونات الكيميائية الغازية النموذجية. المنتجات الوسيطة والمركبات النهائية للتفاعلات التي تسبب الضباب الدخاني ، تؤثر بشكل خطير على صحة الإنسان والحيوانات والنباتات وبعض المواد.

مؤشر

• 1 الخصائص
  • 1.1 بعض ردود الفعل التي تحدث في التروبوسفير
  • 1.2 الملوثات الأولية والثانوية في الغلاف الجوي
  • 1.3 تكوين الأوزون في التروبوسفير
• 2 أسباب الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي
• 3 آثار الضباب الدخاني
• 4 المراجع

ملامح

بعض ردود الفعل التي تحدث في التروبوسفير

واحدة من السمات المميزة للغلاف الجوي لكوكب الأرض هي قدرته المؤكسدة ، بسبب الكمية النسبية الكبيرة من الأكسجين الجزيئي ثنائي الذرة (OR₂) يحتوي على (حوالي 21 ٪ من تركيبته).

في النهاية ، تتأكسد كل الغازات المنبعثة في الغلاف الجوي تقريبًا في الهواء ، وترسب المنتجات النهائية لهذه الأكسدة على سطح الأرض. عمليات الأكسدة هذه لها أهمية حيوية لتنظيف الهواء وتطهيره.

آليات التفاعلات الكيميائية التي تحدث بين ملوثات الهواء معقدة للغاية. أدناه عرض مبسط لهم:

الملوثات الأولية والثانوية في الغلاف الجوي

تحتوي الغازات المنبعثة من احتراق الوقود الأحفوري في محركات السيارات بشكل رئيسي على أكسيد النيتريك (NO) وأول أكسيد الكربون (CO) وثاني أكسيد الكربون (CO)₂) والمركبات العضوية المتطايرة (المركبات العضوية المتطايرة).

وتسمى هذه المركبات الملوثات الأولية ، لأنه من خلال التفاعلات الكيميائية بوساطة الضوء (التفاعلات الكيميائية الضوئية) تنتج سلسلة من المنتجات تسمى الملوثات الثانوية.

أساسا ، أهم الملوثات الثانوية هي ثاني أكسيد النيتروجين (NO₂)  والأوزون (O₃) ، والتي هي الغازات التي تؤثر على معظم تكوين الضباب الدخاني.

تكوين الأوزون في التروبوسفير

يتم إنتاج أكسيد النيتريك (NO) في محركات السيارات من خلال التفاعل بين الأكسجين والنيتروجين في الهواء عند درجات حرارة عالية:

N₂ (ز) + يا₂ (ز) →  2NO (g) ، حيث (g) تعني في الحالة الغازية.

يتأكسد أكسيد النيتريك بمجرد إطلاقه في الغلاف الجوي إلى ثاني أكسيد النيتروجين (NO₂):

2NO (g) + O₂ (ز) → 2NO₂ (G)

NO₂ تجربة انهيار الضوئية بوساطة أشعة الشمس:

NO₂ (g) + hγ (الضوء) → NO (g) + O (g)

الأكسجين في شكل ذري هو نوع تفاعلي للغاية يمكن أن يبدأ العديد من التفاعلات مثل تكوين الأوزون (O₃):

O (ز) + O₂ (ز) → O₃ (G)

يعمل الأوزون الموجود في طبقة الستراتوسفير (طبقة الغلاف الجوي بين 10 كم و 50 كم فوق سطح الأرض) كعنصر وقائي للحياة على الأرض ، ويمتص الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة من الشمس ؛ ولكن في طبقة التروبوسفير الأرضية ، يكون للأوزون آثار ضارة للغاية.

أسباب الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي

مسارات أخرى لتشكيل الأوزون في التروبوسفير هي ردود الفعل المعقدة التي تنطوي على أكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات والأكسجين.

يعتبر نترات البيروكسي أسيتيل (PAN) ، وهو عامل مسيل للدموع قويًا ويؤدي أيضًا إلى صعوبة في التنفس ، أحد المركبات الكيميائية الناتجة في هذه التفاعلات..

لا تأتي المركبات العضوية المتطايرة فقط من الهيدروكربونات التي لا يتم حرقها في محركات الاحتراق الداخلي ، ولكن من مصادر عديدة ، مثل تبخر المذيبات والوقود ، وغيرها..

تواجه هذه المركبات العضوية المتطايرة أيضًا تفاعلات كيميائية ضوئية معقدة تشكل مصدرًا للأوزون وحمض النيتريك (HNO)₃والمركبات العضوية المؤكسدة جزئيا.

COV's + NO + O₂ + ضوء الشمس → خليط معقد: HNO_3, O₃   والعديد من المركبات العضوية

جميع منتجات أكسدة المركبات العضوية هذه (الكحوليات والأحماض الكربوكسيلية) متقلبة أيضًا ويمكن للأبخرة أن تتكثف في الحد الأدنى من القطرات السائلة التي يتم توزيعها في الهواء في شكل الهباء الجوي ، الذي ينثر ضوء الشمس ، مما يقلل من الرؤية. بهذه الطريقة يحدث نوع من الحجاب أو الضباب في التروبوسفير.

آثار الضباب الدخاني

جزيئات السخام أو منتج الكربون من الاحتراق ، أنهيدريد الكبريتيك (SO₂) والملوث الثانوي - حامض الكبريتيك (H₂SW₄) - ، كما تتدخل في إنتاج الضباب الدخاني.

يتفاعل الأوزون في التروبوسفير مع روابط C = C المزدوجة في أنسجة الرئة والأنسجة النباتية والحيوانية ، مما يتسبب في أضرار جسيمة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يتسبب الأوزون في تلف مواد مثل إطارات السيارات ، مما يسبب التصدع لنفس الأسباب.

الضباب الدخاني الكيميائي يسبب مشاكل تنفسية حادة ، نوبات السعال ، تهيج الأنف والحلق ، أقصر في التنفس ، ألم في الصدر ، التهاب الأنف ، تهيج العين ، ضعف في الرئة ، مقاومة منخفضة للأمراض المعدية التنفسية ، شيخوخة مبكرة أنسجة الرئة والتهاب الشعب الهوائية الحاد وفشل القلب والموت.

في مدن مثل نيويورك ولندن ومكسيكو سيتي وأتلانتا وديترويت وسولت ليك سيتي ووارسو وبراغ شتوتغارت وبكين وشانغهاي وسيول وبانكوك وبومباي وكلكتا ودلهي وجاكرتا والقاهرة ومانيلا وكراتشي المدن الكبرى, كانت الحلقات الذروة من الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي سبباً للانزعاج وإجراءات خاصة لتقييد الدورة الدموية.

أبلغ بعض الباحثين أن التلوث الناجم عن ثاني أكسيد الكبريت (SO)₂) والكبريتات تسبب انخفاضًا في مقاومة سرطان الثدي والقولون لدى السكان الذين يعيشون في خطوط العرض الشمالية.

إن الآلية المقترحة لشرح هذه الحقائق هي أن الضباب الدخاني ، عن طريق تشتيت أشعة الشمس العارضة على التروبوسفير ، يسبب انخفاضًا في الإشعاع فوق البنفسجي المتوفر من النوع B (UV-B) ، وهو أمر ضروري للتوليف الكيميائي الحيوي لفيتامين D يعمل فيتامين (د) كعامل وقائي لكلا النوعين من السرطان.

وبهذه الطريقة ، يمكننا أن نرى أن وجود فائض من الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة ضار جدًا بالصحة ، ولكن أيضًا لنوع الإشعاع UV-B آثارًا ضارة..

مراجع

1. أشرف ، أ. ، بوت ، أ. ، خالد ، إ. ، عالم ، ر. يو. ، وأحمد ، س. ر. (2018). تحليل الضباب الدخاني وأثره على أمراض سطح العين المبلغ عنها: دراسة حالة لحدث الضباب الدخاني لعام 2016 في لاهور. البيئة الجوية. Doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
2. Bang، H.Q.، Nguyen، H.D.، Vu، K. et al. (2018). نمذجة الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي باستخدام نموذج النقل الكيميائي لتلوث الهواء (TAPM-CTM) في مدينة هو تشي مينه ، النمذجة البيئية وفيتنام. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
3. Dickerson، R.R، Kondragunta، S.، Stenchikov، G.، Civerolo، K.L.، Doddridge، B. G and Holben، B. N. (1997). تأثير الهباء الجوي على الأشعة فوق البنفسجية الشمسية والضباب الدخاني الكيميائي الضوئي. العلم. 278 (5339): 827-830. Doi: 10.1126 / science.278.5339.827
4. Hallquist، M.، Munthe، J.، Tao، M.H.، Chak، W.، Chan، K.، Gao، J.، et al (2016) Photochemical smog in China: التحديات العلمية وآثارها على سياسات جودة الهواء. مراجعة العلوم الوطنية. 3 (4): 401-403. Doi: 10.1093 / nsr / nww080
5. 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.: قدرة الأكسدة والكيمياء الجذرية في الأجواء الملوثة لمنطقة هونغ كونغ ودلتا بيرل ريفر: تحليل حلقة ضباب الدخان الكيميائي الضوئي ، ATMOS. Chem. Phys.، 16، 9891-9903، https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016، 2016.