<<
>>

§ 5. Фотохимический смог: образование и последствия

Отдельные компоненты выхлопных газов автотранспорта в атмосфере могут вступать в дальнейшие реакции, давая вторичные продукты (рис. 9.3).

Озон и многочисленные активные органические соединения образуются в результате химических взаимодействий между оксидами азота и летучими углеводородами, стимулируемых сол-

ОСНОВНЫЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ ОТ ТРАНСПОРТА

Рис.

9.3. Образование вторичных продуктов в атмосфере в результате химических реакций (Б. Небел, 1999 г.)

нечным светом. Так как последний сообщает энергию для этих растений, их продукты называют фотохимическими окислителями.

Как видно из рис. 9.ЗА, под действием световой энергии диоксид азота распадается на монооксид N0 и атом кислорода, а тот соединяется с 02, образуя озон 03. Процесс спонтанно (самопроизвольно) обратим. Если отсутствуют другие факторы, озон и монооксид азота вновь реагируют с образованием N02 и 02, поэтому заметного накопления озона не происходит. Однако в присутствии углеводородов N0 (рис. 9.3,Б) реагирует с ними, в результате чего образуются очень агрессивные и вредные органические соединения, известные под названием пероксиацилнит- ратов (ПАН); кроме того, моноксид азота, таким образом, связывается и происходит накопление озона.

Следует указать, что химические вещества, которые содержатся в выхлопных газах, обладают подчас значительным временем «жизни» в атмосферном воздухе, поэтому процесс самоочищения последнего от различных ингредиентов может колебаться от 1 часа до нескольких тысяч лет (табл. 9.3).

Таблица 9.3

Время «жизни» компонентов выхлопных газов ДВС

при взаимодействии с атмосферными составляющими

до разложения 60 % исходного количества примеси

(по данным ЕРА, США)

Компонент

Реакции с ОН"

Реакции с 02

Реакции

с no;

Реакции

с no;

no2

2 дня

12 часов

1 час

2 часа

N0

4 дня

1 мин

3 мин

20 мин

HN02

4 дня

gt;33 дней

-

HNO3

180 дней

-

_

-

SOa

26 дней

200 лет

-

600 лет

NH3

140 дней

-

-

-

CH3NH2 12 часов

2 года

-

NCH 2 года

-

-

-

H2S

5 дней

2 года

4 дня

-

CH3SN

8 часов

-

1 час

-

Пропан

19 дней

7 тыс.

лет

-

-

н-Буган

9 дней

4,5 тыс. лет

9 лет

-

1,2-Дихлорэтан

100 дней

-

-

-

Формальдегид

3 дня

20 тыс. лет

210 дней

23 дня

Особое внимание заслуживает фотохимический смог, в возникновение которого вносят весомый вклад отдельные компоненты выхлопных газов автотранспорта.

Фотохимический смог, инициируемый солнечным светом, представляет собой желтовато-коричневую дымку над городами, уменьшающую видимость, с наличием химических веществ, которые вызывают раздражение дыхательных путей и слезоточивость. Указанный цвет объясняется присутствием диоксида азота N02, а раздражение вызывают озон, алифатические альдегиды и органические нитраты.

Появление фотохимического смога инициируется сочетанием следующих факторов: 1) солнечный свет; 2) оксиды азота NOx; углеводороды; 4) температура выше 18 °С (при этих значениях реакции происходят достаточно быстро для устойчивого формирования вредных веществ).

На рис. 9.4 представлено наглядное доказательство вклада автомобилей в формирование фотохимического смога. Известно, что ранним утром уровень загрязнения низкий. Концентрация N0 и несгоревших углеводородов возрастает, когда люди отправ-

Рис. 9.4. Схема суточных изменений концентраций оксидов азота, углеводородов, озона и альдегидов в условиях фотохимического смога (.Н. С. Касимов, А. С. Курбатова, В. Н. Башкин, 2004 г.).

ляются на работу в автомашинах. С восходом солнца в утренние часы и увеличением интенсивности излучения N0 превращается в N02 и, соответственно, возрастает содержание озона и альдегидов (см.

выше — образование альдегидов). Последние достигают максимума в полдень, при наибольшей солнечной активности. Отметим, что концентрация NOx падает после 10 часов утра и не возрастает снова во время вечернего транспортного пика — для объяснения вспомните прочитанное выше. Второй пик отсутствует еще и потому, что цепные реакции уже идут полным ходом.

Выбросы автомобилей служат причиной увеличения концентрации N0, которая затем окисляется в N02. Диоксид азота фото- лизуется на солнечном свете, и эта реакция протекает тем быстрее, чем выше интенсивность фотонов. Происходит накопление «приземного» (в противоположность стратосферному) озона и его фотолиз ведет к формированию ОН. Выбросы автомашин также поставляют органические вещества (субстраты) реакций с ОН; промежуточные и побочные продукты окисления этих веществ — такие, как альдегиды и органические нитриты, — являются компонентами смога, вызывающими раздражение слизистых оболочек. Многие из этих реакций зависят от температуры и поэтому в жаркое время года смог проявляется гораздо заметнее.

Впервые фотохимический смог зафиксирован в г. Лос-Анжелесе (штат Калифорния, США), обладающем своеобразным климатом. В городе с огромным числом автомобилей весьма часты температурные инверсии — до 260 дней в году. Инверсионный слой располагается на небольшой высоте, а интенсивность солнечной радиации в этом месте достаточно велика, поэтому явно выраженный фотохимический туман наблюдается здесь более 60 дней в году.

Все четыре условия фотохимического смога должны проявиться одновременно, поэтому место и время возникновения этого явления могут быть предсказаны. Так как именно автотранспорт поставляет NOx и углеводороды, поэтому фотохимический смог — явление, характерное для больших, насыщенных автомобилями городов, особенно расположенных в низких широтах и в котлованах. Таковыми являются Нью-Йорк, Чикаго, Бостон, Детройт, Токио, Милан, Москва и др.

Следует подчеркнуть, что в густонаселенных районах Северной Америки, Европы возможен трансграничный перенос ЗВ.

Так, причиной возникновения смога в Торонто (Канада) признаны выбросы автомобилей в соседних городах среднего Запада США.

Фотохимический туман сопровождается неприятным запахом, резко снижается видимость, у людей воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, возникает удушье, обостряются легочные заболевания, бронхиальная астма. Фотохимический туман вызывает коррозию металлов, растрескивание красок резиновых и синтетических изделий, портит одежду, нарушает работу транспорта.

Озон и ПАН (компоненты смога) особенно токсичны для растений. При концентрации 0,1 ppmv 03 в воздухе даже астматики еще не испытывают раздражающего воздействия, в то время как скорость фотосинтеза у растений падает вдвое. Это очень серьезная проблема в южных сельскохозяйственных регионах, таких как Краснодарский край в России, Калифорния в США, центральная часть Таиланда, юго-запад Кореи, где развитое сельское хозяйство сочетается с развитой промышленностью и высокой плотностью населения, использующего большое количество автомобилей. Только в Калифорнии потери сельскохозяйственной продукции от таких газов, как 03 и ПАЛ, оцениваются ежегодно в миллиарды долларов. 

<< | >>
Источник: Под ред. проф. В. В. Денисова. Экология города: Учебное пособие. 2008

Еще по теме § 5. Фотохимический смог: образование и последствия:

  1. КЗ. Деградация озонового слоя
  2. 4.2. Защита атмосферы
  3. § 4. Химические превращения загрязняющихвеществ в атмосфере
  4. § 5. Фотохимический смог: образование и последствия
  5. СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
  6. Глобальное влияние загрязнения биосферы на состав атмосферного воздуха
  7. Экологическая опасность: частные проявления и общий кризис
  8. 33. Антропогенное загрязнение атмосферы и ее охрана
  9. 79. Загрязнение окружающей среды и экологические проблемы Японии
  10. 2.2. Антропогенные источники загрязнения атмосферы
  11. 2.1 Газы, аэрозоли, окиси и окислы серы и азота, взвешенные в атмосферном воздухе частицы
  12. Мини-словарь экологических терминов и понятий