Смог

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Смог (снимок со спутника)
[TED Ed] Что такое смог? // TED-Russian (30 мар. 2021 г.) [5:06]
Что такое смог и чем опасен? / Москва Россия Мир // Сортировочная (31 авг. 2022 г.) [11:38]

Смог (от англ. smoke — дым, копоть и fog — густой туман) — густой дымный туман, образующийся в воздухе крупных городов (мегаполисов) в результате происходящих химических реакций.

Термин «смог» широко используется для характеристики различных процессов в атмосфере. Атмосферный воздух благодаря неравномерному нагреванию солнечным излучением в разных широтах интенсивно циркулирует, что благоприятствует перемещению загрязнений на большие расстояния. Кроме перемещения загрязнений происходят их разнообразные химические превращения, поскольку под действием ионизирующих излучений в атмосфере постоянно происходят фотохимические процессы, многочисленные химические реакции фотодиссоциации с образованием свободных радикалов. Наличие в атмосферном воздухе свободных радикалов и приводит к образованию смога[1].

Причины образования смога[править]

Образование фотохимического смога относят к локальным проблемам загрязнения атмосферного воздуха.

С точки зрения защиты объектов окружающей среды от последствий загрязнения воздуха, наибольшую опасность представляет фотохимический смог. Фотохимический смог — это смесь различных химических веществ, которые образуются в результате фотохимических реакций при определённых физико-географических условиях и влиянии антропогенных факторов. К физико-химическим условиям относят отсутствие ветра в приземном слое и интенсивное солнечное излучение.

К антропогенным предпосылкам образования фотохимического смога относят наличие в приземном слое атмосферы значительных количеств диоксида азота, которые попадают в атмосферу преимущественно из антропогенных источников, а также присутствие в атмосферном воздухе углеводородов и продуктов их неполного окисления[2].

При фотохимическом смоге за счёт фотохимических реакций, которые интенсивно проходят в солнечную погоду, образуются высокотоксичные вещества, загрязняющие воздух. Процесс образования фотохимического смога имеет автокаталитический характер, то есть инициирующие фотохимический смог вещества воспроизводятся в процессе свободнорадикальных реакций[3].

Основной инициирующей реакцией образования фотохимического смога является фотохимическое разложение диоксида азота:

NO2 + hv → NO + O●

Образующийся атомарный кислород может взаимодействовать со многими компонентами воздуха (молекулами кислорода, продуктами неполного окисления углеводородов и другими) с образованием разнообразных соединений. Химические реакции, отражающие схему образования фотохимического смога:

O● + O2 → O3;
О● + HC(+) → HCO(+) (радикал);
НСО(+) + O2 → НСО3(+) (радикал);
НСО3(+) + HC(+) → альдегиды, кетоны и другие углеводороды;
НСО3(+) + NO → НСО2(+) + NO3;
НСО3(+) + O2 → НСО2(+) + O3;
НСО(+) + NO2 → пероксиацилнитраты (ПАН)[4].

В результате приведённых фотохимических реакций образуются ряд токсичных веществ. Основным источником возникновения фотохимического смога, кроме физико-географических предпосылок, являются выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, которые содержат и диоксид азота, и продукты неполного окисления углеводородов.

Фотохимический смог над городом Алма-Ата (Казахстан)
Смог над мегаполисом (Корея)

Возможны и другие механизмы образования фотохимического смога, что приводит к образованию смогов разного типа, в частности, «белый смог», «чёрный смог» и тому подобное.

Как видно из уравнений реакций, основным продуктом фотохимического смога являются свободные радикалы и озон. Свободные радикалы характеризуются высокой реакционной способностью и вступают в реакцию с биологически активными молекулами (белками, ферментами, углеводами и другими) с образованием новых соединений, в том числе и токсинов. Вследствие таких преобразований нарушаются обменные процессы в живых организмах, подавляется активность ферментативных систем, замедляется и останавливается рост тканей и тому подобное. Это становится причиной преждевременного старения людей[5].

Виды смога[править]

Смог над городом Ухань (провинция Хубэй, Китай)

Смог бывает нескольких типов[6]:

  • влажный смог,
  • сухой смог,
  • ледяной смог.

Наиболее изучен и известен влажный смог. Он свойственен для стран с морским климатом, где очень часты туманы и высокая относительная влажность воздуха. Это способствует смешиванию загрязняющих веществ и их взаимодействию в химических реакциях. При антициклонах над городами и промышленными центрами отравляющие газы и пыль могут накапливаться в 100—200-метровому слое воздуха. Тогда и возникает густой отравляющий грязно-жёлтый туман — влажный смог.

Видимость в городе при смоге (Варшава, Польша)

Сухой смог, или смог лос-анджелесского типа, отличается от влажного смога своими свойствами. Климат в Лос-Анджелесе (США) сухой, поэтому смог здесь образует не туман, а синеватую дымку. Для его возникновения необходим солнечный свет, который вызывает сложное фотохимическое превращение смеси углеводородов и оксидов азота, которые поступают в воздух от автомобильных выбросов, в вещества более токсичные, чем исходные атмосферные загрязнения. Одним из таких веществ является озон. Он выделяется в результате распада двуокиси азота под действием олефинов от неполностью сгоревшего автомобильного топлива[7].

Смог зимой над городом Кемерово (Россия)

Третий вид смога — ледяной смог, или смог аляскинского типа. Он возникает в Арктике и Субарктике при низких температурах в антициклоне. В этом случае выбросы даже небольшого количества загрязняющих веществ из любой топки приводят к возникновению густого тумана, состоящего из мельчайших кристаллов льда и серной кислоты[8].

Негативное воздействие смога[править]

Озон, образующийся в результате фотохимического смога (тропосферный!) является достаточно токсичным (ПДКм.р. = 0,01 мг/м3) и представляет определённую опасность. Максимальное содержание озона в образовавшемся воздухе вследствие фотохимических реакций, зафиксировано в Лондоне в 1975 году, его концентрация составляла 0,0018 об.%, тогда как обычное содержание этого газа в воздухе составляет 0,0002−0,0004 об.%. По рекомендациям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) допускается временное повышение концентрации озона в воздухе до 0,0006 об.%, потому что превышение этого предела опасно для здоровья. При взаимодействии с гемоглобином крови, озон образует неустойчивые озониды, а их самопроизвольный распад вызывает разрушение органической основы гемоглобина.

Фотохимический туман резко снижает видимость, сопровождается неприятным запахом, у людей возникает воспаление глаз, слизистых оболочек носа и горла, обостряются лёгочные заболевания. Фотохимический туман повреждает растения, вызывает коррозию металлов, растрескивание синтетических изделий[9].

Продуктами фотохимического смога являются альдегиды и кетоны, которые являются достаточно токсичными веществами, а систематическое их действие на организмы, в том числе и человека, вызывает токсикоманию с отдаленными последствиями, например, воспаление коры головного мозга и тому подобное. Пероксиацилнитраты, которые также являются продуктами фотохимических реакций, состоящих преимущественно из пероксиацетилнитратов и пероксибензоилнитратов. Эти вещества обладают канцерогенным действием и способны вызвать появление злокачественных опухолей[10].

Пекин, Китай. Слева: город после дождя; справа: смог, покрывающий город в солнечный день

Из предпосылок образования фотохимического смога ясно, что это явление присуще, преимущественно, крупным городам со значительным количеством транспорта и высотными сооружениями, которые препятствуют движению ветра. Образование фотохимического смога характерно для большинства крупных городов мира и даже зелёные насаждения этих городов не в состоянии поглотить значительные количества образующихся токсичных веществ. Это является одной из причин повышенной заболеваемости местных жителей и сокращение продолжительности их жизни. Продукты фотохимического смога вызывают раздражение слизистых оболочек и их заболевания, а воздействие их на сосудистую систему является крайне опасным[11].

Продолжительность смога — от одного до нескольких дней, но интенсивность загрязнения может быть настолько большой, что нередко вызывает жертвы среди населения. Так, при одном из наиболее значительных смогов 57 декабря 1952 года в Лондоне (Великобритания), когда концентрация сернистого газа резко возросла, достигнув 2−4 мг/м3, количество смертельных случаев увеличилось на 4 тыс. человек по сравнению со средним количеством смертей в городе.

Фотохимический смог негативно влияет и на растительный мир, хотя именно растения являются наиболее эффективным средством защиты от него в городах. Фотохимический смог осаждается на листьях растений в виде клейкой массы, механически препятствующей прохождению солнечного света к листьям. Это причина снижения интенсивности фотосинтеза у растений, что может стать причиной их деградации. Результаты действия фотохимического смога на деревья можно наблюдать осенью, когда на опавших листьях заметны тёмные пятна разных оттенков[12].

Мероприятия по защите от смога[править]

Все методы по защите окружающей среды должны использоваться в комплексе как совокупность технических и организационных мероприятий, позволяющих минимизировать или полностью исключить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Все эти методы можно объединить в две группы:

  • пассивные методы — их использование не связано с непосредственным воздействием на источник загрязнения. Это традиционные методы очистки и утилизации. На данном этапе развития технологий применение этих методов — основное средство борьбы с загрязнением окружающей среды;
  • активные методы — усовершенствование имеющихся и разработка новых технологических процессов, оборудования, малоотходных и безотходных технологий с целью максимального снижения массы, концентрации загрязнений.

Важно также проводить и планировочные мероприятия, определяющие целесообразное размещение жилых массивов относительно источников выбросов в атмосферу в соответствии с санитарными нормами проектирования промышленных предприятий, производств, технологические процессы которых сопровождаются вредными выбросами (планирование и обустройство санитарно-защитных зон)[13].

Сегодня существуют два способа уменьшить или избежать выбросов в атмосферу газов, принимающих участие в образовании смога: предварительная обработка топлива для удаления из него вредных оксидов или с помощью улавливания в очистных устройствах уже образованных оксидов из отходящих газов. Однако огромные объёмы выхлопных и дымовых газов с высокой температурой и малой концентрацией усложняют применение каждого из этих способов. Уменьшение выбросов оксида азота можно достичь, например, улучшением процесса сжигания топлива: установлением каталитических сжигателей в автомобилях, каталитическим дожигом продуктов неполного окисления углеводородов[14].

Основными методами защиты окружающей среды и человека от фотохимического смога является уменьшение количества выбросов оксидов азота, продуктов неполного окисления углеводородов, что возможно изменением экологических параметров топлива для двигателей внутреннего сгорания, создания в городах благоприятных условий для рассеивания загрязнения — запрет сплошных застроек, увеличение ширины улиц, их озеленение и тому подобное[15].

Источники[править]

  1. Щепетова В. А. Химия окружающей среды: учеб. пособие. — Пенза: ПГУАС, 2013. — С. 94—101.
  2. Исмаилов Фазиль Атмосферный аэрозоль. — Маврикий: LAP LAMBERT, 2019. — С. 72—75.
  3. Соколова С. А. Экологическая химия: Учебное пособие. — Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2008. — С. 14—16.
  4. Вернигорова В. Н. и др. Химия загрязняющих веществ и экология : монография. — М.: Издательство «Палеотип», 2005. — С. 143—150.
  5. Черных Н. А., Баева Ю. И. Краткий курс экологической химии. Учебник. — М.: Мир науки, 2020. — С. 11—16.
  6. Гришина Е. П. Основы химии окружающей среды : учеб пособие. В 3 ч. Ч. 1. Химические процессы в атмосфере. — Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2006. — С. 35—38.
  7. Хабутдинов Ю. Г. , Шанталинский К. М., Николаев А. А. Учение об атмосфере. Учебное пособие. — Казань: КГУ, 2010. — С. 131—132.
  8. Братков В. В., Воронин А. П. Метеорология и климатология: Учебное пособие. — М.: Изд-во МИИГАиК, 2015. — С. 71—74.
  9. Морозов А. Е., Стародубцева Н. И. Метеорологические условия и загрязнение атмосферы : учебное пособие. — Екатеринбург: УГЛТУ, 2020. — С. 40—46.
  10. Игнатьева Л. П., Чирцова М. В., Потапова М. О. Гигиена атмосферного воздуха : учебное пособие. — Иркутск: ИГМУ, 2015. — С. 34—42.
  11. Макоско А. А., Матешева А. В. Загрязнение атмосферы и качество жизни населения в XXI веке: угрозы и перспективы. — М.: Российская академия наук, 2020. — С. 75—87.
  12. Устойчивость растений к химическому загрязнению. Учебное пособие / сост. Р. В. Кайгородов. — Пермь: Перм. гос. ун-т, 2010. — С. 89—99.
  13. Комарова Л. Ф., Кормина Л. А. Инженерные методы защиты окружающей среды. Техника защиты атмосферы и гидросферы от промышленных загрязнений. — Барнаул: Изд-во «Алтай», 2000. — С. 26—29.
  14. Руководящий документ по технологиям регулирования выбросов серы, NOx, летучих органических соединений, пыли из стационарных источников / сост. 45-я сессия Рабочей группы по стратегиям и обзору. — Швейцария: ЭГТЭВ, 2009. — С. 15—21.
  15. Бердникова Л. Н. Ноксология: курс лекций. — Красноярск, 2019. — С. 182—193.
 
Глобальные проблемы

Антропогенный факторГлобальное потеплениеГлобальное затемнениеПроблема народонаселенияВыхлопные газыОзоновые дырыОпустыниваниеОбезлесениеЭкологическая глобалистикаЭкологические катастрофыЭкологическая миграция

Загрязнения окружающей среды

ВыбросыЗагрязнение: атмосферылитосферыпресных водокеановпочвхимическоесветовоешумовоеэлектромагнитноеКислотные дождиСмогРадиоактивное заражениеЗагрязняющее веществоЗагрязнитель

Отходы

МикропластикНанопластикобращение с отходами: брикетирование, захоронение в море

Территории

Зона отчуждения

 
Осадки, выпадающие на земную поверхность
Осадки, образующиеся на поверхности

ГололедицаГололёдЗернистая изморозьИнейКристаллическая изморозьНалепьРоса

Туманы

ДымкаЛедяной туманПоземный туманПросвечивающий туманРадиационный туманСмогТуман

Метели

Низовая метельОбщая метельПозёмокПургаСнежная мгла

Литометеоры

Аэрозольная пыльМглаПыль (взвешенная в воздухе), пыльная мглаПыльная (песчаная) буряПыльный (песчаный) вихрьПыльный (песчаный) позёмок

Конвективные явления

ОблакопадСмерчШквал

Электрические явления

Гроза (гром) • ЗарницаМолния (шаровая) • Огни ХессдаленаПолярное сияние

Оптические явления

ВенецГалоДиффузное излучение небаЗелёный лучКоронная вспышкаКрест КоролёваМетеор (болид) • Мираж (верхний, нижний, боковой)Полярное сияниеРадугаСумеречные лучи

Аномальная погода

Засуха в СССР (1946)Аномалия (2005−2006)Аномальная жара в России (2012)Аномальные морозы (2002—2003)Аномальные морозы (2010)Погода в Москве в 2010 году

Ураганы

АйринСмерч в Краснозаводске (2009)Смерч в Ефремове (2013)Торнадо в Башкирии (2024)Ураган в Алма-Ате (2011)Ураган в Белоруссии (2016)Ураган в Москве (2018)Ураган в Москве (20.06.2024)Ураган в Москве (5.07.2024)Ураганный ветер «Эберхард»Милтон

Местные ветры

АбазаАбрегоАрмавирский ветерВыгонГорнякКамикадзеКривецСуховейФёнХамсинХару итибан

Разное

Автоматическое распознавание атмосферных частицАстроклиматАтмосферный фронтБлокирующий антициклонВлияние атмосферного давления на человекаМетеорология (военная) • Волны РоссбиЗасухаКислотные дождиКлиматическая аномалияМетеорологическая войнаМорозПарниковый эффектПервый снегПеТа излучениеСмог (в Москве) • Теория биотического насосаФорма дождевой капли

 
Литосферные
Атмосферные
Пожары
Гидросферные
Биосферные
Магнитосферные
Космические
См. также

Категория Стихийные бедствия

Знание.Вики

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Знание.Вики» («znanierussia.ru») под названием «Смог», расположенная по следующим адресам:

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.

Всем участникам Знание.Вики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».