Н.В. Гусакова, А.И. Забалуева, В.В. Румянцева
Экология: конспект лекций
Под редакцией А.Н. Королева. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. - 176с.

Лекция 8. Глобальные экологические проблемы. Естественное и антропогенное загрязнение окружающей среды

8.1. Химическое загрязнение

8.1.2. Смоги

Смог (англ. smoke – дым, fog – густой туман) – видимое загрязнение воздуха любого характера. Смог возникает при определенных условиях: большом количестве пыли и газов в воздухе и длительном существовании антициклонных условий погоды (областей с высоким атмосферным давлением), когда загрязнители скапливаются в приземном слое атмосферы. Смог вызывает удушье, приступы астмы, аллергические реакции, раздражение глаз, повреждение растительности, зданий и сооружений.

Выделяют три типа смога: ледяной (аляскинского типа); влажный (лондонского типа); сухой, или фотохимический (лос-анджелесского типа).

Наиболее изучен влажный смог. Он обычен для мест с высокой относительной влажностью воздуха и частыми туманами. Это способствует смешиванию загрязняющих веществ, их взаимодействию в химических реакциях. Эти загрязняющие вещества, непосредственно выброшенные в атмосферу, называются первичными загрязнителями. Главными токсичными компонентами  влажного смога являются  чаще всего CO₂ и SO₂. Печально знаменит случай, когда в 1952 г. влажный смог в Лондоне  унес более 4 тысяч жизней.

Фотохимический смог – вторичное загрязнение воздуха, возникающее в процессе разложения первичных загрязняющих веществ солнечными лучами. Главный ядовитый компонент – озон.

Ледяной смог возникает при очень низких температурах и антициклоне. В этом случае выбросы даже небольшого количества загрязняющих веществ приводят к возникновению густого тумана, состоящего из мельчайших кристалликов льда и, например, серной кислоты.

Серная кислота обладает большим сродством к воде, поэтому образовавшаяся капелька  дополнительно адсорбирует воду. Капельки постепенно растут и «туман-убийца», влажный смог, сгущается, достигая очень низких значений pH.

Переход в ХХ в. к топливам, получаемым из бензина, привел к возникновению совершенно нового вида загрязнения воздуха, связанного с более высокой летучестью жидких топлив. Автотранспорт как важнейший потребитель жидкого топлива стал основным источником современного загрязнения воздуха. Однако загрязнители, которые действительно вызывают проблемы, сами по себе не выбрасываются автотранспортом. Они образуются в атмосфере в результате реакций первичных загрязнителей, таких, как NO, с несгоревшим топливом, поступающим непосредственно из автомобилей. Химические реакции, приводящие к образованию вторичных загрязнителей, протекают наиболее эффективно при солнечном свете, поэтому возникающее загрязнение воздуха называется фотохимическим смогом.

Воздух – в основном смесь O₂ и N₂. При высокой температуре пламени молекулы в воздухе могут распадаться, и даже молекулы сравнительно инертного N₂ подвергаются реакциям:

                        O _(г)  + N_{2 (г)} → NO _(г) +  N _(г),                     (7)

                        N _(г)  + O_{2 (г)} → NO _(г) + O _(г).                        (8)

Согласно уравнению (8) образуется атом кислорода, который входит в уравнение (7). Однажды возникший в пламени атом кислорода будет воссоздаваться, и участвовать во всей цепочке реакций, приводящих к образованию NO. Если просуммировать эти две реакции, получим

                                         N_{2 (г)} + O_{2 (г)}  → 2NO _(г).                           (9)

Уравнения показывают, как оксиды азота образуются в пламени. Они появляются в связи с тем, что топливо сжигается в воздухе, а не в О_2. Кроме того, некоторые виды топлива содержат соединения азота в качестве примесей, и в результате  продукты сгорания этих примесей служат источником появления других оксидов азота. Окисление оксида азота в смоге дает диоксид азота, бурый газ. Этот цвет означает, что газ поглощает свет (с длиной волны менее 310 нм), фотохимически активен и претерпевает диссоциацию:

NO_{2 (г)} + hυ → O _(г) + NO _(г).

Таким образом, согласно уравнению (3), вновь возникает оксид азота, но также одиночный и реакционноспособный атом  кислорода, который может вступать в реакции с образованием О₃:

О _(г) + О_{2 (г)} → О_{3 (г)}.

Озон – это единственный загрязнитель, наиболее ясно характеризующий фотохимический смог. Однако О₃, который представляет такую проблему, не выбрасывается автомобилями (или любым основным загрязнителем). Это вторичный загрязнитель.

Итак, летучие органические соединения, высвобождаемые благодаря использованию топлив на основе бензина, способствуют превращению NO в NO₂ (и лежат в основе фотохимического смога).

Полный список различий влажного и фотохимического смогов приводится в табл. 2.

Таблица 2

Сравнительная характеристика влажного и

фотохимического смогов