Troposfera

Wiadomości podstawowe

Smog ozonowy

Smog ozonowy jest jednym z rodzajów zanieczyszczenia powietrza w dużych miastach. Ozon powstaje w skomplikowanym procesie z udziałem tlenków azotu, podczas kórego następuje tworzenie się ozonu i jego rozpad. Jest to przykład na to, jak różne procesy w atmosferze mogą  być ze sobą powiązane. 
 

Co się dzieje w mieście?

Załóżmy w uproszczeniu, że prawie wszystkie tlenki azotu pochodzą z procesów spalania w samochodach. Bogate w NO powietrze unosi się nad ulicami  i autostradami. Pierwszą reakcją, która następuje nie jest tworzenie, ale zużycie ozonu, ponieważ NO jest utleniany przez ozon, tak że powstaje dwutlenek azotu NO₂. Tak naprawdę, w bezpośrednim sąsiedztwie ulic i autostrad stężenie ozonu jest bardzo niskie. Podczas okresów występowania smogu ozonowego stężenie ozonu w mieście może być nawet niższe niż w pobliskich obszarach wiejskich. Powietrze bogate w NO_x może bowiem być przenoszone przez wiatr poza miasto.
 

Skąd pochodzą organiczne związki chemiczne?

Drugim ważnym czynnikiem decydującym o tworzeniu się ozonu są nadtlenki organiczne. Jak powstają? Cząsteczki organiczne są emitowane przez lasy i roślinność niską, ale też przez ludzi (np. rozpuszczalniki albo paliwo na stacjach benzynowych). Pokazujemy strukturę kilku organicznych związków chemicznych, przedstawianych w skrócie jako RH. Związki te są chemicznie atakowane w powietrzu. Typową reakcją jaka zachodzi pod wpływem światła słonecznego jest reakcja z rodnikiem hydroksylowym OH, a następnie dodanie cząsteczki tlenu. Powstaje wtedy rodnik nadtlenowy RO₂ . R oznacza organiczną resztę, część cząsteczki, która nie bierze udziału w reakcji. Rodniki mają pojedynczy elektron, który jest symbolicznie przedstawiony w postaci kropki i który sprawia, że są one bardzo aktywne chemicznie.
 

Jakie są najlepsze warunki do powstania smogu ozonowego?

Cykl tworzenia ozonu zaczyna się na terenach wiejskich wokół miasta.
1) dwutlenek azotu NO₂ jest fotolizowany przez promieniowanie słoneczne i tworzy atomy O i tlenek azotu NO,
2) atomy O reagują z tlenem cząsteczkowym w powietrzu i tworzą ozon (O₃),
3) tlenek azotu NO reaguje z rodnikami nadtlenowymi RO₂ i znów tworzy NO₂,
4) pewna część ozonu jest zużyta przez NO w zależności od stężenia rodników nadtlenowych RO₂.
 

Ostatecznie rodniki są zużywane i powstaje ozon, podczas gdy tlenki azotu są zawsze powtórnie przetworzone. To może zdarzyć się wyłącznie gdy:
a) jest pod dostatkiem światła słonecznego, na tyle, aby  nastąpiła skuteczna fotoliza (w gorące słoneczne dni)
b) zawartość w powietrzu rodników nadtlenowych i tlenków azotu sprzyja tworzeniu się ozonu.
 

4. Pełny cykl powstawania ozonu.
Autor: Anja Kaiser © ESPERE 

Jeśli w powietrzu nie ma tlenków azotu to cały opisany cykl reakcji nie nastąpi. Jeśli tlenków azotu jest zbyt dużo, nadmiar tlenku azotu NO reaguje nie tylko z rodnikami nadtlenowymi, ale jeszcze dodatkowo usuwa ozon.
Jeśli brak światła słonecznego to NO nie może zostać powtórnie użyty i tworzy się za mało rodników nadtlenowych.
Zwykle w czystym powietrzu ilość tlenków azotu nie jest wystarczająco duża, aby powstał groźny smog ozonowy. Ale może się to zdarzyć, jeśli człowiek będzie emitował ich zbyt dużo. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku pożarów lasów, podczas których w płomieniach ognia powstają tlenki azotu.
 

Zajrzyj także na te strony!

Dowiedz się więcej o tym, jak powstaje ozon w troposferze w:
Troposfera - Dowiedz się więcej - Część 3 - nadmiar ozonu  
 

O tej stronie:

Autor: dr Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy
Recenzent: dr Rolf von Kuhlmann - Max Planck Inst. for Chemistry, Moguncja, Niemcy
Konsultacja dydaktyczna: Michael Seesing - Univ. of Duisburg, Niemcy - 2003-07-02
Ostatnia aktualizacja: 2008-10-10
Tłumaczenie na język polski: mgr Jerzy Bojan, Zespół Szkół, Proszowice; dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków