Nedre atmosfære

Innføring

Ozonsmog

Ozonsmog er en type luftforurensning som man ofte finner i store byer. Ozon oppstår i en innviklet prosess som involverer nitrogenoksider, ozondannelse og ozonnedbryting. Det er et eksempel på hvordan forskjellige prosesser i atmosfæren er koblet sammen.

Hva skjer i byen?

La oss gjøre eksemplet litt enklere og anta at nesten alle nitrogenoksider kommer fra forbrenningsprosesser i biler. Luft som er rik på NO stiger opp fra gatene og motorveiene. Den første reaksjonen som finner sted er ikke dannelse, men nedbrytning av ozon, fordi NO oksideres av ozon og blir til nitrogendioksid (NO₂). Derfor er ozonkonsentrasjonen i lufta ofte svært lav rett over gatene og i nærheten av motorveiene. Under perioder med ozonsmog kan konsentrasjonen i byen være lavere enn i de rurale områdene rundt. Røykskyene med NO_x-rik luft fraktes ut av byen med vinden.

Hvor kommer de organiske forbindelsene fra?

Den andre ingrediensen som trengs i ozondannelsessyklusen er organiske peroksider. Hvor kommer de fra? Organiske molekyler slippes ut fra skoger og planter, men også fra menneskeskapte kilder (for eksempel løsningsmidler eller drivstoff på bensinstasjoner). Vi skal se på strukturen til noen organiske forbindelser som forkortes RH. Disse forbindelsene blir angrepet kjemisk i lufta. Den vanligste reaksjonen som forårsakes av sollyset, er reaksjonen med hydroksyradikalet  •OH, og deretter tillegg av et oksygenmolekyl. Resultatet er et peroxy-radikal  RO₂•   R står for organisk rest, den delen av molekylet som ikke er involvert i reaksjonen. Radikaler har et enslig elektron, som symboliseres av en prikk (•) og gjør dem svært reaktive.

Når er det best forhold for ozonsmog?

Ozondannelsesyklusen kan begynne over de rurale områdene rundt byen.
1) Nitrogendioksid NO₂ blir utsatt for fotolyse av sola og danner O-atomer og nitrogenoksid NO.
2) O-atomer reagerer med det molekylære oksygenet i lufta og danner ozon (O₃).
3) Nitrogenoksid NO reagerer med peroxy-radikaler. RO₂• og danner NO₂ igjen.
4) Noe ozon forbrukes av NO avhengig av den konkurrerende konsentrasjonen av peroxy-radikaler RO₂•.

Til slutt forbrukes peroxy-radikalene og ozon dannes, mens nitrogenoksidene resirkuleres. Dette kan bare skje dersom:
a) nok sollys er tilgjengelig for effektiv fotolyse (varme solfylte dager)
b) blandingen av peroxy-radikaler og nitrogenoksider er riktig.

Hvis det ikke finnes tilgjengelige nitrogenoksider, kan ikke reaksjonen finne sted.
Hvis for mye nitrogenoksider er tilgjengelig, vil det nitrogenoksidet NO som er til overs ikke bare reagere med peroxy-radikalene, men også fjerne ozonet igjen.
Hvis ikke sollys er tilgjengelig kan ikke NO resirkuleres igjen og dannelsen av peroxy-radikaler vil ikke være tilstrekkelig.
I ren luft er mengden nitrogenoksider vanligvis ikke stor nok til at det kan oppstå en alvorlig ozonsmogperiode. Men hvis menneskene slipper ut for mye av dem kan det skje. En lignende situasjon kan oppstå i røykfanen i vegetasjonsbranner, hvor nitrogenoksider dannes i flammene.

Om denne siden:
forfatter: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute, Mainz
vitenskapelig kvalitetssikring: Dr. Rolf von Kuhlmann - Max Planck Inst. for Chemistry, Mainz
pedagogisk utprøving: Michael Seesing - Univ. of Duisburg - 2003-07-02
sist oppdatert: 2008-10-10
Oversatt og bearbeidet av Nicolai Steineger og Erik Steineger