Smog fotochimico: caratteristiche, cause ed effetti
Lo smog fotochimico è una nebbia densa che si forma a causa delle reazioni chimiche dei gas emessi dai motori a combustione delle automobili. Queste reazioni sono mediate dalla luce solare e si verificano nella troposfera, strato dell'atmosfera che si estende da 0 a 10 km dal suolo.
La parola smog deriva dalla contrazione di due parole della lingua inglese: " nebbia", che significa nebbia o nebbia, e " fumo", che significa fumo. Il suo uso iniziò negli anni '50 per designare una foschia che copriva la città di Londra.
Lo smog si manifesta come una foschia grigio-giallastra, causata da piccole gocce d'acqua disperse nell'atmosfera, che contengono le reazioni chimiche che avvengono tra gli inquinanti atmosferici.
Questa foschia è molto comune nelle grandi città a causa dell'elevata concentrazione di automobili e del traffico veicolare più intenso, ma si è diffusa anche in aree che erano incontaminate, come il Grand Canyon nello stato dell'Arizona, negli Stati Uniti.
Molto spesso, lo smog ha un odore caratteristico e sgradevole, dovuto alla presenza di alcuni tipici componenti chimici gassosi. I prodotti intermedi e i composti finali delle reazioni che causano lo smog, influenzano seriamente la salute umana, gli animali, le piante e alcuni materiali.
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Alcune reazioni che si verificano nella troposfera
Una delle caratteristiche distintive dell'atmosfera del pianeta Terra è la sua capacità di ossidazione, dovuta alla grande quantità relativa di ossigeno molecolare biatomico (O 2 ) che contiene (circa il 21% della sua composizione).
In definitiva, praticamente tutti i gas emessi nell'atmosfera sono completamente ossidati nell'aria e i prodotti finali di queste ossidazioni si depositano sulla superficie della Terra. Questi processi di ossidazione sono di vitale importanza per pulire e decontaminare l'aria.
I meccanismi delle reazioni chimiche che avvengono tra gli inquinanti atmosferici sono molto complessi. Di seguito è una presentazione semplificata di loro:
Inquinanti atmosferici primari e secondari
I gas emessi dalla combustione di combustibili fossili nei motori delle automobili contengono principalmente ossido nitrico (NO), monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO 2 ) e composti organici volatili (VOC).
Questi composti sono chiamati inquinanti primari, poiché attraverso reazioni chimiche mediate dalla luce (reazioni fotochimiche) producono una serie di prodotti chiamati inquinanti secondari.
Fondamentalmente, gli inquinanti secondari più importanti sono il biossido di azoto (NO 2 ) e ozono (O 3 ), che sono i gas che più influenzano la formazione di smog.
Formazione di ozono nella troposfera
L'ossido nitrico (NO) viene prodotto nei motori automobilistici attraverso la reazione tra ossigeno e azoto nell'aria ad alte temperature:
N 2 (g) + O 2 (g) → 2NO (g), dove (g) significa nello stato gassoso.
L'ossido di azoto rilasciato nell'atmosfera viene ossidato in biossido di azoto (NO 2 ):
2NO (g) + O 2 (g) → 2NO 2 (g)
NO 2 sperimenta la decomposizione fotochimica mediata dalla luce solare:
NO 2 (g) + hγ (luce) → NO (g) + O (g)
L'ossigeno nella forma atomica è una specie estremamente reattiva che può iniziare molte reazioni come la formazione di ozono (O 3 ):
O (g) + O 2 (g) → O 3 (g)
L'ozono nella stratosfera (strato dell'atmosfera tra 10 km e 50 km sopra la superficie terrestre) funziona come componente protettiva della vita sulla Terra, assorbendo le radiazioni ultraviolette ad alta energia dal sole; ma nella troposfera terrestre l'ozono ha effetti molto dannosi.
Cause dello smog fotochimico
Altri percorsi per la formazione di ozono nella troposfera sono le complesse reazioni che coinvolgono ossidi di azoto, idrocarburi e ossigeno.
Il peroxiacetil nitrato (PAN), che è un potente agente che induce lacrima e che causa anche difficoltà nella respirazione, è uno dei composti chimici generati in queste reazioni.
I composti organici volatili vengono non solo dagli idrocarburi che non sono bruciati nei motori a combustione interna, ma da diverse fonti, come l'evaporazione di solventi e combustibili, tra gli altri.
Questi VOC subiscono anche complesse reazioni fotochimiche che sono una fonte di ozono, acido nitrico (HNO 3 ) e composti organici parzialmente ossidati.
COV's + NO + O 2 + Luce solare → Miscela complessa: HNO 3, O 3 e diversi composti organici
Tutti questi prodotti di ossidazione dei composti organici (alcoli e acidi carbossilici) sono anch'essi volatili e i loro vapori possono condensarsi in minime goccioline liquide che vengono distribuite nell'aria sotto forma di aerosol, che disperdono la luce solare, riducendo la visibilità. In questo modo si verifica una sorta di velo o nebbia nella troposfera.
Effetti dello smog
Le particelle di fuliggine o carbone prodotto della combustione, l'anidride solforica (SO 2 ) e l'inquinante secondario - acido solforico (H 2 SO 4 ) -, intervengono anche nella produzione di smog.
L'ozono nella troposfera reagisce con i doppi legami C = C nei tessuti polmonari, nei tessuti vegetali e animali, causando gravi danni. Inoltre, l'ozono può causare danni a materiali come pneumatici per auto, causando crepe per gli stessi motivi.
Lo smog fotochimico causa gravi problemi respiratori, attacchi di tosse, irritazione nasale e della gola, respiro più corto, dolore toracico, rinite, irritazione agli occhi, disfunzione polmonare, diminuzione della resistenza alle malattie infettive respiratorie, invecchiamento precoce di tessuti polmonari, bronchiti gravi, insufficienza cardiaca e morte.
In città come New York, Londra, Città del Messico, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Varsavia, Praga, Stoccarda, Pechino, Shanghai, Seoul, Bangkok, Bombay, Calcutta, Delhi, Giacarta, Il Cairo, Manila, Karachi, i cosiddetti le megalopoli, gli episodi di picco critico dello smog fotochimico sono stati causa di allarme e misure speciali di restrizione della circolazione.
Alcuni ricercatori hanno riferito che l'inquinamento causato dal biossido di zolfo (SO 2 ) e dai solfati causa una diminuzione della resistenza al cancro al seno e al colon, nelle popolazioni che abitano le latitudini settentrionali.
Il meccanismo suggerito per spiegare questi fatti è che lo smog, disperdendo la luce solare incidente sulla troposfera, provoca una diminuzione della radiazione ultravioletta disponibile di tipo B (UV-B), che è necessaria per la sintesi biochimica della vitamina D La vitamina D funziona come agente protettivo per entrambi i tipi di cancro.
In questo modo, possiamo vedere che un eccesso di radiazione ultravioletta di alta energia è molto dannoso per la salute, ma anche il deficit di radiazione di tipo UV-B ha effetti dannosi.
