Kuinka fotokemiallinen savusumu muodostuu?

Sana smog ilmestyi ensimmäisen kerran Ison-Britannian Smoke Abatement League -sarjan 1911 raportissa kuvaamaan näiden yhdistelmää rikkidioksidipitoinen savu ja sumu, joka tappoi 1000 ihmistä Glasgow'ssa ja Edinburghissa vuonna 1909, vaikka sitä saatettiin käyttää jo 1905. Tämän tyyppinen savun määritelmä, joka tulee hiilenpolttolaitoksista ja on yleinen sateisissa teollisuuskeskuksissa, tunnetaan teollisena savuna.

Moderni maailma vaivaa uuden tyyppistä savua. 1940-luvulta lähtien ihmiset Los Angelesissa alkoivat havaita jatkuvaa ruskeaa sumua ilmassa kuumina päivinä, mikä aiheutti vetisiä silmiä ja hengitysvaikeuksia. He alkoivat kutsua sumua smogiksi, mutta sillä oli erilainen koostumus kuin teollisella savulla ja se muodostui eri tavalla. Se tunnetaan virallisesti nimellä fotokemiallinen savu, mutta vaikka se vaikuttaa moniin kaupunkeihin ympäri maailmaa, ihmiset kutsuvat sitä joskus Los Angelesin savuiksi. Teollisen savun epävirallinen lempinimi on muuten Lontoon savu.

Fotokemiallisen savusumun muodostumiseen liittyy kolme pääainesosaa: typpioksidit, hiilivedyt ja auringonvalo. Typen oksidit ja hiilivedyt ovat fossiilisia polttoaineita polttavien energialaitosten sivutuotteita, ja ne voivat jopa ovat peräisin luonnollisista prosesseista, mutta pääasiallinen lähde ovat bensiinimoottorien polttomoottorit autot.

Dityppioksidi ja typpidioksidi hajoavat auringonvalossa ja yhdistyvät vähäisten hiilivetyjen kanssa lopulta tuottamaan suuren määrän epäpuhtauksia. Monimutkainen prosessi etenee vaiheittain:

• Auringonvalo aiheuttaa typen ja hapen fotodissosiaation tuottamaan otsoni- ja happiatomeja.

• Happiatomit reagoivat veden kanssa muodostaen hydroksyyliradikaaleja (OH).

• Hydroksyyliradikaalit hapettavat hiilivedyt muodostaen hiilivetyradikaaleja.

• Hiilivedyt hapettuvat muodostaen aldehydeiksi kutsutun kemikaaliluokan.

• Aldehydit hapettavat muodostaen aldehydiperoksideja ja aldehydiperoksihappoja, jotka ovat saasteita, jotka aiheuttavat suurimman osan terveysongelmista.
  

Monissa suurissa kaupungeissa on savu-indeksi, ja yksi tärkeimmistä kemiallisista epäpuhtauksista on otsoni. Se tuotetaan sivutuotteena typpiyhdisteiden dissosiaatiosta savun prosessin alkuvaiheessa muodostuu, ja vaikka suuri osa siitä käytetään muiden epäpuhtauksien muodostumiseen, merkittävä määrä ei. Otsoni on syövyttävää. Se aiheuttaa hengityselinten sairauksia ja vahingoittaa kasveja, puita ja jopa maaleja.

Otsonin lisäksi fotokemiallinen savusumu sisältää useita muita epäpuhtauksia, mukaan lukien:

Peroksiasetyylinitraatti (PAN): Tämä epäpuhtaus aiheuttaa silmien ja hengitysteiden ärsytystä ja on ensisijaisesti vastuussa silmien kastelusta voimakkaiden ilmansaasteiden aikana.

Typpihappo (HNO₂): Lievästi myrkyllinen, tämä yhdiste aiheuttaa myös hengitysvaivoja.

Typpihappo (HNO₃): Vahvempi happo ja yksi happosateen komponenteista typpihappo voi polttaa ihoa ja silmiä suurina pitoisuuksina. Typpihappoa voi muodostua myös voimakkaiden ukkosmyrskyjen aikana.

Fotokemialliset savusumuolosuhteet ovat pahimmat lämpimissä kaupungeissa, jotka sijaitsevat vuorien ympäröimissä altaissa, kuten:

• Los Angeles
  
• Denver
  
• Mexico City
  
• Vancouver
  
• Eaa

Monet muut kaupungit, kuten Peking ja New Delhi, ovat savuisempia, mutta savu on teollista, ei fotokemiallista. Fotokemialliset savusumuolosuhteet ovat pahin, kun vuorten ympäröimä kaupunki kokee inversiokerroksen, joka on kuumailmakerros, joka peittää viileämmän kerroksen ja estää sen kiertämistä. Savu kerääntyy päivällä, eikä yöllä hajoa, vaan pysyy paikallaan. Olot pahenevat päivittäin, kunnes inversiokerros hajoaa.