כיצד נוצר ערפיח פוטוכימי?

המילה ערפיח הופיעה לראשונה בדו"ח משנת 1911 מליגת הפחתת העשן בבריטניה כדי לתאר את השילוב בין עשן וערפל עמוסים בגופרית דו-חמצנית שהרגו 1,000 איש בגלזגו ובאדינבורו בשנת 1909, אם כי אולי נעשה בו שימוש כבר 1905. סוג זה של הגדרת ערפיח, המגיע ממפעלי שריפת פחם ונפוץ במרכזי תעשייה גשומים, מכונה ערפיח תעשייתי.

העולם המודרני מוכה בסוג ערפיח חדש. החל משנות הארבעים, אנשים בלוס אנג'לס החלו להבחין באובך חום מתמשך באוויר בימים חמים שגרם לעיניים דומעות ולבעיות נשימה. הם התחילו להתייחס לאובך כערפיח, אך היה לו הרכב שונה מזה של ערפיח תעשייתי ונוצר בצורה אחרת. זה ידוע רשמית כערפי פוטוכימיה, אך למרות שהוא משפיע על ערים רבות ברחבי העולם, אנשים מכנים אותו לפעמים ערפיח של לוס אנג'לס. הכינוי הלא רשמי לערפי התעשייה, אגב, הוא הערפיח הלונדוני.

היווצרות ערפיח פוטוכימי כוללת שלושה מרכיבים עיקריים: תחמוצות חנקן, פחמימנים ואור שמש. תחמוצות החנקן והפחמימנים הם תוצרי לוואי של מפעלי אנרגיה בוערים דלקים מאובנים, והם יכולים אפילו מגיעים מתהליכים טבעיים, אך המקור העיקרי הוא מנועי הבעירה הפנימית המופעלים על ידי בנזין מכוניות.

תחמוצת החנקן וחנקן הדו חמצני מתנתקים באור השמש ומשולבים עם פחמימנים זעירים כדי לייצר בסופו של דבר מספר רב של מזהמים. התהליך המורכב מתנהל בשלבים:

• אור השמש גורם להפרדה פוטו של חנקן וחמצן להניב אטומי אוזון וחמצן.

• אטומי חמצן מגיבים עם מים ליצירת רדיקלים הידרוקסיליים (OH).

• רדיקלים של הידרוקסיל מחמצנים פחמימנים ויוצרים רדיקלים של פחמימנים.

• פחמימנים מתחמצנים ויוצרים סוג של כימיקלים המכונים אלדהידים.

• אלדהידים מתחמצנים ליצירת חמצן אלדהיד וחומצות אלדהיד, שהם המזהמים היוצרים את רוב הבעיות הבריאותיות.
  

ערים גדולות רבות שומרות על אינדקס ערפיח, ואחד המזהמים הכימיים העיקריים שהם עוקבים אחריהם הוא אוֹזוֹן. הוא מיוצר כתוצר לוואי של הניתוק של תרכובות חנקן בשלב מוקדם של ערפיח היווצרותם, ולמרות שרבים ממנו מתרגלים ביצירת מזהמים אחרים, כמות משמעותית לא. האוזון מאכל. זה גורם למחלות נשימה, והוא פוגע בצמחים, עצים ואפילו צבע.

מלבד האוזון, הערפיח הפוטוכימי מכיל מספר מזהמים אחרים, כולל:

Peroxyacetyl nitrate (PAN): מזהם זה גורם לגירוי בעיניים ובנשימה והוא אחראי בעיקר להשקיית העיניים בתקופות של זיהום אוויר כבד.

חומצה חנקתית (HNO₂): רעיל קל, תרכובת זו גורמת גם לאי נוחות בדרכי הנשימה.

חומצה חנקתית (HNO₃): חומצה חזקה יותר ואחד ממרכיבי הגשם החומצי, חומצה חנקתית יכולה לשרוף את העור והעיניים בריכוזים גבוהים. חומצה חנקתית יכולה להיווצר גם בסופות רעמים קשות.

תנאי הערפיח הפוטוכימיים הם הגרועים ביותר בערים חמות הממוקמות באגנים המוקפים בהרים, כגון:

• לוס אנג'לס
  
• דנבר
  
• העיר מקסיקו
  
• ונקובר
  
• לִפנֵי הַסְפִירָה

ערים רבות אחרות, כמו בייג'ינג וניו דלהי, הן יותר מבושלות, אך הערפיח הוא תעשייתי, ולא פוטוכימי. תנאי הערפיח הפוטוכימיים הם הגרועים ביותר כאשר עיר המוקפת בהרים חווה שכבת היפוך, שהיא שכבת אוויר חם המכסה שכבה קרירה יותר ומונעת ממנה להסתובב. הערפיח מצטבר במהלך היום ובמקום להתפוגג בלילה, נשאר עומד. התנאים מחמירים מיום ליום עד עד ששכבת ההיפוך מתפרקת.