ASAP FOTOKIMIA: CIRI, SEBAB DAN KESAN - PERSEKITARAN - 2025

The kabut fotokimia ialah kabus tebal terbentuk disebabkan tindak balas kimia gas dari enjin pembakaran kereta. Reaksi ini dimediasi oleh cahaya matahari dan terjadi di troposfer, lapisan atmosfer yang memanjang dari 0 hingga 10 km di atas permukaan tanah.

Perkataan smog berasal dari penguncupan dua perkataan dalam bahasa Inggeris: «fog», yang bermaksud kabut atau kabut, dan «asap», yang bermaksud asap. Penggunaannya bermula pada tahun 1950-an untuk menentukan jerebu yang meliputi bandar London.

Gambar 1. Asap fotokimia di Salt Lake City, Amerika Syarikat. Sumber: Eltiempo10, dari Wikimedia Commons

Kabut asap menjelma sebagai kabut kekuningan-kekuningan-kekuningan, berasal dari titisan kecil air yang tersebar di atmosfera, yang mengandungi produk kimia tindak balas yang berlaku di antara pencemar udara.

Jerebu ini sangat biasa berlaku di bandar-bandar besar kerana tumpuan kenderaan yang tinggi dan lalu lintas kenderaan yang lebih sengit, tetapi juga merebak ke kawasan-kawasan yang masih asli, seperti Grand Canyon di negara bagian Arizona, AS.

Selalunya, kabut asap mempunyai bau khas, tidak menyenangkan, kerana terdapatnya beberapa komponen kimia gas khas. Produk perantaraan dan sebatian akhir tindak balas yang menyebabkan asap, memberi kesan serius kepada kesihatan manusia, haiwan, tumbuh-tumbuhan dan beberapa bahan.

ciri-ciri

Beberapa reaksi yang berlaku di troposfera

Salah satu ciri khas atmosfer planet Bumi adalah keupayaan pengoksidaannya, kerana sejumlah besar oksigen molekul diatomik (O ₂ ) yang dikandungnya (kira-kira 21% komposisinya).

Pada akhirnya, hampir semua gas yang dipancarkan ke atmosfer teroksidasi sepenuhnya di udara, dan produk akhir dari pengoksidaan ini disimpan di permukaan Bumi. Proses pengoksidaan ini sangat penting untuk membersihkan dan mencemarkan udara.

Mekanisme tindak balas kimia yang berlaku di antara pencemar udara sangat kompleks. Di bawah ini adalah paparan ringkas mereka:

Pencemaran udara primer dan sekunder

Gas yang dikeluarkan oleh pembakaran bahan bakar fosil dalam enjin kenderaan terutamanya mengandungi oksida nitrat (NO), karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO ₂ ) dan sebatian organik mudah menguap (VOC).

Sebatian ini disebut pencemar primer, kerana melalui reaksi kimia yang dimediasi oleh cahaya (reaksi fotokimia) mereka menghasilkan serangkaian produk yang disebut pencemar sekunder.

Pada dasarnya, bahan pencemar sekunder yang paling penting ialah nitrogen dioksida (NO ₂ ) dan ozon (O ₃ ), yang merupakan gas yang paling mempengaruhi pembentukan asap.

Pembentukan ozon di troposfera

Nitrik oksida (NO) dihasilkan dalam enjin kereta melalui tindak balas antara oksigen dan nitrogen di udara pada suhu tinggi:

N ₂ (g) + O ₂ (g) → 2NO (g), di mana (g) bermaksud dalam keadaan gas.

Nitrik oksida yang dilepaskan ke atmosfera dioksidakan menjadi nitrogen dioksida (NO ₂ ):

2NO (g) + O ₂ (g) → 2NO ₂ (g)

NO ₂ mengalami penguraian fotokimia yang dimediasi oleh cahaya matahari:

NO ₂ (g) + hγ (cahaya) → TIDAK (g) + O (g)

Oksigen O dalam bentuk atom adalah spesies yang sangat reaktif yang dapat menimbulkan banyak reaksi seperti pembentukan ozon (O ₃ ):

O (g) + O ₂ (g) → O ₃ (g)

Ozon di stratosfer (lapisan atmosfer antara 10 km dan 50 km di atas permukaan bumi) berfungsi sebagai komponen pelindung kehidupan di Bumi, kerana ia menyerap sinaran ultraviolet bertenaga tinggi yang berasal dari matahari; tetapi di troposfera darat, ozon mempunyai kesan yang sangat merosakkan.

Gambar 2. Smog di New York. Sumber: Wikipedia Commons

Punca asap fotokimia

Jalan lain untuk pembentukan ozon di troposfera adalah reaksi kompleks yang melibatkan nitrogen oksida, hidrokarbon dan oksigen.

Salah satu sebatian kimia yang dihasilkan dalam tindak balas ini adalah peroxyacetyl nitrate (PAN), yang merupakan agen pemedih mata yang kuat yang juga menyebabkan kesukaran bernafas.

Sebatian organik yang mudah menguap bukan sahaja berasal dari hidrokarbon yang tidak dibakar dalam enjin pembakaran dalaman, tetapi dari pelbagai sumber, seperti penyejatan pelarut dan bahan api, antara lain.

VOC ini juga mengalami reaksi fotokimia yang kompleks yang merupakan sumber ozon, asid nitrik (HNO ₃ ) dan sebatian organik sebahagiannya teroksidasi.

VOC + NO + O ₂ + Cahaya Matahari → Campuran kompleks: HNO _3, O ₃ dan pelbagai sebatian organik

Semua sebatian organik ini, produk pengoksidaan (alkohol dan asid karboksilik), juga mudah menguap dan wapnya dapat mengembun menjadi titisan cair kecil yang disebarkan di udara dalam bentuk aerosol, yang menyebarkan cahaya matahari, sehingga mengurangkan penglihatan. Dengan cara ini sejenis tudung atau kabut dihasilkan di troposfera.

Kesan asap

Zarah jelaga atau karbon yang dihasilkan oleh pembakaran, sulfida anhidrida (SO ₂ ) dan bahan pencemar sekunder - asid sulfurik (H ₂ SO ₄ ) - juga terlibat dalam pengeluaran asap.

Ozon di troposfera bertindak balas dengan ikatan berganda C = C pada tisu paru-paru, tisu tumbuhan dan haiwan, menyebabkan kerosakan teruk. Selain itu, ozon boleh merosakkan bahan seperti tayar kereta, menyebabkan keretakan dengan alasan yang sama.

Asap fotokimia adalah penyebab masalah pernafasan yang teruk, mantra batuk, kerengsaan hidung dan tekak, pernafasan yang lebih pendek, sakit dada, rinitis, kerengsaan mata, disfungsi paru-paru, penurunan daya tahan terhadap penyakit berjangkit pernafasan, penuaan dini tisu paru-paru, bronkitis teruk, kegagalan jantung dan kematian.

Di bandar-bandar seperti New York, London, Mexico City, Atlanta, Detroit, Salt Lake City, Warsaw, Prague, Stuttgart, Beijing, Shanghai, Seoul, Bangkok, Bombay, Calcutta, Delhi, Jakarta, Cairo, Manila, Karachi, dipanggil Di kota besar, episod kritikal puncak fotokimia asap telah menyebabkan penggera dan langkah-langkah khas untuk menyekat peredaran.

Beberapa penyelidik telah melaporkan bahawa pencemaran yang disebabkan oleh sulfur dioksida (SO ₂ ) dan sulfat menyebabkan penurunan daya tahan terhadap barah payudara dan kolon, pada populasi yang mendiami garis lintang utara.

Mekanisme yang disarankan untuk menjelaskan fakta-fakta ini adalah bahawa kabut asap, dengan menyebarkan cahaya matahari yang terjadi di troposfera, menyebabkan penurunan radiasi ultraviolet jenis B (UV-B) yang ada, yang diperlukan untuk sintesis biokimia vitamin D Vitamin D berfungsi sebagai agen pelindung terhadap kedua-dua jenis barah.

Dengan cara ini, kita dapat melihat bahawa lebihan sinaran ultraviolet bertenaga tinggi sangat berbahaya bagi kesihatan, tetapi juga kekurangan sinaran UV-B mempunyai kesan berbahaya.

Rujukan

1. Ashraf, A., Butt, A., Khalid, I., Alam, RU, dan Ahmad, SR (2018). Analisis asap dan pengaruhnya terhadap penyakit permukaan okular yang dilaporkan: Kajian kes kejadian kabut asap 2016 di Lahore. Persekitaran atmosfera. doi: 10.1016 / j.atmosenv.2018.10.029
2. Bang, HQ, Nguyen, HD, Vu, K. et al. (2018). Pemodelan Asap Fotokimia Menggunakan Model Pengangkutan Kimia Pencemaran Udara (TAPM-CTM) di Bandar Ho Chi Minh, Pemodelan & Penilaian Alam Sekitar Vietnam. 1: 1-16. doi.org/10.1007/s10666-018-9613-7
3. Dickerson, RR, Kondragunta, S., Stenchikov, G., Civerolo, KL, Doddridge, B. G dan Holben, BN (1997). Kesan Aerosol pada Sinaran Ultraviolet Suria dan Asap Fotokimia. Sains. 278 (5339): 827-830. doi: 10.1126 / sains.278.5339.827
4. Hallquist, M., Munthe, J., Tao, MH, Chak, W., Chan, K., Gao, J., et al (2016) Asap fotokimia di China: cabaran dan implikasi saintifik terhadap dasar kualiti udara. Kajian Sains Negara. 3 (4): 401–403. Doi: 10.1093 / nsr / nww080
5. Xue, L., Gu, R., Wang, T., Wang, X., Saunders, S., Blake, D., Louie, PKK, Luk, CWY, Simpson, I., Xu, Z., Wang, Z., Gao, Y., Lee, S., Mellouki, A., dan Wang, W.: Kapasiti oksidatif dan kimia radikal di atmosfer yang tercemar di wilayah Hong Kong dan Pearl River Delta: analisis episod asap fotokimia yang teruk, Atmos. Chem. Phys., 16, 9891-9903, https://doi.org/10.5194/acp-16-9891-2016, 2016.