2) разложение диоксида азота под действием ИК- излучения
3) разложение диоксида азота под действием УФ-излучения (+)
4) окисление углеводородов под действием УФ-излучения
Первичная фотохимическая реакция образования фотохимического тумана — фотолиз диоксида азота под действием коротковолнового солнечного излучения: NO2 + hν → NO + O. Образующийся атомарный кислород быстро взаимодействует с молекулярным кислородом с образованием озона: O + O2 → O3. Именно ультрафиолетовая энергия инициирует разрыв связи в молекуле NO2; инфракрасное излучение преимущественно вызывает колебательное возбуждение и нагрев, но не запускает такую фотодиссоциацию.
Дальнейшее развитие процесса связано с окислением летучих органических соединений гидроксильными и пероксидными радикалами. Образуются вторичные загрязнители — альдегиды, органические пероксиды и пероксиацилнитраты, а также поддерживается накопление озона в приземном слое атмосферы. Поэтому окисление углеводородов рассматривается как последующая стадия цепного механизма, а не как исходная реакция. Наиболее интенсивно фотохимический смог формируется при ярком солнечном освещении, высокой температуре, слабом ветре и температурной инверсии, препятствующей рассеиванию примесей.
Для фотохимического смога характерны раздражение глаз и слизистых оболочек дыхательных путей, кашель, чувство стеснения в груди, свистящее дыхание и снижение функции внешнего дыхания, особенно у пациентов с бронхиальной астмой и хроническими заболеваниями лёгких. Концентрация озона в приземном воздухе является одним из основных показателей интенсивности процесса, однако оценка загрязнения должна учитывать также уровни оксидов азота, летучих органических соединений и метеорологические условия.
| Этап или компонент | Химический процесс | Значение для формирования смога | Практический признак |
|---|---|---|---|
| Инициация | Фотолиз NO2 под действием УФ-излучения с образованием NO и атомарного кислорода | Запускает цепь фотохимических превращений | Необходимы солнечный свет и наличие диоксида азота |
| Образование озона | Соединение атомарного кислорода с O2 | Формируется основной окислитель фотохимического смога | Повышение приземной концентрации O3 |
| Окисление углеводородов | Реакции летучих органических соединений с OH-, RO2— и другими радикалами | Поддерживает цепной процесс и образование вторичных загрязнителей | Источник — транспорт, нефтехимические производства, испарения топлива |
| Вторичные продукты | Образование альдегидов, органических пероксидов и пероксиацилнитратов | Усиливают токсическое и раздражающее действие аэрозоля | Резь в глазах, першение, кашель, бронхоспазм |
| Метеорологические условия | Слабый ветер, интенсивная инсоляция, высокая температура, температурная инверсия | Способствуют накоплению и длительному сохранению примесей | Максимальные уровни загрязнения обычно наблюдаются днём в тёплый сезон |
| Инфракрасное излучение | Преимущественно вызывает нагрев и колебательное возбуждение молекул | Не является инициатором фотолиза NO2 | Повышение температуры само по себе не заменяет действие УФ-излучения |
Фотохимический смог относится к вторичному атмосферному загрязнению, поскольку его наиболее опасные компоненты формируются непосредственно в воздухе из первичных выбросов. Основной санитарно-гигиенический риск связан с окислительным повреждением эпителия дыхательных путей и усилением воспаления. Наиболее уязвимы дети, пожилые люди, беременные и пациенты с астмой или хронической обструктивной болезнью лёгких. Профилактика включает сокращение выбросов оксидов азота и летучих органических соединений, мониторинг озона и ограничение пребывания на открытом воздухе в периоды неблагоприятных условий.