Jak powstaje smog?

Smog powstaje w wyniku połączenia wysokiej emisji zanieczyszczeń oraz odpowiednich warunków atmosferycznych. Dokładny przebieg tego procesu uzależniony jest od rodzaju smogu, a tych wyróżniamy dwa. Wyjaśniamy, jak powstaje smog londyński i fotochemiczny.

W skrócie

• Głównie źródła zanieczyszczeń tworzących smog to ogrzewanie domów, przemysł, transport i rolnictwo.
• Smogowi kwaśnemu (z którym mamy do czynienia w Polsce w sezonie jesienno-zimowym) sprzyjają wyż baryczny, brak wiatru i mgła.
• Do rozwoju smogu fotochemicznego przyczyniają się wysoka temperatura i promieniowanie UV.

Jak powstaje smog londyński

Smog londyński (klasyczny, kwaśny, siarkowy) powstaje wtedy, gdy połączone zostaną dwa czynniki. Pierwszy z nich to wysoka emisja zanieczyszczeń. Główne składniki tego rodzaju smogu to:

• pyły zawieszone,
• tlenki siarki,
• tlenki węgla,
• tlenki azotu,
• benzo(a)piren.

Głównym źródłem pyłów zawieszonych, tlenków siarki i węgla oraz benzo(a)pirenu są domowe piece i kotły grzewcze. W przypadku tlenków azotu dominujące źródło to transport, a szczególnie samochody osobowe.

W Polsce sezon grzewczy trwa od października do kwietnia, natomiast najchłodniejsze miesiące, a więc wymagające najsilniejszego ogrzewania, to styczeń, grudzień i luty.

Jednak w tych okresach zdarzają się dni z lepszą, jak i z gorszą jakością powietrza. Jest to spowodowane tym, że drugim warunkiem powstania smogu londyńskiego jest odpowiednia sytuacja atmosferyczna.

W skrócie: musi dojść do sytuacji, w której zanieczyszczenia nie mogą swobodnie odpłynąć. Dzieje się tak podczas braku ruchów powietrza. Poziome ruchy zostają zablokowane w przypadku ukształtowania uformowania antycyklonu (wyżu barycznego).

Wyż baryczny jest zasilany masami powietrza z wyższych warstw atmosfery. Tłumią one ruchy konwekcyjne i sprawiają, że zanieczyszczone powietrze nie może odpłynąć z przygruntowej warstwy atmosfery.

Pionowe ruchy powietrza w postaci wiatru również pomagają w odpływie zanieczyszczeń. Kolejnym czynnikiem sprzyjającym smogowi jest zatem bezwietrzna pogoda. W takie dni dobry oczyszczacz powietrza jest szczególnie przydatny.

Ponadto sprzymierzeńcem smogu jest wysoka wilgotność powietrza. Zawarte w nim zanieczyszczenia łączą się bowiem z kropelkami wody tworzącymi mgłę.

Jak powstaje smog fotochemiczny

Pierwszym warunkiem powstania smogu fotochemicznego (kalifornijskiego, Los Angeles, białego) jest emisja takich zanieczyszczeń jak:

• tlenki azotu,
• tlenki węgla,
• węglowodory.

W Polsce głównym źródłem tych pierwszych jest transport, który odpowiada za emisję 35,45% tlenków azotu. Drugie miejsce zajmuje przemysł energetyczny (20,95%), natomiast trzecie rolnictwo (12,09%).

Transport stanowi też główne źródło dwutlenku węgla, przy czym największy udział w jego emisji mają samochody osobowe. W 2019 r. wygenerowały one 60,6% CO2 pochodzącego z transportu.

Pod względem emisji węglowodorów pierwsze miejsce zajmuje ogrzewanie budynków. Jednak to właśnie pozostałe źródła tych zanieczyszczeń mają szczególne znaczenie dla powstania smogu fotochemicznego. Ogrzewanie domów nie ma bowiem miejsca w sezonie letnim.

Smog fotochemiczny stanowi problem w ciepłe dni, ponieważ drugim warunkiem jego rozwoju jest wysoka temperatura, najlepiej w połączeniu z wilgotnością poniżej 70%.

Na skutek promieniowania UV wspomniane zanieczyszczenia ulegają reakcjom fotochemicznym i chemicznym. W ich wyniku powstają silnie drażniące i reaktywne związki, takie jak:

• ozon (O₃), który tworzy się na skutek uwolnienia z tlenków atomu tlenu, a następnie jego połączenia z tlenem cząsteczkowym (O2).
• nadtlenek wodoru,
• formaldehyd,
• acetalaldehyd,
• azotan nadtlenku acetylu (PAN, C₂H₃NO₅).

Źródła

1. Jakub Bartyzel, Październikowy smog to wina wyżu, samochodów i obwarzanka, smoglab.pl
2. Emisje CO2 z samochodów: fakty i liczby (infografiki), europarl.europa.eu
3. Zanieczyszczenie powietrza wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi na stacjach tła miejskiego w 2022 roku, powietrze.gios.gov.pl
4. Smog kwaśny, czyli smog typu londyńskiego, airly.org
5. Anna Florek, Jakie są przyczyny i mechanizm powstawania smogu fotochemicznego (typu Los Angeles)?, zpe.gov.pl
6. Photochemical Smog, sciencedirect.com