Smog tworzy się wskutek wprowadzenia do powietrza różnych substancji powstających w wyniku spalania paliw stałych i ciekłych:

• pyłów o różnej granulacji zawierających metale ciężkie,

• gazów (np. dwutlenku siarki i tlenków azotu),

• niemetanowych lotnych związków organicznych,

• wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (np. benzo(a)pirenu) i wielu innych.

Jest zjawiskiem sztucznym, chociaż istotny wpływ na jego powstawanie mają czynniki przyrodnicze. Podstawowe znaczenie ma w tym względzie pogoda wyżowa, z którą związany jest na ogół wiatr o bardzo małej prędkości (lub wręcz jego brak) i inwersja temperatury. W takich warunkach nad powierzchnią ziemi powstaje warstwa inwersyjna hamująca konwekcyjny ruch powietrza. Istotnym czynnikiem warunkującym powstanie smogu może być także osłabione przewietrzanie charakterystyczne dla terenów położonych w obniżeniach, kotlinach, dolinach oraz u podnóża stoków. Jest ono także cechą terenów zurbanizowanych, w przypadku których zabudowa ogranicza prędkość wiatru i deformuje cyrkulację powietrza. Znaczący wpływ, zwłaszcza latem, ma również duży dopływ promieniowania słonecznego. Epizody smogowe mogą trwać od jednego do kilku dni, a w przypadkach ekstremalnych – nawet przez kilkanaście dni.

Smog jest charakterystyczny głównie dla miast, w których występuje intensywna niska emisjaniska emisjaniska emisja, czyli emisja zanieczyszczeń ze źródeł, których wysokość nie przekracza 40 m.

W zależności od struktury zanieczyszczeń powietrza oraz uwarunkowań środowiskowych powstają różne rodzaje smogu, w tym smog kwaśny – zwany też zimowym, siarkowym, londyńskim, redukującym lub mgłą przemysłową, oraz smog fotochemiczny, nazywany też smogiem letnim, utleniającym albo typu Los Angeles (to właśnie to miasto jako jedno z pierwszych miało problem ze smogiem na dużą skalę).

RKDoxCFjPFkwD

Zdjęcie dużego miasta z unoszącym się smogiem przypominającym mgłę.

Smog kwaśny powstaje w sytuacji, gdy w powietrzu atmosferycznym obecny jest dwutlenek siarki (SOIndeks dolny 2₂), tlenek węgla (CO), dwutlenek węgla (COIndeks dolny 2₂), dwutlenek azotu (NOIndeks dolny 2₂), pył zawieszony o średnicy mniejszej od 10 μmum (oznaczany jako PM10) oraz 2,5 μmum (PM2,5), sadza, węglowodory – np. benzo(a)piren – i inne. Cząsteczki dwutlenku siarki mają tendencję do łączenia się z mgłą, co prowadzi do powstania aerozolu kwasu siarkowego w powietrzu.

Wymienione substancje powstają z reguły w wyniku spalania paliw stałych – węgla, miału i mułu węglowego, drewna oraz innych. Ich źródłem są przede wszystkim indywidualne paleniska domowe, piece, kotłownie i inne instalacje grzewcze wyposażone w kotły niskiej klasy, które ogrzewają domy jednorodzinne i wielorodzinne kamienice niepodłączone do sieci ciepłowniczej. W celu obniżenia kosztów często wykorzystuje się w nich niskiej jakości węgiel, nieodpowiednie drewno (lakierowane części mebli, płyty wiórowe), a czasem nawet śmieci.

RcBDb90xucosh1

Na zdjęciu jest fragment dachu z kominem. Z komina wydobywa się żółty dym.

Ten typ smogu występuje m.in. w miastach strefy umiarkowanej, w chłodnym półroczu (od listopada do marca), kiedy to domy są ogrzewane przez spalanie węgla i innych paliw stałych. Pewien wpływ na jego powstawanie mają także spaliny samochodowe. Natomiast znaczenie przemysłu wydaje się w tym przypadku mniejsze ze względu na stosowanie rozwiązań ograniczających emisję (np. filtry kominowe) oraz znaczną wysokość emitorów, osiągającą np. w przypadku elektrowni konwencjonalnych nawet 200 metrów, co umożliwia dalekie wynoszenie i rozpraszanie zanieczyszczeń.

Nie zawsze dużym stężeniom pyłu zawieszonego towarzyszą wysokie stężenia dwutlenku siarki czy tlenków azotu. W takim przypadku nie tworzy się typowy smog kwaśny, ale tzw. smog aerozolowy (pyłowy). Ten typ smogu jest coraz częściej spotykany w okresie jesienno‑zimowym w miastach Polski.

Powstawaniu smogu kwaśnego i aerozolowego sprzyjają specyficzne warunki przyrodnicze związane m.in. z występowaniem inwersji termicznej ograniczającej wstępujący ruch powietrza i powodującej zwiększenie stężeń zanieczyszczeń przy powierzchni ziemi, brakiem wiatru oraz dużą wilgotnością powietrza warunkującą pojawienie się mgły. W tych warunkach tworzy się gęsta, drażniąca drogi oddechowe mgła o szarej barwie i kwaśnym zapachu. Ogranicza widoczność, powoduje nasilenie kaszlu i wywołuje objawy alergii. Przy dłuższym oddziaływaniu może powodować ostrą niewydolność oddechową i choroby układu krążenia. Będące jej składnikiem pyły o granulacji 2,5 μmum (PM2,5) mogą przedostawać się bezpośrednio z płuc do krwiobiegu i powodować różnorodne choroby, także nowotworowe.

R1NfL5LAAbI2w

Zdjęcie przedstawia Kraków z budynkami starówki. Nad miastem unosi się jasny smog, przypomina dym lub mgłę.

R5vh7PZlphaDD

Zdjęcie przedstawia ludzi idących chodnikiem w pobliżu pomnika. Wzdłuż chodnika palą się latarnie. Ludzie poruszają się w smogu, który przypomina gęstą mgłę.

Smog fotochemiczny tworzy się w suche, upalne dni przy temperaturze między 24° a 35°C, słabym wietrze lub ciszy i niskiej wilgotności (wilgotność względna poniżej 70%), kiedy powietrze jest zanieczyszczone tlenkiem węgla (CO), dwutlenkiem węgla (COIndeks dolny 2₂), dwutlenkiem azotu (NOIndeks dolny 2₂) i węglowodorami, których źródłem są przede wszystkim spaliny samochodowe. Pod wpływem ultrafioletowego promieniowania słonecznego następują przemiany fotochemiczne, prowadzące do powstania silnych utleniaczy, m.in. ozonu, formaldehydu, acetaldehydu, azotanu nadtlenku acetylu (PAN), nadtlenku wodoru, tlenku węgla i innych substancji niezwykle szkodliwych dla organizmów żywych.

RJsBZqlvFxc1W

Grafika dotyczy globalnej emisji wybranych gazowych związków organicznych. Cząstki stałe, aerozole, smog fotochemiczny: 1. 6 milionów ton rocznie etan, propan, butan z naturalnych złóż; 2. 6-30 milionów ton alkeny, alkany z oceanów; 3. 45 milionów ton siarczek dimetylu (DMS) z oceanów; 4. 7-40 milionów ton pożary lasów; 5. 100-240 milionów ton źródła antropogeniczne; 6. 200 milionów ton metan ze źródeł naturalnych; 7. >1000 izopreny 500, terpeny 130, alkohole, alkeny, aldehydy, kwasy organiczne z terenów porośniętych roślinnością.

Smog fotochemiczny ma postać brunatnej mgły, która wypełnia miejskie ulice i unosi się nad miastem. Kiedy osiąga dużą gęstość, może ograniczać widoczność do niespełna 100 metrów.

RAbSlqA6edOHV

Zdjęcie ukazuje metropolię z licznymi wysokimi budynkami. Nad miastem unosi się brązowoszary smog, przypomina dym. W tle pasmo górskie.

W związku z tym, że czynnikami decydującymi o występowaniu smogu fotochemicznego są spaliny samochodowe i wysoki dopływ promieniowania słonecznego, ten typ smogu powstaje głównie w miastach strefy podzwrotnikowej, w miesiącach letnich (na półkuli północnej najczęściej od czerwca do września), przy wysokiej temperaturze 25‑35°C i słabym wietrze. Obok Los Angeles, które nadało mu nazwę, miastami najbardziej zanieczyszczonymi smogiem fotochemicznym są: Meksyk, Ateny, Santiago, São Paulo, Kair, Pekin i Szanghaj.  W ostatnich latach smog fotochemiczny pojawia się również w strefie umiarkowanej – w Polsce stwierdzono jego występowanie w Warszawie i Krakowie.

Smog fotochemiczny może być przyczyną trudności w oddychaniu, powodować bóle głowy, podrażnienia oczu, skóry oraz alergie. Negatywnie wpływa także na kondycję roślin i zwierząt.

Czy wybuchający wulkan, który emituje duże ilości dwutlenku siarki i pyłu, a więc dwa kluczowe z punktu widzenia powstawania smogu składniki, może być jego przyczyną? W zasadzie tak, ale żeby podkreślić jego naturalny charakter i pewną odmienność od antropogenicznego smogu, zanieczyszczenie to zostało nazwane wog (ang. vog), od słów „wulkaniczny” i „smog”. Termin ten jest powszechnie używany na Hawajach, których mieszkańcy zmagają się głównie ze smogiem związanym z aktywnością wulkanu Kīlauea. Wulkan ten wykazuje nieprzerwaną aktywność od 1983 roku, emitując dziennie do atmosfery od 2 000 do 4 000 ton dwutlenku siarki. Pióropusze gazu wznoszą się z trzech miejsc: Halemaʻumaʻu, PuʻuʻŌʻō i wzdłuż linii brzegowej, gdzie lawa płynie ze strefy szczeliny wschodniej do oceanu.

RxQd7NBlsJPJB

Zdjęcie przedstawia chmurę dymu unoszącą się nad wulkanem.

Wog tworzy się w warunkach inwersji wywoływanej przez utrzymujący się wyż północnopacyficzny (Hawajski). Zawarty w powietrzu dwutlenek siarki oraz inne gazy i cząsteczki emitowane przez wybuchający wulkan reagują z tlenem i wilgocią w obecności światła słonecznego, tworząc aerozole.

Wpływ wogu na zdrowie mieszkańców wyspy jest podobny jak innych rodzajów smogu – drobne cząsteczki aerozolu siarkowego mogą utrzymywać się w płucach, upośledzając ich funkcjonowanie. W takim przypadku często występują bóle głowy, łzawienie oczu, ból gardła i trudności w oddychaniu. Poza tym wog znacząco zmniejsza widzialność, stwarzając zagrożenie dla ruchu drogowego, powietrznego i morskiego.

R1099hWBHO8jG

Zdjęcie przedstawia ciemne, szare niebo nad morzem. Na horyzoncie jest czerwone, zachodzące słońce.

Rośliny są powszechnie uważane za naturalne oczyszczacze powietrza. Pochłaniają z powietrza benzen, formaldehyd, aceton, amoniak i wiele innych substancji, w zamian wzbogacając je w tlen. Tymczasem według wyników wieloletnich badań naukowców z całego świata mogą być także źródłem węglowodorów – izoprenów i terpenów, należących do tzw. prekursorów ozonuprekursory ozonuprekursorów ozonu, które ulegają reakcjom w atmosferze i powodują występowanie smogu fotochemicznego. Co więcej, węglowodory uwalniane przez rośliny często są bardziej reaktywne niż węglowodory wytwarzane przez człowieka, szybciej wchodzą w reakcje z innymi składnikami powietrza atmosferycznego, co prowadzi do powstania ozonu troposferycznegoozon troposferycznyozonu troposferycznego. Przypuszcza się, że smog fotochemiczny w Atlancie i niektórych australijskich miastach może być spowodowany w znacznej części emisją roślin.

Słownik