Smog jest też w lecie. Kiedy i jak powstaje smog fotochemiczny?

Chociaż pomiary jakości powietrza w cieplejszych miesiącach dają zwykle niższe odczyty niż w zimie, to nie można powiedzieć, że latem polskie miasta są wolne od smogu. Smog to nie tylko efekt ogrzewania domów i mieszkań węglem, ale także spalin wydobywających się z rur wydechowych aut.

Latem pojawiają się też inne czynniki, które sprzyjają gromadzeniu się w powietrzu niebezpiecznych dla zdrowia substancji - najważniejszy z nich to duża ilość... promieni słonecznych.

Najczęstszym typem smogu, który zagraża aglomeracjom w miesiącach letnich, jest smog fotochemiczny, nazywany też często smogiem typu Los Angeles. Zanim przejdziemy do historii związanej z drugą nazwą, musimy najpierw wyjaśnić związek między zanieczyszczeniem powietrza a światłem emitowanym przez Słońce.

Niebezpieczne substancje krążące w powietrzu w lecie są rezultatem reakcji fotochemicznych. Reakcja fotochemiczna to proces chemiczny, który zachodzi pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego - może to być promieniowanie rentgenowskie, podczerwień, ale także światło widzialne. Energia niesiona przez kwanty światła - fotony - oddziałuje na cząsteczki pyłów znajdujące się w powietrzu, które pod jej wpływem uaktywniają się chemicznie. Przykłady takich reakcji to m.in. fotosynteza, czy wytwarzanie melaniny podczas opalania.

W przypadku smogu reakcjom fotochemicznym ulegają wydobywające się m.in. z rur wydechowych tlenki azotu, węgla i węglowodory. Szczególnie niebezpieczny jest dwutlenek azotu (NO₂). Napędzana światłem słonecznym reakcja fotochemiczna łączy węglowodory i częściowo niespalone spaliny samochodowe z tlenkami azotu, produktami ubocznymi spalania, tworząc ozon - trójatomową cząsteczkę tlenu (O₃).

To właśnie ozon, w połączeniu z tlenkami azotu odpowiada za brudny, brunatny kolor smogu fotochemicznego. Formowaniu się grubej warstwy smogu sprzyja wysoka temperatura, brak cyrkulacji powietrza między budynkami oraz ukształtowanie terenu wokół miasta, w którym pojawia się ten rodzaj zanieczyszczeń.

Za jedną z kluczowych dat w historii kalifornijskiego smogu uznaje się 26 lipca 1943. O poranku mieszkańcy Los Angeles byli pewni, że padli ofiarą ataku gazowego ze strony Japończyków - trwała przecież II wojna światowa. Jak miało się okazać, tego wroga mieszkańcy LA stworzyli sobie sami.

Żar lejący się z nieba w połączeniu z gęstym, gryzącym dymem szybko sparaliżował miasto. Robotnicy i zwykli przechodnie nie byli w stanie wytrzymać na ulicy dłużej niż kilkanaście minut. Reakcja była szybka - winę za skażenie powietrza zrzucono na jedną z fabryk produkujących gumę, jednak jej czasowe zamknięcie nie przyczyniło się do poprawy sytuacji. Reakcja była więc szybka, ale nietrafiona.

Chociaż smog pojawiał się w mieście już wcześniej (w 1903 mieszkańcy pomylili go z zaćmieniem Słońca), to wzrost uprzemysłowienia i większa liczba samochodów doprowadziły do trwałego pogorszenia się jakości powietrza w okolicy. Efekt był tak silny ze względu na ukształtowanie terenu - Los Angeles leży między brzegiem oceanu od południa i wzniesieniami od północy. Bryza wiejąca znad wody nie pozwala gazom opuścić naturalnej niecki i w ten sposób dochodzi do nagromadzenia ogromnych ilości trujących gazów nad samym miastem.

Dość szybko zauważono, że smog nad LA różni się od tego, który pojawiał się w innych częściach stanów. Jego prawdziwe oblicze ujawnił holenderski chemik, który pracował w tym czasie na Kalifornijskim Uniwersytecie Technicznym - Arie Haagen-Smit.

W 1948 rozpoczął on badania okolicznych upraw, odpowiadając na głosy zaalarmowanych rolników. Rośliny na ich polach ulegały odbarwieniu, liście traciły kolor i z czasem usychały - takiego efektu nie obserwowano nigdzie indziej w Stanach, nawet w miastach, w których wcześniej też pojawiał się smog. Innym, specyficznym dla LA efektem zanieczyszczeń był wyraźny zapach, który mieszkańcom kojarzył się z wybielaczem do ubrań.

W trakcie pomiarów składu powietrza i zaprojektowaniu kilku badań m.in. budowy sztucznej komory z plexiglasu wypełnionej gazami z kalifornijskich ulic ustalił, że głównym winowajcą jest ozon, który powstaje jako produkt uboczny opisanej wcześniej reakcji fotochemicznej. Przedstawiciele przemysłu motoryzacyjnego szybko zaczęli protestować i twierdzić, że ozon na pewno pochodzi z wyższych warstw atmosfery, gdzie jak wiadomo jest go całkiem sporo (ozon chroni nas przed zbyt silnym promieniowaniem UV).

Równie szybko Arie Haagen-Smit wyjaśnił im, że różnice temperatur w poszczególnych warstwach atmosfery uniemożliwiają gazom swobodne opadanie na powierzchnię ziemi. Dyskusję na dobre zakończyło dopiero badanie zlecone przez koncerny naftowe, które dotyczyło pomiarów jakości powietrza na pobliskiej wyspie Catalina (widoczna na mapie na południe od LA). Okazało się, że stężenie ozonu jest tam znacznie niższe niż w nękanym smogiem mieście, co ostatecznie obaliło teorię o opadającym ze stratosfery ozonie.

Pierwsze objawy, które pojawiają się po zetknięciu ze smogiem fotochemicznym to podrażnienie oczu i górnych dróg oddechowych. Zaczerwienienie, swędzenie, pieczenie i wzmożone ataki kaszlu są bezpośrednio związane z trującymi gazami obecnymi w skażonym powietrzu. Przy dłuższym wystawieniu na ich działanie mogą pojawiać się bóle głowy, zmęczenie, osłabienie układu odpornościowego i złe samopoczucie. Długofalowe oddziaływanie smogu wiąże się ze zwiększonym ryzykiem zapadania na choroby nowotworowe.

Ozon szkodzi nie tylko organizmowi człowieka. W połączeniu z tlenkami azotu i innymi związkami smog fotochemiczny niszczy też inne materiały, np. włókna w ubraniach czy uprawy roślin.

Narażona jest też materia nieorganiczna - ozon jako silny przeciwutleniacz przyspiesza korozję metali, a także uszkadza gumę. Tak powstało zresztą jedno z pierwszych badań jakości powietrza  - na słoiki naciągano gumki recepturki i sprawdzano, po jakim czasie pękną. Przy wysokim stężeniu trujących gazów obecnych w smogu guma pękała w ciągu kilku minut. 

Jeszcze niedawno smog fotochemiczny był przede wszystkim zagrożeniem dla miast leżących w klimacie subtropikalnym, w związku ze zmianami klimatycznymi i wzrostem uprzemysłowienia, które nie idzie w parze z wystarczającą redukcją emisji, zjawisko występuje też w strefie umiarkowanej.

W Polsce smog typu Los Angeles odnotowano już w Krakowie i Warszawie, a także na terenie Katowic i Wrocławia.

Do wyeliminowania smogu niezbędne są rozwiązania systemowe, które spotykają się z dużym oporem społeczeństwa. Nie ma w tym nic dziwnego, zwykle wiążą się one z dodatkowymi kosztami i zmianą przyzwyczajeń, które nierzadko sięgają kilku pokoleń. W Los Angeles walka z emisją spalin paleniem śmieci w przydomowych ogródkach i trującymi oparami z zakładów przemysłowych trwa od ponad 50 lat.

W Polsce od kilku lat na walkę z zanieczyszczaniami powietrza przeznacza się duże sumy w różnych projektach i inicjatywach, jednak mimo zauważalnych efektów - póki co nie udało się wyeliminować zagrożenia.

Najlepszym sposobem na ochronę przed smogiem jest jego unikanie. Mieszkańcy miast i okolic, gdzie normy powietrza są regularnie przekraczane, powinni na bieżąco monitorować pomiary z okolicznych stacji badawczych. W przypadku dużego stężenia szkodliwych pyłów należy ograniczyć przebywanie na zewnątrz, a w domu warto zainstalować oczyszczacz powietrza.

Osoby, które pracują na zewnątrz, powinny rozważyć zakup maski antysmogowej, najlepiej z filtrem węglowym oznaczonej symbolem FFP3. Zwykłe maseczki chirurgiczne, które dobrze poznaliśmy w czasie pandemii, nie dają odpowiedniej ochrony przed mikroskopijnych rozmiarów cząsteczkami szkodliwych substancji obecnymi w powietrzu.

Czytaj także:

Smog w starożytnym Rzymie. Zanieczyszczenia przekroczyły dzisiejsze limity

Tracimy węch i to nie przez covid. Wszystkiemu winien jest smog

Śmieci trafiają do pieców zamiast do recyklingu. Eksperci są pewni

Zobacz również: