Czym jest smog?

Smog jest zjawiskiem atmosferycznym, mieszaniną powietrza z dymem i spalinami, czyli po prostu kumulacją zanieczyszczeń. Jak wspomniano, jest to zjawisko toksyczne i niewystępujące w sposób naturalny w przyrodzie, mające negatywne skutki na zdrowie ludzi. Smog jest często mylony z mgłą, która jest zjawiskiem czysto fizycznym, występującym w przyrodzie, tymczasem smog łączy w sobie właśnie mgłę z dymem (z ang. smoke – dym i fog – mgła). Smog zawiera w sobie ponadto pyły zawieszone (w skrócie PM – z ang. particulate matter), związki organiczne oraz gazy. Co ciekawe, samo występowanie smogu może być związane m.in. z:

* ukształtowaniem terenu, szczególnie w dolinach górskich,

* wysoką emisją zanieczyszczeń, która związana jest z sezonem grzewczym, ruchem samochodowym, funkcjonowaniem zakładów przemysłowych itp., 

* wysokim ciśnieniem,

* inwersją termiczną, czyli wzrostem temperatury wraz z wysokością, która uniemożliwia cyrkulację powietrza.

Do innych naturalnych czynników, które sprzyjają smogowi, można zaliczyć zamglenia czy brak wiatru oraz dużą wilgotność powietrza.

Rodzaje smogu

Według danych za smog odpowiedzialny jest przede wszystkim transport drogowy, przemysł, a także domowe paleniska (zwłaszcza w sezonie grzewczym). Do głównych rodzajów smogu można zaliczyć:

* smog typu londyńskiego, nazywany inaczej kwaśnym, który powstaje właśnie w okresach chłodnych (od listopada do stycznia), na skutek spalania w celach grzewczych oraz występowania wspomnianej inwersji temperatur; w składzie tego typu smogu można znaleźć przede wszystkim: SO2, NOx, CO, CO2, sadzę oraz pyły,

* smog typu Los Angeles, który powstaje na skutek koncentracji zanieczyszczeń komunikacyjnych, czyli po prostu spalin; ten rodzaj smogu tworzy się z kolei w miesiącach letnich, a w jego skład wchodzą: NOx, CO, CO₂ oraz węglowodory (np. wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne – benzo(a)piren, dioksyny oraz metale ciężkie, jak Cd, Pb, itp.); smog ten jest inaczej nazywany fotochemicznym, gdyż wymienione związki wchodzą w reakcje fotochemiczne, czyli pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego, tworząc tym samym azotany, aldehydy i ozon (odpowiedzialny za powiększanie się dziury ozonowej).

Smog w Polsce

Smog występujący w Polsce jest głównie typu londyńskiego. Jak wiadomo, do najbardziej zanieczyszczonych miast należą: Kraków, Żywiec czy Rybnik. Smog występujący u nas w kraju jest spowodowany przede wszystkim funkcjonowaniem tzw. niskiej emisji. Jest to emisja produktów spalania paliw stałych, ciekłych i gazowych do atmosfery ze źródeł emisji, czyli emiterów znajdujących się na wysokości nie większej niż 40 metrów. Nie należy zapominać, że w Polsce, w sezonie letnim, występuje także smog typu Los Angeles. Jest to smog fotochemiczny, który wpływa na zdrowie ludzi poprzez powstający ozon, którego prekursorami są tlenki azotu i lotne związki organiczne. Co ciekawe, w Polsce występują okresowe podwyższenia stężenia azotu w atmosferze, głównie w sezonie wiosenno-letnim. Jest to przyczyną nie tylko zmian klimatycznych, ale także poważnych chorób, np. układu krążeniowego czy neurologicznego.

Smog fotochemiczny

Smog fotochemiczny jest wyjątkowym rodzajem zanieczyszczenia powietrza, a po raz pierwszy został opisany w latach 40. XX w. w Los Angeles. Główne rodzaje zanieczyszczeń, które odpowiadają za tego rodzaju smog, to: tlenki węgla, tlenki azotu, kwas azotowy, dwutlenek siarki, kwas siarkowy, cząstki zawieszone, ozon, azotan nadtlenku acetylu (PAN) oraz lotne związki organiczne. Ozon w warstwie przyziemnej jest najbardziej opornym problemem związanym z zanieczyszczeniami powietrza, a redukcja emisji siarki i węglowodorów może przynieść nieoczekiwane korzyści w zakresie poprawy jakości powietrza.

Co ciekawe, w jednym z badań naukowcy przeprowadzili doświadczenie, którego celem było poznanie mechanizmów powstawania smogu, a także kinetyki zachodzących reakcji, co przyczyniłoby się do opracowania modelu opisującego to zjawisko. W badaniu tym dokładniej przyjrzano się reakcjom nieorganicznym, organicznym z udziałem formaldehydu i tlenków azotu, a także reakcjom alkenów, karbonylków, związków aromatycznych oraz kombinowanych rodników nadtlenkowych. W innym badaniu z kolei analizowano mechanizmy reakcji smogu fotochemicznego, aby ustalić przyczynę występowania różnych stężeń ozonu w tych samych warunkach. Dzięki temu doświadczeniu ustalono względny udział poszczególnych związków organicznych w fotochemicznym tworzeniu ozonu. Badania przeprowadzano także w Warszawie, a konkretniej na Ursynowie, na początku XX w. Wynika z nich, że duży wpływ na stopień zanieczyszczenia ma komunikacja i sektor komunalny, a więc obszary bezpośrednio związane z aktywnością mieszkańców. Różne obserwacje i modele pozwalają także na sprawdzenie, jak cząsteczki rozpraszające promieniowanie UV, np. siarczany i aerozole organiczne, przyspieszają reakcje fotochemiczne, a tym samym – wytwarzanie smogu. Modele te mogą także dostarczyć informacji o reakcjach zachodzących w drugą stronę – jak aerozole pochłaniające promieniowanie UV hamują wytwarzanie smogu. Obserwacja tego typu procesów jest kluczowa dla poznania mechanizmów powstawania smogu, co pozwala na opracowanie naukowych środków zaradczych.

Smog fotochemiczny stanowi poważny problem w wielu miastach i jest dużym zagrożeniem szczególnie dla dzieci, osób starszych, a także cierpiących na choroby serca oraz płuc, m.in. rozedmę płuc, zapalenie oskrzeli czy też astmę. Należy pamiętać, że ten rodzaj smogu jest także toksyczny dla roślinności, jednak podejmowane jest obecnie wiele działań i regulacji, które mają za zadanie ograniczyć występowania smogu fotochemicznego oraz zmniejszyć stężenia ozonu w atmosferze poprzez redukcję tlenków azotu czy węglowodorów. Stąd też bardzo przydatne okazują się wspomniane modele przewidywania stężeń ozonu i jego reakcji na różne środki zapobiegawcze.

Elektrochemiczne metody oznaczania smogu

Oprócz metod związanych z modelowaniem smog można badać także z użyciem różnych metod elektrochemicznych i analitycznych. W jednym z badań wykonano pomiary elektrochemiczne tlenku węgla, tlenków azotu oraz dwutlenku siarki emitowanych przez silniki pojazdów o zapłonie samoczynnym, które przyczyniają się w bezpośredni sposób do tworzenia smogu fotochemicznego. W tym celu wykorzystano sensory elektrochemiczne zapewniające selektywną detekcję wymienionych gazów oraz czułość na poziomie ppmV. W innym badaniu naukowcy opracowali czujnik amperometryczny zdolny do wykrywania ozonu w niskim stężeniu w zakresie ppb. Zastosowane ogniwo elektrochemiczne zbudowane było z elektrody na bazie kompozytu złota i Nafionu w roztworze kwasu siarkowego (VI) jako elektrolitu. Wykazano tym samym, że zależnie od rodzaju elektrody, roztworu elektrolitu i przyłożonego potencjału, możliwe jest określenie stężenia ozonu w powietrzu poza granicami wykrywalności w dotychczas znanych czujnikach. Wśród wykorzystywanych metod elektrochemicznych można także wymienić oznaczanie telluru, a zatem metalu ciężkiego w pyle smogowym czy też tlenków azotu. Jednym z rozwiązań jest zastosowanie czujników elektrochemicznych opartych o elektrolit stały lub tlenek cyrkonu ZrO₂.

Inny rodzaj smogu – neurosmog

Ostatnimi czasy można także usłyszeć o tzw. neurosmogu, czyli smogu, który oddziałuje na nasz mózg. Co ciekawe, badania na ten temat są prowadzone w Polsce, np. na Uniwersytecie Jagiellońskim w ramach projektu NeuroSmog. Intencją działań naukowców jest zrozumienie wpływu smogu na mózgi dzieci, a więc w fazie największej neuroplastyczności. Badania sugerują m.in. korelację pomiędzy smogiem a problemami z koncentracją, impulsywnością czy nadpobudliwością. Inną motywacją jest sprawdzenie wpływu zanieczyszczeń powietrza na mieszkańców w różnych miejscowościach, gdzie smog osiąga zarówno niskie, jak i wysokie stężenia. Co ciekawe, projekt skupia się na połączeniu najnowszych technik neuroobrazowania, oceny psychologicznej, epidemiologii środowiskowej oraz modelowania w celu określenia wpływu substancji zanieczyszczających powietrze na neurofizjologię i zachowanie dzieci – zarówno zdrowych, jak i ze zdiagnozowanym ADHD.

Podsumowanie

Podsumowując wszystkie aspekty dotyczące smogu, kluczowym wydaje się podjęcie wszelkich działań w różnych sektorach gospodarki, które przyczyniłyby się bezpośrednio nie tylko do tak ważnej kwestii, jaką jest ograniczenie dalszych zmian klimatycznych, ale także poprawy jakości naszego życia i zdrowia. Należy pamiętać, że już teraz powstaje wiele inicjatyw i nowych dyrektyw, które mają za zadanie podjąć realne działania na rzecz klimatu, jak np. zasady zrównoważonego rozwoju czy tzw. zielona chemia, która zakłada prowadzenie procesów chemicznych w taki sposób, by nie zagrażać i nie wywierać toksycznego wpływu na środowisko. Innym, bardziej pośrednim, lecz równie ważnym rozwiązaniem, jest wszelkie działanie na rzecz zmian w obrębie sektora energetycznego oraz transportowego. Jak to się ma do naszego zdrowia? W jednym z badań przyjrzano się wpływowi transportu lotniczego na zdrowie oraz zmiany klimatyczne i na tej podstawie naukowcy doszli do wniosku, że ten rodzaj transportu może przyczynić się do pogorszenia zdrowia, zwłaszcza mieszkańców sąsiadujących z lotniskami. Ponadto zagrożenia zdrowotne są także związane z emisją spalin oraz pyłów, które osiadają w układzie oddechowym. Należy także wspomnieć o emisji dwutlenku węgla i innych gazów emitowanych przez transport naziemny czy samą energetykę w wyniku spalania węgla. W związku z tym coraz bardziej kluczowe wydają się zmiany, które mają nas czekać już za kilka lat w obrębie chociażby OZE czy alternatywnych napędów. Na tym nie koniec, ponieważ podejmowane są też inne działania w kierunku walki ze smogiem, jak np.:

* ograniczenie emisji w przemyśle i transporcie,

* nowe dyrektywy i warunki prawne,

* oczyszczanie chemiczne,

* przewietrzanie miast,

* projektowanie budynków oraz architektury użytkowej w taki sposób, by zawierały elementy oczyszczające powietrze,

* sadzenie drzew, więcej zieleni,

* niezwykle kluczowa – edukacja, zwłaszcza dzieci.

Pozytywny jest także fakt, że obecnie wiele badań porusza tematykę wpływu zarówno smogu i innych czynników związanych z przemysłem na nasze zdrowie, a dzięki coraz większej świadomości społeczeństwa jesteśmy w stanie realnie wpłynąć na polepszenie jakości naszego życia.