التفاعلات الكيماوية الضوكيماوية في الجو ظاهرة التلوث

الملوثات الثانوية   Secondary Pollutants

وهي الملوثات التي تتكون في الجو نتيجة تفاعل الملوثات الأولية (المنبعثة من المصادر مباشرة) في الجو وعند توفر الظروف الملائمة لهذه التفاعلات.


التفاعلات الكيماوية في الجو Chemical Reactions in the Atmosphere

و يقصد بهذه التفاعلات جميع التفاعلات التي تحدث في الجو حيث تتفاعل الملوثات المواد الموجودة في الجو مع بعضها حين تتوفر ظروف جوية معينة وينتج عن هذه التفاعلات ملوثات ثانوية مثل الأحماض وغيرها وقد تكون هذه الملوثات أشد خطورة من الملوثات لأولية التي تنبعث من المصادر مباشرة. و هذه التفاعلات تحدث في النهار و الليل.


                                               NO + NO2 + H2O                 2 HNO2

                            N2O5 + H2O                 2HNO3
                           
                            SO2 + O2                      2 SO3
                            SO3 + H2O                            H2SO

التفاعلات الضوكيماوية Photochemical Reactions
التفاعلات الضوكيماوية يقصد بها التفاعلات التي تحدث للملوثات الأولية في الجو أو الغلاف الجوي وذلك في وجود أشعة الشمس. إذن فإن هذه التفاعلات لا تحدث إلا في النهار.
تبدأ التفاعلات الضوكيماوية بامتصاص فوتون من قبل الذرة أو الجزيء أو الجذر الحر أو الأيونات.
نتيجة هذا الامتصاص يعتمد على الطاقة وبالتالي على الطول الموجي للفوتون الممتص.
و الأشعة التي تبدأ بها التفاعلات الضوكيماوية هي الأشعة التي تكون في مجال الرؤية و فوق البنفسجية.
إن امتصاص الفوتون يؤدي إلى تفكك أو إثارة للمادة التي تمتصه والذي يهمنا هنا هو تفكك الجزيئات حين امتصاصها للفوتونات.
التأثير الأولي لامتصاص الفوتون وتفكك الجزيء يسمى التفاعل الضوكيماوي الأولي و التفاعلات التي تعقب ذلك التفكك تسمى تفاعلات ثانوية.
يمكن تلخيص التفاعلات الضوكيماوية كالتالي:
                            A + hν                 A
حيث أن عنصر A  يمتص الطاقة الشمسية hν  فيثار أو يتفكك.
                            A             B  +  C
فالتفكك ل A يكون إلى عنصرين B & C.

عدد التفاعلات الضوكيماوية التي تحدث في الجو تعتمد على شدة الإشعاع الشمسي وذلك التفاعل بالتحديد يعتمد على طاقة وطول الموجة للفوتون الممتص.
                            E = hν
                            C = λν
                            E = hc/λ

حيث E الطاقة،    h  ثابت،  ν  التردد،   c سرعة الضوء، λ طول الموجة.

شدة الإشعاع الشمسي عبارة عن دالة لخطوط الطول والوقت خلال السنة واليوم وشدة الغيوم وكمية الملوثات في الجو واستقرارية الظروف الجوية.
زاوية زنث Zenith Angle.
وهي الزاوي التي تقع بين الخط الأفقي والخط الرأسي بالنسبة لحركة الشمس.
أهم التفاعلات الضوكيماوية التي تحدث عند سطح الأرض في أسفل طبقة التروبوسفير هي:
تفكك غاز ثاني أكسيد النتروجين "NO2" نتيجة امتصاصه لاشعة الشمس (للفوتونات).

                            NO2 + hν            NO + O

 

O عبارة عن أوكسجين ذري (جذر حر) Free radical نشط جدا.

 والطول الموجي (λ) للأشعة تقريبا 0.4 مايكرو متر (0.4 μm).

الأوكسجين الذري (O) المتكون من التفاعل والنشط جدا يتفاعل مع الأوكسجين الموجود في الجو ويكون الأوزون في وجود جسم ثالث ( (Mلامتصاص الطاقة الزائدة لمنع تفكك الأوزون بسرعة في نفس التفاعل.

                            O + O2 + M         O3 + M

ثم أن الأوزون يتفاعل مع أكسيد النتروجين (NO) وينتج ثاني أكسيد النتروجين (NO2) كالتالي:

                            O3 + NO             NO2  + O2

و هذه التفاعلات الثلاث تمثل الدورة الأساسية للتفاعلات الضوء كيماوية.

1-               الأوزون OZONE (O3)
 الأوزون ملوث ثانوي لا ينتج من المصادر الأولية مباشرة لكنه يتكون في الجو نتيجة التفاعلات الضوء كيميائية و يعتبر ملوث له آثار صحية سيئة عند سطح الأرض على عكس دوره في طبقات الجو العليا.
عند سطح الأرض يتكون في الجو عندما يتحلل غاز ثاني أكسيد النتروجين في وجود أشعة الشمس حسب المعادلة التالية:
                                      NO2   +  hv     NO  +  O

و الأكسجين الذري الذي تكون من التحلل يتفاعل مع الأوكسجين الجوي في وجود جسم ثالث لامتصاص الطاقة الزائدة و يكون الأوزون

                                      O2 + O + M →   O3  +  M
وحيث أن تكون الأوزون يتطلب وجود أشعة الشمس و الدول العربية تتصف بأيامها المشرقة معظم أيام السنة فالمتوقع تكون الأوزون معظم الأيام خاصة و أن المواد الأساسية لتكون الأوزون (أكاسيد النتروجين) متوفرة فالسيارات من المصادر الرئيسية لها.
ويجب هنا أن ننبه إلى قضية التفريق بين وجود غاز الأوزون في طبقات الجو العليا و عند سطح الأرض فهو في طبقات الجو العليا يمتص الأشعة فوق البنفسجية القصيرة الموجة و يحمي بإذن الله الأرض من أضرارها فهي من مسببات مرض السرطان و إعتام عدسة العين بالإضافة إلى زيادة تسخين سطح الأرض الذي يترتب عليه الكثير من المشاكل. أما الأوزون عند سطح الأرض فله أضرار صحية كبيرة فهو غاز مهيج للجهاز التنفسي كما أنه يهيج العين كما أنه ضار للنبات و يتسبب في تشقق المطاط و من الملاحظ أن استهلاك إطارات السيارات في الدول العربية كثير و قد يكون من ضمن الأسباب ،و التي قد تكون كثيرة، هو وجود غاز الأوزون (انظر تفصيل أكثر في صفحات تالية).

التداؤب .SYNERGISM
و المشاكل الصحية التي تحدث نتيجة تلوث الهواء تكون معقدة و متداخلة و ذلك بسبب ما يسمى التعاون أو التداؤب SYNERGISM   و هو اشتراك أكثر من مادة لأحداث أثر معين يكون أكثر ضررا من ضرر كل واحدة على حده.
فعند استنشاق الهواء الملوث يتنفس الإنسان جميع هذه الملوثات دفعة واحدة لذلك يكون الأثر معقد  و مضاعف.