Skąd się bierze smog i gdzie występuje najczęściej?

Smog to zjawisko atmosferyczne stanowiące poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego. Powstaje na skutek połączenia zanieczyszczeń powietrza z niekorzystnymi warunkami meteorologicznymi. W artykule wyjaśnimy, jak dokładnie tworzy się smog, jakie są jego rodzaje oraz które miejsca na świecie są najbardziej narażone na to szkodliwe zjawisko.

Czym jest smog i jak powstaje?

Smog to zanieczyszczenie powietrza powstające z połączenia mgły i różnych szkodliwych substancji znajdujących się w atmosferze. Nazwa pochodzi od połączenia angielskich słów „smoke” (dym) i „fog” (mgła) [1]. To zjawisko atmosferyczne tworzy się w wyniku skumulowania zanieczyszczeń powietrza w połączeniu z niekorzystnymi warunkami pogodowymi, takimi jak brak wiatru, wysoka wilgotność czy inwersja temperatury [5].

Kluczowym elementem powstawania smogu jest nagromadzenie szkodliwych substancji w powietrzu. Wśród nich znajdują się pyły zawieszone (PM10 i PM2,5), tlenki azotu, dwutlenek siarki oraz ozon [1][3]. Te substancje łączą się z mgłą, tworząc charakterystyczną, gęstą zawiesinę unoszącą się nad terenami miejskimi i przemysłowymi.

Proces tworzenia się smogu jest ściśle związany z warunkami meteorologicznymi. Zjawisko to nasila się szczególnie podczas:
– Bezwietrznych dni
– Występowania inwersji temperatury (gdy ciepłe powietrze zatrzymuje chłodniejsze przy powierzchni ziemi)
– Wysokiej wilgotności powietrza
– Niekorzystnego ukształtowania terenu, np. w kotlinach i dolinach, gdzie zanieczyszczenia gromadzą się łatwiej [4]

Warto zaznaczyć, że smog zawiera również kancerogenne wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) oraz metale ciężkie, które stanowią poważne zagrożenie dla organizmu człowieka [1][3].

Rodzaje smogu i ich charakterystyka

Naukowcy wyróżniają dwa główne rodzaje smogu, które różnią się składem chemicznym, sposobem powstawania oraz porą roku, w której najczęściej występują.

Smog londyński (typu londyńskiego)

Smog londyński, zwany również kwaśnym, to pierwszy historycznie opisany rodzaj smogu. Nazwa pochodzi od tragicznego wydarzenia z grudnia 1952 roku, kiedy to nad Londynem zawisła gęsta warstwa zanieczyszczeń, powodując śmierć około 12 tysięcy osób [3].

Charakterystyka smogu londyńskiego:
– Powstaje głównie w miesiącach zimowych (październik-marzec)
– Związany jest przede wszystkim z niepełnym spalaniem paliw stałych (węgla, drewna)
– Zawiera duże ilości dwutlenku siarki, pyłów zawieszonych i sadzy
– Tworzy się przy wysokiej wilgotności powietrza i temperaturach poniżej 0°C
– Ma kolor szaro-czarny i charakterystyczny zapach „spalenizny” [1]

W Polsce, z uwagi na powszechne wykorzystanie węgla do ogrzewania domów, smog londyński jest dominującym typem zanieczyszczenia powietrza w sezonie grzewczym.

Smog fotochemiczny (typu Los Angeles)

Smog fotochemiczny, nazywany również smogiem typu Los Angeles, to drugi podstawowy rodzaj zanieczyszczenia powietrza. Jak sama nazwa wskazuje, został po raz pierwszy zidentyfikowany w Los Angeles w Stanach Zjednoczonych.

Cechy charakterystyczne smogu fotochemicznego:
– Występuje głównie w miesiącach letnich przy wysokich temperaturach i dużym nasłonecznieniu
– Powstaje w wyniku reakcji fotochemicznych pomiędzy tlenkami azotu a lotnymi związkami organicznymi
– Głównym źródłem są spaliny samochodowe
– Zawiera duże ilości ozonu troposferycznego
– Ma żółtawe zabarwienie i drażniący zapach [1]

Ten rodzaj smogu tworzy się w wyniku skomplikowanych reakcji chemicznych zachodzących pod wpływem promieniowania słonecznego. Podczas tego procesu pierwotne zanieczyszczenia, takie jak tlenki azotu i węglowodory, przekształcają się w bardziej toksyczne związki, w tym ozon troposferyczny, który jest głównym składnikiem smogu fotochemicznego [3][4].

Główne źródła zanieczyszczeń powietrza

Powstawanie smogu jest bezpośrednio związane z działalnością człowieka. W Polsce, według danych, główne źródła zanieczyszczeń powietrza to:

1. Gospodarstwa domowe – odpowiadają za aż 52% emisji zanieczyszczeń. Jest to związane głównie z ogrzewaniem domów paliwami stałymi niskiej jakości w przestarzałych piecach [1]. Problem ten dotyczy przede wszystkim:
– Spalania węgla niskiej jakości
– Wykorzystywania przestarzałych kotłów i pieców
– Spalania odpadów w domowych paleniskach

2. Transport drogowy – stanowi około 16% źródeł smogu [1]. Pojazdy silnikowe emitują:
– Tlenki azotu
– Lotne związki organiczne
– Pyły zawieszone
– Węglowodory

3. Przemysł – odpowiada za około 13% emisji zanieczyszczeń [1]. Do głównych gałęzi przemysłu przyczyniających się do powstawania smogu należą:
– Energetyka oparta na węglu
– Huty i zakłady metalurgiczne
– Przemysł chemiczny
– Cementownie

Warto podkreślić, że proporcje te mogą się różnić w zależności od regionu i pory roku. W sezonie grzewczym dominującym źródłem smogu są gospodarstwa domowe, natomiast w okresie letnim większego znaczenia nabiera transport i przemysł [2][3].

Mechanizmy tworzenia się smogu

Powstawanie smogu to złożony proces zależny od wielu czynników. Aby lepiej zrozumieć to zjawisko, warto przyjrzeć się mechanizmom odpowiedzialnym za jego formowanie.

Inwersja temperatury

Jednym z kluczowych czynników sprzyjających powstawaniu smogu jest inwersja temperatury. W normalnych warunkach temperatura powietrza maleje wraz z wysokością. Podczas inwersji sytuacja jest odwrotna – wyższe warstwy powietrza są cieplejsze od niższych, co tworzy swego rodzaju „pokrywę” zatrzymującą zanieczyszczenia przy powierzchni ziemi [4].

Inwersja temperatury najczęściej występuje:
– W okresie zimowym podczas bezwietrznych, mroźnych nocy
– W dolinach i kotlinach, gdzie chłodne powietrze gromadzi się w obniżeniach terenu
– Przy wysokim ciśnieniu atmosferycznym

Reakcje fotochemiczne

W przypadku smogu typu Los Angeles kluczową rolę odgrywają reakcje fotochemiczne. Zachodzą one pod wpływem promieniowania słonecznego i prowadzą do powstawania wtórnych zanieczyszczeń, często bardziej szkodliwych niż pierwotne.

Proces ten przebiega następująco:
1. Tlenki azotu (NOx) emitowane głównie przez pojazdy są poddawane działaniu promieniowania UV
2. W wyniku reakcji powstaje ozon troposferyczny (O₃)
3. Równolegle tlenki azotu reagują z lotnymi związkami organicznymi
4. Powstaje mieszanina utleniaczy fotochemicznych, w tym PAN (nadtlenoazotany acetylu) [3][4]

Wpływ ukształtowania terenu

Ukształtowanie terenu odgrywa istotną rolę w koncentracji zanieczyszczeń. Miasta położone w kotlinach, dolinach czy otoczone wzgórzami są szczególnie narażone na powstawanie smogu. W takich miejscach:
– Zanieczyszczenia gromadzą się w obniżeniach terenu
– Występuje ograniczona cyrkulacja powietrza
– Inwersja temperatury pojawia się częściej i utrzymuje dłużej [4]

Przykładami miast, gdzie ukształtowanie terenu sprzyja powstawaniu smogu, są Kraków (położony w dolinie Wisły) czy Meksyk (otoczony pasmami górskimi).

Regiony świata najbardziej dotknięte smogiem

Problem smogu dotyka różne części świata, jednak niektóre regiony są szczególnie narażone na to zjawisko. Analiza danych pozwala wskazać obszary, gdzie zanieczyszczenie powietrza osiąga najwyższe wartości.

Azja Południowa i Wschodnia

Kraje azjatyckie przodują w niechlubnych statystykach dotyczących zanieczyszczenia powietrza:

– Indie – miasta takie jak Delhi, Kalkuta czy Mumbai regularnie doświadczają ekstremalnych poziomów zanieczyszczeń. W Delhi stężenie pyłów PM2,5 może przekraczać normy WHO nawet kilkunastokrotnie [3].

– Chiny – gwałtowna industrializacja i urbanizacja doprowadziły do poważnych problemów ze smogiem w takich metropoliach jak Pekin, Szanghaj czy Guangzhou. W ostatnich latach Chiny podejmują intensywne działania na rzecz poprawy jakości powietrza [1].

– Pakistan i Bangladesz – miasta Lahore i Dhaka regularnie znajdują się w czołówce najbardziej zanieczyszczonych miejsc na świecie.

Europa

W Europie problem smogu dotyka przede wszystkim:

– Polskę – szczególnie miasta w południowej części kraju, takie jak Kraków, Katowice czy Rybnik. W sezonie grzewczym normy jakości powietrza są regularnie przekraczane, głównie z powodu ogrzewania domów węglem [2].

– Bułgarię i Rumunię – Sofia i Bukareszt to miasta często borykające się z wysokim stężeniem zanieczyszczeń.

– Północne Włochy – Dolina Padańska, ze względu na ukształtowanie terenu i wysoką industrializację, jest obszarem szczególnie narażonym na smog.

Ameryka Północna i Południowa

Na kontynentach amerykańskich wyróżniają się:

– Meksyk – miasto Meksyk, położone w kotlinie na wysokości ponad 2200 m n.p.m., ma naturalne predyspozycje do gromadzenia się zanieczyszczeń.

– Chile – Santiago, otoczone Andami, zmaga się z problemem smogu szczególnie w miesiącach zimowych.

– USA – Los Angeles, mimo znacznej poprawy w ostatnich dekadach, nadal zmaga się z problemem smogu fotochemicznego, od którego wzięła nazwę ta odmiana zanieczyszczenia [1].

Warto podkreślić, że zanieczyszczenie powietrza jest problemem dynamicznym, a rankingi najbardziej zanieczyszczonych miast mogą się zmieniać w zależności od pory roku, warunków meteorologicznych czy podejmowanych działań naprawczych [3].

Wpływ warunków meteorologicznych na powstawanie smogu

Warunki meteorologiczne odgrywają kluczową rolę w powstawaniu i utrzymywaniu się smogu. Nawet przy stałym poziomie emisji zanieczyszczeń, zmienne warunki pogodowe mogą prowadzić do dramatycznych różnic w jakości powietrza.

Temperatura i wilgotność

Temperatura i wilgotność powietrza mają zasadniczy wpływ na formowanie się smogu:

– Niska temperatura sprzyja powstawaniu smogu londyńskiego, ponieważ zwiększa zapotrzebowanie na ogrzewanie, a tym samym emisję zanieczyszczeń z domowych palenisk [4].

– Wysoka wilgotność powoduje, że cząsteczki zanieczyszczeń łatwiej przyłączają się do kropelek wody, tworząc gęstą zawiesinę charakterystyczną dla smogu [5].

– Wysokie temperatury w połączeniu z intensywnym nasłonecznieniem sprzyjają powstawaniu smogu fotochemicznego poprzez przyspieszanie reakcji chemicznych pomiędzy pierwotnymi zanieczyszczeniami [1].

Wiatr i ciśnienie atmosferyczne

Cyrkulacja powietrza ma kluczowe znaczenie dla rozpraszania zanieczyszczeń:

– Brak wiatru lub wiatr o małej prędkości powoduje stagnację zanieczyszczeń nad źródłem ich emisji [4].

– Wyż atmosferyczny (wysokie ciśnienie) często wiąże się z bezwietrzną pogodą i sprzyja powstawaniu inwersji temperatury, co dodatkowo utrudnia rozpraszanie smogu [3].

– Niż atmosferyczny zazwyczaj przynosi opady i silniejszy wiatr, co pomaga w oczyszczaniu powietrza z zanieczyszczeń.

Zjawisko wyspy cieplnej

W dużych aglomeracjach miejskich występuje zjawisko miejskiej wyspy cieplnej, które może wpływać na powstawanie i utrzymywanie się smogu:

– Miasta są cieplejsze od otaczających je terenów wiejskich (różnica może wynosić nawet kilka stopni)
– Cieplejsze powietrze miejskie unosi się, tworząc lokalną cyrkulację
– W pewnych warunkach może to sprzyjać gromadzeniu się zanieczyszczeń nad miastem [5]

Czynniki meteorologiczne są szczególnie istotne w kontekście przewidywania epizodów smogowych. Nowoczesne systemy monitoringu jakości powietrza uwzględniają prognozy pogody, aby ostrzegać mieszkańców przed potencjalnym pogorszeniem się jakości powietrza [4].

Podsumowanie

Smog to złożone zjawisko atmosferyczne powstające w wyniku połączenia zanieczyszczeń powietrza z niekorzystnymi warunkami meteorologicznymi. Wyróżniamy dwa główne rodzaje smogu: londyński (związany z ogrzewaniem i spalaniem paliw stałych w sezonie zimowym) oraz fotochemiczny, typu Los Angeles (występujący latem, głównie za sprawą spalin samochodowych).

Główne źródła zanieczyszczeń powietrza to gospodarstwa domowe (52%), transport (16%) i przemysł (13%), choć proporcje te mogą się różnić w zależności od regionu i pory roku [1]. Na powstawanie i utrzymywanie się smogu wpływają również czynniki naturalne, takie jak ukształtowanie terenu, warunki meteorologiczne czy inwersja temperatury.

Problem smogu dotyka różne części świata, przy czym najbardziej narażone są regiony Azji Południowej i Wschodniej, niektóre kraje Europy Środkowo-Wschodniej (w tym Polska) oraz wybrane miasta Ameryki Północnej i Południowej. Charakterystyka smogu może się różnić w zależności od regionu – w Europie dominuje smog typu londyńskiego, podczas gdy w Los Angeles częściej występuje smog fotochemiczny.

Zrozumienie mechanizmów powstawania smogu oraz identyfikacja najbardziej narażonych regionów jest kluczowa dla opracowania skutecznych strategii walki z tym zjawiskiem, które stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego i środowiska naturalnego.

Źródła:

[1] https://pl.wikipedia.org/wiki/Smog
[2] https://ekoemka.com.pl/smog-przyczyny-skutki-i-jak-z-nim-walczyc/
[3] https://smogowicze.pl/article/Skad-ten-smog
[4] https://www.sharpdirect.pl/artykuly/czym-jest-smog-jaki-ma-wplyw-na-nasze-zdrowie-poznaj-kluczowe-fakty-skuteczne-sposoby-oczyszczania-powietrza/index.html
[5] https://www.rockwool.com/pl/inspiracje-baza-wiedzy/baza-wiedzy/termomodernizacja/co-to-jest-smog-i-jak-powstaje/