Hiện tượng sương mù quang hóa là gì?
Cập nhật: 18/06/2009 10:53:43 SA
Kích thước
phông
Trong cái oi ả mấy ngày qua, Hà Nội và một số tỉnh, thành miền Bắc bị bao phủ bởi một
màn sương khói mờ ảo khiến bầu không khí càng trở nên ngột ngạt, khó chịu. Tìm câu trả
lời cho việc xuất hiện màn sương lạ này, nhiều người cho rằng đó là do bà con nông dân
đốt rơm rạ. Nhưng cũng có ý kiến nghi vấn, có thể do sương mù quang hóa gây ra, hoặc do
cả hai yếu tố trên kết hợp lại mà thành... Mặc dù chưa có câu trả lời rõ ràng, song nhân câu
chuyện này, xin giới thiệu với bạn đọc một vài thông tin về hiện tượng sương mù quang
hóa.
Trước hết, cần khẳng định sương mù quang hóa là một dạng ô nhiễm không khí có thể gây
nên những hệ quả nghiêm trọng đối với con người và sinh vật.
Theo các nhà khoa học và nghiên cứu, nguyên nhân làm tăng ô nhiễm không khí trong suốt
3 thế kỉ qua được bắt đầu từ khi có sự bùng nổ của cuộc Cách mạng công nghiệp, mà điểm
bắn phát súng đầu tiên ấy là nước Anh.
Vào thời kỳ trước năm 1950, than là nhiên liệu được sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất cho
sản xuất năng lượng, giao thông, nấu ăn…Quá trình đó đã tạo ra khói và SO2 và khi gặp
điều kiện thuận lợi, kết hợp với sương mù tạo thành sương mù công nghiệp (Industrial
Smog). Khi ở nồng độ cao, sương mù công nghiệp sẽ gây nguy hiểm cho con người và sinh
vật. Sự kiện sương mù công nghiệp dày đặc và kéo dài ở London (Anh) vào năm 1952 đã
giết chết ít nhất 4000 người trong vòng 4 ngày, là một thảm họa kinh hoàng đối với nhân
loại.
Từ đó đến nay, trải qua nhiều thập kỷ với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, việc sử dụng
than đá làm nhiên liệu đã giảm đáng kể, thay vào đó là các loại nhiên liệu như năng lượng
hạt nhân, thủy điện, nhiên liệu hóa thạch, năng lượng mới…đã làm giảm đáng kể hiện
tượng sương mù công nghiệp. Song, việc sử dụng nhiều xăng dầu, gas lại gây ra nguy cơ ô
nhiễm không khí khác, đó là hiện tượng sương mù quang hóa (Photochemical
Smog).
Các thành phần chính hình thành nên sương mù quang hóa (Ảnh mô phỏng theo mô hình
của Richard Foust - GS về Hóa học và môi trường của Đại học Bắc Arizona)

Sương mù quang hóa là một thuật ngữ sử dụng để miêu tả một dạng ô nhiễm không khí
xảy ra ở tầng đối lưu của khí quyển, sinh ra do ánh sáng mặt trời tác dụng lên khí thải động
cơ, khí thải công nghiệp…tạo nên những hợp chất có hại cho sức khỏe con người như
ozone, aldehit và PAN.
Khi ở tầng bình lưu, ozone giúp bảo vệ trái đất tránh khỏi những tia cực tím nhưng khi
ozone ở gần mặt đất với nồng độ cao nó sẽ giết chết các mô thực vật, làm cho cây dễ bị tổn
thương, làm hại đến các quần xã sinh học, giảm năng suất nông nghiệp và gây nguy hiểm
cho con người. Ozone ở gần mặt đất được hình thành khi các động cơ xe phát thải khí
nitrogen oxides và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (từ sơn, các dung môi, các chất đốt dễ
bay hơi) tương tác với nhau dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Điều này thường xảy ra
với những thành phố ô nhiễm.
Khi có hiện tượng sương mù quang hóa, tầm nhìn của chúng ta sẽ bị giảm đi. Đặc biệt nó
gây nên những tác động có hại đối với sức khỏe con người như các bệnh về đường hô hấp,
giảm chức năng của phổi gây chết các tế bào mô và gây ung thư. Sương mù quang hóa còn
gây hại cho cây trồng và làm hao mòn nhiều loại nhiên liệu.
Giảm tình trạng sương mù quang hóa một cách đơn giản nhất đó là mưa và gió. Mưa sẽ
làm ngưng tụ những vật chất có hại và bị rửa trôi khỏi không khí. Còn gió có thể thổi
sương mù quang hóa đi xa và thay vào đó bằng luồng không khí mới nhưng nơi khác sẽ lại
“nhận” về sương mù quang hóa với nồng độ thấp hơn chút. Dù sao đó cũng chỉ là những
may mắn trông đợi vào yếu tố thời tiết.
Về lâu dài, để hạn chế và kiểm sóat tình trạng sương mù quang hóa cần giảm lượng phát
thải khí hyđrocacbon và nitrogen oxides từ các động cơ xe hay các quá trình sản xuất công
nghiệp. Đó là vấn đề đau đầu của nhiều nhà khoa học, nghiên cứu và lập chính sách hiện
nay.
Theo Thiên nhiên
I. Khái quát về sương mù quang hóa (Photochemical smog)
Cuộc cách mạng công nghiệp là nguyên nhân chính làm tăng các chất ô nhiễm
trong không khí trong suốt ba thế kỉ qua. Trước 1950, nguyên nhân chính gây
ra sự ô nhiễm này là do đốt than đá để sản sinh ra năng lượng, để nấu ăn và để
vận chuyển. Trong điều kiện thích hợp, khói và SO2 được sinh ra từ việc đốt

than đá có thể kết hợp với sương mù để hình thành nên dạng gọi là “sương mù
công nghiệp” (industrial smog). Ở nồng độ cao, sương mù công nghiệp có thể
rất độc đối với con người và các sinh vật sống khác. London là thành phố nổi
tiếng thế giói về sương mù công nghiệp. Sự kiện sương mù London nổi tiếng
nhất xảy ra vào tháng 12/1952, khi đó sương mù dày đặc kéo dài trong 5 ngày
đã tạo ra bầu không khi độc hại và làm chết khoảng 400 người. Ngày nay, việc
sử dụng nhiên liệu hóa thạch, năng luợng hạt nhân, và thủy điện thay vì than đá
đã làm giảm đáng kể sự xuất hiện của sương mù công nghiệp. Tuy nhiên, việc
đốt các nhiên liệu hóa thạch như gas, xăng dầu có thể gây ra một vấn đề ô
nhiễm không khí khác là hiện tượng sương mù quang hóa.
1. Sương mù thông thường
Sương mù là hiện tượng hơi nước ngưng tụ thành các hạt nhỏ li ti trong lớp
không khí sát mặt đất, làm giảm tầm nhìn ngang xuống dưới 1 km. Nó giống
như mây thấp nhưng khác ở chỗ sương mù tiếp xúc trực tiếp với bề mặt đất,
còn mây thấp không tiếp súc với bề mặt đất mà cách mặt đất một khoảng cách
được gọi là độ cao chân mây. Chính vì thế người ta xếp sương mù vào họ mây
thấp.
2. Định nghĩa sương mù quang hóa
Từ lâu, trong các nghiên cứu về môi trường, các nhà khoa học thế giới đã miêu
tả một hiện tượng ô nhiễm không khí đặc biệt, dưới tên gọi smog - sương khói
(ghép hai từ tiếng Anh fog - sương mù và smoke - khói). Theo đó, smog được
định nghĩa là "lớp mù quang hóa gây ra bởi sự tương tác giữa bức xạ cực tím
của mặt trời và bầu khí quyển bị ô nhiễm bởi các hydrocarbon và ôxít nitrogen
thoát ra từ khí thải động cơ”.
Sương mù quang hóa là một dạng ô nhiễm không khí sinh ra khi ánh sáng mặt
trời tác dụng lên khí thải động cơ xe máy, khí thải công nghiệp… để hình thành
nên những vật chất như ozone, aldehit và peroxyacetylnitrate (PAN).
Sương mù quang hóa xảy ra ở tầng đối lưu của khí quyển – nơi tập trung phần
lớn các chất khí gây ô nhiễm : NOx, các hợp chất VOCs (Volatile Organic
Compounds)…

3. Cơ chế hình thành sương mù quang hóa
Dựa vào các nghiên cứu,người ta đã có thể kết luận rằng sương mù quang hóa
được tổng hợp từ NO, NO2, HNO3, CO, các nitrat hữu cơ (PAN), O3 và các
chất oxy hóa quang hóa. Vì thế cơ chế hình thành nên sương mù quang hóa
cũng là cơ chế hình thành nên các hợp chất trên, đồng thời đó là các điều kiện
khiến các hợp chất này có thể tồn tại trong khí quyển. Trong điều kiện thích
hợp, các hợp chất tham gia vào sự hình thành sương mù quang hóa có thể tạo
thành các hạt nhân hình thành nên aerosols.
Sự quang phân của NO2 khởi đầu cho sự hình thành sương mù quang hóa. NO,
dạng chiếm ưu thế (về lượng) của NOx, phản ứng với O2 để tạo thành NO2.
Lượng nhỏ NO2 này gây ra các phản ứng tiếp theo thông qua sự phân hủy của
nó, hình thành nên chu trình quang phân NO2.
NO2 + hv → NO + O - Ở đây hv kí hiệu cho một photon năng lượng bị hấp thụ
bởi nitơ oxit, gây ra sự phân hủy NO2 thành NO và O. Nguyên tử oxy được
giải phóng phản ứng với phân tử O2 để tạo ra ozon
O + O2 + M → O3 + M - M là một phân tử thứ ba (thông thường là O2 hay N2
vì chúng có nhiều trong không khí) hấp thụ năng lượng thừa từ phản ứng để
ngăn chặn phản ứng phân hủy O3 thành O và O2.
- Ozon sinh ra phản ứng với phân tử NO để tái sản sinh ra NO2 và phân tử O2.
NO(g) + O3(g) → NO2(g) + O2(g) - Khi tỉ lệ giữa NO2 và NO lớn hơn 3 thì
phản ứng hình thành ozon là phản ứng chủ đạo. Nếu tỉ lệ này nhỏ hơn 3 thì
phản ứng phân hủy ozon giữ vai trò chủ đạo và giữ cho nồng độ ozon dưới mức
nguy hại.
- Phản ứng của hidrocacbon với NO và O2 sản sinh ra NO2 cũng xảy ra dưới
ánh sáng mặt trời, làm tăng tỉ lệ giữa NO2 và NO.
- NO2, O2 và hydrocarbon phản ứng với nhau dưới điều kiện ánh sáng mặt trời
sản sinh ra peroxyacetylnitrate (CH3CO-OO-NO2)
NO2(g) + O2(g) + hydrocarbons → CH3CO-OO-NO2(g) Nhưng việc thải ra
một lượng lớn NOx, CO, các hợp chất carbonyl và các hydrocarbon bởi các
nguồn nhân tạo đã phá vỡ chu trình quang phân, cái mà không làm cho nồng độ

của NO2 và O3 trong không khí tăng lên nếu như không bị phá vỡ. CO và
hydrocarbons, thông qua phản ứng của chúng với các góc hydroxyl thêm vào
đó là sự quang phân của các hợp chất carbonyl, phá hủy chu trình quang phân
thông thường thông qua việc hình thành các gốc peroxyl. Các gốc peroxyl này
ngăn chặn phản ứng giữa O3 và NO, vì vậy làm kết thúc chu trình và làm tích
tụ O3 trong không khí.
Hình : Sơ đồ hình thành sương mù quang hóa. II. Các điều kiện để hình thành
sương mù quang hóa
1. Các chất gây ra sương mù quang hóa
Phải có nguồn tạo ra các nitơ oxit (NOx) và các hợp chất hữu cơ dễ bay¬ hơi
(VOCs).
(Việc định nghĩa VOCs (Volatile Organic Compounds) là gì được bàn cãi rất
nhiều và cũng có nhiều định nghĩa khác nhau. VOC được tạm gọi là "những
chất hóa học phản ứng được với nitơ oxit trong khí quyển, dưới tác dụng của tia
cực tím (của ánh nắng) tạo thành sương mù. Trong sương mù đó có chứa ozon
(O3), alđehyt, peoxyt axetyl nitrat và một lượng nhỏ các chất oxy hóa. Phản
ứng quang hóa học dưới tác dụng của nitơ oxit phân hủy dung môi hữu cơ tạo
ra những tác nhân oxy hóa: VOC + ánh sáng + NO2 + O2 → O3 + NO + CO2
+ H2)
Nồng độ cao của hai chất này trong không khí có liên quan đến quᬠtrình
công nghiệp hóa và quá trình vận chuyển.
Quá trình công nghiệp hóa và quá trình vận chuỵển tạo ra những chất ô¬
nhiễm này thông qua việc đốt nhiên liệu hóa thạch.
2. Thời gian trong ngày
Thời gian trong ngày là một yếu tố rất quan trọng về lượng sương mù quang
hóa xuất hiện:
Vào lúc sáng sớm, giao thông làm tăng lượng thải của các oxit nitơ và♣ VOCs
khi chúng ta lái xe đi làm.
Vào khoảng giữa buổi sáng, lượng xe cộ lưu thông giảm, các oxit nitơ♣ và
VOCs bắt đầu phản ứng và hình thành NO2, làm tăng nồng độ của nó.

Khi mà ánh sáng mặt trời trở nên gắt hơn vào lúc trưa, NO2 bị phá vỡ♣ và sản
phẩm phụ của nó được sinh ra và làm tăng nồng độ O3 trong không khí.
Cùng lúc đó, một số phân tử NO2 được sinh ra có thể phản ứng với các♣ hợp
chất hữu cơ dễ bay hơi để sinh ra các hóa chất độc hại như PAN (Peroxyacyl
nitrate).
Khi mặt trời lặn, việc sản sinh ra O3 tạm thời ngừng lại. Lượng O3 mà♣ còn
tồn tại trong không khí được tiêu thụ bởi một vài phản ứng khác nhau.
3. Một vài yếu tố khí tượng
Những yếu tố này bao gồm:
Mưa có thể làm giảm bớt sương mù quang hóa vì các chất ô nhiễm được♣ rửa
trôi khỏi không khí cùng với nước mưa.
Gió có thể thổi sương mù quang hóa đi và thay thế nó bằng không khí♣ trong
lành. Tuy nhiên, lượng chất ô nhiễm bị thổi đi có thể gây ô nhiễm ở những khu
vực xa hơn.
Hiện tượng đảo nhiệt có thể làm tăng sự nghiêm trọng của sương mù♣ quang
hóa. Thông thường thì trong ngày, không khí gần bề mặt bị đốt nóng và bốc lên
cao mang theo các chất ô nhiễm lên độ cao cao hơn. Tuy nhiên, nếu sự đảo
nhiệt phát triển thì các chất ô nhiễm có thể bị giữ lại gần bề mặt của trái đất.
Các quá trình đảo nhiệt gây ra sự suy giảm sự trộn lẫn không khí và vì vậy làm
giảm phân tán chất ô nhiễm theo chiều thẳng đứng. Các quá trình đảo nhiệt có
thể kéo dài từ vài ngày đến vài tuần.
Hiệu ứng đảo nhiệt (heat island effect) Hiện tượng đảo nhiệt: Là hiện tượng mà
lớp không khí sát mặt đất lạnh, khi mặt trời chiếu vào thì lớp lạnh chưa phát tán
kịp nên lớp trên nóng hơn.
Từ lâu con người đã biết đô thị hoá ảnh hưởng tới nhiệt độ trung bình. Nhiệt độ
tại các khu vực trung tâm của thành phố lớn thường cao hơn ít nhất là vài độ so
với miền quê xung quanh. Sự ấm hoá này được gọi là "hiệu ứng đảo nhiệt" và
càng mạnh ở những thành phố càng lớn. Ví dụ, thành phố Melbourne ở
Australia có ba triệu người và thỉnh thoảng không khí tại đây ấm hơn 7 độ C so
với vùng miền quê xung quanh.

Cường độ của hiệu ứng đảo nhiệt thay đổi trong ngày hoặc hàng ngày. Các
nguyên nhân hiệu ứng đảo nhiệt:
Có nhiều máy móc hơn trong thành phố: Lượng nhiệt toả ra tại các thành♣ phố
rất cao. Chúng có nguồn gốc từ máy điều hoà nhiệt độ, đốt nhiên liệu, hệ thống
sưởi ấm và xe cộ. Tất cả đều được thải ra các khu phố. Tác động của những
loại máy móc này cùng với việc sưởi ấm các toà nhà có tác động lớn hơn nhiều
tới nhiệt độ vào mùa đông. Nhiệt toả ra từ toà nhà có thể chiếm tới 10% hiệu
ứng đảo nhiệt.
Các bề mặt tối: Thường có các bề mặt tối, chủ yếu là nhựa đường trên♣ mái
nhà, mặt đường và bãi đỗ xe, hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời hơn chứ không
phải bức xạ chúng trở lại không gian.
Hiệu ứng hẽm núi: Các toà nhà đối mặt với nhau và bức xạ theo chiều♣ ngang.
Do vậy, nếu đứng trên phố, chúng ta sẽ hấp thụ nhiệt từ các toà nhà đó. Hiệu
ứng này là lớn nhất vào ban đêm.
Ít nhiệt ngầm hơn: Khi nước được hút khỏi đất và bốc hơi khỏi lá cây,♣ nhiều
năng lượng được hấp thụ dưới dạng nhiệt bốc hơi ngầm. Tại các thành phố, có
ít nhiệt ngầm được hấp thụ do có ít cây cối, đặc biệt là tại khu vực trung tâm.
Có ít gió hơn: Thường thì trong các thành phố có ít gió hơn do các toà♣ nhà
chắn gió. Toà nhà làm cho nhiệt do thành phố tạo ra không bị cuốn đi.
4. Địa hình:
Địa hình cũng là một yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng đến mức độ nghiêm
trọng của hiện tượng sương mù quang hóa. Các khu vực dân cư tập trung trong
các thung lũng thì dễ bị ảnh hưởng bởi sương mù quang hóa hơn vì những đồi
núi bao quanh họ có khuynh hướng làm giảm dòng không khí do đó làm tăng
nồng độ các chất gây ô nhiễm. Thêm vào đó, các thung lũng thường nhạy cảm
với sương mù quang hóa vì sự đảo nhiệt tương đối mạnh có thể phát triển
thường xuyên trong những khu vực này.
III. Các ảnh hưởng của sương mù quang hóa
Sương mù quang hóa làm giảm tầm nhìn, gây nên những tác động có hại đối
với sức khỏe của con người, gây hại cho cây trồng và làm hao mòn nhiều loại

vật liệu.
1. Tác động lên sức khỏe của con người
Sương mù quang hóa được đặc trưng bởi hàm lượng O3 cao trong không¬ khí.
Nồng độ ozon thấp ở tầng không khí gần mặt đất có thể làm cay mắt, mũi và cổ
họng. Khi sương mù tăng lên, nó có thể gây ra nhiều vấn đề về sức khỏe
nghiêm trọng hơn như:
* Hen xuyễn, viêm phế quản, ho và tức ngực
* Làm tăng sự nhạy cảm đối với các lây nhiễm về đường hô hấp
* Làm giảm chức năng của phổi.
Ôxy là chất khí duy trì sự sống (nếu trong khí thở có ít hơn 15% ôxy¬ thì cơ
thể đã có thể chết ngạt), nhưng ôzôn lại là khí độc hại. Ôzôn gây phù phổi
nặng, làm co thắt và tê liệt đường hô hấp khiến người bệnh không có phản ứng