[科普中国]-洛杉矶光化学烟雾事件

背景

洛杉矶位于美国西南海岸，西面临海，三面环山，是个阳光明媚，气候温暖，风景宜人的地方。早期金矿、石油和运河的开发，加之得天独厚的地理位置，使它很快成为了一个商业、旅游业都很发达的港口城市。洛杉矶市很快就变得空前繁荣，著名的电影业中心好莱坞和美国第一个“迪斯尼乐园”都建在了这里。城市的繁荣又使洛杉矶人口剧增。白天，纵横交错的城市高速公路上拥挤着数百万辆汽车，整个城市仿佛一个庞大的蚁穴。1

洛杉矶在 20 世纪 40 年代就已拥有 250 万辆汽车，每天大约消耗 1100 吨汽油，排出 1000 多吨碳氢化合物（CxHy 或 RC），300 多吨氮氧化物（NOx），700 多吨一氧化碳（CO）。另外，还有炼油厂、供油站等其他石油燃烧排放，这些化合物被排放到阳光明媚的洛杉矶上空，不啻制造了一个毒烟雾工厂。洛杉矶三面环山，大气污染物不易扩散，而且洛杉矶经常受到逆温的影响，更使污染物聚集在洛杉矶本地。汽车尾气中的烯烃类碳氢化合物和二氧化氮（NO2）被排放到大气中后，在强烈的阳光紫外线照射下，会吸收太阳光所具有的能量。这些物质的分子在吸收了太阳光的能量后，会变得不稳定起来，原有的化学链遭到破坏，形成新的物质。这种化学反应被称为光化学反应，其产物为含剧毒的光化学烟雾。这种烟雾使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷、头昏、头痛。21

化学反应洛杉矶的光化学烟雾中包含一系列自由基反应：3

NO + O2 ---> NO2 + u.v. ---> O + NO

石油的燃烧产生的一氧化氮（NO）被大气中的氧气氧化生成二氧化氮（NO2），也就是洛杉矶市民在烟雾中看到的棕色气体。当阳光使二氧化氮裂解，氧自由基（O）就产生了。氧自由基会引发其它化学反应。

O + O2 ---> O3

氧自由基能和氧气生成臭氧气体。

O3 + NO ---> O2 + NO2

此反应常发生在傍晚。所以傍晚的臭氧含量会下降。

RC + O ---> RCO + O2 ---> RCO3

RC 表示碳氢化合物，它们和氧自由基反应生成各种醛和酮，也就是式中的 RCO。RCO 又能和氧气生成过氧化物自由基。

O2 + RCO3 ---> O3 + RCO2

过氧化物自由基能促进臭氧的生成。

NO+ RCO3 ---> NO2 + RCO2

过氧化物自由基还能促进二氧化氮的生成。

后果光化学烟雾事件致远离城市 100 千米以外的海拔 2000 米高山上的大片松林也因此枯死，柑橘减产。仅 1950－1951 年，美国因大气污染造成的损失就达 15 亿美元。1955 年，因呼吸系统衰竭死亡的 65 岁以上的老人达 400 多人；1970 年，约有 75% 以上的市民患上了红眼病。1

对策饱受光化学烟雾折磨的洛杉矶市民于1947年划定了一个空气污染控制区，专门研究污染物的性质和它们的来源，探讨如何才能改变现状。4

洛杉矶光化学污染事件是美国环境管理的转折点，其不仅催生了著名的《清洁空气法》，也始终起到了环境管理的先头示范作用。在洛杉矶，环境管理措施的核心包括：

设立空气质量管理区，加大区域环境管理部门的自主权，以期环境政策能够以最有效的方式落实；

设立排放许可证制度，严格控制排放源；

为交通污染源（从内燃机、汽油到排放）设立了严格环境标准；

开放环境交易市场，将市场化手段引入环境减排中；

投入很强的科研及管理力量，开发通用的环评软件及有效的污染控制技术。

经过近40年的治理，尽管洛杉矶的人口增长了 3 倍、机动车增长了 4 倍多，但该地区发布健康警告的天数却从 1977 年的 184 天下降到了 2004 年的 4 天。

评价光化学烟雾可以说是汽车拥挤的大城市的一个隐患。50 年代以来，世界上很多城市都不断发生过光化学烟雾事件。人们现主要在改善城市交通结构、改进汽车燃料、安装汽车排气系统催化装置等方面做着积极的努力，以防患于未然。1