El boirum, en anglès smog, és una mena de boirina o boirim pol·luent de l'aire. El boirum tradicional de Londres va ser un problema greu a partir del . Aquest tipus de pol·lució visible de l'aire es compon d'òxids de nitrogen, òxids de sofre, ozó, fum o partícules de brutícia i d'altres, incloent contaminants menys visibles com monòxid de carboni i CFC. El boirum antropogènic es deriva de les emissions de carbó, vehiculars i industrials, incendis forestals i agrícoles i reaccions fotoquímiques d'aquestes emissions.
miniatura|Boirum a la Ciutat de Nova York com es veia del World Trade Center estant el 1988.El problema de la contaminació atmosfèrica varia d'un lloc a un altre. El boirum modern, com es troba, per exemple, a Los Angeles, és un tipus de pol·lució atmosfèrica derivada de l'emissió vehicular dels motors de combustió interna i els vapors industrials que reaccionen a l'atmosfera amb la llum solar per a formar pol·luents secundaris que també es combinen amb les emissions primàries per a formar un boirum fotoquímic. En certes altres ciutats, com Delhi, la gravetat del boirum sovint es veu agreujada per la crema de rostolls a les zones agrícoles veïnes. Els nivells de pol·lució atmosfèrica de Los Angeles, Pequín, Delhi, Lahore, Ciutat de Mèxic, Teheran i altres ciutats augmenten amb una inversió que atrapa la pol·lució pròxima al sòl. En general, és molt tòxic per als éssers humans i pot causar greus malalties, escurçar la vida o causar la mort.
Etimologia En català, com passa en anglès amb smog, la paraula boirum és una combinació dels termes 'boira' i 'fum' o del sufix col·lectiu '-um'.
El terme "smog" se sol atribuir al doctor Henry Antoine Des Voeux en el seu document de 1905, "Boira i fum" per a una reunió del Congrés de Salut Pública. L'edició del 26 de juliol de 1905 del diari londinenc Daily Graphic citava Des Voeux, "Va dir que no requeria cap ciència per veure que hi hagués alguna cosa produïda a les grans ciutats que no es trobava al país i que fos boira fumada o el que es coneixia com a "smog". L'endemà, el diari va declarar que "el doctor Des Voeux va fer un servei públic per encunyar una paraula nova per a la boira londinenca". Tot i això, el terme apareix quinze anys abans que el document del doctor Voeux, en una columna del 3 de juliol de 1880, al Santa Cruz Weekly Sentinel.
Causes Carbó Les cremes de carbó poden emetre núvols importants de fum que contribueixen a la formació de fum humit a l'hivern. La combustió de carbó es pot utilitzar per escalfar edificis individuals o per proporcionar calor en una central productora d'energia. La contaminació de l'aire procedent d'aquesta font s'ha reportat a Anglaterra des de l'edat mitjana. Londres, en particular, va ser notòria fins a mitjans del segle XX per les seves fumagueres provocades per carbó, que eren sobrenomenats "pea-soupers" (derivat de pea-soup, sopa de pèsol, de color verd). La contaminació de l'aire d'aquest tipus continua sent un problema a les zones que generen fums importants per la crema de carbó. Les emissions de la combustió de carbó són una de les causes principals de la contaminació de l'aire a la Xina. Sobretot a la tardor i a l'hivern, quan els sistemes de calefacció a carbó treballen a plena capacitat, la quantitat de fum produït de vegades obliga algunes ciutats xineses a tancar carreteres, escoles o aeroports. Un exemple destacat per a això va ser la ciutat d'Harbin, nord-est de la Xina el 2013.
Emissions de mitjans de transport Les emissions de trànsit terrestre, marítim o aeri també contribueixen a la formació de smog. Els productes derivats a l'aire procedents dels sistemes d'escapament de vehicles i naus causen contaminació de l'aire i són un ingredient important en la creació de smog en algunes grans ciutats.
Els principals culpables de les fonts de transport són el monòxid de carboni (CO), els òxids de nitrogen (NO i NOx), compostos orgànics volàtils, i hidrocarburs són el component principal dels combustibles de petroli com la benzina i el dièsel. Les emissions de transport també inclouen diòxids de sofre i partícules però en quantitats molt inferiors als contaminants esmentats anteriorment. Els òxids de nitrogen i compostos orgànics volàtils poden patir una sèrie de reaccions químiques amb la llum solar, la calor, l'amoníac, la humitat i altres compostos per formar els vapors nocius, l'ozó a nivell del sòl i les partícules que contenen smog.
Smog fotoquímic L'smog fotoquímic, sovint anomenat smog estiuenc, és la reacció química de la llum solar, els òxids de nitrogen i els compostos orgànics volàtils a l'atmosfera, que deixa partícules a l'aire i ozó al nivell del sòl. L'smog fotoquímic depèn dels contaminants primaris i de la formació de contaminants secundaris. Aquests contaminants primaris inclouen els òxids de nitrogen, especialment l'òxid nítric (NO) i el diòxid de nitrogen (NO₂), i els compostos orgànics volàtils. Els contaminants secundaris rellevants inclouen nitrat de peroxiacetil, ozó troposfèric i aldehids. Un contaminant secundari important per al smog fotoquímic és l'ozó, que es forma quan els hidrocarburs (HC) i els òxids de nitrogen (NOx) es combinen en presència de llum solar; el diòxid de nitrogen (NO₂), que es forma com l'òxid nítric (NO) es combina amb l'oxigen (O₂) a l'aire. A més, quan s'emet SO₂ i NOx, s'oxiden a la troposfera a l'àcid nítric i l'àcid sulfúric, que en barrejar-se amb l'aigua formen els components principals de la pluja àcida. Tots aquests productes químics tan durs solen ser molt reactius i oxidants. Es considera que el smog fotoquímic és un problema de la industrialització moderna. És present a totes les ciutats modernes, però és més freqüent a les ciutats amb climes assolellats, càlids, secs i un gran nombre de vehicles de motor. Com que viatja amb el vent, també pot afectar zones poc poblades.
La composició i les reaccions químiques implicades en el smog fotoquímic no es van entendre fins als anys cinquanta. El 1948, el químic aromàtic Arie Haagen-Smit va adaptar alguns dels seus equips per recollir productes químics de l'aire contaminat, i va identificar l'ozó com a component del smog de Los Angeles. Haagen-Smit va descobrir que els òxids de nitrogen procedents dels residus d'automòbils i els hidrocarburs gasosos dels cotxes i les refineries de petroli, exposats a la llum del sol, eren ingredients clau en la formació d'ozó i smog fotoquímic. Haagen-Smit va treballar amb Arnold Beckman, que va desenvolupar diversos equips per a la detecció de fum, que van des d'un "Aparell per registrar concentracions de gas a l'atmosfera" patentat el 7 d'octubre de 1952, fins a "furgonetes de control de la qualitat de l'aire" per al govern i la indústria.
Formació i reaccions Durant l'hora punta del matí, s'emet una alta concentració d'òxid nítric i hidrocarburs a l'atmosfera, principalment a través del trànsit a la carretera però també de fonts industrials. Alguns hidrocarburs s'oxiden ràpidament per OH· i formen radicals peroxi, que converteixen l'òxid nítric (NO) en diòxid de nitrogen (NO2).
(1) R{.} + O2 + M -> RO2{.} + M
(2) RO2{.} + NO -> NO2 + RO{.}
(3) HO2{.} + NO -> NO2 + OH{.}
El diòxid de nitrogen (NO₂) i l'òxid nítric (NO) reaccionen a més amb l'ozó (O₃) en una sèrie de reaccions químiques:
(4) NO2 + hv -> O(^3P) + NO,
(5) O(^3P) + O2 + M-> O3 + M(calor)
(6) O3 + NO -> NO2 + O2
Aquesta sèrie d'equacions es coneix com a estat fotoestacionari (PSS). Tanmateix, a causa de la presència de la reacció 2 i 3, el NOx i l'ozó no es troben en perfecte estat. En substituir la reacció 6 per la reacció 2 i la reacció 3, la molècula O₃ ja no es destrueix. Per tant, la concentració d'ozó continua augmentant al llarg del dia. Aquest mecanisme pot augmentar la formació d'ozó en el fum. Altres reaccions com la foto-oxidació del formaldehid (HCHO),
un contaminant secundari comú, també poden contribuir a l'augment de la concentració d'ozó i NO₂. El smog fotoquímic és més freqüent durant els dies d'estiu ja que els fluxos de radiació solar incident són elevats, cosa que afavoreix la formació d'ozó (reaccions 4 i 5). La presència d'una capa d'inversió de temperatura és un altre factor important. Això és perquè impedeix la barreja per convecció vertical de l'aire i permet, així, que els contaminants, inclòs l'ozó, s'acumulin prop del nivell del sòl, cosa que afavoreix de nou la formació de smog fotoquímics.
Hi ha certes reaccions que poden limitar la formació d'O₃ en el smog. La reacció limitant en àrees contaminades és:
(7) NO2 + OH{.} + M -> HNO3 + M
Aquesta reacció elimina el NO₂ que limita la quantitat d'O₃ que es pot produir a partir de la seva fotòlisi (reacció 4). HNO₃ és un compost enganxós que es pot treure fàcilment a les superfícies (deposició seca) o dissoldre’s a l'aigua i es pot ploure fora (deposició humida). Les dues maneres són habituals a l'atmosfera i poden eliminar els radicals i el diòxid de nitrogen de manera eficient.
Causes naturals Un volcà en erupció pot emetre alts nivells de diòxid de sofre juntament amb una gran quantitat de partícules; dos components clau per a la creació de smog. Tot i això, el smog creat com a conseqüència d'una erupció volcànica es coneix sovint com a vog per distingir-lo com a ocurrència natural. Les reaccions químiques que formen smog després d'una erupció volcànica són diferents de les reaccions que formen un smog fotoquímic. El terme smog engloba l'efecte quan s'emet una gran quantitat de molècules en fase gasosa i partícules a l'atmosfera, creant una bruma visible. L'esdeveniment que provoca una gran quantitat d'emissions pot variar, però encara pot donar lloc a la formació de smog.
Les plantes són una altra font natural d'hidrocarburs que podrien patir reaccions a l'atmosfera i produir smog. A nivell mundial tant les plantes com el sòl contribueixen a la producció d'hidrocarburs en gran manera, principalment mitjançant la producció d'isoprè i terpens. Els hidrocarburs alliberats per les plantes solen ser més reactius que els hidrocarburs artificials. Per exemple, quan les plantes alliberen isoprè, l'isoprè reacciona molt ràpidament a l'atmosfera amb radicals hidroxils. Aquestes reaccions produeixen hidroperòxids que augmenten la formació d'ozó.
Efectes per a la salut El fum humà és un problema greu a moltes ciutats i continua perjudicant la salut humana. L'ozó a nivell del sòl, el diòxid de sofre, el diòxid de nitrogen i el monòxid de carboni són especialment nocius per a gent gran, nens i persones amb afeccions cardíaques i pulmonars com enfisema, bronquitis i asma. Pot inflamar els passos respiratoris, disminuir la capacitat de treball dels pulmons, provocar respiració, dolor al inhalar-se profundament, sibil·làncies i tos. Pot causar irritació d'ulls i nas i asseca les membranes protectores del nas i la gola i interfereix amb la capacitat del cos per combatre la infecció, augmentant la susceptibilitat a la malaltia. Els ingressos hospitalaris i les morts respiratòries sovint augmenten en períodes en què els nivells d'ozó són elevats. Es desconeix els efectes a llarg termini de l'exposició a la contaminació de l'aire i l'origen de l'asma. Es va dur a terme un experiment utilitzant una contaminació atmosfèrica intensa similar a la del Gran Smog de Londres de 1952. Els resultats d'aquest experiment van concloure que hi ha un vincle entre l'exposició a la contaminació de la vida primerenca que condueix al desenvolupament de l'asma, proposant l'efecte continu del Gran Smog. Els estudis moderns continuen trobant vincles entre la mortalitat i la presència de smog. Un estudi, publicat a la revista Nature, va trobar que els episodis de fum a la ciutat de Jinan, una gran ciutat de l'est de la Xina, durant els anys 2011-15, van estar associats amb un augment del 5,87% (IC del 95% 0,16–11,58%). mortalitat global. Aquest estudi destaca l'efecte de l'exposició a la contaminació de l'aire sobre la taxa de mortalitat a la Xina.
Nivells d'exposició no saludables