De atmosfeer fungeert als een soort enorm ‘reactievat’ waarin deeltjes en gassen met elkaar reageren. Er vinden allerlei chemische en fysische processen en kettingreacties plaats. Sommige gassen worden uitgestoten als onstabiele moleculen. In de lucht zullen deze gassen reageren tot een stabielere vorm met de altijd aanwezige zuurstof, stikstof, water(stof), of andere luchtverontreinigende stoffen.

Infographic Overzicht van emissie, diffusie, droge en natte depositie van luchtverontreinigende stoffen

Figuur: Atmosferische processen. Overzicht van emissie, diffusie, droge en natte depositie van luchtverontreinigende stoffen

Ozon is een gas dat niet direct wordt uitgestoten maar, onder invloed van zonlicht in de atmosfeer wordt gevormd. Onder invloed van instraling van de zon (via energie van ultraviolet licht) kunnen NO2 en VOSvluchtige organische stoffen reageren tot ozon (O3). Deze omzettingen worden ook wel fotochemische reacties genoemd.
Ook voor deeltjesvormige luchtverontreiniging, fijn stof, speelt het ‘reactievat’ van de atmosfeer een rol. Deeltjes kunnen zich door de lucht verplaatsen en onderling reageren. Verschillende deeltjes kunnen bovendien als het ware aan elkaar plakken, dit wordt coagulatie genoemd. Zo ontstaan na langere verblijftijd in de lucht steeds grotere en zwaardere deeltjes. Deze zware deeltjes kunnen onder invloed van de zwaartekracht uitzakken en noemt men droge depositie. Ook kunnen deeltjes naar de grond worden meegevoerd met regendruppels. Regen ‘wast’ de lucht als het ware schoon, dit wordt natte depositie genoemd.
Gedeponeerde deeltjes kunnen vervolgens weer opwervelen door beweging (een voorbijrijdende auto, een voorbijganger, of door de wind). Verder kunnen zij zich ook met wind of luchtstromen verplaatsen over (zeer) grote afstanden. Dit leidt ertoe dat de concentratie deeltjes aan de wind belaste kant (loefzijde) van bijvoorbeeld een snelweg meestal hoger is dan aan de windluwe kant (lijzijde). 
Luchtstromen kunnen ook heel grootschalig invloed hebben; deeltjes die ontstaan bij grote bosbranden of vulkaanuitbarstingen zijn vaak ook waarneembaar op andere continenten en onder bijzondere weersomstandigheden kan er ook hier in Nederland stof uit de Sahara neerslaan.

Luchtverontreinigende stoffen verspreidt zich door de lucht waardoor verdunning optreedt. Dit proces heet dispersie. De verspreiding is afhankelijk van luchtstromingen. Een belangrijke factor hierbij is of de wind vrij spel heeft. In een smalle straat met grote bomen blijft de lucht onder de boomkronen hangen, en alle verontreiniging die hier wordt uitgestoten dus ook. In een brede straat waar de wind vrij spel heeft, treedt meer verdunning op en zullen bij een gelijke uitstoot lagere concentraties voorkomen.

Normale situatie: koude lucht, koele lucht, warme lucht. Temperatuur inversie: koude lucht, inversie laag (warme lucht), koude lucht.
Missing media item.

Figuur: Inversie. Overzicht van luchtlagen en uitwisseling tussen luchtlagen.

Ook de verdunning tussen luchtlagen kan van belang zijn. In de luchtlagen boven de laag waarin we leven waait het vaak een stuk harder. Normaal gesproken vindt er, onder meer door temperatuurverschillen, uitwisseling plaats tussen de verschillende luchtlagen waardoor de verontreiniging in de onderste laag goed verdunt (zie figuur Inversie, linker afbeelding). In de winter treedt er – typisch gedurende perioden met wind vanuit oost tot zuid – vaak inversie op: er is dan een relatief warme luchtlaag die als een deksel bovenop de koude luchtlaag waarin we leven ligt (zie figuur Inversie, rechter afbeelding). Alle uitstoot en verdunning vindt dan plaats in die dunne laag, er vindt geen uitwisseling plaats met bovengelegen luchtlagen omdat koude lucht niet verder kan stijgen wanneer de lucht erboven warmer is. Er kunnen dan hoge concentraties fijn stof optreden. Dit heet ook wel wintersmog (zie richtlijn Smog en Gezondheid).

Gassen in de lucht kunnen met elkaar reageren en deeltjes vormen. Dit wordt secundair fijn stof genoemd en dit kan worden onderverdeeld in secundair anorganisch stof (in het Engels ‘secundary inorganic aerosols’, afgekort SIA’s) en secundair organisch stof. Bestanddelen die in Nederland voor een groot deel bijdragen aan de vorming van secundair anorganisch fijn stof zijn stikstofoxiden, zwavelverbindingen en ammoniak. Het gas stikstofdioxide (NO2, veel aanwezig door uitstoot van verkeer) reageert met in de lucht aanwezig water (H2O) tot salpeterzuur (HNO3). Salpeterzuur en ammoniak (NH3, veel aanwezig door uitstoot van veehouderij) reageren vervolgens met elkaar tot ammoniumnitraat (NH4NO3). Ammoniumnitraat vormt in de lucht al gauw deeltjes.

Vorming van secundair fijn stof:ammoniumnitraat: Het gas stikstofdioxide (NO2, veel aanwezig door uitstoot van verkeer) reageert met in de lucht aanwezig water tot salpeterzuur. Salpeterzuur en ammoniak (NH3, veel aanwezig door uitstoot van veehouderij) reageren vervolgens met elkaar tot ammoniumnitraat. Ammoniumnitraat vormt in de lucht al gauw deeltjes. Vorming van secundair fijn stof: ammoniumsulfaat. Zwaveldioxide (grootschalige aanvoer vanuit het buitenland) reageert in de lucht met water waardoor wate

Een gelijksoortige reactie vindt plaats tussen zwavelverbindingen (vooral uit het buitenland aangevoerd) en ammoniak. In dit geval reageert zwaveldioxide (SO2) in de lucht met water (H2O) en wordt waterstofsulfiet (H2SO3) gevormd dat in aanwezigheid van zuurstof (O2) reageert tot zwavelzuur (H2SO4). De reactie tussen zwavelzuur en ammoniak (NH3) leidt vervolgens tot de vorming van ammoniumsulfaat ((NH4)2SO4). 
Ammoniumnitraat en ammoniumsulfaat vormen in Nederland ongeveer 40-45% van de massa van PM2.5 (CLO 2017b), zie ook Bronnen per component van luchtverontreiniging.
Secundair organisch aerosol ontstaat door reacties van vluchtige organische componenten in de lucht. De processen die voor deze vorm van fijn stof zorgen zijn minder goed omschreven dan de processen die leiden tot de vorming van secundair anorganisch fijn stof. Dit komt doordat er bij de vorming van secundair organisch aerosol een groot aantal onbekende chemische deeltjes betrokken zijn (Maas and Grennfelt 2016).
Gezamenlijk vormt secundair fijn stof meer dan de helft van de massa PM2.5. De vorming van secundair fijn stof neemt enige tijd in beslag. In die tijd kan het zich gelijkmatig en over grote afstanden, als een deken over het land, verspreiden (Gezondheidsraad 2018).

Referenties