هناك عدة عوامل تلعب دوراً أساسياً في تفاعلات ثاني أوكسيد الكبريت في الغلاف الجوي، رطوبة، وكثافة الضوء، وحركة الرياح، ووجود الجسيمات وطبيعة سطحها. يترافق تلوث الهواء الشديد عادة ، بازدياد حجم الجسيمات في الغلاف الجوي وبالتالي انخفاض مستوى الرؤية. من ناحية أخرى من المعتقد أن نتائج تفاعل ثاني أوكسيد الكبريت في الغلاف الجوي، تؤدي إلى تشكل بعض الجسيمات. مهما كانت الآلية المتضمنة، فإن ثاني أوكسيد الكبريت الجوي يتأكسد بالنهاية ليتحول إلى حمض الكبريت وأملاح الكبريت بشكل أساسي كبريتات الأمونيوم أو كبريتات الهيدروجين والأمونيا). يرجح أن الكبريتات هي المسؤولة عن الجو السديمي الذي يغطي الجزء الشرقي من الولايات المتحدة الأميركية عند جميع الشروط الجوية، عدا التداخلات الناشئة عن الكتل الهوائية الآتية من القطب الشمالي في الشتاء. وبذلك فإن إمكانية الكبريتات لتحفيز التغيرات الجوية هي إمكانية كبيرة، ويجب أخذ هذا بعين الاعتبار عند التحكم بثاني أوكسيد الكبيريت. أهم الطرائق التي يتفاعل بها غاز ثاني أوكسيد الكبريت في الغلاف الجوي هي:

1. التفاعلات الكيميائية الضوئية،
2. التفاعلات الكيميائية والكيميائية الضوئية،
3. التفاعلات الكيميائية في القطيرات،
4. التفاعلات على سطوح الجسيمات الصلبة.

عند دراسة هذه التفاعلات يجب الأخذ بعين الاعتبار أن الغلاف الجوي هو نظام ذو حركية مستمرة، تتفاوت فيه درجات الحرارة، والتركيب، والرطوبة، والكثافة من منطقة إلى الأخرى، بالإضافة إلى تفاوت كثافة الأشعة الشمسية المؤثرة، بذلك يختلف التفاعل الحاصل باختلاف الشروط الجوية المحيطة، لذا سوف نشرح في الفقرة اللاحقة تأثير كل عامل من العوامل المؤثرة السابقة كل على حدة.

أ - تفاعلات SO₂ الكيميائية الضوئية

تدخل التفاعلات الكيميائية الضوئية ضمن بعض الآليات، والتي ينتج عنها أكسدة غاز ثاني أوكسيد الكبريت . لكن يجب الأخذ بعين الاعتبار أن الأطوال الموجية الأعلى من 218nm تعد غير كافية طاقياً لتحطيم جزيئة SO ضوئياً، بذلك فإن دخول جزيئات 2 SO بتفاعل كيميائي ضوئي مباشرة في التروبوسفير، ليس ذو أهمية وضعيف نسبيا. من ناحية أخرى، إن تفاعلات أكسدة غاز ثاني أوكسيد الكبريت في الغلاف الجوي بتراكيزه الكبيرة بمرتبة جزء من مليون (ppm)، والتي تعد ضارة وملوثة وهي عمليات بطيئة. ولكي يظهر تأثير التفاعلات الكيميائية الضوئية على جزيئة SO2 في الغلاف الجوي الملوث يجب أن تدخل ملوثات أخرى في آلية التفاعل.

ب - تفاعلات ₂ SOالكيميائية والكيميائية الضوئية بوجود ملوثات جوية أخرى

 تزداد وبشكل كبير نسبة أكسدة غاز SO₂ في الغلاف الجوي، بوجود كل من أكاسيد النيتروجين أو الفحوم الهيدروجينية الناتجة عن الاحتراق غير الكامل لوقود المحركات، أو كلاهما كما سنرى لاحقاً أن توافر كل من أكاسيد النيتروجين، والفحوم الهيدروجينية، والأشعة فوق البنفسجية UV هو الشرط اللازم والأساسي لتشكل الضباب الدخاني Smog يزداد في هذه الظروف الجوية وغير المرغوبة مستوى المواد المؤكسدة المختلفة (المؤكسدات الكيميائية الضوئية Photochemical oxidants) والقادرة على أكسدة SO. فمثلاً، تتراوح نسبة أكسدة غاز ثاني أوكسيد الكبريت المنطلقة إلى الغلاف الجوي في مدينة لوس أنجلس والمعرضة للضباب الدخاني، إلى حوالي  5- 10%  كل ساعة.

ضمن المركبات أو المواد المؤكسدة الموجودة في الغلاف الجوي المعرضة للضباب الدخاني والتي تسبب تسريع عملية الأكسدة، يمكن أن نذكر،^. HOO   ،  ^.، HO O ، O₃    ^.ROO   ،N₂O₅ ،NO₃، و^. RO، حيث أن المركبين الأخيرين هما جذور حرة عضوية تحتوي على الأوكسجين.

من ناحية أخرى، وبالرغم من أن الأوزون هو عنصر أساسي في التفاعلات الكيميائية الضوئية للضباب الدخاني إلا أنه من المعتقد أن أكسدة SO₂ بوجود الأوزون في طورهما الغازي هي عملية بطيئة، وتكون أسرع ضمن القطيرات. ومن أكثر تفاعلات الطور الغازي التي تؤدي إلى أكسدة SO₂ هي إضافة جذور HO الحرة، حيث يتشكل جذر حر فعال والذي يتحول في النهاية إلى شكل من أشكال الكبريتات.

جـ - العمليات الكيميائية في القطيرات

يعتقد أن أكثر عمليات الأكسدة لغاز ثاني أوكسيد الكبريت الجوي، تحدث ضمن القطيرات المائية الجوية Water aerosol droplets حيث تعد عملية الأكسدة الكلية لثاني أوكسيد الكبريت في الطور المائي معقدة نسبياً. ولكي تتم عملية الأكسدة ضمن القطيرات يجب أن ينتقل الغاز SO₂ والمادة المؤكسدة إلى الطور السائل في القطيرة ثم ينتشران ضمنها، تليها عملية إماهة وتشرد غاز SO₂، وبعد ذلك تتم عملية الأكسدة وفق المعادلة التالية:

حيث ترمز{0} للمادة المؤكسدة مثل H₂O₂ ، أو HO ، أو O₃ ، بينما تدل Sivللكبريت ضمن القطيرة السائلة إما بشكل  SO_2(aq) ، أو ₍  HSO3^- (aq، أو^-2  SO₃ (aq. من

الممكن أن يحدث التفاعل مع الأوكسجين المنحل وفق ما يلي:

حيث تكون هذه الأكسدة بطيئة جداً في حال عدم وجود وسائط أو محفزات، بينما تكون سريعة بوجود محفزات كأملاح الحديد Fe₃، والمغنزيوم ⁺²  Mg، وجزيئات ثاني أوكسيد النيتروجين المنحلة ( _(aq  NO_2 (أو ( HNO₃ التي تتفاعل بوجود الضوء ليعطي جذور الهيدروكسيل الحرة ^. HO والتي بدورها أيضاً تؤكسد الكبريت المنحل. تزداد سرعة تفاعل الأكسدة بوجود الأمونيا أيضاً NH₃ التي تتفاعل مع ثاني أوكسيد الكبريت لتعطي شاردة كبريتيت الهدروجينية:

من أهم المؤكسدات الموجودة في الغلاف الجوي هو الماء الأوكسجيني H₂O₂ الذي يتفاعل مع ثاني أوكسيد الكبريت وفق التفاعل الكلي التالي

يعتقد أن التفاعل السابق يتم فعلياً بين الماء الأوكسجيني وشاردة كبريتيت الهدروجينية ^. HSO₃، فتتشكل شاردة فوق هيدروكسي أحادي أوكسيد الكبريتي Peroxymonosulfurous التالية HOOSO₂ كمرحلة وسطية بشكل مغاير، يؤكسد الأوزون O₃ شاردة الكبريتيت . SO_3(aq) ضمن قطيريات الماء أسرع بكثير من أكسدة

تتأثر سرعة أكسدة جزيئات SO₂ بالأوزون وفقاً لشروط الوسط، حيث تزداد بازدياد قيمة pH المحلول، أو بوجود محفزات مثل ²⁺ Fe⁺³ ، Mg ، (HNO₃ ،(NO₂(aq، أو.NH₃

د - التفاعلات الكيميائية على الجسيمات الصلبة في الغلاف الجوي

تمتز سطوح الجسيمات الصلبة غاز ثاني أوكسيد الكبريت من الغلاف الجوي. حيث تلعب هذه الجسيمات بوجود الضوء، دور محفز ومركز لتجمعات النوى التي تنمو في الغلاف الجوي، معطية بالنتيجة جسيمات تختلف بتركيبها وسطحها عن الأصل. كمثال عن تلك الجسيمات الموجودة في الغلاف الجوي، الشحار، المؤلف من فحوم هيدروجينية عطرية متعددة النوى والحلقات، والذي يتشكل بالأصل من تصلب الفحوم الهيدروجينية نتيجة الاحتراق غير الكامل للوقود. يلعب الشحار، الحاوي على نسبة مرتفعة من الزمر الوظيفية المؤكسدة دور المحفز الأساسي لتفاعلات أكسدة ثاني أوكسيد الكبريت، وذلك نظراً لوجوده بنسب مرتفعة في الغلاف الجوي الملوث. حيث تدل نتائج تحليل جسيمات الشحار الموجودة في مناطق الازدحام أو التلوث عن وجود نسب كبيرة من الكبريت.

من جهة أخرى، تلعب أكاسيد المعادن مثل الحديد الألمنيوم، الكالسيوم، الكروم، الرصاص، أو الفناديوم دور محفز غير متجانس لعملية الأكسدة في الغلاف الجوي، حيث من الممكن أن يمتز ثاني أوكسيد الكبريت على سطوح هذه الأكاسيد لتكمل عملية الأكسدة . لكن المساحة السطحية الكلية لجسيمات أكاسيد المعادن والمتوافرة الغلاف الجوي تكون منخفضة نسبياً، لذلك تكون نسبة ثاني أوكسيد الكبريت التي تتأكسد بوجود هذه الجسيمات منخفضة.