Det miljøkemi studerer de kemiske processer, der finder sted på miljøniveau. Det er en videnskab, der anvender kemiske principper til undersøgelsen af miljøpræstationer og de påvirkninger, der genereres af menneskelige aktiviteter..
Derudover designer miljøkemi forebyggelse, afbødning og afhjælpningsteknikker for eksisterende miljøskader..
Miljøkemi kan opdeles i tre grundlæggende discipliner, som er:
En integreret tilgang til miljøkemi kræver desuden undersøgelse af indbyrdes forhold mellem de kemiske processer, der forekommer i disse tre rum (atmosfære, hydrosfære, jord) og deres forhold til biosfæren..
Artikelindeks
Atmosfæren er det lag af gasser, der omgiver Jorden; udgør et meget komplekst system, hvor temperatur, tryk og kemisk sammensætning varierer med højden i meget brede områder.
Solen bombarderer atmosfæren med stråling og højenergipartikler; denne kendsgerning har meget betydelige kemiske virkninger i alle lag af atmosfæren, men især i de øvre og ydre lag.
Fotodissociation og fotoioniseringsreaktioner forekommer i de ydre områder af atmosfæren. I området mellem 30 og 90 km i højden målt fra jordens overflade, i stratosfæren, er der et lag, der for det meste indeholder ozon (O3), kaldet ozonlaget.
Ozon absorberer den højenergiske ultraviolette stråling, der kommer fra solen, og hvis det ikke var for eksistensen af dette lag, kunne ingen kendt form for liv på planeten overleve..
I 1995 vandt atmosfæriske kemikere Mario J. Molina (mexicansk), Frank S. Rowland (amerikansk) og Paul Crutzen (hollandsk) Nobelprisen i kemi for deres forskning i destruktion og udtømning af ozon i stratosfæren..
I 1970 viste Crutzen, at nitrogenoxider ødelægger ozon gennem katalytiske kemiske reaktioner. Senere viste Molina og Rowland i 1974, at klor i chlorfluorcarbonforbindelser (CFC'er) også er i stand til at ødelægge ozonlaget.
Det umiddelbare atmosfæriske lag til jordoverfladen, mellem 0 og 12 km højt, kaldet troposfæren, består hovedsageligt af nitrogen (Nto) og ilt (Oto).
Som et resultat af menneskelige aktiviteter indeholder troposfæren mange yderligere kemikalier, der betragtes som luftforurenende stoffer såsom:
Blandt mange andre stoffer, der påvirker menneskers og plante- og dyresundheden.
Svovloxider (SOto Også3) og kvælstof, såsom nitrogenoxid (NOto), forårsage et andet miljøproblem kaldet sur regn.
Disse oxider, der hovedsagelig findes i troposfæren som produkter til forbrænding af fossile brændstoffer i industrielle aktiviteter og transport, reagerer med regnvand, der producerer svovlsyre og salpetersyre med den deraf følgende syrefældning..
Ved at udfælde denne regn, der indeholder stærke syrer, udløser den flere miljøproblemer såsom forsuring af havene og ferskvand. Dette forårsager død af vandorganismer; forsuring af jord, der forårsager afgrødedød og ødelæggelse ved ætsende kemisk påvirkning af bygninger, broer og monumenter.
Andre atmosfæriske miljøproblemer er fotokemisk smog, der hovedsagelig skyldes nitrogenoxider og troposfærisk ozon.
Global opvarmning produceres af høje koncentrationer af COto atmosfæriske og andre drivhusgasser (GHG'er), som absorberer meget af den infrarøde stråling, der udsendes af jordens overflade og fanger varme i troposfæren. Dette genererer klimaændringer på planeten.
Hydrosfæren består af alle vandområder på Jorden: overflade eller vådområder - oceaner, søer, floder, kilder - og underjordiske eller akviferer..
Vand er det mest almindelige flydende stof på planeten, det dækker 75% af jordens overflade og er absolut nødvendigt for livet..
Alle livsformer afhænger af ferskvand (defineret som vand med et saltindhold på mindre end 0,01%). 97% af planetens vand er saltvand.
Af de resterende 3% ferskvand er 87% i:
Kun 0,4% af planetens samlede ferskvand er til rådighed til forbrug. Fordampningen af vand fra havene og nedbør giver konstant denne lille procentdel..
Vandets miljøkemi studerer de kemiske processer, der forekommer i vandcyklussen eller den hydrologiske cyklus, og udvikler også teknologier til rensning af vand til konsum, behandling af spildevand fra industri og by, afsaltning af havvand, genbrug og redning af denne ressource, blandt andre.
Vandcyklussen på jorden består af tre hovedprocesser: fordampning, kondens og nedbør, hvorfra tre kredsløb stammer:
Menneskelig aktivitet har indflydelse på vandcyklussen; nogle af årsagerne og virkningerne af antropologisk handling er følgende:
Det genereres ved ødelæggelse af skove og marker med skovrydning. Dette påvirker vandcyklussen ved at eliminere fordampningstranspiration (vandindtag fra planter og vende tilbage til miljøet ved transpiration og fordampning) og ved at øge afstrømningen..
Stigningen i overfladeafstrømning producerer en stigning i strømmen af floder og oversvømmelser.
Urbanisering ændrer også landoverfladen og påvirker vandcyklussen, da den porøse jord erstattes af uigennemtrængelig cement og asfalt, hvilket gør infiltration umulig..
Vandcyklussen involverer hele biosfæren, og menneskeligt genereret affald inkorporeres derfor i denne cyklus ved forskellige processer..
Kemiske forurenende stoffer i luften indarbejdes i regnen. Landbrugskemikalier, der påføres jorden, udsættes for udvaskning og infiltration til akviferer eller løber ud i floder, søer og have.
Også affaldet af fedt og olier og udvaskningen af de sanitære lossepladser trækkes ved infiltration til grundvandet.
Disse overtræksmetoder producerer udtømning af grundvand og overfladevandreserver, påvirker økosystemer og producerer lokal nedsænkning af jorden.
Jord er en af de vigtigste faktorer i balancen mellem biosfæren. De tilvejebringer forankring, vand og næringsstoffer til planter, som er producenter i terrestriske trofiske kæder.
Jorden kan defineres som et komplekst og dynamisk økosystem i tre faser: en fast fase med mineralsk og organisk bærer, en vandig flydende fase og en gasformig fase; karakteriseret ved at have en bestemt fauna og flora (bakterier, svampe, vira, planter, insekter, nematoder, protozoer).
Jordens egenskaber ændres konstant af miljømæssige forhold og af den biologiske aktivitet, der finder sted i den..
Jordforringelse er en proces, der reducerer jordens produktionskapacitet, der er i stand til at producere en dyb og negativ ændring i økosystemet..
De faktorer, der producerer jordforringelse er: klima, fysiografi, litologi, vegetation og menneskelig handling.
Ved menneskelig handling kan der forekomme:
Miljøkemi studerer de forskellige kemiske processer, der finder sted i de tre miljøområder: atmosfære, hydrosfære og jord. Det er interessant at gennemgå en yderligere tilgang til en simpel kemisk model, der forsøger at forklare de globale overførsler af stof, der forekommer i miljøet..
Garrels og Lerman (1981) udviklede en forenklet model af biogeokemi på jordens overflade, som studerer interaktionerne mellem rumsatmosfæren, hydrosfæren, jordskorpen og den medfølgende biosfære..
Garrels og Lerman-modellen betragter syv store mineraler på planeten:
Det organiske stof, der udgør biosfæren (både levende og døde), er repræsenteret som CHtoEller som er den omtrentlige støkiometriske sammensætning af levende væv.
I Garrels og Lerman-modellen undersøges geologiske ændringer som nettoverførsler af stof mellem disse otte komponenter på planeten gennem kemiske reaktioner og en nettobeskyttelse af massebevarelse..
For eksempel problemet med akkumulering af COto i atmosfæren studeres i denne model og siger, at: vi forbrænder i øjeblikket det organiske kulstof, der er lagret i biosfæren som kul, olie og naturgas deponeret i undergrunden i tidligere geologiske tider.
Som en konsekvens af denne intensive forbrænding af fossile brændstoffer, koncentrationen af COto atmosfærisk er stigende.
Øgede CO-koncentrationerto i Jordens atmosfære skyldes det faktum, at forbrændingshastigheden for fossilt kulstof overstiger hastigheden af kulabsorption af de andre komponenter i Jordens biogeokemiske system (f.eks. fotosyntetiske organismer og hydrosfæren, for eksempel).
På denne måde er CO -emissionento til atmosfæren på grund af menneskelige aktiviteter, omgår det regulerende system, der modulerer ændringer på Jorden.
Modellen udviklet af Garrels og Lerman mener også, at biosfærens størrelse øges og falder som et resultat af balancen mellem fotosyntese og respiration..
I løbet af livets historie på jorden steg biosfærens masse i etaper med høje fotosyntese. Dette resulterede i en nettolagring af organisk kulstof og emission af ilt:
COto + HtoO → CHtoO + Oto
Åndedræt som en metabolisk aktivitet af mikroorganismer og højere dyr omdanner organisk kulstof tilbage til kuldioxid (COto) og vand (HtoO), det vil sige, det vender den tidligere kemiske reaktion.
Tilstedeværelsen af vand, opbevaring af organisk kulstof og produktionen af molekylært ilt er grundlæggende for eksistensen af liv..
Miljøkemi tilbyder løsninger til forebyggelse, afbødning og afhjælpning af miljøskader forårsaget af menneskelig aktivitet. Blandt nogle af disse løsninger kan vi nævne:
Endnu ingen kommentarer