Област изучавања и примене хемије животне средине

Тхе хемија животне средине Она проучава хемијске процесе који се одвијају на нивоу животне средине. То је наука која примењује хемијске принципе на проучавање еколошких перформанси и утицаја насталих људским активностима.

Поред тога, еколошка хемија дизајнира технике за спречавање, ублажавање и санацију постојећих штета у животној средини.

Хемија животне средине може се поделити у три основне дисциплине које су:

1. Хемија околине атмосфере.
2. Хемија околине хидросфере.
3. Еколошка хемија земљишта.

Свеобухватни приступ хемији животне средине такође захтева проучавање међуодноса између хемијских процеса који се јављају у ова три одељка (атмосфера, хидросфера, земљиште) и њихови односи са биосфером..

Индек

• 1 Хемија околине атмосфере
  • 1.1 -Стратосфера
  • 1.2 -Тропоспхере
• 2 Хемија околине хидросфере
  • 2.1 - Свежа вода
  • 2.2 - Циклус воде
  • 2.3 - Антрополошки утицаји на водени циклус
• 3 Еколошка хемија земљишта
  • 3.1 Тло
  • 3.2 Антрополошки утицаји на земљиште
• 4 Кемијско-околишни односи
  • 4.1 -Модел Гаррелс и Лерман
• 5 Примена хемије животне средине
• 6 Референце

Хемија околине атмосфере

Атмосфера је слој гасова који окружује Земљу; то је веома сложен систем, где температура, притисак и хемијски састав варирају са надморском висином у веома широком опсегу.

Сунце бомбардира атмосферу зрачењем и честицама високе енергије; ова чињеница има веома значајне хемијске ефекте у свим слојевима атмосфере, али посебно у највишим и спољним слојевима.

-Стратосфера

Реакције фотодисоциације и фотоионизације јављају се у спољним регионима атмосфере. У подручју између 30 и 90 км висине мјерено од земљине површине, у стратосфери се налази слој који садржи углавном озон (ОР)₃), назван озонски омотач.

Озонски слој

Озон апсорбује ултравиолетно зрачење високе енергије које долази од сунца и ако не за постојање овог слоја, није познат начин живота на планети..

Године 1995. кемичари атмосфере Марио Ј. Молина (Мексиканац), Франк С. Ровланд (Американац) и Паул Црутзен (Низоземац), освојили су Нобелову награду за хемију за своја истраживања о уништавању и осиромашењу озона у стратосфери.

Године 1970. Црутзен је показао да оксиди азота уништавају озон каталитичким хемијским реакцијама. Потом су Молина и Ровланд 1974. године показали да је хлор хлорофлуороугљиководичних једињења (ЦФЦ) такође способан да уништи озонски омотач..

-Тропоспхере

Атмосферски слој непосредно изнад земљине површине, висок између 0 и 12 км, назван тропосфера, састоји се углавном од азота (Н)₂и кисеоник (О₂).

Токсични гасови

Као резултат људских активности, тропосфера садржи многе додатне хемикалије које се сматрају загађивачима ваздуха, као што су:

• Диоксид и угљен моноксид (ЦО₂ и ЦО).
• Метан (ЦХ₄).
• Азотни оксид (НО).
• Сумпор диоксид (СО)₂).
• Озоне О₃ (сматра се контаминантом у тропосфери)
• Испарљива органска једињења (ВОЦ), прах или чврсте честице.

Међу многим другим супстанцама које утичу на здравље људи и биљке и животиње.

Ацид раин

Оксиди сумпора (СО₂ и СО₃и азотне, као што је азотни оксид (НО₂), изазвати други еколошки проблем који се зове кисела киша.

Ови оксиди, присутни у тропосфери углавном као продукти сагоревања фосилних горива у индустријским активностима и транспорту, реагују са кишницом која производи сумпорну киселину и азотну киселину, што резултира киселим падавинама..

Наглашавајући ову кишу која садржи јаке киселине, она покреће неколико еколошких проблема као што је закисељавање мора и слатких вода. Ово узрокује смрт водених организама; закисељавање земљишта које узрокује смрт усјева и уништавање хемијским корозивним дјеловањем зграда, мостова и споменика.

Други атмосферски проблеми у окружењу су фотокемијски смог, који углавном изазивају оксиди азота и тропосферски озон

Глобално загревање

Глобално загријавање се ствара високом концентрацијом ЦО₂ атмосферски и други гасови стаклене баште (ГХГ), који апсорбују велики део инфрацрвеног зрачења које емитује Земљина површина и задржавају топлоту у тропосфери. Ово ствара климатске промјене на планети.

Хемија околине хидросфере

Хидросфера је усаглашена са свим воденим површинама Земље: површинским или хумедалима - океанима, језерима, ријекама, изворима - и подземним или водоносним.

-Свежа вода

Вода је најчешћа течна материја на планети, покрива 75% површине Земље и апсолутно је неопходна за живот.

Сви облици живота зависе од свеже воде (дефинисане као вода са садржајем соли мањим од 0.01%). 97% воде планете је слане воде.

Од преосталих 3% слатке воде, 87% је у:

• Полови Земље (који се топи и уливају у море услед глобалног загревања).
• Глечери (такође у процесу нестајања).
• Подземне воде.
• Вода у облику паре присутна у атмосфери.

Само 0,4% укупне слатке воде планете је доступно за потрошњу. Испаравање воде из океана и падавине кише стално осигуравају овај мали постотак.

Хемија околине воде проучава хемијске процесе који се одвијају у циклусу воде или хидролошком циклусу и такође развија технологије за пречишћавање воде за људску потрошњу, третман индустријских и градских отпадних вода, десалинизацију морске воде, рециклирање и чување овог ресурса, између осталог.

-Циклус воде

Циклус воде на Земљи састоји се од три главна процеса: испаравања, кондензације и падавина, од којих су изведена три круга:

1. Површинско отицање
2. Евапотранспирација биљака
3. Инфилтрација, у којој вода прелази у подземне нивое (подземне воде), циркулише кроз водоносне канале и излази кроз изворе, изворе или бунаре.

-Антрополошки утицаји на водни циклус

Људска активност има утицај на циклус воде; Неки од узрока и посљедица антрополошког дјеловања су сљедећи:

Модификација површине земљишта

Ствара се уништавањем шума и поља крчењем шума. Ово утиче на циклус воде елиминацијом евапотранспирације (узимање воде кроз биљке и враћање у животну средину путем транспирације и испаравања) и повећање отицаја.

Повећано површинско отицање узрокује повећани проток ријека и поплаве.

Урбанизација такође модифицира површину копна и утиче на циклус воде, јер је порозно земљиште замењено цементом и непропусним асфалтом, што онемогућава инфилтрацију..

Контаминација циклуса воде

Циклус воде укључује целу биосферу и, сходно томе, отпад који генерише људско биће инкорпориран је у овај циклус различитим процесима.

Хемијски загађивачи у ваздуху су инкорпорирани у кишу. Агрокемикалије које се наносе на земљиште, проузрокују процједну и инфилтрацију у водоноснике, или одлазе у ријеке, језера и мора.

Такође, расипање масти и уља и процједних вода на депонијама одвлаче се инфилтрацијом у подземне воде.

Вађење водовода са прекорачењем у водним ресурсима

Ове праксе са прекорачењем, производе исцрпљивање резерви подземних и површинских вода, утичу на екосистеме и стварају локално слијегање тла.

Еколошка хемија земљишта

Тло је један од најважнијих фактора у равнотежи биосфере. Они обезбеђују сидриште, воду и хранљиве материје за биљке, које су произвођачи у земаљским трофичким ланцима.

Под

Тло се може дефинисати као сложен и динамичан екосистем три фазе: чврста фаза минералне и органске подршке, водена течна фаза и гасна фаза; карактеристичне по постојању одређене фауне и флоре (бактерије, гљивице, вируси, биљке, инсекти, нематоде, протозое).

Својства тла се константно мијењају због услова околине и биолошке активности која се у њој развија..

Антрополошки утицаји на тло

Деградација тла је процес који смањује производни капацитет тла, способан да произведе дубоке и негативне промјене у екосистему.

Фактори који узрокују деградацију тла су: клима, физиографија, литологија, вегетација и људско дјеловање.

Људском акцијом може се десити:

• Физичка деградација земљишта (на пример, збијање услед неадекватне култивације и праксе сточарства).
• Хемијска деградација земљишта (закисељавање, алкализација, салинизација, контаминација агрокемикалијама, ефлуенти из индустријске и урбане активности, излијевање нафте, између осталог).
• Биолошка деградација земљишта (смањење садржаја органске материје, деградација вегетативног покривача, губитак микроорганизама који фиксирају азот, између осталог).

Кемијско-околишни односи

Хемија животне средине проучава различите хемијске процесе који се одвијају у три сегмента животне средине: атмосфери, хидросфери и земљишту. Интересантно је размотрити додатни фокус на једноставан хемијски модел, који покушава објаснити глобалне трансфере материје која се јавља у околини.

-Модел Гаррелс и Лерман

Гаррелс и Лерман (1981) развили су поједностављени модел биогеокемије Земљине површине, који проучава интеракције између атмосфере, хидросфере, земљине коре и биосферних комора..

Модел Гаррелса и Лермана разматра седам главних састојака минерала на планети:

1. Гипс (ЦаСО₄)
2. Пирит (ФеС₂)
3. Калцијум карбонат (ЦаЦО₃)
4. Магнезијум карбонат (МгЦО₃)
5. Магнезијум силикат (МгСиО₃)
6. Фероксид (Фе₂О₃)
7. Силицијум диоксид (СиО)₂)

Органска материја која чини биосферу (живу и мртву), представљена је као ЦХ₂Или, што је приближни стехиометријски састав живих ткива.

У Гаррелсовом и Лермановом моделу, геолошке промене су проучаване као нето трансфери материје између ових осам компоненти планете, кроз хемијске реакције и баланс очувања нето масе..

Акумулација ЦО₂ у атмосфери

На пример, проблем акумулације ЦО₂ у атмосфери се проучава у овом моделу, рекавши да: у овом тренутку сагоревамо органски угљен који се складишти у биосфери као угаљ, нафту и природни гас депонован у подземљу у прошлим геолошким временима..

Као резултат овог интензивног сагоревања фосилних горива, концентрација ЦО₂ атмосферски расте.

Повећање концентрације ЦО₂ у земаљској атмосфери то је зато што брзина сагоревања фосилног угљеника превазилази стопу апсорпције угљеника од стране других компоненти Земљиног биогеокемијског система (као што су фотосинтетски организми и хидросфера, на пример).

На овај начин, емисија ЦО₂ у атмосферу услед људских активности, превазилази регулаторни систем који модулира промене на Земљи.

Величина биосфере

Модел који су развили Гаррелс и Лерман такође сматрају да се величина биосфере повећава и смањује као резултат равнотеже између фотосинтезе и дисања.

Током историје живота на Земљи, маса биосфере се повећавала у фазама са високим стопама фотосинтезе. То је резултирало нето складиштењем органског угљеника и емисије кисеоника:

ЦО₂    +   Х₂О → ЦХ₂О + О₂

Дисање као метаболичка активност микроорганизама и виших животиња, враћа органски угљеник назад у угљен диоксид (ЦО.)₂) и воду (Х₂О), то јест, преокреће претходну хемијску реакцију.

Присуство воде, складиштење органског угљеника и производња молекуларног кисеоника су фундаментални за постојање живота.

Примена хемије животне средине

Хемија животне средине нуди решења за превенцију, ублажавање и санацију штете на животну средину проузроковане људским активностима. Међу неким од ових рјешења можемо споменути:

• Дизајн нових материјала под називом МОФ (за акроним на енглеском: Метал Органиц Фрамеворкс). Оне су веома порозне и имају способност да: апсорбују и задрже ЦО₂, гет Х₂Или ваздушне паре из пустињских подручја и складиште Х₂ у малим контејнерима.
• Конверзија отпада у сировине. На пример, употреба истрошених гума у ​​производњи вештачких трава или ђонова. Такође, коришћење отпада од резидбе усева, у производњи биогаса или биоетанола.
• Хемијска синтеза замена за ЦФЦ.
• Развој алтернативних енергија, као што су ћелије водоника, за производњу чисте електричне енергије.
• Контрола атмосферског загађења, са инертним филтерима и реактивним филтерима.
• Десалинизација морске воде реверзном осмозом.
• Развој нових материјала за флокулацију колоидних супстанци суспендованих у води (процес пречишћавања).
• Повратак еутрофикације језера.
• Развој "зелене хемије", тренд који предлаже замену токсичних хемијских једињења са мање токсичним, и "еколошки прихватљиве" хемијске процедуре. На пример, примењује се у употреби мање токсичних растварача и сировина, у индустрији, у хемијском чишћењу праоница, између осталог..

Референце

1. Цалверт, Ј.Г., Лазрус, А., Кок, Г.Л., Хеикес, Б.Г., Валега, Ј.Г., Линд, Ј., и Цантрелл, Ц.А. (1985). Хемијски механизми стварања киселина у тропосфери. Натуре, 317 (6032), 27-35. дои: 10.1038 / 317027а0.
2. Црутзен, П.Ј. (1970). Утицај азотних оксида на атмосферски садржај. К.Ј.Р. Метхеорол. Вилеи-Блацквелл. 96: 320-325.
3. Гаррелс, Р.М. и Лерман, А. (1981). Фанерозоички циклуси седиментног угљеника и сумпора. Зборник радова Природне академије наука. САД 78: 4,652-4,656.
4. Хестер, Р.Е. и Харрисон, Р.М. (2002). Глобална промена животне средине. Краљевско хемијско друштво. 205.
5. Хитес, Р.А. (2007). Елементи хемије животне средине. Вилеи-Интерсциенце. стр. 215.
6. Манахан, С.Е. (2000). Енвиронментал Цхемистри. Седмо издање. ЦРЦ пп 876
7. Молина, М.Ј. и Ровланд, Ф.С. (1974). Стратосферски судопер за хлорофлуорометане: Хлорно-катализовано уништавање озона. Природа 249: 810-812.
8. Морел, Ф.М. и Херинг, Ј.М. (2000). Принципи и примена водене хемије. Нев Иорк: Јохн Вилеи.
9. Стоцквелл, В.Р., Лавсон, Ц.В., Саундерс, Е., и Голифф, В.С. (2011). Преглед тропосферске атмосферске хемије и гасно-фазних хемијских механизама за моделирање квалитета ваздуха. Атмосфера, 3 (1), 1-32. дои: 10.3390 / атмос3010001