Das Umweltchemie untersucht die chemischen Prozesse, die auf Umweltebene stattfinden. Es ist eine Wissenschaft, die chemische Prinzipien auf die Untersuchung der Umweltleistung und der Auswirkungen menschlicher Aktivitäten anwendet..
Darüber hinaus entwickelt die Umweltchemie Präventions-, Minderungs- und Sanierungstechniken für vorhandene Umweltschäden..
Die Umweltchemie kann in drei grundlegende Disziplinen unterteilt werden:
Ein integraler Ansatz für die Umweltchemie erfordert außerdem die Untersuchung der Wechselbeziehungen zwischen den chemischen Prozessen, die in diesen drei Kompartimenten (Atmosphäre, Hydrosphäre, Boden) ablaufen, und ihren Beziehungen zur Biosphäre..
Artikelverzeichnis
Die Atmosphäre ist die Gasschicht, die die Erde umgibt; stellt ein sehr komplexes System dar, bei dem Temperatur, Druck und chemische Zusammensetzung mit der Höhe in sehr weiten Bereichen variieren.
Die Sonne bombardiert die Atmosphäre mit Strahlung und energiereichen Partikeln; Diese Tatsache hat sehr signifikante chemische Auswirkungen in allen Schichten der Atmosphäre, insbesondere aber in den oberen und äußeren Schichten.
Photodissoziations- und Photoionisationsreaktionen treten in den äußeren Bereichen der Atmosphäre auf. In der Region zwischen 30 und 90 km Höhe, gemessen von der Erdoberfläche, in der Stratosphäre, befindet sich eine Schicht, die hauptsächlich Ozon (O) enthält3), genannt Ozonschicht.
Ozon absorbiert die energiereiche ultraviolette Strahlung der Sonne, und ohne diese Schicht könnte keine bekannte Lebensform auf dem Planeten überleben..
1995 erhielten die Atmosphärenchemiker Mario J. Molina (Mexikaner), Frank S. Rowland (Amerikaner) und Paul Crutzen (Niederländer) den Nobelpreis für Chemie für ihre Forschungen zur Zerstörung und zum Abbau von Ozon in der Stratosphäre..
1970 zeigte Crutzen, dass Stickoxide Ozon durch katalytische chemische Reaktionen zerstören. Später zeigten Molina und Rowland 1974, dass das Chlor in Fluorchlorkohlenwasserstoffverbindungen (FCKW) auch die Ozonschicht zerstören kann.
Die unmittelbare atmosphärische Schicht zur Erdoberfläche zwischen 0 und 12 km Höhe, die als Troposphäre bezeichnet wird, besteht hauptsächlich aus Stickstoff (N.zwei) und Sauerstoff (O.zwei).
Aufgrund menschlicher Aktivitäten enthält die Troposphäre viele zusätzliche Chemikalien, die als Luftschadstoffe gelten, wie z.
Unter vielen anderen Substanzen, die die Gesundheit von Mensch, Pflanze und Tier beeinträchtigen.
Schwefeloxide (SOzwei Und so3) und solche von Stickstoff wie Lachgas (NOzwei) ein weiteres Umweltproblem verursachen, das als saurer Regen bezeichnet wird.
Diese Oxide, die in der Troposphäre hauptsächlich als Produkte der Verbrennung fossiler Brennstoffe bei industriellen Aktivitäten und beim Transport vorhanden sind, reagieren mit Regenwasser unter Bildung von Schwefelsäure und Salpetersäure mit der daraus resultierenden sauren Ausfällung..
Durch die Ausfällung dieses Regens, der starke Säuren enthält, werden verschiedene Umweltprobleme wie die Versauerung der Meere und des Süßwassers ausgelöst. Dies führt zum Tod von Wasserorganismen; die Versauerung von Böden, die zum Tod von Pflanzen und zur Zerstörung von Gebäuden, Brücken und Denkmälern durch ätzende chemische Einwirkung führt.
Andere atmosphärische Umweltprobleme sind photochemischer Smog, der hauptsächlich durch Stickoxide und troposphärisches Ozon verursacht wird.
Die globale Erwärmung wird durch hohe CO-Konzentrationen verursachtzwei atmosphärische und andere Treibhausgase (THGs), die einen Großteil der von der Erdoberfläche emittierten Infrarotstrahlung absorbieren und Wärme in der Troposphäre einfangen. Dies erzeugt den Klimawandel auf dem Planeten.
Die Hydrosphäre besteht aus allen Gewässern der Erde: Oberflächen- oder Feuchtgebiete - Ozeane, Seen, Flüsse, Quellen - und unterirdische Gewässer oder Grundwasserleiter..
Wasser ist die häufigste flüssige Substanz auf dem Planeten, es bedeckt 75% der Erdoberfläche und ist für das Leben absolut notwendig..
Alle Lebensformen hängen von Süßwasser ab (definiert als Wasser mit einem Salzgehalt von weniger als 0,01%). 97% des Wassers des Planeten ist Salzwasser.
Von den restlichen 3% Süßwasser sind 87% in:
Nur 0,4% des gesamten Süßwassers des Planeten stehen zum Verbrauch zur Verfügung. Die Verdunstung von Wasser aus den Ozeanen und Niederschläge liefern kontinuierlich diesen kleinen Prozentsatz..
Die Umweltchemie des Wassers untersucht die chemischen Prozesse im Wasserkreislauf oder im Wasserkreislauf und entwickelt auch Technologien zur Reinigung von Wasser für den menschlichen Gebrauch, zur Behandlung von industriellem und städtischem Abwasser, zur Entsalzung von Meerwasser, zum Recycling und zur Einsparung dieser Ressource. unter anderen.
Der Wasserkreislauf auf der Erde besteht aus drei Hauptprozessen: Verdunstung, Kondensation und Niederschlag, aus denen drei Kreisläufe abgeleitet werden:
Menschliche Aktivitäten haben Auswirkungen auf den Wasserkreislauf. Einige der Ursachen und Wirkungen anthropologischen Handelns sind folgende:
Es entsteht durch Zerstörung von Wäldern und Feldern mit Abholzung. Dies wirkt sich auf den Wasserkreislauf aus, indem die Evapotranspiration (Wasseraufnahme durch Pflanzen und Rückkehr in die Umwelt durch Transpiration und Verdunstung) beseitigt und der Abfluss erhöht wird..
Die Zunahme des Oberflächenabflusses führt zu einer Zunahme des Flusses von Flüssen und Überschwemmungen.
Die Urbanisierung verändert auch die Landoberfläche und beeinflusst den Wasserkreislauf, da der poröse Boden durch undurchlässigen Zement und Asphalt ersetzt wird, was eine Infiltration unmöglich macht..
Der Wasserkreislauf umfasst die gesamte Biosphäre, und folglich werden vom Menschen erzeugte Abfälle durch verschiedene Prozesse in diesen Kreislauf einbezogen..
Chemische Schadstoffe in der Luft werden in den Regen aufgenommen. Auf den Boden aufgebrachte Agrochemikalien leiden unter Sickerwasser und Infiltration von Grundwasserleitern oder laufen in Flüsse, Seen und Meere ab.
Auch die Abfälle von Fetten und Ölen sowie die Sickerwasser der Sanitärdeponien werden durch Infiltration ins Grundwasser geschleppt.
Diese Überziehungspraktiken führen zu einer Erschöpfung der Grundwasser- und Oberflächenwasserreserven, wirken sich auf die Ökosysteme aus und führen zu einer lokalen Absenkung des Bodens.
Böden sind einer der wichtigsten Faktoren für das Gleichgewicht der Biosphäre. Sie versorgen Pflanzen, die Produzenten in terrestrischen trophischen Ketten sind, mit Verankerung, Wasser und Nährstoffen.
Der Boden kann als komplexes und dynamisches Ökosystem aus drei Phasen definiert werden: einer festen Phase mit mineralischem und organischem Träger, einer wässrigen flüssigen Phase und einer gasförmigen Phase; gekennzeichnet durch eine bestimmte Fauna und Flora (Bakterien, Pilze, Viren, Pflanzen, Insekten, Nematoden, Protozoen).
Die Eigenschaften des Bodens werden ständig durch die Umweltbedingungen und die darin stattfindende biologische Aktivität verändert..
Bodendegradation ist ein Prozess, der die Produktionskapazität des Bodens verringert und eine tiefgreifende und negative Veränderung des Ökosystems bewirken kann..
Die Faktoren, die zu Bodendegradation führen, sind: Klima, Physiographie, Lithologie, Vegetation und menschliches Handeln.
Durch menschliches Handeln kann Folgendes auftreten:
Die Umweltchemie untersucht die verschiedenen chemischen Prozesse, die in den drei Umweltkompartimenten ablaufen: Atmosphäre, Hydrosphäre und Boden. Es ist interessant, einen zusätzlichen Ansatz für ein einfaches chemisches Modell zu überprüfen, mit dem versucht wird, die globalen Materietransfers in der Umwelt zu erklären..
Garrels und Lerman (1981) entwickelten ein vereinfachtes Modell der Biogeochemie der Erdoberfläche, das die Wechselwirkungen zwischen der Kompartimentatmosphäre, der Hydrosphäre, der Erdkruste und der eingeschlossenen Biosphäre untersucht..
Das Garrels and Lerman-Modell berücksichtigt sieben Hauptbestandteile des Planeten:
Die organische Substanz, aus der die Biosphäre besteht (sowohl lebende als auch tote), wird als CH dargestelltzweiOder das ist die ungefähre stöchiometrische Zusammensetzung lebender Gewebe.
Im Garrels- und Lerman-Modell werden geologische Veränderungen als Nettotransfers von Materie zwischen diesen acht Komponenten des Planeten durch chemische Reaktionen und ein Nettomassenerhaltungsgleichgewicht untersucht..
Zum Beispiel das Problem der Akkumulation von COzwei in der Atmosphäre wird in diesem Modell untersucht, wobei Folgendes gesagt wird: Wir verbrennen derzeit den in der Biosphäre gespeicherten organischen Kohlenstoff als Kohle, Öl und Erdgas, die in der Vergangenheit in der geologischen Zeit im Untergrund abgelagert wurden.
Infolge dieser intensiven Verbrennung fossiler Brennstoffe steigt die CO-Konzentrationzwei atmosphärisch nimmt zu.
Erhöhte CO-Konzentrationenzwei in der Erdatmosphäre ist darauf zurückzuführen, dass die Geschwindigkeit der Verbrennung fossilen Kohlenstoffs die Geschwindigkeit der Kohlenstoffabsorption durch die anderen Komponenten des biogeochemischen Systems der Erde (wie z. B. photosynthetische Organismen und die Hydrosphäre) übersteigt..
Auf diese Weise wird die Emission von COzwei Umgehung des Regulationssystems, das Veränderungen auf der Erde moduliert, in die Atmosphäre aufgrund menschlicher Aktivitäten.
Das von Garrels und Lerman entwickelte Modell berücksichtigt auch, dass die Größe der Biosphäre aufgrund des Gleichgewichts zwischen Photosynthese und Atmung zunimmt und abnimmt..
Während der Geschichte des Lebens auf der Erde nahm die Masse der Biosphäre schrittweise mit hohen Photosyntheseraten zu. Dies führte zu einer Nettospeicherung von organischem Kohlenstoff und einer Emission von Sauerstoff:
COzwei + H.zweiO → CHzweiO + O.zwei
Die Atmung als Stoffwechselaktivität von Mikroorganismen und höheren Tieren wandelt organischen Kohlenstoff wieder in Kohlendioxid (CO) umzwei) und Wasser (H.zweiO), das heißt, es kehrt die vorherige chemische Reaktion um.
Das Vorhandensein von Wasser, die Speicherung von organischem Kohlenstoff und die Produktion von molekularem Sauerstoff sind für die Existenz von Leben von grundlegender Bedeutung..
Die Umweltchemie bietet Lösungen zur Vorbeugung, Minderung und Beseitigung von Umweltschäden, die durch menschliche Aktivitäten verursacht werden. Unter einigen dieser Lösungen können wir erwähnen:
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