De omgevingschemie bestudeert de chemische processen die plaatsvinden op milieuniveau. Het is een wetenschap die chemische principes toepast op de studie van milieuprestaties en de effecten die door menselijke activiteiten worden gegenereerd..
Bovendien ontwerpt milieuchemie preventie-, mitigatie- en saneringstechnieken voor bestaande milieuschade..
Milieuchemie kan worden onderverdeeld in drie basisdisciplines die zijn:
Een integrale benadering van milieuchemie vereist bovendien de studie van de onderlinge verbanden tussen de chemische processen die plaatsvinden in deze drie compartimenten (atmosfeer, hydrosfeer, bodem) en hun relaties met de biosfeer..
Artikel index
De atmosfeer is de laag gassen die de aarde omgeeft; vormt een zeer complex systeem, waarbij temperatuur, druk en chemische samenstelling in zeer grote mate variëren met de hoogte.
De zon bombardeert de atmosfeer met straling en hoogenergetische deeltjes; dit feit heeft zeer significante chemische effecten in alle lagen van de atmosfeer, maar vooral in de bovenste en buitenste lagen.
Fotodissociatie- en foto-ionisatiereacties vinden plaats in de buitenste regionen van de atmosfeer. In het gebied tussen 30 en 90 km hoogte gemeten vanaf het aardoppervlak, in de stratosfeer, bevindt zich een laag die voornamelijk ozon bevat (O3), de zogenaamde ozonlaag.
Ozon absorbeert de hoogenergetische ultraviolette straling die van de zon komt en als deze laag er niet was, zou geen enkele bekende vorm van leven op de planeet kunnen overleven..
In 1995 wonnen atmosferische chemici Mario J. Molina (Mexicaan), Frank S. Rowland (Amerikaans) en Paul Crutzen (Nederlander) de Nobelprijs voor de Scheikunde voor hun onderzoek naar de vernietiging en uitputting van ozon in de stratosfeer..
In 1970 toonde Crutzen aan dat stikstofoxiden ozon vernietigen door middel van katalytische chemische reacties. Later toonden Molina en Rowland in 1974 aan dat het chloor in chloorfluorkoolstofverbindingen (CFK's) ook in staat is om de ozonlaag te vernietigen..
De directe atmosferische laag op het aardoppervlak, tussen 0 en 12 km hoog, de troposfeer genaamd, bestaat voornamelijk uit stikstof (Ntwee) en zuurstof (Otwee.
Als gevolg van menselijke activiteiten bevat de troposfeer veel extra chemicaliën die als luchtverontreinigende stoffen worden beschouwd, zoals:
Naast vele andere stoffen die de gezondheid van mens, plant en dier aantasten.
Zwaveloxiden (SOtwee En dus3) en die van stikstof zoals lachgas (NOtwee), een ander milieuprobleem veroorzaken dat zure regen wordt genoemd.
Deze oxiden, die voornamelijk in de troposfeer aanwezig zijn als producten van de verbranding van fossiele brandstoffen bij industriële activiteiten en transport, reageren met regenwater en produceren zwavelzuur en salpeterzuur, met de daaruit voortvloeiende zuurneerslag..
Door deze regen met sterke zuren neer te slaan, veroorzaakt het verschillende milieuproblemen zoals verzuring van de zeeën en zoet water. Dit veroorzaakt de dood van in het water levende organismen; de verzuring van bodems die de dood van gewassen veroorzaken en de vernietiging door corrosieve chemische werking van gebouwen, bruggen en monumenten.
Andere atmosferische milieuproblemen zijn fotochemische smog, voornamelijk veroorzaakt door stikstofoxiden en troposferisch ozon.
De opwarming van de aarde wordt veroorzaakt door hoge concentraties COtwee atmosferische en andere broeikasgassen (BKG's), die veel van de infrarode straling absorberen die door het aardoppervlak wordt uitgezonden en warmte vasthouden in de troposfeer. Dit genereert klimaatverandering op de planeet.
De hydrosfeer bestaat uit alle watermassa's op aarde: oppervlakte of wetlands - oceanen, meren, rivieren, bronnen - en ondergrondse of watervoerende lagen..
Water is de meest voorkomende vloeibare substantie op aarde, het bedekt 75% van het aardoppervlak en is absoluut essentieel voor het leven..
Alle levensvormen zijn afhankelijk van zoet water (gedefinieerd als water met een zoutgehalte van minder dan 0,01%). 97% van het water op aarde is zout water.
Van de overige 3% zoet water zit 87% in:
Slechts 0,4% van het totale zoete water op aarde is beschikbaar voor consumptie. De verdamping van water uit de oceanen en regenval zorgen continu voor dit kleine percentage..
De milieuchemie van water bestudeert de chemische processen die plaatsvinden in de watercyclus of hydrologische cyclus en ontwikkelt ook technologieën voor de zuivering van water voor menselijke consumptie, de behandeling van industrieel en stedelijk afvalwater, de ontzilting van zeewater, recycling en besparing van deze hulpbron, onder andere.
De waterkringloop op aarde bestaat uit drie hoofdprocessen: verdamping, condensatie en neerslag, waaruit drie circuits zijn afgeleid:
Menselijke activiteit heeft gevolgen voor de waterkringloop; enkele van de oorzaken en gevolgen van antropologische actie zijn de volgende:
Het wordt gegenereerd door vernietiging van bossen en velden met ontbossing. Dit beïnvloedt de waterkringloop door het elimineren van verdamping (wateropname door planten en terugkeer naar het milieu door transpiratie en verdamping) en door het verhogen van de afvoer..
De toename van de oppervlakte-afvoer zorgt voor een toename van de stroming van rivieren en overstromingen.
Verstedelijking wijzigt ook het landoppervlak en beïnvloedt de waterkringloop, aangezien de poreuze grond wordt vervangen door ondoordringbaar cement en asfalt, waardoor infiltratie onmogelijk wordt..
De watercyclus omvat de hele biosfeer en bijgevolg wordt door de mens geproduceerd afval via verschillende processen in deze cyclus opgenomen..
Chemische verontreinigende stoffen in de lucht worden in de regen opgenomen. Agrochemicaliën die op de bodem worden aangebracht, lijden onder percolaat en infiltratie in watervoerende lagen of lopen weg in rivieren, meren en zeeën.
Ook het afval van vetten en oliën en het percolaat van de sanitaire stortplaatsen worden door infiltratie naar het grondwater gesleept.
Deze roodstandpraktijken leiden tot uitputting van grond- en oppervlaktewaterreserves, tasten ecosystemen aan en veroorzaken lokale bodemdaling.
Bodems zijn een van de belangrijkste factoren in de balans van de biosfeer. Ze bieden verankering, water en voedingsstoffen aan planten, die producenten zijn in terrestrische trofische ketens.
De bodem kan worden gedefinieerd als een complex en dynamisch ecosysteem van drie fasen: een vaste fase met minerale en organische drager, een waterige vloeibare fase en een gasvormige fase; gekenmerkt door een bepaalde fauna en flora (bacteriën, schimmels, virussen, planten, insecten, nematoden, protozoa).
De eigenschappen van de bodem worden voortdurend gewijzigd door omgevingsfactoren en door de biologische activiteit die daarin plaatsvindt..
Bodemdegradatie is een proces dat de productiecapaciteit van de bodem vermindert, wat in staat is om een diepgaande en negatieve verandering in het ecosysteem teweeg te brengen..
De factoren die bodemdegradatie veroorzaken zijn: klimaat, fysiografie, lithologie, vegetatie en menselijk handelen.
Door menselijk handelen kan gebeuren:
Milieuchemie bestudeert de verschillende chemische processen die plaatsvinden in de drie milieucompartimenten: atmosfeer, hydrosfeer en bodem. Het is interessant om een aanvullende benadering van een eenvoudig chemisch model te bespreken, dat probeert de globale overdrachten van materie die in het milieu plaatsvinden te verklaren..
Garrels en Lerman (1981) ontwikkelden een vereenvoudigd model van de biogeochemie van het aardoppervlak, dat de interacties bestudeert tussen de compartimenten atmosfeer, hydrosfeer, aardkorst en de opgenomen biosfeer..
Het Garrels and Lerman-model houdt rekening met zeven belangrijke samenstellende mineralen van de planeet:
De organische stof die de biosfeer vormt (zowel levend als dood), wordt weergegeven als CHtweeOf, dat is de geschatte stoichiometrische samenstelling van levende weefsels.
In het Garrels en Lerman-model worden geologische veranderingen bestudeerd als netto-overdracht van materie tussen deze acht componenten van de planeet, door middel van chemische reacties en een netto-balans voor behoud van massa..
Bijvoorbeeld het probleem van de ophoping van COtwee in de atmosfeer wordt in dit model bestudeerd en zegt dat: we momenteel de organische koolstof die in de biosfeer is opgeslagen verbranden als steenkool, olie en aardgas die in geologische tijden in de ondergrond zijn afgezet.
Als gevolg van deze intensieve verbranding van fossiele brandstoffen, wordt de concentratie van COtwee atmosferisch neemt toe.
Verhoogde CO-concentratiestwee in de atmosfeer van de aarde is te wijten aan het feit dat de snelheid van verbranding van fossiele koolstof groter is dan de snelheid van koolstofabsorptie door de andere componenten van het biogeochemische systeem van de aarde (zoals fotosynthetische organismen en de hydrosfeer, bijvoorbeeld).
Op deze manier komt de uitstoot van COtwee naar de atmosfeer als gevolg van menselijke activiteiten, omzeilt het reguleringssysteem dat veranderingen op aarde moduleert.
Het door Garrels en Lerman ontwikkelde model gaat er ook van uit dat de omvang van de biosfeer toeneemt en afneemt als gevolg van het evenwicht tussen fotosynthese en ademhaling..
Tijdens de geschiedenis van het leven op aarde nam de massa van de biosfeer in fasen toe met hoge fotosynthesesnelheden. Dit resulteerde in een netto opslag van organische koolstof en uitstoot van zuurstof:
COtwee + H.tweeO → CHtweeO + Otwee
Ademhaling als metabolische activiteit van micro-organismen en hogere dieren, zet organische koolstof weer om in kooldioxide (COtwee) en water (H.tweeO), dat wil zeggen, het keert de vorige chemische reactie om.
De aanwezigheid van water, de opslag van organische koolstof en de productie van moleculaire zuurstof zijn fundamenteel voor het bestaan van leven..
Milieuchemie biedt oplossingen voor het voorkomen, verminderen en herstellen van milieuschade veroorzaakt door menselijke activiteit. Onder enkele van deze oplossingen kunnen we noemen:
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.