環境化学の研究および応用分野



の 環境化学 それは環境レベルで起こる化学過程を研究します。それは環境パフォーマンスと人間の活動によって生み出される影響の研究に化学原理を適用する科学です.

さらに、環境化学は既存の環境損傷に対する予防、緩和および修復技術を設計する.

環境化学は、次の3つの基本分野に細分することができます。

  1. 大気の環境化学.
  2. 水圏の環境化学.
  3. 環境土壌化学.

環境化学への包括的なアプローチはまた、これら3つの区画（大気、水圏、土壌）で起こる化学プロセスとそれらの生物圏との関係の間の相互関係の研究を必要とします.

索引

  • 1大気の環境化学
    • 1.1 - 成層圏
    • 1.2 - 対流圏
  • 2水圏の環境化学
    • 2.1 - 淡水
    • 2.2 - 水循環
    • 2.3 - 水循環に対する人類学的影響
  • 3環境土壌化学
    • 3.1土
    • 3.2土壌に対する人類学的影響
  • 4化学環境関係
    • 4.1 - モデルギャレルとラーマン
  • 5環境化学の応用
  • 6参考文献

大気の環境化学

大気は地球を取り囲むガスの層です。これは非常に複雑なシステムで、気温、気圧、化学組成が高度によって非常に広い範囲で変化します。.

太陽は、放射線と高エネルギー粒子で大気に衝突します。この事実は、大気のすべての層で非常に重要な化学的影響を及ぼしますが、特に最上層と最外層で.

-成層圏

光解離および光イオン化反応は大気の外側領域で起こる。地球の表面から測った高さ30〜90 kmの領域の成層圏には、オゾンを主成分とする層があります。3）、オゾン層と呼ばれる.

オゾン層

オゾンは太陽から来る高エネルギーの紫外線を吸収します、そして、この層の存在のためでなければ、惑星上の生命の知られていない方法は、存続できます.

1995年、大気化学者Mario J. Molina（メキシコ）、Frank S. Rowland（アメリカ）、Paul Crutzen（オランダ）が、成層圏のオゾン破壊と破壊に関する研究でノーベル化学賞を受賞しました。.

1970年に、Crutzenは窒素酸化物が触媒化学反応を通してオゾンを破壊することを示しました。その後1974年にMolinaとRowlandは、クロロフルオロカーボン化合物（CFC）の塩素もオゾン層を破壊することができることを示しました.

-対流圏

対流圏と呼ばれる0〜12 kmの高さの地球表面直上の大気層は、主に窒素（N）で構成されています。2）と酸素（O）2）.

有毒ガス

人間の活動の結果として、対流圏には大気汚染物質と考えられる以下のような多くの追加の化学物質が含まれています。

  • 二酸化炭素および一酸化炭素（CO2 とCO）.
  • メタン（CH4）.
  • 窒素酸化物（NO）.
  • 二酸化硫黄（SO）2）.
  • オゾンO3 （対流圏の汚染物質と見なされます）
  • 揮発性有機化合物（VOC）、粉末または固体粒子.

他の多くの物質の中でも、人間や植物や動物の健康に影響を与えるもの.

酸性雨

硫黄酸化​​物（SO2 とSO3）、亜酸化窒素（NO）などの窒素化合物2）酸性雨と呼ばれる別の環境問題を引き起こす.

対流圏に主に産業活動や輸送における化石燃料の燃焼の生成物として存在するこれらの酸化物は、雨水と反応して硫酸と硝酸を生成し、その結果として酸が沈殿する。.

強酸を含むこの雨を降らせることで、海や淡水の酸性化など、いくつかの環境問題を引き起こします。これは水生生物の死を引き起こします。作物の死や建物、橋、記念碑の化学的腐食作用による破壊を引き起こす土壌の酸性化.

他の大気環境問題は、主に窒素酸化物と対流圏オゾンによって引き起こされる光化学スモッグです。

地球温暖化

地球温暖化は高濃度のCOによって発生します2 地球の表面から放出された赤外線の大部分を吸収し、対流圏に熱を閉じ込める大気およびその他の温室効果ガス（GHG）。これは地球上で気候変動を生み出す.

水圏の環境化学

水域は、地表の水域、すなわち海、湖、川、泉、地下水や帯水層など、地球上のすべての水域によって順応されています。.

-淡水

水は地球上で最も一般的な液体物質であり、地球の表面の75％を覆い、生命にとって絶対に不可欠です。.

すべての生命体は淡水（塩分が0.01％未満の水と定義されています）に依存しています。地球の水の97％は海水です.

淡水の残りの3％のうち87％は、

  • 地球の極（地球温暖化のために溶けて海に注いでいる）.
  • 氷河（また消滅の過程にある）.
  • 地下水.
  • 大気中に存在する蒸気の形の水.

地球上の淡水全体のわずか0.4％しか消費できません。海からの水の蒸発と雨の降雨量は、この小さな割合を継続的に提供します.

水の環境化学は、水循環や水循環で起こる化学プロセスを研究し、人間が消費するための水の浄化、工業および都市廃水の処理、海水の淡水化、リサイクルのための技術も開発しています。特にこのリソースを保存する.

-水循環

地球上の水循環は、蒸発、凝縮、降水の3つの主要な過程から成り立っています。そこから、3つの回路が導き出されます。

  1. 表面流出
  2. 植物の蒸発散
  3. 水が地下水位（地下水）を通過する浸透は、帯水層チャネルを通って循環し、泉、泉または井戸を通って出ます。.

-水循環に対する人類学的影響

人間の活動は水循環に影響を与えます。人類学的行為の原因と影響のいくつかは次のとおりです。

地表の修正

それは森林破壊による森林や畑の破壊によって発生します。これは蒸発散（植物を通して水を取り、蒸散と蒸発を通して環境に戻る）を排除し、流出を増加させることによって水循環に影響を与えます。.

表面流出量の増加は河川流量と洪水を増加させる.

多孔質の土壌はセメントや不浸透性のアスファルトに置き換えられ、浸透が不可能になるため、都市化も地表面を変化させ、水循環に影響を与えます。.

水循環汚染

水循環は生物圏全体を含み、その結果、人間によって生成された廃棄物は、さまざまなプロセスによってこの循環に取り込まれます。.

空気中の化学汚染物質は雨に取り込まれます。農薬が土壌に付着したり、浸出水や帯水層への浸透、あるいは河川、湖沼、海への流出を経験している.

油脂の廃棄物や埋め立て地の浸出液も地下水への浸透によって引きずられます.

水資源における当座貸越を伴う給水の抽出

当座貸越を伴うこれらの慣行は、地下水の枯渇と地表水の貯留を引き起こし、生態系に影響を及ぼし、そして局所的な地盤沈下を引き起こす。.

環境土壌化学

土壌は生物圏のバランスにおいて最も重要な要素の一つです。それらは陸上栄養連鎖の生産者である植物に固定、水および栄養素を提供する.

床

土壌は、3つの相からなる複雑で動的な生態系として定義することができます。ミネラルと有機担体の固相、水性液相と気相。特定の動植物（バクテリア、真菌、ウイルス、植物、昆虫、線虫、原生動物）を有することを特徴とする.

土壌の特性は、環境条件とその中で発達する生物学的活性のために絶えず変化しています。.

地上への人類学的影響

土壌劣化は、土壌の生産力を低下させるプロセスであり、生態系に深刻で悪影響を及ぼす可能性があります。.

土壌劣化を引き起こす要因は次のとおりです。気候、地形、岩石学、植生および人間の行動.

人間の行動によって起こります：

  • 土壌の物理的劣化（例えば、不適切な耕作や家畜慣行による圧密）.
  • 土壌の化学的分解（酸性化、アルカリ化、塩分化、農薬による汚染、産業および都市活動からの流出物、油流出など）.
  • 生物学的土壌劣化（有機物含有量の減少、植生被覆の劣化、窒素固定微生物の喪失など）.

化学 - 環境関係

環境化学では、大気、水圏、土壌という3つの環境コンパートメントで発生するさまざまな化学プロセスについて研究しています。環境中で発生する物質の地球規模での移動を説明しようとする単純な化学モデルにさらに焦点を当てることを検討することは興味深いです。.

-モデルギャレルズとラーマン

Garrels and Lerman（1981）は、地球表面の生物地球化学の単純化されたモデルを開発しました。それは大気、水圏、地殻と含まれる生物圏コンパートメントの間の相互作用を研究します。.

GarrelsとLermanのモデルは、惑星の7つの主要構成鉱物を考慮しています。

  1. しっくい（CaSO4）
  2. 黄鉄鉱（FeS2）
  3. 炭酸カルシウム（CaCO3）
  4. 炭酸マグネシウム（MgCO3）
  5. ケイ酸マグネシウム（MgSiO）3）
  6. 酸化鉄（Fe2○3）
  7. 二酸化ケイ素（SiO）2）

生物圏を構成する有機物（生きているものと死んでいるもの）は、CHとして表されます。2または、これは生体組織の化学量論組成に近い.

Garrels and Lermanモデルでは、地質学的変化は、化学反応と正味の質量保存バランスを通して、地球のこれら8つの要素間の物質の正味移動として研究されます。.

COの蓄積2 大気中

例えば、COの蓄積の問題2 このモデルでは大気中の熱量が研究されています。現在のところ、過去の地質時代に下層土に堆積した石炭、石油、天然ガスとして生物圏に貯蔵されている有機炭素が燃焼しています。.

化石燃料のこの集中的な燃焼の結果として、COの濃度2 大気が増加している.

CO濃度の増加2 地球大気中では、化石炭素燃焼速度が地球の他の生物地球化学システムの構成要素（例えば、光合成生物や水圏など）による炭素吸収速度を超えるためです。.

このようにして、COの排出2 人間の活動による大気への影響で、地球上の変化を調整する規制システムを上回る.

生物圏の大きさ

GarrelsとLermanによって開発されたモデルは、光合成と呼吸のバランスの結果として生物圏のサイズが増減するとも考えています。.

地球上の生命の歴史の間に、生物圏の質量は、高い割合の光合成で段階的に増加しました。これにより、有機炭素と酸素の排出量が正味で蓄えられました。

CO2    +   H2O→CH2O + O2

微生物や高等動物の代謝活性として呼吸すると、有機炭素が二酸化炭素に戻ります。2）と水（H2O）、つまり、前の化学反応を逆転させる.

水の存在、有機炭素の貯蔵、および分子状酸素の生成は、生命の存在にとって基本です。.

環境化学の応用

環境化学は、人間の活動によって引き起こされる環境被害の予防、緩和、および修復のためのソリューションを提供します。これらの解決策のいくつかの中で私たちは言及することができます：

  • MOFと呼ばれる新しい材料の設計（英語の頭字語のために： 有機金属フレームワーク）これらは非常に多孔質で、以下の能力があります。2, Hになる2砂漠地帯や店舗Hからの空気の蒸気2 小さな容器に.
  • 廃棄物の原料への変換例えば、人工芝や靴底の製造における摩耗したタイヤの使用です。バイオガスまたはバイオエタノールの生成における作物剪定廃棄物の使用.
  • 代替フロンの化学合成.
  • クリーンな発電のための水素電池などの代替エネルギーの開発.
  • 不活性フィルターと反応性フィルターによる大気汚染の管理.
  • 逆浸透による海水の淡水化.
  • 水に懸濁したコロイド状物質の凝集用新材料の開発（精製工程）.
  • 湖の富栄養化の逆転.
  • 「グリーンケミストリー」、毒性の低い化合物を毒性の低い化合物で置き換えることを提案する傾向、および「環境にやさしい」化学的手法の開発。例えば、それは、産業界において、とりわけ洗濯物のドライクリーニングにおいて、より毒性の低い溶媒および原材料の使用に適用される。.

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