Aplinkos chemija – kas tai? Apibrėžimas, procesai ir poveikis
Sužinokite, kas yra aplinkos chemija: procesai, cheminės medžiagos ore, vandenyje ir dirvožemyje, jų likimas, poveikis ekosistemoms ir žmogaus įtaka gamtai.
Aplinkos chemija - tai cheminių ir biocheminių reiškinių, vykstančių gamtoje, mokslinis tyrimas. Aplinkos chemija gali būti apibrėžiama kaip cheminių medžiagų šaltinių, reakcijų, pernašos, poveikio ir likimo ore, dirvožemyje ir vandenyje bei žmogaus veiklos poveikio šiai aplinkai tyrimas. Aplinkos chemija yra tarpdisciplininis mokslas, apimantis atmosferos, vandens ir dirvožemio chemiją bei analitinę chemiją. Ji susijusi su aplinkosaugos ir kitomis mokslo sritimis. Ji skiriasi nuo žaliosios chemijos, kuria stengiamasi sumažinti galimą taršą prie jos šaltinio.
Aplinkos chemija prasideda nuo supratimo, kaip veikia neužteršta aplinka. Ji nustato natūraliai esančias chemines medžiagas ir jų pokyčius metų laikų, klimato bei geografinių sąlygų kontekste. Atliekami fono (angl. background) koncentracijų nustatymai, stebimos natūralios biogeocheminės ciklų (pvz., anglies, azoto, sieros ir fosforo) tėkmės ir sąveikos. Aplinkos chemikai matuoja cheminių medžiagų koncentracijas, jų speciacijas (kokiomis formomis cheminė medžiaga egzistuoja), laiko pokyčius ir biologinį poveikį, o vėliau tiksliai ištiria, kokį poveikį aplinkai daro žmonės, išskirdami chemines medžiagas (pramonės išmetimai, žemės ūkis, gyventojų veikla, aviacijos ir transporto tarša ir kt.).
Tyrinėdami, kas vyksta su chemine medžiaga aplinkoje, aplinkos chemikai remiasi įvairiomis chemijos ir įvairių aplinkos mokslų sąvokomis. Svarbios bendrosios chemijos sąvokos apima cheminių reakcijų ir lygčių, tirpalų, vienetų, mėginių ėmimo ir analizės metodų supratimą. Be to, reikšminga chemikų darbo dalis yra cheminių medžiagų speciacijos, pasiskirstymo tarp fazių (pavyzdžiui, dalijimasis tarp vandens ir organinių medžiagų arba tarp vandens ir oro), koeficientai, tokie kaip dalijimosi koeficientas (Kow), adsorbcijos koeficientai (Kd), Henrio dėsnis (garavimo / tirpumo ryšys), pH ir redoks potencialo įtaka reakcijoms. Chemikai tiria biologinio aktyvumo junginius, pavyzdžiui, feromonus, taip pat naujus ir išliekančius teršalus (pavyzdžiui, farmacinės medžiagos, pesticidai, perfluorinės medžiagos, mikroplastikas).
Pagrindiniai procesai aplinkos chemijoje
- Transportas: advekcija, difuzija, suspendavimas, garavimas, nuotėkis ir atmosferinė depozicija, lemiantys, kaip ir kur cheminės medžiagos juda.
- Transformacija: cheminės (hidrolizė, oksidacija, redukcija), fotocheminės (saulės spinduliuotės sukelti pokyčiai) ir biologinės (mikroorganizmų skaidymas) reakcijos, keičiančios junginių struktūrą ir toksiškumą.
- Sankaupos ir pasiskirstymas: adsorbcija į dirvožemio daleles, sedimentus, akumuliacija gyvuose organizmuose (bioakumuliacija) ir koncentracijos didėjimas maisto grandinėse (biomagnifikacija).
- Išlikimas ir skilimas: kai kurie junginiai yra trumpalaikiai (greitai suyra), kiti – labai atsparūs ir ilgai išlieka aplinkoje, dėl ko gali ilgai paveikti ekosistemas ir žmonių sveikatą.
Tyrimo metodai ir įrankiai
- Mėginių ėmimas ir paruošimas: reprezentatyvių mėginių ėmimo strategijos, išvengiant kryžminės taršos ir užtikrinant kokybės kontrolę.
- Analitinė technika: chromatografija (GC, LC), masių spektrometrija (MS), spektroskopija (UV‑Vis, ICP‑MS, AAS), taip pat sensoriniai prietaisai ir imunosurinkimo testai.
- Laboratoriniai ir lauko bandymai: biologinio poveikio tyrimai (toxikologija), skiedinių ir reakcijų kinetikos nustatymas, mikrobiologinės analizės.
- Modeliavimas: junginių pasklidimo ir likimo modeliai (atmosferos chemijos modeliai, vandens ir gruntinio vandens sklidimo modeliai), rizikos vertinimo modeliai ir prognozės klimato kaitos poveikiui.
- Nuolatinis monitoravimas: stebėjimo tinklai, realaus laiko jutikliai, toksiškumo bioindikatoriai ir nuotolinis stebėjimas (satelitai, oro kokybės stotys).
Poveikis, rizika ir valdymas
Aplinkos chemija padeda nustatyti, kaip cheminės medžiagos veikia žmonių sveikatą ir ekosistemas — nuo tiesioginių toksiškų efektų iki ilgalaikio poveikio per maisto grandines. Tyrimai apima rizikos vertinimą (ekspozicijos identifikavimas, dozė‑poveikio analizė), normų ir leidimų nustatymą bei stebėsenos programas.
Kontrolės ir mažinimo priemonės gali būti taikomos keliais lygmenimis:
- Prevencija prie šaltinio: emisijų mažinimas, žaliavos pakeitimai, žalioji chemija ir pramonės procesų optimizavimas.
- Valymo technologijos: nuotekų valymas, oro teršalų filtravimas, dirvožemio ir vandens remediacija (bioremediacija, fitoremediacija, adsorbentai, pažangios oksidacijos technologijos ir kt.).
- Reguliavimas ir stebėjimas: tarptautiniai susitarimai, nacionalinės teisės, leidimų sistemos ir nuolatinė aplinkos būklės stebėsena.
Be to, aplinkos chemija aktyviai tiriami nauji ir „emerguojantys“ teršalai — farmacijos preparatai, hormonų veikliosios medžiagos, nanomedžiagos, PFAS ir mikroplastikas — ir kaip jie veikia kartu su klimato kaitos procesais (pvz., didesnė temperatūra gali pagreitinti reaktyvumą arba pakeisti pernašos kelius).
Aplinkos chemikai dirba akademinėse institucijose, vyriausybės agentūrose, pramonėje ir konsultacijų sektoriuje, rengia ekologinius modelius, planuoja stebėjimo tinklus, atlieka analizę ir rengia rekomendacijas politikams bei visuomenei. Šis mokslas yra svarbus priimant pagrįstus sprendimus dėl aplinkos apsaugos, sveikatos ir tvarios plėtros.
Užterštumas
Teršalas - tai medžiaga, kurios gamtoje yra daugiau nei įprastai arba kurios ten nebūtų. Tai gali būti dėl žmogaus veiklos. Terminas "teršalas" dažnai vartojamas pakaitomis su terminu "teršalas", t. y. medžiaga, kuri kenkia supančiai aplinkai. Nors teršalas kartais apibrėžiamas kaip medžiaga, esanti aplinkoje dėl žmogaus veiklos, bet neturinti žalingo poveikio, kartais pasitaiko, kad toksinis ar žalingas taršos poveikis išryškėja tik vėliau.Terpė (pvz., dirvožemis) arba organizmas (pvz., žuvis), kurį veikia teršalas ar užterštumas, vadinamas receptoriumi. Receptorius - tai cheminė terpė arba rūšis, kuri sulaiko ir sąveikauja su teršalu.
Aplinkos rodikliai
Cheminiai vandens kokybės rodikliai: ištirpęs deguonis (DO), cheminis deguonies suvartojimas (ChDS), biocheminis deguonies suvartojimas (BDS), bendras ištirpusių kietųjų dalelių kiekis (TDS), pH, maistinės medžiagos nitratai ir fosforas, sunkieji metalai (įskaitant varį, cinką, kadmį, šviną ir gyvsidabrį) ir pesticidai.
Programos
Aplinkos chemiją naudoja Aplinkos agentūra (Anglijoje ir Velse), Aplinkos apsaugos agentūra (Jungtinėse Amerikos Valstijose), Visuomenės analitikų asociacija ir kitos aplinkosaugos agentūros bei mokslinių tyrimų įstaigos visame pasaulyje, siekdamos aptikti ir nustatyti teršalų pobūdį ir šaltinį. Tai gali būti:
- Žemės užterštumas sunkiaisiais metalais dėl pramonės. Tuomet jie gali patekti į vandens telkinius ir patekti į gyvųjų organizmų organizmus.
- Iš žemės ūkio paskirties žemės į vandens telkinius išplaunamos maistinės medžiagos, kurios gali sukelti dumblių žydėjimą ir eutrofikaciją.
- Miestų teršalų nuotėkis nuo nelaidžių paviršių (kelių, automobilių stovėjimo aikštelių ir stogų) lietaus audrų metu. Įprasti teršalai yra benzinas, variklių alyva ir kiti angliavandenilių junginiai, metalai, maistinės medžiagos ir nuosėdos (dirvožemis).
- Organiniai metalo junginiai.
Metodai
Kiekybinė cheminė analizė yra labai svarbi aplinkos chemijos dalis, nes ja remiantis gaunami duomenys, kuriais grindžiama dauguma aplinkos tyrimų.Aplinkos chemijoje kiekybiniams nustatymams dažniausiai naudojami klasikiniai šlapiosios chemijos metodai, pavyzdžiui, gravimetriniai, titrimetriniai ir elektrocheminiai metodai. Sudėtingesni metodai taikomi nustatant mikroelementus ir organinius junginius. Metalai dažniausiai nustatomi atominės spektroskopijos ir masių spektrometrijos metodais: Atomo absorbcijos spektrofotometrija (AAS) ir induktyviai surištos plazmos atominės emisijos (ICP-AES) arba induktyviai surištos plazmos masės spektrometrijos (ICP-MS) metodais. Organiniai junginiai paprastai matuojami ir masių spektrometriniais metodais, pavyzdžiui, dujų chromatografijos-masių spektrometrijos (GC-MS) ir skysčių chromatografijos-masių spektrometrijos (LC/MS) metodais. Metodai, kuriems netaikoma MS, naudojant GC ir LC, turinčius universalius arba specifinius detektorius, vis dar yra pagrindiniai turimų analizės priemonių arsenale.
Kiti aplinkos chemijoje dažnai matuojami parametrai yra radiocheminės medžiagos. Tai teršalai, skleidžiantys radioaktyviąsias medžiagas, pavyzdžiui, alfa ir beta daleles, keliančias pavojų žmonių sveikatai ir aplinkai. Šiems matavimams dažniausiai naudojami dalelių skaitikliai ir scintiliaciniai skaitikliai. Biologiniai tyrimai ir imunoanalizės naudojami cheminių medžiagų toksiškumui įvairiems organizmams įvertinti.
Paskelbti analizės metodai
Vyriausybinės agentūros ir privačios mokslinių tyrimų organizacijos paskelbė tarpusavyje patikrintus bandymų metodus. Atliekant bandymus, kuriais siekiama įrodyti atitiktį teisės aktų reikalavimams, būtina taikyti patvirtintus paskelbtus metodus.
Susiję puslapiai
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra aplinkos chemija?
A: Aplinkos chemija - tai cheminių ir biocheminių reiškinių, vykstančių gamtoje, mokslinis tyrimas. Ji apima supratimą apie cheminių rūšių šaltinius, reakcijas, pernešimą, poveikį ir likimą ore, dirvožemyje ir vandenyje, taip pat apie tai, kaip žmogaus veikla daro įtaką šiai aplinkai.
K: Kuo aplinkos chemija skiriasi nuo žaliosios chemijos?
A: Aplinkos chemija prasideda nuo supratimo, kaip veikia neužteršta aplinka. Ji nustato natūraliai esančias chemines medžiagas ir tiria jų koncentraciją bei poveikį. Žalioji chemija stengiasi sumažinti galimą taršą prie jos šaltinio prieš jai patenkant į aplinką.
Klausimas: Kokias chemijos sąvokas svarbu suprasti aplinkos chemikams?
A: Svarbios bendrosios chemijos sąvokos: cheminės reakcijos ir lygtys, tirpalai, matavimo vienetai, mėginių ėmimas ir analizės metodai.
K: Kokius junginius tiria aplinkos chemikai?
A: Aplinkos chemikai tiria biologiškai aktyvius junginius, pavyzdžiui, feromonus.
K: Kokias sritis apima aplinkos mokslas?
A: Aplinkos mokslas apima atmosferos, vandens ir dirvožemio chemiją, taip pat analitinę chemiją.
Ieškoti