Bidang studi dan aplikasi kimia lingkungan

itu kimia lingkungan Ini mempelajari proses kimia yang terjadi di tingkat lingkungan. Ini adalah ilmu yang menerapkan prinsip-prinsip kimia untuk mempelajari kinerja lingkungan dan dampak yang ditimbulkan oleh aktivitas manusia.

Selain itu, kimia lingkungan merancang teknik pencegahan, mitigasi, dan remediasi untuk kerusakan lingkungan yang ada.

Kimia lingkungan dapat dibagi lagi menjadi tiga disiplin ilmu dasar yaitu:

1. Kimia lingkungan dari atmosfer.
2. Kimia lingkungan hidrosfer.
3. Kimia tanah lingkungan.

Pendekatan komprehensif untuk kimia lingkungan juga membutuhkan studi tentang keterkaitan antara proses kimia yang terjadi di tiga kompartemen ini (atmosfer, hidrosfer, tanah) dan hubungannya dengan biosfer.

Indeks

• 1 Kimia lingkungan di atmosfer
  • 1.1 -Stratosfer
  • 1.2 -Troposfer
• 2 Kimia lingkungan hidrosfer
  • 2.1 - Air tawar
  • 2.2 -Siklus air
  • 2.3 - Dampak antropologis pada siklus air
• 3 Kimia tanah lingkungan
  • 3.1 Tanah
  • 3.2 Dampak antropologis pada tanah
• 4 Hubungan kimia-lingkungan
  • 4.1 -Model Garrels dan Lerman
• 5 Aplikasi kimia lingkungan
• 6 Referensi

Kimia lingkungan dari atmosfer

Atmosfer adalah lapisan gas yang mengelilingi bumi; itu adalah sistem yang sangat kompleks, di mana suhu, tekanan dan komposisi kimia bervariasi dengan ketinggian dalam rentang yang sangat luas.

Matahari membombardir atmosfer dengan radiasi dan partikel berenergi tinggi; fakta ini memiliki efek kimia yang sangat signifikan di semua lapisan atmosfer, tetapi khususnya, di lapisan tertinggi dan terluar.

-Stratosfer

Reaksi photodissociation dan photoionization terjadi di daerah luar atmosfer. Di wilayah yang tingginya antara 30 dan 90 km diukur dari permukaan bumi, di stratosfer, lapisan yang mengandung sebagian besar ozon berada (OR₃), disebut lapisan ozon.

Lapisan ozon

Ozon menyerap radiasi ultraviolet berenergi tinggi yang berasal dari matahari dan jika bukan karena keberadaan lapisan ini, tidak ada cara hidup yang dikenal di planet ini, yang dapat bertahan hidup..

Pada tahun 1995, ahli kimia atmosfer Mario J. Molina (Meksiko), Frank S. Rowland (Amerika) dan Paul Crutzen (Belanda), memenangkan Hadiah Nobel Kimia untuk penelitian mereka tentang penghancuran dan penipisan ozon di stratosfer.

Pada tahun 1970 Crutzen menunjukkan bahwa nitrogen oksida menghancurkan ozon melalui reaksi kimia katalitik. Selanjutnya Molina dan Rowland pada tahun 1974, menunjukkan bahwa klorin dari senyawa klorofluorokarbon (CFC), juga mampu menghancurkan lapisan ozon..

-Troposfer

Lapisan atmosfer tepat di atas permukaan bumi, antara tinggi 0 dan 12 km, disebut troposfer, sebagian besar terdiri dari nitrogen (N₂) dan oksigen (O₂).

Gas beracun

Sebagai hasil dari aktivitas manusia, troposfer mengandung banyak bahan kimia tambahan yang dianggap sebagai polutan udara, seperti:

• Dioksida dan karbon monoksida (CO₂ dan CO).
• Metana (CH₄).
• Nitrogen oksida (NO).
• Sulfur dioksida (SO)₂).
• Ozon O₃ (dianggap kontaminan di troposfer)
• Senyawa organik yang mudah menguap (VOC), serbuk atau partikel padat.

Di antara banyak zat lain, yang mempengaruhi kesehatan manusia dan tumbuhan dan hewan.

Hujan asam

Sulfur oksida (SO₂ dan SO₃) dan nitrogen seperti nitro oksida (NO₂), menyebabkan masalah lingkungan lain yang disebut hujan asam.

Oksida-oksida ini, hadir di troposfer terutama sebagai produk dari pembakaran bahan bakar fosil dalam kegiatan industri dan transportasi, bereaksi dengan air hujan yang menghasilkan asam sulfat dan asam nitrat, dengan endapan asam akibatnya.

Dengan mengendapkan hujan yang mengandung asam kuat ini, memicu beberapa masalah lingkungan seperti pengasaman laut dan air tawar. Ini menyebabkan kematian organisme air; pengasaman tanah yang menyebabkan kematian tanaman dan penghancuran oleh tindakan korosif kimiawi bangunan, jembatan dan monumen.

Masalah lingkungan atmosfer lainnya adalah kabut fotokimia, terutama disebabkan oleh nitrogen oksida dan ozon troposfer

Pemanasan global

Pemanasan global dihasilkan oleh konsentrasi CO yang tinggi₂ atmosfer dan gas rumah kaca lainnya (GRK), yang menyerap banyak radiasi infra merah yang dipancarkan oleh permukaan bumi dan memerangkap panas di troposfer. Ini menghasilkan perubahan iklim di planet ini.

Kimia lingkungan hidrosfer

Hydrósfera disesuaikan dengan semua badan air di Bumi: dangkal atau humedales - lautan, danau, sungai, mata air - dan bawah tanah atau akuifer.

-Airnya segar

Air adalah zat cair paling umum di planet ini, meliputi 75% permukaan bumi dan sangat penting bagi kehidupan.

Semua bentuk kehidupan bergantung pada air tawar (didefinisikan sebagai air dengan kandungan garam kurang dari 0,01%). 97% air planet ini adalah air asin.

Dari 3% sisa air tawar, 87% ada di:

• Kutub-kutub Bumi (yang meleleh dan mengalir ke laut karena pemanasan global).
• Gletser (juga dalam proses menghilang).
• Air tanah.
• Air dalam bentuk uap hadir di atmosfer.

Hanya 0,4% dari total air tawar di planet ini yang tersedia untuk dikonsumsi. Penguapan air dari lautan dan curah hujan terus menerus memberikan persentase kecil ini.

Kimia lingkungan air mempelajari proses kimia yang terjadi dalam siklus air atau siklus hidrologi dan juga mengembangkan teknologi untuk pemurnian air untuk konsumsi manusia, pengolahan air limbah industri dan perkotaan, desalinasi air laut, daur ulang dan menghemat sumber daya ini, antara lain.

-Siklus air

Siklus air di Bumi terdiri dari tiga proses utama: penguapan, kondensasi dan presipitasi, dari mana tiga sirkuit berasal:

1. Limpasan permukaan
2. Evapotranspirasi tanaman
3. Infiltrasi, di mana air mengalir ke tingkat bawah tanah (air tanah), bersirkulasi melalui saluran akuifer dan keluar melalui mata air, mata air atau sumur.

-Dampak antropologis pada siklus air

Aktivitas manusia berdampak pada siklus air; Beberapa penyebab dan efek dari tindakan antropologis adalah sebagai berikut:

Modifikasi permukaan tanah

Ini dihasilkan oleh perusakan hutan dan ladang dengan deforestasi. Ini mempengaruhi siklus air dengan menghilangkan evapotranspirasi (mengambil air melalui tanaman dan kembali ke lingkungan melalui transpirasi dan evaporasi) dan meningkatkan limpasan.

Limpasan permukaan yang meningkat menyebabkan peningkatan aliran sungai dan banjir.

Urbanisasi juga memodifikasi permukaan tanah dan mempengaruhi siklus air, karena tanah berpori digantikan oleh semen dan aspal yang tidak dapat ditembus, yang membuat infiltrasi menjadi mustahil..

Kontaminasi siklus air

Siklus air melibatkan seluruh biosfer dan akibatnya, limbah yang dihasilkan oleh manusia, dimasukkan ke dalam siklus ini oleh berbagai proses.

Polutan kimia di udara dimasukkan ke dalam hujan. Agrokimia diterapkan pada tanah, mengalami lindi dan infiltrasi ke akuifer, atau mengalir ke sungai, danau dan laut.

Juga limbah lemak dan minyak dan lindi tempat pembuangan sampah, diseret oleh infiltrasi ke air tanah.

Ekstraksi pasokan air dengan cerukan sumber daya air

Praktik-praktik ini dengan cerukan, menghasilkan penipisan cadangan air tanah dan air permukaan, memengaruhi ekosistem dan menghasilkan penurunan muka tanah lokal.

Kimia tanah lingkungan

Tanah adalah salah satu faktor terpenting dalam keseimbangan biosfer. Mereka menyediakan penjangkaran, air dan nutrisi ke tanaman, yang merupakan produsen dalam rantai trofik terestrial.

Lantai

Tanah dapat didefinisikan sebagai ekosistem yang kompleks dan dinamis dari tiga fase: fase padat dukungan mineral dan organik, fase cair berair dan fase gas; ditandai dengan memiliki fauna dan flora tertentu (bakteri, jamur, virus, tanaman, serangga, nematoda, protozoa).

Sifat-sifat tanah terus berubah karena kondisi lingkungan dan aktivitas biologis yang berkembang di dalamnya..

Dampak antropologis di lapangan

Degradasi tanah adalah proses yang mengurangi kapasitas produktif tanah, yang mampu menghasilkan perubahan besar dan negatif dalam ekosistem..

Faktor-faktor yang menyebabkan degradasi tanah adalah: iklim, fisiografi, litologi, vegetasi dan aksi manusia.

Dengan tindakan manusia dapat terjadi:

• Degradasi fisik tanah (misalnya, pemadatan karena budidaya yang tidak memadai dan praktik peternakan).
• Degradasi kimia tanah (pengasaman, alkalinisasi, salinisasi, kontaminasi dengan agrokimia, limbah dari aktivitas industri dan perkotaan, tumpahan minyak, antara lain).
• Degradasi tanah secara biologis (penurunan kandungan bahan organik, degradasi tutupan vegetasi, hilangnya mikroorganisme pengikat nitrogen, antara lain).

Hubungan kimia-lingkungan

Kimia lingkungan mempelajari berbagai proses kimia yang terjadi di tiga kompartemen lingkungan: atmosfer, hidrosfer, dan tanah. Sangat menarik untuk meninjau kembali fokus tambahan pada model kimia sederhana, yang berupaya menjelaskan transfer materi global yang terjadi di lingkungan.

-Model Garrels dan Lerman

Garrels dan Lerman (1981), mengembangkan model biogeokimia yang disederhanakan dari permukaan bumi, yang mempelajari interaksi antara atmosfer, hidrosfer, kerak bumi dan kompartemen biosfer..

Model Garrels dan Lerman mempertimbangkan tujuh mineral penyusun utama planet ini:

1. Plester (CaSO₄)
2. Pyrite (FeS₂)
3. Kalsium karbonat (CaCO₃)
4. Magnesium karbonat (MgCO₃)
5. Magnesium silikat (MgSiO₃)
6. Besi oksida (Fe₂O₃)
7. Silikon dioksida (SiO)₂)

Bahan organik yang membentuk biosfer (hidup dan mati), direpresentasikan sebagai CH₂Atau, yang merupakan komposisi stoikiometrik perkiraan jaringan hidup.

Dalam model Garrels dan Lerman, perubahan geologis dipelajari sebagai transfer netto materi antara delapan komponen planet ini, melalui reaksi kimia dan keseimbangan konservasi massa netto.

Akumulasi CO₂ di atmosfer

Misalnya, masalah akumulasi CO₂ di atmosfer dipelajari dalam model ini, dengan mengatakan bahwa: saat ini kami sedang membakar karbon organik yang tersimpan di biosfer sebagai batubara, minyak dan gas alam yang tersimpan di lapisan tanah di masa geologis masa lalu.

Sebagai hasil dari pembakaran bahan bakar fosil yang intensif ini, konsentrasi CO₂ atmosfer meningkat.

Peningkatan konsentrasi CO₂ di atmosfer terestrial itu karena laju pembakaran karbon fosil melebihi laju penyerapan karbon oleh komponen lain dari sistem biogeokimia Bumi (seperti organisme fotosintetik dan hidrosfer, misalnya).

Dengan cara ini, emisi CO₂ ke atmosfer karena aktivitas manusia, melampaui sistem pengaturan yang memodulasi perubahan di Bumi.

Ukuran biosfer

Model yang dikembangkan oleh Garrels dan Lerman, juga mempertimbangkan bahwa ukuran biosfer meningkat dan menurun sebagai akibat dari keseimbangan antara fotosintesis dan respirasi..

Selama sejarah kehidupan di Bumi, massa biosfer meningkat secara bertahap dengan laju fotosintesis yang tinggi. Ini menghasilkan penyimpanan neto karbon organik dan emisi oksigen:

CO₂    +   H₂O → CH₂O + O₂

Bernafas sebagai aktivitas metabolisme mikroorganisme dan hewan tingkat tinggi, mengubah karbon organik kembali menjadi karbon dioksida (CO₂) dan air (H₂O), yaitu, membalikkan reaksi kimia sebelumnya.

Kehadiran air, penyimpanan karbon organik, dan produksi oksigen molekuler merupakan hal mendasar bagi keberadaan kehidupan.

Aplikasi kimia lingkungan

Kimia lingkungan menawarkan solusi untuk pencegahan, mitigasi, dan remediasi kerusakan lingkungan yang disebabkan oleh aktivitas manusia. Di antara beberapa solusi ini kami dapat menyebutkan:

• Desain bahan baru yang disebut MOF's (untuk akronimnya dalam bahasa Inggris: Kerangka Organik Logam). Ini sangat keropos dan memiliki kemampuan untuk: menyerap dan mempertahankan CO₂, dapatkan H₂Atau uap udara dari daerah gurun dan simpan H₂ dalam wadah kecil.
• Konversi limbah menjadi bahan baku. Misalnya, penggunaan ban aus dalam produksi rumput buatan atau sol sepatu. Juga penggunaan limbah pemangkasan tanaman, dalam generasi biogas atau bioetanol.
• Sintesis kimia pengganti CFC.
• Pengembangan energi alternatif, seperti sel hidrogen, untuk menghasilkan listrik yang bersih.
• Kontrol polusi atmosfer, dengan filter lembam dan filter reaktif.
• Desalinasi air laut dengan reverse osmosis.
• Pengembangan bahan baru untuk flokulasi zat koloid yang tersuspensi dalam air (proses pemurnian).
• Kebalikan dari eutrofikasi danau.
• Perkembangan "kimia hijau", tren yang mengusulkan substitusi senyawa kimia beracun dengan yang kurang beracun, dan prosedur kimia "ramah lingkungan". Sebagai contoh, ini diterapkan dalam penggunaan pelarut dan bahan baku yang kurang beracun, dalam industri, dalam pembersihan kering binatu, antara lain..

Referensi

1. Calvert, J.G., Lazrus, A., Kok, G.L., Heikes, B.G., Walega, J.G., Lind, J., dan Cantrell, C.A (1985). Mekanisme kimiawi pembentukan asam di troposfer. Alam, 317 (6032), 27-35. doi: 10.1038 / 317027a0.
2. Crutzen, P.J. (1970). Pengaruh nitrogen oksida pada kandungan atmosfer. Q.J.R. Metheorol. Soc. Wiley-Blackwell. 96: 320-325.
3. Garrels, R.M. dan Lerman, A. (1981). Siklus phanerozoikum karbon sedimen dan belerang. Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Alam. A.S. 78: 4,652-4,656.
4. Hester, R. E. dan Harrison, R. M. (2002). Perubahan Lingkungan Global. Royal Society of Chemistry. hlm 205.
5. Hites, R. A. (2007). Elemen Kimia Lingkungan. Wiley-Interscience. hlm 215.
6. Manahan, S. E. (2000). Kimia Lingkungan. Edisi ketujuh. CRC hlm 876
7. Molina, M.J. dan Rowland, F.S. (1974). Wastafel stratosfer untuk klorofluorometana: Penghancuran ozon yang dikatalisis oleh atom klor. Alam 249: 810-812.
8. Morel, F.M. dan Hering, J.M. (2000). Prinsip dan Aplikasi Kimia Akuatik. New York: John Wiley.
9. Stockwell, W. R., Lawson, C.V., Saunders, E., dan Goliff, W. S. (2011). Tinjauan Kimia Atmosfer Atmosfer dan Mekanisme Kimia Fase Gas untuk Pemodelan Kualitas Udara. Suasana, 3 (1), 1-32. doi: 10.3390 / atmos3010001