Introducere In Chimia Mediului.docx

INTRODUCERE Earth is the only home we have and ever can have. – Carl Sagan Chimia mediului este acea ramură a științei chimice care se ocupă cu producția, transportul, reacțiile, efectele, și degradarea speciilor chimice din apă, aer, terestre și din mediu biologic și efectele activităților umane asupra acestora. In sens larg, stiinta mediului este stiinta interactiunilor complexe care au loc intre mediul terestru, atmosferic, acvatic. Aceste interactiuni sunt studiate de multe discipline, cum ar fi chimie, biologie, sociologie, dar si de actiuni la nivel guvernamental. La un nivel semnificativ, stiinta mediului a evoluat din investigatiile locurilor in care organismele vii isi efectueaza ciclurile de viata. Aerul, apa, pământul, viața, și tehnologia sunt puternic interconectate. Ar putea parea surprinzator faptul ca stiinta mediului nu a fost intotdeauna de actualitate si, intr-adevar, problemele de mediu au devenit o chestiune de interes public pe scara larga numai in ultimii 20-30 de ani. Exista doua motivatii majore de ce chimia mediului a devenit o disciplina importanta destul de recent. In primul rand, aceasta nu a fost perceputa anterior ca fiind importanta pentru ca se credea ca mediul este relativ invariant in timp, deci cercetarea lui avea o relevanta mica. Totusi, odata ce s-a perceput ca compozitia acestuia este in continua schimbare si ca astfel de schimbari pot avea consecinte pentru omenire, relevanta devine evidenta. Ideea ca utilizarea unui spray cu aerosol in casa ta ar putea deteriora intr-o anumita masura stratosfera, desi evident pentru noi astazi, pentru cineva neobisnuit cu conceptul ar parea putin credibil. In al doilea rand, avansarea cercetariia fost limitata de tehnologia disponibila. De exemplu, abia in 1960 au aparut instrumente fiabile si sensibile, disponibile pe scara larga, pentru masurarea concentratiei de urme de metale in mediul 1

inconjurator. Acest lucru a condus la o extindere masiva a cercetarilor in domeniu si la o revizuire a concentratiilor maxime admise. Punerea in aplicare a Protocolului de la Montreal, care impunea un control privind productia de CFC dar si a altor halocarburi, a dus la o incetinire a tendintelor de emisie a acestor substante inca din 1990. Reactiile chimice care influenteaza producerea urmelor de gaze din atmosfera, au in general energii de activare foarte importante si au loc pe perioade de timp care pot fi minute, zile, saptamani sau ani. Prin urmare, modificarea emisiilor de gaze poate fi influentata modificand viteza reactiilor chimice, deci trebuie studiata cinetica acestoe reactii. Pe de alta parte, in sistemele acvatice exista unele procese care au energii de activare foarte mici iar reactiile respective au loc extrem de rapid. In mediul inconjurator se pot gasi urme de numeroase substante, cu concentratii diferite si in diferite conditii de temperatura si presiune. La temperaturi foarte ridicate, cum ar fi cele care apar la adancime, in interiorul pamantului, un rol important il poate avea studiul termodinamic, de exemplu in cazul eliberarii de urme de gaze din magma vulcanica. Asadar, studiul chimiei mediului necesita cunostinte de baza atat de termodinamica chimica cat si cinetica chimica. De asemenea, ar trebui sa se poata aprecia care din cele doua ramuri ale chimiei poate fi mai importanta in anumite circumstante. Ca o generalizare, se poate observa ca o mare parte din chimia atmosferei depinde de cunoasterea vitezelor de reactie, deci a cineticii chimice, in timp ce pentru chimia sistemelor acvatice si a solurilor apoase se aplica in special cunostinte de termodinamica. Nu inseamna insa ca aceste generalizari sunt universal valabile. De exemplu, repartizarea poluantilor organici persistenti in mediul acvatic este determinata in mare masura de cinetica chimica, desi repartizarea in celelelte sisteme – aer,

2

apa, sol – este determinata in principal de termodinamica si doar in mica masura de viteza reactiilor chimice.

COMPONENTELE/SFERELE MEDIULUI În mod tradițional, știința mediului a considerat patru sfere de mediu: apă, aer, organismele vii, și pământ. Dar este important să se ia în considerare si o a cincea sfera, antrosfera [1].

Principalele componente ale mediului sunt: - Geosfera/litosfera – se ocupa cu studiul pamantului solid, inclusiv solul, care este suportul pentru cele mai multe plante. Litosfera variaza de la 50 la 100 km in grosime. Cea mai importanta parte a acesteia este stratul 3

subtire exterior, format in mare parte din minerale pe baza de silicati, care se numeste crusta. - Biosfera – se ocupa cu studiul vietii pe pamant - Hidrosfera – se ocupa cu studiul apelor. Peste 97 % din apa Pamantului se gaseste in oceane, iar cea mai mare parte din apa dulce este sub forma de ghetari. Prin urmare, un procent mic din apa totala de apa de pe Pamant este implicat in procesele terestre, atmosferice si biologice. - Atmosfera – este stratul de gaze care acopera Pamantul. Pe langa rolul de rezervor de oxigen si bioxid de carbon, atmosfera modereaza temperatura Pamantului, absoarbe energia si radiatiile UV daunatoare de la Soare, transporta energie din zona ecuatoriala si serveste ca mediu pentru circulatia in faza de vapori a apei in ciclul hidrologic - Antrosfera – se ocupa cu studiul actiunilor directe pe care omul le intreprinde asupra mediului

4

Relatiile intre componentele mediului si sistemele vii precum si cu tehnologia (antrosfera)

Ecologia este stiinta care se ocupa cu studiul relatiilor intre ecosisteme. Un ecosistem cuprinde componentele biotice (vii) si abiotice (non-vii), este o combinatie intre componentele fizice si chimice ale unui anumit mediu.

5

Chimia mediului abordeaza subiecte diverse. De exemplu, se poate referi la studiul reactiilor freonului in stratosfera sau la o analiza a depozitelor de PCB (polychlorinated biphenyl) in sedimentele oceanelor. Se poate ocupa de asemenea de studiul compusilor organometalici volatili si solubili, sintetizati de bacteriile anaerobe. Ar putea fi date, literalmente, mii de alte exemple de fenomene chimice care au loc in mediu. Una din provocarile majore ale chimiei mediului este determinarea naturii si cantitatii de poluanti specifici din mediul inconjurator. Astfel, analiza chimica este un prim pas necesar in cercetarea chimiei mediului. Provocarea in analiza multor poluanti din mediu este mare. Multi dintre acestia sunt in concentratii foarte mici, mai mici de 1 microgram/ m3 de aer poluat. Pentru multi dintre poluantii din apa, o parte per milion in greutate (1 mg/l), poate fi o valoare foarte mare. Este evident ca este nevoie de aparatura din ce in ce mai performanta. Preocuparea finala trebuie sa fie viata insasi. Disciplina care se ocupa in special cu efectele speciilor chimice asupra vietii se numeste biochimia mediului. Un domeniu conex este toxicologia, care pune accent pe interactiunile substantelor chimice cu tesutul biologic si in general cu organismele vii.

6

APA, AERUL, PAMANTUL, VIATA SI TEHNOLOGIA

APA SI HIDROSFERA Apa este de o importanta vitala in toate componentele mediului. Apa acopera aproximativ 70 % din suprafata Pamantului. In oceane este sub forma de apa sarata, pe pamant se gaseste sub forma lacurilor si raurilor, in subteran sub forma de ape subterane, in atmosfera ca vapori, in ghetari ca gheata solida, dar o regasim si in multe segmente ale antrosferei cum ar fi in cazane de incalzire sau sistemele municipale de distributie a apei. Apa este o parte esențială a tuturor sistemelor vii și este mediul din care viața a evoluat și fara de care nu ar fi existat viata. Energia și materia sunt transportate prin diferite sfere ale mediului de catre apă. Apa extrage elementele constitutive solubile din materia minerală și le duce catre ocean sau le lasă ca depozite de minerale la o oarecare distanță de sursele lor. Apa transporta substanțe nutritive din sol catre rădăcinile plantelor. Energia solară absorbită în procesul de evaporare a apei din oceane se regaseste sub formă de căldură latentă. Eliberarea de căldură latentă ofera o mare parte a energiei care este transportata de la regiunile ecuatoriale spre polii Pamantului. AERUL SI ATMOSFERA Atmosfera este o patura de protectie care sustine viata pe Pamant si ne protejeaza de mediul ostil din spatiul cosmic. Este sursa de CO2 necesar pentru fotosinteza plantelor si de O2 pentru respiratie. Acesta ofera N2 pentru bacteriile fixatoare de azot si instalatiile de fabricare a amoniacului. Ca o parte importanta a ciclului hidrologic, atmosfera transporta apa din oceane catre sol. De asemenea, are o functie de protectie vitala, absorbind radiatiile ultraviolete daunatoare de la Soare si de stabilizare a temperaturii Pamantului. 7

GEOSFERA/LITOSFERA Geosfera, este acea parte a Pămantului pe care traiesc oamenii si din care isi extrag cea mai mare parte a produselor alimentare, minerale si combustibili. Din punct de vedere morfologic, partea de la suprafaţa apelor ce face parte din litosferă (uscatul) este fragmentată într-o serie de blocuri care formează continentele şi insulele, caracterizate în ansamblu printr-o altitudine medie de +875 m faţă de nivelul mărilor. Viaţa în litosferă este localizată în partea de la suprafaţa Pământului, respectiv în sol până la câţiva metri. In bazinele acvatice subterane, animalele pot supravieţui la adâncimi şi mai mari. De exemplu, în Sahara, forarea unor fântâni a dus la descoperirea la adâncimea de 100 m a unor ape subterane populate cu peşti. Au fost, de asemenea, evidenţiate la 2000-3000 m adâncime bacterii vii în zăcămintele petroliere.

BIOSFERA Biosfera reprezintă partea vie din ecosferă, apărută mai târziu şi care conţine o biomasă de circa 80 x 109 t. Productivitatea anuală totală a biosferei este de 102 x 109 t la nivel continental şi de 42 x 109 t la nivel oceanic, deci un total de 144 x 109 t materie organică. Biosfera se caracterizează printr-o mare diversitate a organismelor. Biosfera în totalitatea sa apare ca o peliculă subţire, superficială în comparaţie cu volumul enorm al globului terestru. In acelaşi timp, acest strat viu a cărui distribuţie pe verticală nu trece cu mult de câţiva kilometri, reprezintă o entitate de o complexitate considerabilă. Partea vie din ecosferă se caracterizează printro intensă circulaţie de substanţă, energie şi informaţie, căreia radiaţiile solare îi conferă însuşiri calitative inexistente în materia inertă. De aceea se poate spune că biosfera este o realizare terestră, dar în acelaşi timp şi cosmică, proprietăţile substanţei şi energiei fiind activate de radiaţiile cosmice. 8

ANTROSFERA SI TEHNOLOGIA Tehnologia se referă la modul în care oamenii fac lucruri folosind materiale și energie. În epoca modernă, tehnologia este în mare măsură produsul ingineriei bazata pe principii științifice. Stiința se ocupă cu descoperirea, explicația și dezvoltarea de teorii referitoare la fenomene naturale interdependente prin energie, materie, timp si spațiu. Pe baza cunoștințelor fundamentale ale științei, ingineria oferă planurile și mijloace pentru atingerea obiectivelor practice specifice. Tehnologia foloseste aceste planuri pentru realizarea obiectivelor dorite. Tehnologia, aplicata corect, are o influență extrem de pozitivă pentru protecția mediului. Cea mai evidenta aplicatie este în controlul poluarii aerului și a apei. Este mult mai bine sa se foloseasca tehnologia în procesele de producție, pentru a preveni formarea de poluanți. Tehnologia este folosita tot mai mult pentru a dezvolta extrem de eficient procese de conversie a energiei din surse regenerabile, utilizarea resurselor de energie, și conversie de materii prime in produse finite cu generare minimă de deșeuri periculoase. În zona de transport, tehnologia aplicata în mod corect în domenii precum transportul trenurilor de mare viteză poate creste enorm viteza, eficientiza energia, precum și siguranța mijloacelor pentru deplasarea persoanelor și a mărfurilor. Până de curând, progresele tehnologice au fost făcute în mare măsură fără a se tine cont de impactul asupra mediului. Acum, cu toate acestea, cea mai mare provocare tehnologică este de a reconcilia tehnologia cu consecințe asupra mediului. Supraviețuirea omenirii și a planetei impune stabilirea faptului ca interacțiunea pe doua cai dintre știință și tehnologie să devină o relație cu trei căi, inclusiv protecția mediului.

9