La química ambiental és l'estudi de les fonts, reaccions, el transport, els efectes i destins de les espècies químiques a l'aigua, el sòl, l'aire i als ambients vius, així com els consegüents efectes de la tecnologia sobre aquests.[1][2]
Va tenir el seu origen en la química clàssica i es va convertir en una ciència interdisciplinària, amb la participació d'altres disciplines com la biologia, l'ecologia i la geologia, que tracten els canvis que ocorren al medi ambient, més concretament, en els processos químics que impliquen una repercussió greu en la humanitat. Per això planteja plans sostenibles amb l'objectiu de mantenir el ritme de vida actual amb el menor dany possible per al medi ambient, tractant d'optimitzar els processos tot utilitzant condicions menys agressives.
La química ambiental té, doncs, com a objectiu prevenir, evitar, reduir o eliminar l'impacte que les diferents facetes de l'activitat humana, urbana, industrials, agropecuàries... que es produeixen al medi ambient. La demanda d'aquestes activitats i/o funcions estan projectades i sostingudes per la gran preocupació social que existeix respecte a una millor qualitat de vida preservant el medi ambient i millorant l'entorn.
Els primers estudis científics relacionats amb la química ambiental van començar al segle xviii quan químics com Antoine Lavoisier i Henry Cavendish van dur a terme les primeres mesures de la composició de l'atmosfera i de la seva densitat. A finals del segle xix i a començaments del segle xx, fruit de la industrialització i de la creació dels assentaments urbans de la forma en la que els coneixem avui dia, podem considerar que va esdevenir una de les principals causes de la contaminació del medi ambient.
En aquest moments és quan va néixer l'interès per la detecció i estudi dels components que es trobaven en baixes concentracions a l'atmosfera i, a més, un fet particularment important va ser el descobriment de l'ozó per Christian Friedrich Schönbein en 1840. A partir d'aquí, va néixer l'interès per l'estudi de l'evolució de les concentracions de determinats compostos al llarg del temps (paleoclimatologia), així com els processos de síntesi i destrucció dels diferents components de l'aire, l'aigua i el sòl.
Entre els estudis d'aquesta època destaquen tres en concret:
Arran d'aquests estudis es va definir la problemàtica i l'impacte ambiental que té l'activitat humana sobre la natura. Fets destacables d'aquesta època són els efectes de la bomba atòmica, la distribució d'aigua potable, la desforestació o l'exposició constant a agents químics.
A la vista de tot això sorgeix el concepte de desenvolupament sostenible, el qual es basa en un manteniment del desenvolupament econòmic i social al mateix temps que es respecta el medi ambient, de manera que es pugui deixar a les futures generacions el mateix accés als recursos natural que hi tenim ara.
Dins de la química ambiental, tot i que és difícil fer-hi separacions, es pot dividir en les següents esferes: l'atmosfera, l'antroposfera, la biosfera, la geosfera i la hidrosfera. Aquest conjunt d'esferes no són totalment independents, sinó més aviat al contrari, i es veuen interconectades entre elles per diferents cicles biogeoquímics (el cicle del carboni, el cicle del nitrogen, el cicle del fòsfor…). naturals de certs elements predominants a la Terra els quals afecten a dues o més esferes.
L'antroposfera és el sistema que abasta la totalitat de l'impacte de l'ésser humà sobre el medi al que viu. Així doncs, es tracta d'una esfera de gran amplitud, ja que la interacció de l'home amb el medi s'estén des d'un nivell d'íntima proximitat a la Terra, com ara poden ser extraccions de matèria i
abocaments de residus als sòls, aigües i aire, com molt més llunyà, com serien els llançaments de satèl·lits, emissions d'ones, etc.
Primerament, els efectes de l'home sobre el medi eren del mateix ordre de magnitud i tipus que els de la resta d'éssers vius sobre la Terra i els seus efectes eren considerats dins de la biosfera amb repercussions tals com l'emissió de gasos de respiració, extracció de nutrients del medi necessaris per a viure, excrecions, etc. Des que aprenguérem a dominar el foc, desenvolupàrem eines i un seguit de tecnologia, coneixements i tècniques que ens permeteren modificar el nostre entorn per fer-lo apte per als nostres interessos, la nostra influència sobre el medi ambient es va veure augmentada significativament, ja que això va facilitar el sedentarisme en l'espècie humana i el seu establiment a tot tipus d'indrets, a més del desenvolupament de l'agricultura, la ramaderia així com l'activitat industrial als darrers segles.
Totes aquestes activitats humanes tenen una sèrie de conseqüències notables d'agreujament de les problemàtiques globals de la química ambiental degut a l'alteració dels diferents cicles biogeoquímics. Els problemes ambientals són considerats canvis no desitjats al medi ambient per causa de l'home. Així, les problemàtiques causades per l'ésser humà poden estar classificades per diferents criteris com poden ser l'esfera sobre la qual s'origina el problema com per exemple el fenomen del smog sobre l'atmosfera, la salinització d'aqüífers a la hidrosfera, la desforestació a la biosfera i l'abocament de residus sobre sòls o bé pel tipus d'activitat que les origina com per exemple són:
Degut a la capacitat de raonar, l'ésser humà és capaç d'intentar minimitzar els seus efectes sobre el seu entorn mitjançant investigació en química verda, energies renovables i signar convenis i protocols que ajudin a preservar el medi ambient.
L'atmosfera terrestre és una fina capa de gasos que es troba al voltant de la terra amb massa suficient per mantenir-se al seu lloc per efecte de la força de la gravetat. Dels gasos que la componen el que es troba en major quantitat és el N₂, seguit del O₂ i d'altres en minoria. L'atmosfera es pot dividir en diferents capes: troposfera, estratosfera, mesosfera i termosfera, essent la primera d'aquestes on habita l'esser humà.
La química atmosfèrica és una branca de la química ambiental destinada a l'estudi de l'atmosfera en si mateixa, la interacció que hi té amb els éssers vius i com l'activitat de les altres esferes els afecten i repercuteixen en la dita interacció.
Les causes principals de la contaminació atmosfèrica són l'abocament de residus gasosos i fums de combustió a l'atmosfera, conegudes com a emissions. Degut a aquestes emissions portades a terme per l'esfera antropogènica es veuen afavorits diversos problemes, entre els quals es destaquen:
La Biosfera és el sistema que engloba tots els éssers vius de la Terra, juntament amb el medi que els rodeja i, amb el qual, interaccionen. Moltes de les qüestions que tenen a veure amb aquest sistema afecten directament a la salut, tant humana com ecològica: producció de menjar, nutrició, pesticides, substàncies tòxiques, carcinogènesi…..
Aquestes qüestions sorgeixen de la necessitat dels organismes vius d'interaccionar amb el medi per tal d'aprofitar els materials que tenen al seu abast, via els anomenats cicles biogeoquímics. Tots els organismes han desenvolupat maneres per ingerir i utilitzar substàncies essencials del medi per créixer i desenvolupar-se. Però, el problema sorgeix quan aquests mateixos mecanismes, fan als organismes vulnerables front els efectes de substàncies no nutritives del medi. En aquest cas, es parlaria de substàncies tòxiques, tot i que moltes vegades la disquisició entre tòxic o no és una qüestió de quantitat.
De la irrupció de l'ésser humà en la biosfera, s'han derivat un seguit de problemàtiques que afecten al normal desenvolupament de la vida:
La geosfera és el conjunt de roques i minerals que conformen la part sòlida de la Terra. Aquesta s'estén des del nucli fins a la superfície terrestre, però l'única zona que té una interacció directa amb els éssers vius és la litosfera, la capa més exterior de la geosfera, constituïda per una mescla de minerals i matèria orgànica. El sòl, la capa més superficial de la litosfera, sosté gran part de la vida del planeta, però alhora requereix aquesta per mantenir les seves propietats i capacitats. La formació del sòl es duu a terme per processos físics, químics i biològics (tots ells de forma simultània), fet que produeix l'alteració de les roques i de la materia mineral els quals subministren elements essencials per a plantes i animals. Aquests processos són:
Tota aquesta sèrie de processos són molt lents, i en conseqüència la formació de sòls fèrtils requereix desenes de milers d'anys, en canvi, l'acció de l'home és molt més agressiva i els darrers anys hi ha hagut una degradació significativa del sòl (procés que minva la capacitat actual i potencial del sòl per produir quantitativa i qualitativament, béns i serveis), que ha desembocat en els següents fenòmens:
La degradació del terra té importants conseqüències de les que en destaquem: la pèrdua de nutrients, el deteriorament de l'estructura (disminució de la porositat i una reducció del drenatge), la pèrdua física de materials i l'increment de la toxicitat.
La Hidrosfera engloba totes les parts d'aigua a la terra (sòlida i líquida) com ara són els oceans, rius, llacs, glacials, aigua subterrània i neu. Del 100% de la superfície de la Terra, l'aigua es troba present al 70,8% i només al 0,03% del volum, perquè la major part de l'aigua està només present a la superfície. Aquesta esfera té una enorme importància a la vida dels organismes, ja que suposa el 50% de la seva constitució i, per aquesta raó, l'aigua és tan important a l'hora de mantenir la vida. No obstant això, la majoria d'organismes són capaços només de fer servir aigua dolça i aquesta representa únicament al voltant d'un 3% de l'aigua disponible en contraposició al 97% de l'aigua salada. A més, dins d'aquest 3%, només el 0,1% és directament accessible per als éssers vius, ja que un 2,3% es troba en forma sòlida i un 0,6% en forma d'aigües subterrànies profundes i inaccessibles. Amb els problemes del segle XXI la quantitat d'aigua disponible està minvant. Conscient de la importància de la protecció de la hidrosfera, el 2000, la Unió Europea va edictar la Directiva marc de l'aigua que imposava objectius de milloració a aconseguir per l'any 2015.[3]
Els principals problemes que podem trobar en aquesta esfera són els següents:
Al llarg del temps s'ha anat prenent consciència dels efectes nocius de la forma de vida actual sobre l'entorn i ha aparegut el concepte d'impacte ambiental, que és l'alteració de la qualitat del medi ambient causat per alguna activitat humana. Les investigacions en diferents camps de la ciència han revelat que els processos industrials, principalment de la indústria química, tenen un paper fonamental en els problemes mediambientals com ara el canvi climàtic, la gestió dels residus, l'eficiència energètica...
Actualment, la preservació de la terra com un lloc hospitalari per qualsevol tipus de vida es converteix en el major repte per al món desenvolupat.
Gràcies a la Química ambiental, s'han identificat una sèrie de problemes que afecten a la salut del medi ambient i s'han establert un conjunt de mesures i convenis per intentar millorar la situació.
D'ençà que existeix una consciència clara de la necessitat de disminuir l'efecte antropogènic sobre el medi ambient, s'han dut a terme la redacció de diferents protocols d'actuació.
Als inicis d'aquesta dècada va començar a aparèixer una consciència notable dels problemes mediambientals provocats per l'acció de l'home en el seu entorn. Inicialment van sorgir respostes a aquesta situació fruit de tècnics que argumentaven que en acabar-se algun dels recursos naturals necessaris per a l'ésser humà, la investigació i el desenvolupament serien capaços de trobar o inventar quelcom que el substituís. En canvi, un altre sector de la societat, cada cop més significatiu, va optar per unes idees conegudes actualment com a consciència ecològica, els quals sostenien que els humans havíem de preservar el medi ambient per a ells mateixos i per a les generacions futures, i aquesta va derivar en un moviment ecologista.
Com hem dit, a partir de la NEPA, la resta de governs, sobretot europeus, van decidir tirar endavant una sèrie de normatives que regulessin de forma més estricte diferents aspectes mediambientals. Alguns exemples rellevants són:
Un cop arribats a aquest punt, es va definir una normativa global d'obligat compliment per tots els membres de la Comunitat Econòmica Europea anomenada Directiva sobre l'Avaluació d'Impacte Ambiental (1985). Amb aquesta base legislativa, es van començar a realitzar avaluacions de l'impacte ambiental de diferents projectes sorgits a tota Europa. Els primers anys van demostrar la compatibilitat entre la viabilitat econòmica de les empreses i la cura del medi ambient, cosa que espantava a alguns sectors de l'economia. A partir d'aquí, van sorgir altres necessitats transfrontereres que requerien acords entre països per a una regulació útil. Alguns exemples són:
Cal destacar que a finals dels anys 80, es va crear el Grup Intergovernamental d'experts sobre el Canvi Climàtic (IPCC) l'objectiu principal dels quals era la realització d'informes científics periòdics per a tenir un coneixement clar de la situació i evolució del fenomen.
Aquesta dècada es caracteritza per una acceptació global d'una sèrie de problemes de caràcter no tan immediat, com poden ser la contaminació d'aigua o de l'aire, sinó conceptes com el canvi climàtic i l'escalfament global; i en favor d'abordar aquests fenòmens, se celebren dues grans cimeres internacionals: la Cimera de Rio i la Cimera de Kyoto.
En l'actualitat es continuen realitzant cimeres, signant convenis i protocols i legislant de forma més restrictiva per intentar, cada cop més, minimitzar l'impacte de l'activitat humana al planeta. Aquests esforços es veuen reflectits en mesures de d'avaluació i control, de les quals un exemple són:
Per tal de mantenir un control de les emissions i que es compleixen els objectius considerats en les normes anuals europees relacionades amb les recomanacions de l'OMS, es proposa com a paràmetre l'índex de la qualitat de l'aire (IQA), el qual presenta la situació de qualitat de l'aire en les ciutats europees d'una manera comparable i comprensible.
Es van desenvolupar tres índex diferents:
A nivell quantitatiu, el rang de l'IQA està dividit en: bo, admissible, no saludable per la població sensible, no saludable, res saludable i perillós.
Les emissions de gasos per part de la indústria, així com dels vehicles són la font principal de la disminució de la qualitat de l'aire, no només pels habitants de les zones on es produeixen, si no per tot el planeta, degut a la capacitat de transport que posseeix l'atmosfera.
Per la qual cosa els governs, amb la finalitat d'informar i conscienciar a les poblacions, posen al nostre abast aquesta informació actualitzada cada dia.
La Generalitat de Catalunya, per exemple, ens informa dels nivells de l'IQA mitjançant la seva pàgina web:Pronòstic de la qualitat de l'aire a Catalunya
El 1972, un estudi de l'aigua del riu Mississipi, a Louisiana (EUA), va trobar més de 36 substàncies químiques. Aquest va ser, i és, un problema molt greu de salut per a l'ésser humà. Es calcula que 25 de cada 100.000 persones morien a l'any de febre tifoide als EUA degut a la contaminació de les seves aigües. Dels problemes que causava aquesta contaminació, va sorgir la necessitat d'aplicar legislacions i requisits tècnics que garantissin la qualitat de l'aigua i, per tant, la salut dels consumidors. D'aquí va néixer l'Índex de Qualitat de l'aigua (WQI).
L'Índex de Qualitat de l'aigua, o WQI, indica el grau de contaminació d'una massa d'aigua en diferents punts i permet analitzar els seus canvis amb el temps. A més de controlar els canvis d'un subministrament d'aigua, permet comparar la seva qualitat amb altres subministraments de la regió o de qualsevol regió del món. Per tal de determinar l'Índex de Qualitat de l'aigua cal determinar 9 paràmetres de qualitat de l'aigua: demanda bioquímica d'oxigen, oxigen dissolt, "coliforme" fecal, nitrats, pH, canvis de temperatura, sòlids dissolts, fosfats i dispersió de la radiació.
Un cop s'han determinat els nou paràmetres, es calcula el WQI, el qual s'expressa en percentatge d'aigua pura. Per tant, el WQI està comprès entre un valor de 0% i 100%, sent 0% aigua altament contaminada i 100% aigua en excel·lents condicions.
Els principals factor que provoquen la contaminació de l'aigua són:
En els últims anys han sigut molts els processos i les substàncies empleades en la desinfecció de l'aigua, tals com l'ús d'ozó, diòxid de carboni, cloramines o radiació ultraviolada. La filtració i desinfecció de l'aigua amb clor ha sigut un factor molt important en l'augment de l'expectativa de vida en els països desenvolupats al segle xx. Però, els sistemes de subministrament d'aigua potable sense tractament, o amb un tractament inadequat, segueix sent una de les principals amenaces de la salut pública als països en desenvolupament i, per tant, nous avanços en el tractament d'aigua com poden ser membranes per osmosi inversa o l'ozonització, poden suposar la salvació de milions de vides arreu del món.
Com que les activitats de la nostra vida quotidiana e industrial requereixen energia per a ser dutes a terme, necessitem que aquestes siguin el més eficient possible així com d'obtenció neta per tal de minimitzar el nostre impacte ambiental.
La classificació de les energies es pot dur a terme segons diferents criteris i alguns d'aquests criteris són: el seu origen (solar, hidràulica, eòlica, geotèrmica, combustibles fòssils, reaccions nuclears),si són renovables o no renovables o en funció del seu grau de contaminació.
Prenent la classificació d'energies renovables i no renovables tenim:
En general, cal dir que les energies renovables són força més netes a causa del fet que no presenten emissions en ser emprades, però presenten un efecte de disrupció ambiental en ser necessàries estructures per a transformar l'energia de la font natural en energia útil. A més, s'ha de mencionar que les seves fonts sovint són aleatòries i depenen de la geografia i el clima.
Per altra banda, les energies no renovables, a més de presentar l'efecte de disrupció ambiental en ser necessàries estructures per a aconseguir arribar a les fonts com en el cas dels combustibles fòssils, presenten un efecte de contaminació per pol·lució en el procés d'obtenir l'energia.