環境化學/導論

環境化學是化學的一個分支。它研究的是環境中發生的化學過程，這些過程受到人類活動的影響。

環境

環境一詞意為“周圍”。環境是指生物體周圍的一切，這些因素影響著生物體的生存。

非生物因素

1. 影響種群數量和環境的非生物成分
2. 影響生物體生長和繁殖的物理條件和非生物資源
3. 例如，溫度、光照強度、二氧化碳濃度、水和土壤的pH值

非生物因素對種群的影響

1. 季節性溫度變化影響植物開花時間、動物繁殖時間、種子發芽時間以及動物冬眠時間。
2. 許多型別的植物在完全暴露於陽光下時生長得更好
3. 例如，土壤的pH值會影響植物的生長型別。

生物因素

1. 影響另一個生物體種群或環境的生物成分
2. 例如，獵物是生物因素，因為它是一種會影響另一個生物體種群的生物（更多的獵物=捕食者種群增加，反之亦然）

生物因素對種群的影響

1. 病原體*很可能會導致種群數量下降
2. 人類建造城市和工廠，並將廢物排放到水中，正在影響環境。

環境的各個部分

1. 岩石圈：由土壤和岩石組成的地殼*。土壤由有機物、無機物和水組成。它們負責土壤的肥力，從而影響土壤的生產力。

2. 水圈：指地球上所有狀態的水（固態、液態和氣態）。這包括所有地表水和地下水，如海洋、湖泊、河流、溪流、冰川、極地冰蓋以及鎖在地殼以下礦物中的水。

3. 生物圈：地球上存在生命的區域。生命在這個區域之外不存在。

4. 大氣層：圍繞地球的氣體層。大多數生物體利用氧氣進行呼吸；植物利用二氧化碳進行光合作用。

大氣結構

大氣層大致分為四個主要區域

1. 對流層
2. 平流層
3. 中間層
4. 熱層

垂直遞減率

• 溫度隨高度的變化稱為垂直遞減率。
• 溫度隨高度下降稱為正垂直遞減率（對流層）
• 對流層頂從正垂直遞減率到負垂直遞減率的過渡標誌著所謂的溫度逆轉。

對流層

1. 它是距離地面最近的區域
2. 包含70%的大氣質量
3. 溫度隨高度下降
4. 海平面15 C到11,000 m -56.5 C
5. 包含大氣中99%的水蒸氣
6. 對流層頂是對流層和平流層之間的過渡層

平流層

1. 對流層上方的區域
2. 較暖的層位於較高處，較冷的層位於靠近地球的地方
3. 溫度升高是由於臭氧吸收來自太陽的紫外線
4. 臭氧存在於平流層中

中間層

1. 平流層上方的區域
2. 溫度隨高度下降
3. 中間層頂是中間層和熱層之間的過渡層，溫度最低（約-100 C）

熱層

1. 它是中間層上方的區域
2. 溫度隨高度升高而升高
3. 該區域的大氣氣體（氧氣和氮氣）吸收太陽輻射併發生電離（失去電子）。
4. O2+、O+、N+
5. 在沒有紫外線輻射的夜晚，這些物質再次與電子結合形成中性物質。
6. 由於存在正離子和電子，50-100 km 的區域被稱為電離層

生物地球化學迴圈

水迴圈

• 蒸發：太陽加熱海洋、湖泊和河流中的水，水變成水蒸氣
• 凝結：當水蒸氣上升到空中時，它開始冷卻並形成微小的水滴。這些水滴聚集在一起形成雲。這個過程稱為凝結。
• 降水：當雲變得很重，無法再容納水滴時，它們就會以雨、冰雹或雪的形式落回地球。這個過程稱為降水。

一些落在地球上的水滲入地下。這種水以地下水的形式供我們使用。剩餘的水流回海洋、湖泊、河流和海中。這個過程稱為匯聚。然後，太陽再次開始加熱這些水。這種水的迴圈稱為水迴圈。

• 蒸騰：植物也會透過蒸騰作用從葉片中以水蒸氣的形式向空氣中釋放水分

氮迴圈

氮迴圈描述了氮如何在植物、動物、細菌、大氣（空氣）和土壤之間迴圈。為了讓氮能夠被不同的生命形式利用，它必須轉變為不同的狀態。大氣中或空氣中的氮是N2。氮的其他重要狀態包括硝酸鹽（N03）、亞硝酸鹽（NO2）和銨鹽（NH4）。

• 固氮：是將地球大氣中的氮氣 (N2) 轉換為氨氣 (NH4+) 的過程，由細菌完成。
• 硝化作用：是將銨鹽轉化為硝酸鹽 (NO3−) 的過程，由細菌完成。硝酸鹽是一種我們可以利用的氮形式（植物吸收它們，並透過食物鏈在群落中傳遞）。氮以蛋白質、氨基酸等形式存在於植物中，然後在植物被吃掉後會在其他動物體內重新組裝
• 氨化作用：當植物或動物死亡時，真菌和細菌等分解者將氮轉化回銨鹽，使其可以重新進入氮迴圈。
• 反硝化作用：土壤中多餘的氮被釋放回空氣中。也有一些特殊的細菌執行這項工作。