“દુનિયાએ બુદ્ધિ વિના તેજ, અંતઃકરણ વિના શક્તિ પ્રાપ્ત કરી છે. આપણી દુનિયા પરમાણુ દાનવો અને નૈતિક શિશુઓની છે.”

તમે તમારી પહેલાની ધોરણોમાં પર્યાવરણ વિશે પહેલેથી જ અભ્યાસ કર્યો છે. પર્યાવરણીય અભ્યાસો આપણા આસપાસના વાતાવરણ સાથેના તમામ સામાજિક, આર્થિક, જૈવિક, ભૌતિક અને રાસાયણિક આંતરસંબંધોના સરવાળા સાથે વ્યવહાર કરે છે. આ એકમમાં પર્યાવરણીય રસાયણશાસ્ત્ર પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવામાં આવશે. પર્યાવરણીય રસાયણશાસ્ત્ર પર્યાવરણમાં રાસાયણિક પ્રજાતિઓના ઉદ્ભવ, પરિવહન, પ્રતિક્રિયાઓ, અસરો અને ભાવિ સાથે વ્યવહાર કરે છે. ચાલો પર્યાવરણીય રસાયણશાસ્ત્રના કેટલાક મહત્વપૂર્ણ પાસાઓની ચર્ચા કરીએ.

14.1 પર્યાવરણીય પ્રદૂષણ

પર્યાવરણીય પ્રદૂષણ એ આપણા આસપાસના વાતાવરણમાં અનિચ્છનીય ફેરફારોની અસર છે જે વનસ્પતિઓ, પ્રાણીઓ અને મનુષ્યો પર હાનિકારક અસરો ધરાવે છે. એક પદાર્થ, જે પ્રદૂષણ ઉત્પન્ન કરે છે, તેને પ્રદૂષક તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. પ્રદૂષકો ઘન, પ્રવાહી અથવા વાયુ સ્વરૂપના પદાર્થો હોઈ શકે છે જે કુદરતી પ્રમાણ કરતાં વધુ સાંદ્રતામાં હાજર હોય છે અને માનવીય પ્રવૃત્તિઓ અથવા કુદરતી ઘટનાઓને કારણે ઉત્પન્ન થાય છે. શું તમે જાણો છો, એક સરેરાશ મનુષ્યને ખોરાક કરતાં લગભગ 12-15 ગણી વધુ હવાની જરૂર પડે છે. તેથી, હવામાં પ્રદૂષકોની નાની માત્રા પણ ખોરાકમાં હાજર સમાન સ્તરોની તુલનામાં મહત્વપૂર્ણ બની જાય છે. પ્રદૂષકો વિઘટનશીલ હોઈ શકે છે, જેમ કે કાઢી નાખેલ શાકભાજી જે કુદરતી પ્રક્રિયાઓ દ્વારા ઝડપથી વિઘટિત થાય છે. બીજી બાજુ, જે પ્રદૂષકો ધીમે ધીમે વિઘટનશીલ હોય છે, તે ઘણા દાયકાઓ સુધી પર્યાવરણમાં અપરિવર્તિત સ્વરૂપમાં રહે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પદાર્થો જેમ કે ડાયક્લોરોડાયફિનાઇલટ્રાયક્લોરોઇથેન (DDT), પ્લાસ્ટિક સામગ્રી, ભારે ધાતુઓ, ઘણા રસાયણો, પરમાણુ કચરો વગેરે, એકવાર પર્યાવરણમાં મુક્ત થયા પછી દૂર કરવા મુશ્કેલ હોય છે. આ પ્રદૂષકો કુદરતી પ્રક્રિયાઓ દ્વારા વિઘટિત થઈ શકતા નથી અને જીવંત જીવો માટે હાનિકારક છે. પર્યાવરણીય પ્રદૂષણની પ્રક્રિયામાં, પ્રદૂષકો એક સ્ત્રોત પરથી ઉદ્ભવે છે અને હવા અથવા પાણી દ્વારા પરિવહન પામે છે અથવા મનુષ્યો દ્વારા માટીમાં ફેંકવામાં આવે છે.

14.2 વાતાવરણીય પ્રદૂષણ

પૃથ્વીને ઘેરી રહેલું વાતાવરણ બધી ઊંચાઈઓ પર સમાન જાડાઈનું નથી. હવાના સમકેન્દ્રીય સ્તરો અથવા પ્રદેશો છે અને દરેક સ્તરની ઘનતા અલગ છે. વાતાવરણનો સૌથી નીચો પ્રદેશ જેમાં મનુષ્યો અન્ય જીવો સાથે રહે છે તેને ટ્રોપોસ્ફિયર કહેવામાં આવે છે. તે સમુદ્ર સપાટીથી $\sim 10 \mathrm{~km}$ ની ઊંચાઈ સુધી વિસ્તરેલો છે. ટ્રોપોસ્ફિયરની ઉપર, સમુદ્ર સપાટીથી 10 અને $50 \mathrm{~km}$ વચ્ચે સ્ટ્રેટોસ્ફિયર આવેલો છે. ટ્રોપોસ્ફિયર એક અશાંત, ધૂળયુક્ત ઝોન છે જેમાં હવા, ઘણું પાણીની વરાળ અને વાદળો હોય છે. આ મજબૂત હવાની હલચલ અને વાદળ રચનાનો પ્રદેશ છે. બીજી બાજુ, સ્ટ્રેટોસ્ફિયરમાં ડાયનાઇટ્રોજન, ડાયઑક્સિજન, ઓઝોન અને થોડી પાણીની વરાળ હોય છે.

વાતાવરણીય પ્રદૂષણનો સામાન્ય રીતે ટ્રોપોસ્ફેરિક અને સ્ટ્રેટોસ્ફેરિક પ્રદૂષણ તરીકે અભ્યાસ કરવામાં આવે છે. સ્ટ્રેટોસ્ફિયરમાં ઓઝોનની હાજરી સૂર્યની હાનિકારક અલ્ટ્રાવાયોલેટ (UV) કિરણોના લગભગ 99.5 ટકા ભાગને પૃથ્વીની સપાટી પર પહોંચતા અટકાવે છે અને ત્યાંથી મનુષ્યો અને અન્ય પ્રાણીઓને તેની અસરથી બચાવે છે.

14.2.1 ટ્રોપોસ્ફેરિક પ્રદૂષણ

ટ્રોપોસ્ફેરિક પ્રદૂષણ હવામાં અનિચ્છનીય ઘન અથવા વાયુ કણોની હાજરીને કારણે થાય છે. નીચેના ટ્રોપોસ્ફિયરમાં હાજર મુખ્ય વાયુ અને કણિકા પ્રદૂષકો છે:

1. વાયુયુક્ત હવાના પ્રદૂષકો: આ સલ્ફર, નાઇટ્રોજન અને કાર્બનના ઑક્સાઇડ, હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ, હાઇડ્રોકાર્બન, ઓઝોન અને અન્ય ઑક્સિડન્ટ છે.

2. કણિકા પ્રદૂષકો: આ ધૂળ, ધુમ્મસ, ધુમાડો, સ્મોક, સ્મોગ વગેરે છે.

1. વાયુયુક્ત હવાના પ્રદૂષકો

(a) સલ્ફરના ઑક્સાઇડ: સલ્ફર ધરાવતા જીવાશ્મ ઇંધણને બાળવામાં આવે ત્યારે સલ્ફરના ઑક્સાઇડ ઉત્પન્ન થાય છે. સૌથી સામાન્ય પ્રજાતિ, સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ, એક વાયુ છે જે પ્રાણીઓ અને વનસ્પતિઓ બંને માટે ઝેરી છે. જાણવા મળ્યું છે કે સલ્ફર ડાયોક્સાઇડની નીચી સાંદ્રતા પણ મનુષ્યોમાં શ્વસન રોગો જેમ કે, દમ, બ્રોન્કાઇટિસ, એમ્ફિસેમા ઉત્પન્ન કરે છે. સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ આંખોમાં ઉશ્કેરણી ઉત્પન્ન કરે છે, જેના પરિણામે આંસુ અને લાલાશ આવે છે. $\mathrm{SO_2}$ ની ઊંચી સાંદ્રતા ફૂલની કળીઓની અકડામણ તરફ દોરી જાય છે જે છેવટે છોડ પરથી ખરી પડે છે. સલ્ફર ડાયોક્સાઇડનું ઉત્પ્રેરક વિનાનું ઑક્સિડેશન ધીમું છે. જો કે, પ્રદૂષિત હવામાં કણિકા પદાર્થની હાજરી સલ્ફર ડાયોક્સાઇડના સલ્ફર ટ્રાયોક્સાઇડમાં ઑક્સિડેશનને ઉત્પ્રેરિત કરે છે.

$$ 2 \mathrm{SO_2}(\mathrm{~g})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g}) \rightarrow 2 \mathrm{SO}_3(\mathrm{~g}) $$

ઓઝોન અને હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ દ્વારા પણ પ્રતિક્રિયાને પ્રોત્સાહન મળી શકે છે.

$$ \begin{aligned} & \mathrm{SO}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{O}_3(\mathrm{~g}) \rightarrow \mathrm{SO}_3(\mathrm{~g})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g}) \\ & \mathrm{SO}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2(\mathrm{l}) \rightarrow \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4(\mathrm{aq}) \end{aligned} $$

(b) નાઇટ્રોજનના ઑક્સાઇડ: ડાયનાઇટ્રોજન અને ડાયઑક્સિજન હવાના મુખ્ય ઘટકો છે. આ વાયુઓ સામાન્ય તાપમાને એકબીજા સાથે પ્રતિક્રિયા કરતા નથી. ઊંચાઈ પર જ્યારે વીજળી પડે છે, ત્યારે તેઓ નાઇટ્રોજનના ઑક્સાઇડ બનાવવા માટે સંયોજન કરે છે. $\mathrm{NO}_2$ નાઇટ્રેટ આયન, $\mathrm{NO}_3^{-}$ માં ઑક્સિડાઇઝ થાય છે, જે માટીમાં ધોવાઈ જાય છે, જ્યાં તે ખાતર તરીકે કામ કરે છે. ઑટોમોબાઇલ એન્જિનમાં, (ઊંચા તાપમાને) જ્યારે જીવાશ્મ ઇંધણ બાળવામાં આવે છે, ત્યારે ડાયનાઇટ્રોજન અને ડાયઑક્સિજન નીચે પ્રમાણે નોંધપાત્ર માત્રામાં નાઇટ્રિક ઑક્સાઇડ (NO) અને નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ $\left(\mathrm{NO}_2\right)$ બનાવવા માટે સંયોજન કરે છે:

$\mathrm{N}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g}) \xrightarrow{1483 \mathrm{~K}} 2 \mathrm{NO}(\mathrm{g})$

$\mathrm{NO}$ તરત જ ઑક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને $\mathrm{NO}_2$ આપે છે

$2 \mathrm{NO}(\mathrm{g})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g}) \rightarrow 2 \mathrm{NO}_2(\mathrm{~g})$

$\mathrm{NO_2}$ ના ઉત્પાદનનો દર વધુ ઝડપી હોય છે જ્યારે નાઇટ્રિક ઑક્સાઇડ સ્ટ્રેટોસ્ફિયરમાં ઓઝોન સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે.

$\mathrm{NO}(\mathrm{g})+\mathrm{O}_3(\mathrm{~g}) \rightarrow \mathrm{NO}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{O}_2(\mathrm{~g})$

ટ્રાફિક અને ગીચ સ્થળોએ ઉશ્કેરણીકારક લાલ ધુમ્મસ નાઇટ્રોજનના ઑક્સાઇડને કારણે છે. $\mathrm{NO_2}$ ની ઊંચી સાંદ્રતા છોડના પાંદડાને નુકસાન પહોંચાડે છે અને પ્રકાશસંશ્લેષણનો દર ધીમો પાડે છે. નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ એ ફેફસાંનું ઉશ્કેરણીકારક છે જે બાળકોમાં તીવ્ર શ્વસન રોગ તરફ દોરી શકે છે. તે જીવંત પેશીઓ માટે પણ ઝેરી છે. નાઇટ્રોજન ડાયોક્સાઇડ વિવિધ ટેક્સટાઇલ તંતુઓ અને ધાતુઓ માટે પણ હાનિકારક છે.

(c) હાઇડ્રોકાર્બન: હાઇડ્રોકાર્બન ફક્ત હાઇડ્રોજન અને કાર્બનથી બનેલા હોય છે અને ઑટોમોબાઇલ્સમાં વપરાતા ઇંધણના અપૂર્ણ દહનથી બને છે. હાઇડ્રોકાર્બન કાર્સિનોજેનિક છે, એટલે કે, તેઓ કેન્સર ઉત્પન્ન કરે છે. તેઓ વૃદ્ધત્વ, પેશીઓનું વિઘટન અને પાંદડા, ફૂલો અને ટહુકાંનું પડવું ઉત્પન્ન કરીને છોડને નુકસાન પહોંચાડે છે.

(d) કાર્બનના ઑક્સાઇડ

(i) કાર્બન મોનોક્સાઇડ: કાર્બન મોનોક્સાઇડ (CO) સૌથી ગંભીર હવાના પ્રદૂષકોમાંનો એક છે. તે રંગહીન અને ગંધહીન વાયુ છે, જીવંત પ્રાણીઓ માટે ખૂબ જ ઝેરી છે કારણ કે તે અંગો અને પેશીઓમાં ઑક્સિજનની પૂર્તિ અવરોધવાની ક્ષમતા ધરાવે છે. તે કાર્બનના અપૂર્ણ દહનના પરિણામે ઉત્પન્ન થાય છે. કાર્બન મોનોક્સાઇડ મુખ્યત્વે ઑટોમોબાઇલ એક્ઝોસ્ટ દ્વારા હવામાં છોડવામાં આવે છે. અન્ય સ્ત્રોતો, જે $\mathrm{CO}$ ઉત્પન્ન કરે છે, તેમાં કોલસા, લાકડા, પેટ્રોલ વગેરેનું અપૂર્ણ દહન સામેલ છે. વાહનોની સંખ્યા સમગ્ર વિશ્વમાં વર્ષો સુધી વધી રહી છે. ઘણા વાહનોનું જાળવણી ખરાબ રીતે થાય છે અને અનેકમાં પ્રદૂષણ નિયંત્રણ સાધનો અપૂર્ણ હોય છે જેના પરિણામે વધુ માત્રામાં કાર્બન મોનોક્સાઇડ અને અન્ય પ્રદૂષક વાયુઓ છૂટે છે. શું તમે જાણો છો કે કાર્બન મોનોક્સાઇડ શા માટે ઝેરી છે? તે હિમોગ્લોબિન સાથે જોડાઈને કાર્બોક્સીહિમોગ્લોબિન બનાવે છે, જે ઑક્સિજન-હિમોગ્લોબિન સંકીર્ણ કરતાં લગભગ 300 ગણું વધુ સ્થિર છે. રક્તમાં, જ્યારે કાર્બોક્સીહિમોગ્લોબિનની સાંદ્રતા લગભગ 3-4 ટકા સુધી પહોંચે છે, ત્યારે રક્તની ઑક્સિજન વહન ક્ષમતા ખૂબ ઘટી જાય છે. આ ઑક્સિજનની ઉણપ, માથાનો દુખાવો, નબળી દ્રષ્ટિ, ચિંતા અને હૃદય રોગ તરફ દોરી જાય છે. આ જ કારણ છે કે લોકોને ધૂમ્રપાન ન કરવાની સલાહ આપવામાં આવે છે. ધૂમ્રપાનની આદત ધરાવતી ગર્ભવતી સ્ત્રીઓમાં રક્તમાં વધેલું $\mathrm{CO}$ સ્તર અકાળ જન્મ, સ્વયંભૂ ગર્ભપાત અને વિકૃત બાળકો ઉત્પન્ન કરી શકે છે.

(ii) કાર્બન ડાયોક્સાઇડ: કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $\left(\mathrm{CO}_2\right)$ શ્વસન દ્વારા, ઊર્જા માટે જીવાશ્મ ઇંધણના દહન દ્વારા, અને સિમેન્ટના ઉત્પાદન દરમિયાન ચૂનાના પથ્થરના વિઘટન દ્વારા વાતાવરણમાં છોડવામાં આવે છે. તે જ્વાળામુખી ફાટવા દરમિયાન પણ ઉત્સર્જિત થાય છે. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ વાયુ ફક્ત ટ્રોપોસ્ફિયર સુધી મર્યાદિત છે. સામાન્ય રીતે તે વાતાવરણના કદ દ્વારા લગભગ 0.03 ટકા બનાવે છે. જીવાશ્મ ઇંધણના વધેલા ઉપયોગ સાથે, મોટી માત્રામાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ વાતાવરણમાં છૂટે છે. હવામાં $\mathrm{CO}_2$ ની વધુ માત્રા હરિત વનસ્પતિઓ દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે અને આ $\mathrm{CO}_2$ ના વાતાવરણમાં યોગ્ય સ્તર જાળવે છે. હરિત વનસ્પતિઓને પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે $\mathrm{CO}_2$ જરૂરી છે અને તેઓ બદલામાં, ઑક્સિજન ઉત્સર્જિત કરે છે, આમ નાજુક સંતુલન જાળવે છે. જેમ તમે જાણો છો, વનનાબૂદી અને જીવાશ્મ ઇંધણનું દહન $\mathrm{CO}_2$ સ્તર વધારે છે અને વાતાવરણમાં સંતુલન ખલેલ પહોંચાડે છે. હવામાં $\mathrm{CO}_2$ ની વધેલી માત્રા વૈશ્વિક તાપમાન વધારા માટે મુખ્યત્વે જવાબદાર છે.

વૈશ્વિક તાપમાન વધારો અને ગ્રીનહાઉસ અસર

પૃથ્વી પર પહોંચતી સૌર ઊર્જાનો લગભગ $75 \%$ ભાગ પૃથ્વીની સપાટી દ્વારા શોષાય છે, જે તેનું તાપમાન વધારે છે. બાકીની ગરમી વાતાવરણમાં પાછી વિકિરણ કરે છે. કેટલીક ગરમી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ, મિથેન, ઓઝોન, ક્લોરોફ્લોરોકાર્બન સંયોજનો (CFCs) અને વાતાવરણમાં પાણીની વરાળ જેવા વાયુઓ દ્વારા ફસાય છે. આમ, તેઓ વાતાવરણના ગરમ થવામાં ઉમેરો કરે છે. આ વૈશ્વિક તાપમાન વધારો ઉત્પન્ન કરે છે.

આપણે બધા જાણીએ છીએ કે ઠંડા સ્થળોએ ફૂલો, શાકભાજી અને ફળોને ગ્લાસથી ઢંકાયેલા વિસ્તારોમાં ઉગાડવામાં આવે છે જેને ગ્રીનહાઉસ કહેવામાં આવે છે. શું તમે જાણો છો કે આપણા મનુષ્યો પણ ગ્રીનહાઉસમાં રહે છે? અલબત્ત, આપણે કાચથી ઘેરાયેલા નથી પરંતુ હવાના આવરણથી જેને વાતાવરણ કહેવામાં આવે છે, જેણે સદીઓથી પૃથ્વી પર તાપમાન સ્થિર રાખ્યું છે. પરંતુ હવે તે ફેરફારથી પસાર થઈ રહ્યું છે, જોકે ધીમે ધીમે. જે રીતે ગ્રીનહાઉસમાં કાચ સૂર્યની ગરમીને અંદર રાખે છે, તે જ રીતે વાતાવરણ પૃથ્વીની સપાટીની નજીક સૂર્યની ગરમીને ફસાવે છે અને તેને ગરમ રાખે છે. આને કુદરતી ગ્રીનહાઉસ અસર કહેવામાં આવે છે કારણ કે તે તાપમાન જાળવે છે અને પૃથ્વીને જીવન માટે સંપૂર્ણ બનાવે છે. ગ્રીનહાઉસમાં, સૌર કિરણો પારદર્શક કાચમાંથી પસાર થાય છે અને માટી અને છોડને ગરમ કરે છે. ગરમ માટી અને છોડ ઇન્ફ્રારેડ કિરણો ઉત્સર્જિત કરે છે. કારણ કે કાચ ઇન્ફ્રારેડ કિરણો (થર્મલ પ્રદેશ) માટે અપારદર્શક છે, તે આ કિરણોને આંશિક રીતે પરાવર્તિત કરે છે અને આંશિક રીતે શોષી લે છે. આ પદ્ધતિ સૂર્યની ઊર્જાને ગ્રીનહાઉસમાં ફસાવી રાખે છે. તે જ રીતે, કાર્બન ડાયોક્સાઇડના અણુઓ પણ ગરમીને ફસાવે છે કારણ કે તેઓ સૂર્યપ્રકાશ માટે પારદર્શક હોય છે પરંતુ ગરમીના વિકિરણ માટે નહીં. જો કાર્બન ડાયોક્સાઇડની માત્રા 0.03 ટકાના નાજુક પ્રમાણને પાર કરે છે, તો કુદરતી ગ્રીનહાઉસ સંતુલન ખલેલ પામી શકે છે. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ વૈશ્વિક તાપમાન વધારામાં મુખ્ય યોગદાનકર્તા છે.

કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ઉપરાંત, અન્ય ગ્રીનહાઉસ વાયુઓ મિથેન, પાણીની વરાળ, નાઇટ્રસ ઑક્સાઇડ, CFCs અને ઓઝોન છે. મિથેન કુદરતી રીતે ઉત્પન્ન થાય છે જ્યારે વનસ્પતિ ઑક્સિજનની ગેરહાજરીમાં બાળવામાં આવે છે, પાચન થાય છે અથવા સડે છે. મોટી માત્રામાં મિથેન ડાંગરના ખેતરો, કોલસાની ખાણો, સડતા કચરાના ઢગલાઓમાંથી અને જીવાશ્મ ઇંધણ દ્વારા છૂટે છે. ક્લોરોફ્લોરોકાર્બન (CFCs) માનવનિર્મિત ઔદ્યોગિક રસાયણો છે જેનો ઉપયોગ એર કન્ડીશનિંગ વગેરેમાં થાય છે. CFCs ઓઝોન સ્તરને પણ નુકસાન પહોંચાડી રહ્યા છે (વિભાગ 14.2.2). નાઇટ્રસ ઑક્સાઇડ પર્યાવરણમાં કુદરતી રીતે થાય છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, રાસાયણિક ખાતરોના ઉપયોગ અને જીવાશ્મ ઇંધણના દહનને કારણે તેમની માત્રામાં નોંધપાત્ર વધારો થયો છે. જો આ વલણો ચાલુ રહે, તો સરેરાશ વૈશ્વિક તાપમાન એક સ્તર સુધી વધશે જે ધ્રુવીય બરફની ટોપીઓના પીગળવા અને પૃથ્વી પરના નીચા પડતા વિસ્તારોમાં પૂર તરફ દો