Környezetünk nem élő, kémiai összetételük szerint egynemű anyagai gázok, folyadékok és szilárd anyagok lehetnek.
A környezettel foglalkozó szakember jól tudja, hogy közülük a szilárd anyag nem csak a lábunk alatti talajban és kőzetekben található: állandóan, jelentős mennyiségben, és a mennyiségénél is jelentősebb környezeti hatással jelen van a légkörben és a vizekben is, csupán szemcséinek parányi mérete rejti el itt a hétköznapi ember szeme elől. Ha egy ké-miailag egynemű (homogén) gáz- vagy folyadékrendszerben megjelenik a szilárd anyag bármilyen apró szemcséje is, vele szükségszerűen eltűnik a homogenitás, megjelennek határfelületek, a rendszer összetetté (heterogénné) válik és tulajdonságai is megváltoznak.
A környezetben képződő szilárd fázisok szemcsemérete jellemzően a nanométer (nm) – 10 mikrométer (μm) tartományba esik, vagyis nagy részük a legjobb felbontású optikai (fénnyel működő) mikroszkópokkal sem látható. A kis szemcseméret oka, hogy a környe-zeti folyamatok viszonylag kis energiájú környezetben zajlanak (normál légköri nyomás, kb. 101 kPa, és alacsony hőmérséklet, –60 – +60 ºC), ráadásul az e környezetben meghatá-rozó vizes oldatokban a kémiai koncentráció és a (mikro)biológiai aktivitás gyorsan válto-zó, így a nagy kristályok növekedéséhez elengedhetetlen, időben állandó körülmények sem adottak.
A gázokat és folyadékokat általában molekulaként megjelenő vegyületek, elemek vagy ezek keverékei és bennük oldott szabad (általában hidratált) ionok alkotják. A gázok és folyadé-kok vizsgálatára fejlődött ki az elmúlt kétszázötven évben a modern kémia.
Ezzel párhuzamosan a természetes szilárd vegyületek (ásványok) kutatása is megindult a 18. században, önálló tudományág, a modern ásványtan keretében. A kémia és az ásvány-tan elkülönülésének fő oka, hogy a természetes szilárd anyagok többsége – szemben a gá-zokkal és a folyadékokkal – nem molekuláris vegyület, ezért megismerésük más módszere-ket kívánt. Az elmúlt 15–20 évben alakult ki a természetesekkel rokon, szilárd környezeti anyagok megismerésével foglalkozó környezeti ásványtan.
Az ásványtan (mineralógia) tehát az ásványokkal és a velük rokon (szilárd) vegyületekkel foglalkozó tudomány. Ásványtani szempontból a tisztán természetes és a környezeti (az ember keze nyomát is magán viselő) szilárd anyagok között nincs különbség: mindkettő az ásványtan alapfogalmaival írható le, az ásványtan eszközeivel ismerhető meg, mindkettő-nél az ásványtan tudja feltárni és jellemezni a kedvező vagy kedvezőtlen – vagy éppen semleges – környezeti hatásokat.
10 KÖRNYEZETI ÁSVÁNYTAN I.
www.tankonyvtar.hu Weiszburg Tamás, Tóth Erzsébet, ELTE TTK
Az ásványtan 21. századi tudományos kapcsolatrendszerét az 1.1. ábra mutatja.
A kémia, a fizika és az ásványtan kutatási eszköztárában számos hasonlóságot találunk, de mindegyiknek megvannak a maga sajátos eszközei is. Mivel a környezeti ásványtan tárgyát képező parányi szemcséket hagyományos módon, közvetlenül (szabad szemmel vagy opti-kai mikroszkópokkal) nem láthatjuk, ezért kutatásuk csak az elmúlt évtizedekben elterjedt nagyműszeres vizsgálatokkal (elektronmikroszkópiák, diffrakciós mérések, szerkezeti in-formációt adó spektroszkópiák, felületi mikroszkópiák) lehetséges. Ezért a környezeti ás-ványtan esetében – az egyes szilárd vegyületek ismerete és a környezeti folyamatokban betöltött szerepük tárgyalásán túl – e módszerek legalább alapszintű megismerése elenged-hetetlen.
Az ásványok és velük rokon anyagok a vegyületcsoportok széles körét képviselik; gazda-sági jelentőségük és környezeti hatásuk vegyületcsoportonként eltérő. Ezért az ásványok környezeti hatását legegyszerűbb a kémiai rokonságot is tükröző ásványrendszertan kere-tében adott példákkal áttekinteni.
1.1. ábra: Az ásványtan 21. századi tudományos kapcsolatrendszere
Könyvünk ennek megfelelően két nagyobb részből áll, melyek maguk is önálló fejezetekre bomlanak.
Az általános áttekintésben hat, egymáshoz kapcsolódó, egymásra épülő fejezet szerepel.
Először az alapfogalmakat vezetjük be. Ezután tárgyaljuk a szemcseméret jelentőségét, hiszen a hagyományos és a környezeti ásványtan anyagai főként ebben különböznek egy-mástól. Itt, pusztán geometriai megfontolások alkalmazásával, még a konkrét vegyületek ismerete nélkül megmutatjuk, hogy a környezeti ásványok parányi mérete milyen óriási változást eredményez szemcséik mennyiségében és fajlagos felületében. A következőkben röviden bemutatjuk a legtöbbször fénymikroszkóppal sem látható, nanométeres, ritkábban mikrométeres méretű szemcsék megismerhetőségét lehetővé tevő főbb vizsgálati módsze-reket és ezek eszközeit. A környezeti ásványtanban legfontosabb vegyületcsoportokat a tulajdonságaik általánosíthatóságát is lehetővé tevő kémiai rendszer szerint ismertetjük
1. BEVEZETÉS 11
Weiszburg Tamás, Tóth Erzsébet, ELTE TTK www.tankonyvtar.hu
meg az olvasóval. Ennek kapcsán röviden azt is áttekintjük, hogy melyek a szilárd vegyü-leteket érintő legfontosabb környezeti folyamatok, hogyan épülnek, hogyan bomlanak el, mikor stabilak, mikor és miért használhatók fel a környezet védelmében, a környezetgaz-dálkodásban, vagy éppen mikor veszélyeztetik a környezetet.
Végül arra hozunk igen részletes, az ásványtani ismereteken túl a gazdasági, társadalmi vetületeket is tárgyaló példát az azbesztek segítségével, amikor a méret csökkenésével nem csupán a felület nagysága, hanem minősége is megváltozik: amikor nano- és mikrométeres méretben keletkező, környezetünkbe ipari méretekben beépített szilárd vegyületcsoportok kémiailag, fizikailag, sőt élettani hatásukban is másként viselkednek, mint a hagyományos, milliméteres, deciméteres megfelelőik.
A könyv végén ajánlott szakirodalom pedig a továbblépés, a mélyebb megértés útját mutat-ja meg, akár a témában hallgatott haladó kurzusoknál, akár a vizsga utáni diákköri munká-nál, akár a diplomaterv készítésekor, vagy már éppen a végzést követően, a gyakorlati munka során.
www.tankonyvtar.hu Weiszburg Tamás, Tóth Erzsébet, ELTE TTK