A grande área da química ambiental estuda as alterações e os processos químicos que ocorrem no ambiente, com ênfase na forma como a atividade humana afecta os ecossistemas. Para compreender e atenuar os efeitos negativos da atividade humana no ambiente, esta investigação abrange uma vasta gama de tópicos, como a gestão de resíduos, a contaminação dos solos, as alterações climáticas e a poluição do ar e da água. A poluição atmosférica afecta a saúde humana e o ambiente através da libertação de gases tóxicos e partículas provenientes de processos industriais, emissões de automóveis e actividades agrícolas. Na química ambiental, os métodos para reduzir as emissões e diminuir os seus impactos são desenvolvidos através da análise da composição química dos poluentes, do seu movimento na atmosfera e da sua alteração. Um grande perigo para os ecossistemas aquáticos e para a saúde humana é a contaminação das massas de água por resíduos domésticos, escoamento agrícola e efluentes industriais. A química ambiental cria sistemas para o tratamento e remediação da água, analisando as caraterísticas químicas dos poluentes, o seu destino e o seu trânsito nas massas de água.
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