BÀI GIẢNG HỌC PHẦN CƠ SỞ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Ðể giải quyết các vấn đề khổng lồ của sự gia tăng dân số quá mức, sự cạn kiệt tài nguyên và ô nhiễm môi trường, đòi hỏi phải có nhiều kiến thức khoa học: sinh học, sinh thái học, khoa học trái đất, khoa học xã hội, khoa học kinh tế.... Khoa học môi trường là khoa học liên ngành, nghiên cứu tổng thể các khía cạnh môi trường liên quan đến đời sống cá nhân và sự phát triển kinh tế xã hội của loài người. Nói cách khác, khoa học môi trường nghiên cứu mối quan hệ và tương tác qua lại giữa con người và môi trường xung quanh

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

˜˜ ˜ ˜˜

BÀI GIẢNG HỌC PHẦN

CƠ SỞ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

DÀNH CHO SINH VIÊN HỆ CAO ĐẲNG

TUY HÒA – 2010

Nội dung

Chương 1

KHÁI NIỆM CƠ BẢN 4

1.1 Giới thiệu đối tượng và nhiệm vụ môn học 4

1.2 Các khái niệm và thuật ngữ 5

1.3 Các thành phần môi trường 7

1.4 Các chức năng của môi trường 8

1.5 Nghiên cứu và giải quyết những vấn đề môi trường 9

Chương 2 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÔI TRƯỜNG 10

2.1 Thạch quyển 10

2.2 Thuỷ quyển 13

2.3 Khí quyển 15

2.4 Sinh quyển 19

2.5 Mối quan hệ giữa con người và các thành phần môi trường 20

Chương 3 CƠ SỞ SINH THÁI HỌC 21

3.1 Nhân tố sinh thái 21

3.2 Quần thể sinh vật 24

3.2.1.Định nghĩa 24

3.2.2.Các chỉ số đặc trưng của quần thể 25

3.3 Quần xã sinh vật 26

3.3.1.Định nghĩa 26

3.3.2.Đặc trung của quần xã 27

3.3.3.Mối quan hệ trong quần xã 28

3.4 Hệ sinh thái 29

3.4.1.Định nghĩa 29

3.4.2.Cấu trúc 30

3.4.3.Sự chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái 31

3.4.4.Diễn thế sinh thái 36

3.5 Mối quan hệ giữa con người và hệ sinh thái hệ sinh thái 37

Chương 4

TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN 41

4.1 Tài nguyên đất 41

4.2 Tài nguyên nước 51

4.3 Tài nguyên khoáng sản và năng lượng 56

4.3.1.Tài nguyên khoáng sản 56

4.3.2.Tài nguyên năng lượng 59

4.4 Tài nguyên sinh học 62

4.4.1.Tài nguyên rừng 62

4.4.2.Tài nguyên sinh vật hoang dã 66

Chương 5 NHỮNG THÁCH THỨC CỦA THỜI ĐẠI NGÀY NAY 70

5.1 Bùng nổ dân số 70

5.2 Biến đổi khí hậu 71

5.3 Ô nhiễm môi trường 73

5.4 Suy giảm đa dạng sinh học 74

5.5 Sac mạc hóa 76

Chương 6 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 79

6.1 Ô nhiễm nước 79

6.2 Ô nhiễm đất 85

6.3 Ô nhiễm không khí 87

6.4 Hiện trạng ô nhiễm môi trường Việt Nam 92

Chương 7 BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 99

7.1 Xu hướng bảo vệ môi trường thế giới 99

7.2 Định hướng bảo vệ môi trường Việt nam 104

7.3 Các chương trình bảo vệ môi trường Thế giới mà Việt Nam tham gia 106

Chương 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 Giới thiệu đối tượng và nhiệm vụ môn học

Ðể giải quyết các vấn đề khổng lồ của sự gia tăng dân số quá mức, sự cạn kiệt tàinguyên và ô nhiễm môi trường, đòi hỏi phải có nhiều kiến thức khoa học: sinh học,sinh thái học, khoa học trái đất, khoa học xã hội, khoa học kinh tế

Khoa học môi trường là khoa học liên ngành, nghiên cứu tổng thể các khía cạnhmôi trường liên quan đến đời sống cá nhân và sự phát triển kinh tế xã hội của loàingười Nói cách khác, khoa học môi trường nghiên cứu mối quan hệ và tương tác qualại giữa con người và môi trường xung quanh

Môi trường có tính hệ thống và là hệ thống hở gồm nhiều cấp, trong đó con người

và các yếu tố xã hội - nhân văn, thông qua các điều kiện tác động, tác động vào hệthống tự nhiên Giải quyết các vấn đề môi trường đòi hỏi những kiến thức đa ngành,liên ngành Những quyết định về môi trường chỉ dựa trên một lĩnh vực chuyên mônnhất định là không toàn diện và thiếu hiệu quả

Trước khi có khoa học môi trường, đã phát triển các ngành khoa học khác lấy từngthành tố môi trường riêng biệt làm đối tượng nghiên cứu Ví dụ như sinh học nghiêncứu các loài sinh vật, xem chúng ăn gì, sinh sống ra sao, quan hệ với môi trường tựnhiên như thế nào; Thuỷ văn học nghiên cứu bản chất và quy luật sinh thành, pháttriển của các hiện tượng, quá trình thuỷ văn trong sông ngòi,

Khoa học môi trường ra đời sau các ngành khoa học trên, nhưng không thay thếchúng, không chiếm đoạt đối tượng nghiên cứu của chúng; Khoa học môi trường chỉnghiên cứu các đối tượng đó trong mối quan hệ với con người, vì con người

Như vậy, trong giai đoạn hiện nay, có thể xem khoa học môi trường là một ngànhkhoa học độc lập, được xây dựng trên cơ sở tích hợp kiến thức của các ngành khoakhoa học khác nghiên cứu môi trường sống của con người Tuy nhiên, đôi khi nhữngranh giới khoa học cũng khó rõ ràng; Ví dụ có người vẫn còn cho rằng môitrườngđồng nghĩa với hệ sinh thái, khoa học môi trường là sinh thái học nhân văn,

Nhiệm vụ của khoa học môi trường là nghiên cứu tìm ra các giải pháp bảo vệ môitrường (BVMT) trong quá trình phát triển (phát triển bền vững) và giải quyết các vấn

đề môi trường gay cấn hiện nay

Khoa học môi trường sử dụng các thành tựu của các ngành khoa học tự nhiên (sinhhọc, sinh thái học, địa lý, địa chất, khí tượng thuỷ văn hải dương học, toán học, vật lýhọc, hoá học, ), khoa học xã hội (kinh tế, nhân văn, ) làm cơ sở nghiên cứu, dự báonguyên nhân, diễn biến, hiện trạng, hệ quả các vấn đề môi trường,

Khoa học môi trường cũng sử dụng các thành tựu của các ngành khoa học côngnghệ, kỹ thuật và khoa học xã hội (luật, chính trị, ) làm công cụ giải quyết các vấn đềmôi trường, BVMT Các phân môn của khoa học môi trường là sinh học môi trường,địa học môi trường, hoá học môi trường, y học môi trường,

1.2 Các khái niệm và thuật ngữ

1.2.1 Môi trường

Môi trường theo nghĩa rộng là tất cả các nhân tố tự nhiên và xã hội cần thiết cho

sự sinh sống, sản xuất của con người, như tài nguyên thiên nhiên, không khí, đất,nước, ánh sáng, cảnh quan, quan hệ xã hội

Môi trường theo nghĩa hẹp không xét tới tài nguyên thiên nhiên, mà chỉ bao gồmcác nhân tố tự nhiên và xã hội trực tiếp liên quan tới chất lượng cuộc sống con người

Ví dụ: môi trường của học sinh gồm nhà trường với thầy giáo, bạn bè, nội quy củatrường, lớp học, sân chơi, phòng thí nghiệm, vườn trường, tổ chức xã hội như Đoàn,Đội với các điều lệ hay gia đình, họ tộc, làng xóm với những quy định không thànhvăn, chỉ truyền miệng nhưng vẫn được công nhận, thi hành và các cơ quan hành chínhcác cấp với luật pháp, nghị định, thông tư, quy định

Nói tới môi trường, người ta thường nghĩ ngay tới mối quan hệ của những yếu tốxung quanh tác động tới đời sống của sinh vật mà trong đó chủ yếu là con người Quanđiểm về môi trường nhìn từ góc độ sinh học là những quan điểm phổ biến Một số địnhnghĩa như:

 Môi trường là tập hợp các yếu tố vật lý, hóa học, sinh học, kinh tế - xã hội baoquanh và tác động tới đời sống và sự phát triển của một cá thể hoặc một cộngđồng người (UNEP-Chương trình môi trường của Liên hiệp quốc, 1980)

 Môi trường là tất cả các hoàn cảnh bên ngoài tác động lên một cơ thể sinh vậthoặc một cơ thể nhất định đang sống; là mọi vật bên ngoài một cơ thể nhất định(G.Tyler Miler, Environmental Science, USA, 1988)

 Môi trường nói chung bao gồm tập hợp tất cả các thành phần của thế giới vậtchất bao quanh có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của mọi sinhvật (Pepa,1997)

 Môi trường là tất cả các hoàn cảnh hoặc điều kiện bao quanh một hay mộtnhóm sinh vật hoặc môi trường là tổng hợp các điều kiện xã hội hay văn hóaảnh hưởng tới cá thể hoặc cộng đồng Vì con người vừa tồn tại trong thế giới tựnhiên và đồng thời tạo nên thế giới văn hóa, xã hội và kỹ thuật, nên tất cả đều làthành phần môi trường sống của con người

 Theo Điều 1, Luật bảo vệ môi trường của Việt Nam thì “Môi trường bao gồmcác yếu tố tự nhiên và yếu tố vật chất nhân tạo, quan hệ mật thiết với nhau, baoquanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển củacon người và thiên nhiên”

Qua các định nghĩa trên, môi trường được xem như là những yếu tố bao quanh vàtác động lên con người (cá thể hay cộng đồng) và sinh vật Thật vậy, nếu một môitrường nào đó có những yếu tố hoàn toàn không liên quan tới sự sống và con người,chắc rằng sẽ chẳng được ai quan tâm Tuy nhiên, cách nhìn trên làm cho người ta dễngộ nhận rằng mối quan hệ giữa con người và môi trường là mối quan hệ một chiều:môi trường tác động tới con người và con người như là một trung tâm tiếp nhận những

tác động đó Thực ra, mỗi con người lại là một tác nhân tác động tới các yếu tố chínhtrong môi trường mà nó đang tồn tại.

1.2.2 Ô nhiễm môi trường

Theo Luật Bảo vệ Môi trường của Việt Nam:

"Ô nhiễm môi trường là sự làm thay đổi tính chất của môi trường, vi phạm Tiêu chuẩn môi trường".

Trên thế giới, ô nhiễm môi trường được hiểu là việc chuyển các chất thải hoặcnăng lượng vào môi trường đến mức có khả năng gây hại đến sức khoẻ con người, đến

sự phát triển sinh vật hoặc làm suy giảm chất lượng môi trường Các tác nhân ô nhiễmbao gồm các chất thải ở dạng khí (khí thải), lỏng (nước thải), rắn (chất thải rắn) chứahoá chất hoặc tác nhân vật lý, sinh học và các dạng năng lượng như nhiệt độ, bức xạ.Tuy nhiên, môi trường chỉ được coi là bị ô nhiễm nếu trong đó hàm lượng, nồng

độ hoặc cường độ các tác nhân trên đạt đến mức có khả năng tác động xấu đến conngười, sinh vật và vật liệu

1.2.3 Các khái niệm và thuật ngữ khác

Hoạt động bảo vệ môi trường là hoạt động giữ cho môi trường trong lành, sạch

đẹp; phòng ngừa, hạn chế tác động xấu đối với môi trường, ứng phó sự cố môi trường;khắc phục ô nhiễm, suy thoái, phục hồi và cải thiện môi trường; khai thác, sử dụnghợp lý và tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên; bảo vệ đa dạng sinh học

Phát triển bền vững là phát triển đáp ứng được nhu cầu của thế hệ hiện tại mà

không làm tổn hại đến khả năng đáp ứng nhu cầu đó của các thế hệ tương lai trên cơ sởkết hợp chặt chẽ, hài hoà giữa tăng trưởng kinh tế, bảo đảm tiến bộ xã hội và bảo vệmôi trường

Tiêu chuẩn môi trường là giới hạn cho phép của các thông số về chất lượng môi

trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quannhà nước có thẩm quyền quy định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trường

Suy thoái môi trường là sự suy giảm về chất lượng và số lượng của thành phần

môi trường, gây ảnh hưởng xấu đối với con người và sinh vật

Sự cố môi trường là tai biến hoặc rủi ro xảy ra trong quá trình hoạt động của con

người hoặc biến đổi thất thường của tự nhiên, gây ô nhiễm, suy thoái hoặc biến đổimôi trường nghiêm trọng

Chất gây ô nhiễm là chất hoặc yếu tố vật lý khi xuất hiện trong môi trường thì làm

cho môi trường bị ô nhiễm

Chất thải là vật chất ở thể rắn, lỏng, khí được thải ra từ sản xuất, kinh doanh, dịch

vụ, sinh hoạt hoặc hoạt động khác

Chất thải nguy hại là chất thải chứa yếu tố độc hại, phóng xạ, dễ cháy, dễ nổ, dễ

ăn mòn, dễ lây nhiễm, gây ngộ độc hoặc đặc tính nguy hại khác

Quản lý chất thải là hoạt động phân loại, thu gom, vận chuyển, giảm thiểu, tái sử

dụng, tái chế, xử lý, tiêu hủy, thải loại chất thải

Phế liệu là sản phẩm, vật liệu bị loại ra từ quá trình sản xuất hoặc tiêu dùng được

thu hồi để dùng làm nguyên liệu sản xuất

Sức chịu tải của môi trường là giới hạn cho phép mà môi trường có thể tiếp nhận

và hấp thụ các chất gây ô nhiễm

Hệ sinh thái là hệ quần thể sinh vật trong một khu vực địa lý tự nhiên nhất định

cùng tồn tại và phát triển, có tác động qua lại với nhau

Đa dạng sinh học là sự phong phú về nguồn gen, loài sinh vật và hệ sinh thái Quan trắc môi trường là quá trình theo dõi có hệ thống về môi trường, các yếu tố

tác động lên môi trường nhằm cung cấp thông tin phục vụ đánh giá hiện trạng, diễnbiến chất lượng môi trường và các tác động xấu đối với môi trường

Thông tin về môi trường bao gồm số liệu, dữ liệu về các thành phần môi trường;

về trữ lượng, giá trị sinh thái, giá trị kinh tế của các nguồn tài nguyên thiên nhiên; vềcác tác động đối với môi trường; về chất thải; về mức độ môi trường bị ô nhiễm, suythoái và thông tin về các vấn đề môi trường khác

Đánh giá môi trường chiến lược là việc phân tích, dự báo các tác động đến môi

trường của dự án chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển trước khi phê duyệt nhằmbảo đảm phát triển bền vững

Đánh giá tác động môi trường là việc phân tích, dự báo các tác động đến môi

trường của dự án đầu tư cụ thể để đưa ra các biện pháp bảo vệ môi trường khi triểnkhai dự án đó

Khí thải gây hiệu ứng nhà kính là các loại khí tác động đến sự trao đổi nhiệt giữa

trái đất và không gian xung quanh làm nhiệt độ của không khí bao quanh bề mặt tráiđất nóng lên

Hạn ngạch phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính là khối lượng khí gây hiệu ứng nhà

kính của mỗi quốc gia được phép thải vào bầu khí quyển theo quy định của các điềuước quốc tế liên quan

1.3 Các thành phần môi trường

1.3.1 Khí quyển (Atmosphere)

Khí quyển hay môi trường không khí là một hỗn hợp các khí bao quanh bề mặt tráiđất, có khối lượng khoảng 5,2× 1018 kg (0,0001% khối lượng trái đất) Khí quyển đóngvai trò quyết định trong việc duy trì cân bằng nhiệt của trái đất, thông qua quá trìnhhấp thụ bức xạ hồng ngoại từ mặt trời và tái phát xạ khỏi trái đất Khí quyển được chiathành nhiều tầng khác nhau theo sự thay đổi chiều cao và chênh lệch nhiệt độ

1.3.2 Thủy quyển (Hydrosphere)

Bảng 1.1: Diện tích và tỉ lệ diện tích các Đại dương thế giới

Thủy quyển của Trái đất nằm giữa khí quyển và địa quyển Nó gồm có biển, hồ,sông, đầm, nước ngầm, lạch suối (dưới dạng chất lỏng) và băng hà (dưới dạng chấtrắn) Theo ước tính của các nhà khoa học, tổng lượng nước trên bề mặt Trái đất vàokhoảng 1,370 tỷ km3, trong đó, biển chiếm 97,3% Khối lượng thủy quyển ước chừng1,38×1021kg=0,03% khối lượng trái đất.

1.3.3 Thạch quyển (Lithosphere)

Trên Trái Đất, thạch quyển bao gồm lớp vỏ và tầng trên cùng nhất của lớp phủ(lớp phủ trên hoặc thạch quyển dưới) Thạch quyển bị chia nhỏ ra thành các mảngkhác nhau

Đặc trưng phân biệt của thạch quyển không phải là thành phần của nó mà là cácthuộc tính về sự trôi dạt của nó Dưới ảnh hưởng của các ứng suất dài hạn và cường độthấp gây ra các chuyển động kiến tạo địa tầng Lớp vỏ được phân biệt với lớp phủbằng sự thay đổi trong thành phần hóa học tại khu vực của điểm gián đoạnMohorovicic

1.3.4 Sinh quyển (biosphere)

Sinh quyển là nơi có sự sống tồn tại, bao gồm các phần của thạch quyển có độ dày2-3km kể từ mặt đất, toàn bộ thủy quyển và khí quyển tới độ cao 20km (đến tầngozone) Với chiều dày khoảng 26km Các thành phần trong sinh quyển luôn tác độngtương hỗ Sinh quyển có các cộng đồng sinh vật khác nhau từ đơn giản đến phức tạp,

từ dưới nước đến trên cạn, từ vùng xích đạo đến các vùng cực trừ những miền khắcnghiệt

1.4 Các chức năng của môi trường

Môi trường có các chức năng cơ bản sau:

 Môi trường là không gian sống của con người và các loài sinh vật

 Môi trường là nơi cung cấp tài nguyên cần thiết cho cuộc sống và hoạt độngsản xuất của con người

 Môi trường là nơi chứa đựng các chất phế thải do con người tạo ra trongcuộc sống và hoạt động sản xuất của mình

 Môi trường là nơi lưu trữ và cung cấp thông tin cho con người

Con người luôn cần một khoảng không gian dành cho nhà ở, sản xuất lương thực

và tái tạo môi trường Con người có thể gia tăng không gian sống cần thiết cho mìnhbằng việc khai thác và chuyển đổi chức năng sử dụng của các loại không gian khácnhư khai hoang, phá rừng, cải tạo các vùng đất và nước mới Việc khai thác quá mứckhông gian và các dạng tài nguyên thiên nhiên có thể làm cho chất lượng không giansống mất đi khả năng tự phục hồi

Môi trường trái đất được coi là nơi lưu trữ và cung cấp thông tin cho con ngườibởi vì chính môi trường trái đất là nơi:

 Cung cấp sự ghi chép và lưu trữ lịch sử địa chất, lịch sử tiến hoá của vậtchất và sinh vật, lịch sử xuất hiện và phát triển văn hoá của loài người

 Cung cấp các chỉ thị không gian và tạm thời mang tính chất báo động sớmcác nguy hiểm đối với con người và sinh vật sống trên trái đất như các phản ứngsinh lý của cơ thể sống trước khi xẩy ra các tai biến thiên nhiên và hiện tượngthiên nhiên đặc biệt như bão, động đất, v.v

 Lưu trữ và cung cấp cho con người sự đa dạng các nguồn gien, các loàiđộng thực vật, các hệ sinh thái tự nhiên và nhân tạo, các vẻ đẹp và cảnh quan cógiá trị thẩm mỹ, tôn giáo và văn hoá khác

1.5 Nghiên cứu và giải quyết những vấn đề môi trường

Khoa học môi trường sử dụng các phương pháp nghiên cứu của nhiều ngành khoahọc khác như: Thu thập và phân tích thông tin thực địa; Đánh giá nhanh môi trường;Phân tích thành phần môi trường; Phân tích, đánh giá kinh tế, xã hội; Phân tích hệ

thống; Phân tích sinh thái nhân văn; Phân tích vòng đời sản phẩm; Viễn thám; Hệthông tin địa lý; Tính toán, dự báo, mô hình hoá; Giải pháp kỹ thuật, công nghệ, Nội dung nghiên cứu của khoa học môi trường có thể chia thành 4 loại chủ yếu:1- Nghiên cứu đặc điểm của các thành phần môi trường, đặc biệt là mối quan hệ

và tác động qua lại giữa môi trường và con người;

2- Nghiên cứu kỹ thuật, công nghệ xử lý ô nhiễm;

3- Nghiên cứu tổng hợp các biện pháp quản lý khoa học, kinh tế, luật pháp, xã hộinhằm BVMT, sử dụng hợp lý tài nguyên, phát triển bền vững;

4- Nghiên cứu phương pháp như mô hình hoá, phân tích hoá, lý, sinh, kinh tế, xãhội, phục vụ cho các nội dung trên

Chương 2 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÔI TRƯỜNG

Khí thải và các hoạt động của núi lửa tạo ra các yếu tố sơ khai của bầu khí quyển.Quá trình ngưng tụ hơi nước gia tăng bởi băng và nước ở dạng lỏng được cung cấp bởicác thiên thạch và các tiền hành tinh lớn hơn, các sao chổi, và các vật thể ở xa hơn saoHải Vương tạo ra các đại dương Hai giả thuyết chính về sự phát triển của các lục địađược đề xuất là: phát triển từ từ cho đến ngày nay hoặc nhanh chóng phát triển trongquá khứ Các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng phương án thứ hai khả quan hơn, vớitốc độ phát triển ban đầu nhanh của các lớp vỏ lục địa theo sau bởi một quá trình pháttriển diện tích lục địa chậm và dài Trong niên đại địa chất, khoảng thời gian hàng trămtriệu năm, bề mặt Trái Đất liên tục thay đổi hình dạng của chính nó dưới dạng các lụcđịa hình thành và phân rã Các lục địa di chuyển trên bề mặt, đôi khi kết hợp với nhau

để tạo thành một siêu lục địa Khoảng 750 triệu năm trước, một trong những siêu lụcđịa được biết sớm nhất là Rodinia, đã bắt đầu chia tách Các lục địa sau đó lại kết hợpvới nhau để tạo ra Pannotia, 600-540 triệu năm trước, cuối cùng là Pangaea chia táchvào khoảng 180 triệu năm trước

2.1.2 Cấu trúc trái đất

Nghiên cứu sự thay đổi của sóng địa chấn lan truyền trong lòng Trái Đất, người ta

đã biết được Trái Đất có cấu trúc gồm nhiều lớp

Lớp vỏ Trái Đất

Vỏ Trái Đất cấu tạo chủ yếu bằng những vật chất cứng rắn, độ dày dao động từ 5

km (ở đại dương) đến 70 km (ở lục địa) Vỏ Trái Đất chỉ chiếm khoảng 15% về thểtích và khoảng 1% về trọng lượng của Trái Đất nhưng có vai trò rất quan trọng đối vớithiên nhiên và đời sống con người

Căn cứ vào sự khác nhau về thành phần cấu tạo, độ dày… vỏ Trái Đất lại chia

thành hai kiểu chính: vỏ lục địa và vỏ đại dương.

Vỏ Trái Đất được cấu tạo bởi các tầng đá khác nhau.Trên cùng là tầng đá trầm tích

do các vật liệu vụn, nhỏ bị nén chặt tạo thành Tầng này không liên tục và có nơi mỏngnơi dày Tầng granit gồm các loại đá nhẹ tạo nên như đá granit và các loại đá có tínhchất tương tự như đá granit… được hình thành do vật chất nóng chảy ở dưới sâu của

vỏ Trái Đất đông đặc lại Lớp vỏ lục địa được cấu tạo chủ yếu bằng granit Tầng badan

gồm các loại đá nặng hơn như đá badan và các loại đá có tính chất tương tự như đábadan… được hình thành do vật chất nóng chảy phun trào lên mặt đất rồi đông đặc lại.Lớp vỏ đại dương cấu tạo chủ yếu bằng badan.

Bề mặt của hành tinh liên tục tự thay đổi theo thời gian dưới tác dụng của các quátrình kiến tạo và xói mòn Các hình thái của bề mặt được tạo nên và biến dạng bởi cácmảng kiến tạo liên tục bị phong hóa bởi giáng thủy, các chu trình nhiệt và các tác nhânhóa học Sự đóng băng, sự xói mòn bờ biển, sự hình thành của các dải san hô ngầm, và

sự va chạm với các mảnh thiên thạch lớn cũng làm thay đổi địa hình

Lớp vỏ lục địa bao gồm các vật chất có độ đặc thấp hơn như đá macma granit vàandesit Ít phổ biến hơn là bazan, một loại đá núi lửa đặc là thành phần chính của đáybiển Đá trầm tích được tạo ra do sự tăng số lượng trầm tích và chúng trở nên gắn kếtvới nhau Đá trầm tích bao phủ gần 75% bề mặt lục địa, mặc dù chúng chỉ chiếmkhoảng 5% lớp vỏ Loại đá thứ ba được tìm thấy trên Trái Đất là đá biến chất, đượctạo ra do sự biến đổi của các loại đá trước đó dưới tác dụng của áp suất cao, nhiệt độcao, hoặc cả hai Các khoáng vật silicat ở bề mặt Trái Đất bao gồm thạch anh, fenspat,amphibol, mica, pyroxen, olivin Các khoáng vật cacbonat bao gồm canxit (tìm thấytrong đá vôi), aragonit và dolomit

Thổ quyển là lớp ngoài cùng nhất của Trái Đất, được cấu tạo bởi đất và chịu tácđộng của các quá trình hình thành đất Nó tồn tại cùng thạch quyển, khí quyển, thủyquyển và sinh quyển Theo số liệu năm 2009, tổng diện tích đất trồng trọt được chiếm10.57% tổng diện tích đất bề mặt, với chỉ 1.04% sử dụng được cho việc trồng trọt lâudài Gần 40% diện tích đất bề mặt đang được sử dụng để trồng trọt hoặc làm đồng cỏchăn nuôi, ước tính 1.3 ×107km² dùng làm đất trồng và 3,4 ×107km² dùng làm đồng cỏ

Độ cao so với mực nước biển của mặt đất thay đổi từ -418m ở biển Chết tới 8.848mtrên đỉnh Everest và độ cao trung bình trên mặt nước biển là 840m

Lớp Manti

Dưới vỏ Trái Đất cho tới độ sâu 2.900 km là lớp Manti (còn được gọi là baoManti) Lớp này gồm hai tầng chính Càng vào sâu, nhiệt độ và áp suất càng lớn nêntrạng thái vật chất của bao Manti có sự thay đổi, quánh dẻo ở tầng trên và rắn ở tầngdưới

Vỏ Trái Đất và phần trên cùng của lớp Manti (đến độ sâu khoảng 100km) vật chất

ở trạng thái cứng, người ta thường gộp vào và gọi chung là thạch quyển Thạch quyển

di chuyển trên một lớp mềm, quánh dẻo - quyển mềm của bao Manti, như các mảngnổi trên mặt nước

Quyển mềm của bao Manti có ý nghĩa lớn đối với vỏ Trái Đất Đây là nơi tích

tụ và tiêu hao nguồn năng lượng bên trong, sinh ra các hoạt động kiến tạo làm thay đổicấu trúc bề mặt Trái Đất như hình thành những dạng địa hình khác nhau, các hiệntượng động đất, núi lửa…

Nhân Trái Đất

Nhân Trái Đất là lớp trong cùng, dày khoảng 3470 km Ở đây, nhiệt độ và áp suấtlớn hơn so với các lớp khác

Từ 2900 km đến 5100 km là nhân ngoài, nhiệt độ vào khoảng 5000oC, áp suất từ1,3 triệu đến 3,5triệu atm, vật chất tồn tại trong trạng thái lỏng Từ 5100km đến 6371

km là nhân trong, áp suất từ 3 triệu đến 3,5 triệu atm, vật chất ở trạng thái rắn Thànhphần vật chất chủ yếu của nhân Trái Đất là những kim loại nặng như niken (Ni), sắt(Fe) nên nhân Trái Đất còn được gọi là nhân Nife

Hình 2.1: Cấu tạo trái đất

là khoáng vật phổ biến nhất trong các loại đá mácma và đá biến chất Từ tính toán dựatrên 1.672 phân tích các loại đá, Clarke đưa ra thành phần phần trăm trung bình theokhối lượng như sau:

Bảng 2.1: Thành phần các nguyên tố trong vỏ trái đất

Oxy (O2) Silic (SiO2) Nhôm (Al) Sắt (Fe) Calci (Ca) Natri (Na) Kali (K) Magne (Mg) Titan (Ti) Hydrogen (H2) Các nguyên tố khác

2.2 Thuỷ quyển

Toàn bộ lớp nước bao quanh Trái Đất, nằm giữa khí quyển và vỏ Trái Đất, gồmnước lỏng của các đại dương, biển, sông, hồ, đầm lầy và nước ngầm (nước dưới đất),lớp tuyết phủ hay nước đóng băng Sự tuần hoàn của nước làm thay đổi địa hình củaTrái Đất, chi phối điều kiện khí hậu và quyết định môi trường sống trên Trái Đất

2.2.1 Sự hình thành đại dương

Hình 2.2: Cấu trúc các Đại dương theo tuổi

Khi lớp khí nóng dày đặc bao phủ trái đất nguội đi và chuyển thành những đámmây Những đám mây này tạo ra mưa rơi xuống trái đất trong một thời gian dài Nướcmưa tích tụ trong những phần thấp của trái đất tạo thành các đại dương Sau đó, cónhững thay đổi dữ dội bởi vì bề mặt của trái đất có chỗ được nâng cao lên có chỗ bịlún xuống Điều này tạo ra các núi lửa Dần dần trái đất trở nên lắng dịu từ từ, các đạidương, núi đồi đã được định hình

Đại dương là nơi chứa một lượng nước lớn trên trái đất Đại dương có diện tích

361 triệu km² chiếm 75% bề mặt Trái Đất Ban đầu chỉ có một đại dương duy nhất màthôi vì ban đầu phần đất liền của Trái Đất cũng là một khối thống nhất Nhưng sau khicác mảng lục địa được tách ra như bây giờ (thuyết lục địa trôi) thì các đại dương dovậy mà cũng được chia ra thành 5 phần nhỏ hơn là: Thái Bình Dương, Đại Tây Dương,

Ấn Độ Dương, phần phía Nam cực và phần thứ năm nằm ở phía cực Bắc (Antarcticand Arctic Oceans).Tuy nhiên hai phần Nam và Bắc cực đều được gọi chung là BắcBăng Dương và do vậy chúng ta đều biết đến tên của bốn đại dương đó là:Thái BìnhDương, Đại Tây Dương, Ấn Độ Dương, Bắc Băng Dương

2.2.2 Phân bố tài nguyên nước

Tổng lượng nước trên Trái Đất khoảng 1.370 triệu km3 Trong đó, 97% lượngnước toàn cầu ở các đại dương, 3% còn lại là nước ngọt tồn tại ở dạng băng tuyết,nước ngầm, sông ngòi và hơi nước trong không khí Hệ thống nước khí quyển, nguồnđộng lực của thuỷ văn nước mặt chỉ khoảng 12.900 km3, chưa đầy 1/100.000 tổnglượng nước toàn cầu Tổng số nước ngọt toàn Trái Đất khoảng 35x106 km3 chỉ chiếm

có 3% tổng lượng nước Trái Đất Trong đó nước ngầm chiếm 30,1%, băng tuyết vĩnhcửu chiếm 68,7%, nước sinh vật 0,003%, nước trong khí quyển 0,04%, nước trong ao

hồ, đầm lầy và trong lòng sông chỉ chiếm chưa đầy 0,3%, (ao hồ 0,26%, đầm lầy0.03% và trong sông 0,006%)

Nước mặt

Sự bốc hơi nước trong đất, ao, hồ, sông, biển; sự thoát hơi nước ở thực vật vàđộng vật , hơi nước vào trong không khí sau đó bị ngưng tụ lại trở về thể lỏng rơixuống mặt đất hình thành mưa, nước mưa chảy tràn trên mặt đất từ nơi cao đến nơithấp tạo nên các dòng chảy hình thành nên thác, ghềnh, suối, sông và được tích tụ lại ởnhững nơi thấp trên lục địa hình thành hồ hoặc được đưa thẳng ra biển hình thành nênlớp nước trên bề mặt của vỏ trái đất

Trong quá trình chảy tràn, nước hòa tan các muối khoáng trong các nham thạchnơi nó chảy qua, một số vật liệu nhẹ không hòa tan được cuốn theo dòng chảy và bồilắng ở nơi khác thấp hơn, sự tích tụ muối khoáng trong nước biển sau một thời giandài của quá trình lịch sử của quả đất dần dần làm cho nước biển càng trở nên mặn

Có hai loại nước mặt là nước ngọt hiện diện trong sông, ao, hồ trên các lục địa và nướcmặn hiện diện trong biển, các đại dương mênh mông, trong các hồ nước mặn trên các lục địa

Nước ngầm

Ðó là loại nước tích tụ trong các lớp đất đá dưới sâu trong lòng đất, nước tích tụlàm đất ẩm ướt và lấp đầy những tế khổng trong đất Phần lớn nước trong các tế khổngcủa lớp đất mặt bị bốc hơi, được cây hấp thụ và phần còn lại dưới ảnh hưởng của trọnglực, trực di xuống tới các lớp nham thạch nằm sâu bên dưới làm bảo hòa hoàn toàn các

lổ trống bên trong cho các lớp đá này ngậm nước tạo nên nước ngầm Quá trình hìnhthành nước ngầm diễn ra rất chậm từ vài chục đến hàng trăm năm

Có hai loại nước ngầm: nước ngầm không có áp lực và nước ngầm có áp lực

Nước ngầm không có áp lực: là dạng nước được giữ lại trong các lớp đá ngậm

nước và lớp đá này nằm bên trên lớp đá không thấm như lớp diệp thạch hoặc lớp sétnén chặt

Nước ngầm có áp lực: là dạng nước được giữ lại trong các lớp đá ngậm nước và

Hình 2.3: Phân bố nước trên Trái đất

lớp đá này bị kẹp giữa hai lớp sét hoặc diệp thạch không thấm Do bị kẹp chặt giữa hailớp đá không thấm nên nước có một áp lực rất lớn vì thế khi khai thác người ta dùngkhoan xuyên qua lớp đá không thấm bên trên và chạm vào lớp nước này nó sẽ tự phunlên mà không cần phải bơm Loại nước ngầm này thường ở sâu dưới mặt đất, có trữlượng lớn và thời gian hình thành nó phải mất hàng trăm năm thậm chí hàng nghìnnăm

2.3 Khí quyển

Khí quyển là lớp vỏ ngoài của trái đất với ranh giới dưới là bề mặt thuỷ quyển,thạch quyển và ranh giới trên là khoảng không giữa các hành tinh Khí quyển trái đấtđược hình thành do sự thoát hơi nước, các chất khí từ thuỷ quyển và thạch quyển.Thời kỳ đầu, khí quyển chủ yếu gồm hơi nước, amoniac, metan, các loại khí trơ vàhydro Dưới tác dụng phân huỷ của tia sáng mặt trời hơi nước bị phân huỷ thành oxy

và hydro Oxy tạo ra tác động với amoniac và metan tạo ra khí nitơ và cácboníc Quátrình tiếp diễn, một lượng hidro nhẹ mất vào khoảng không vũ trụ, khí quyển còn lạichủ yếu là hơi nước, nitơ, cácboníc, một ít oxy Thực vật xuất hiện trên trái đất cùngvới quá trình quang hợp đã tạo nên một lượng lớn oxy và làm giảm đáng kể nồng độ

CO2 trong khí quyển Sự phát triển mạnh mẽ của động thực vật trên trái đất cùng với

sự gia tăng bài tiết, phân huỷ xác chết động thực vật, phân huỷ yếm khí của vi sinh vật

đã làm cho nồng độ khí N2 trong khí quyển tăng lên nhanh chóng, để đạt tới thànhphần khí quyển hiện nay

Khối lượng khí quyển trái đất bằng 5,26.1018 kg Trong khi đó khối lượng của địaquyển là 5,96.1024 kg Như vậy khối lượng khí quyển chỉ bằng 1/1.000.000 khối lượngcủa địa quyển Các kết quả nghiên cứu gần đây cho thấy: Gần 50% khối lượng khíquyển phân bố từ mặt đất đến độ cao 5km, 75% ở độ cao 10km và 95% ở độ cao từmặt đất đến 20km Lớp khí quyển trên 80km chỉ chứa 0,5% khối lượng của nó Chođến nay việc xác định độ cao của khí quyển còn gặp nhiều khó khăn vì càng lên caokhông khí càng thưa loãng Người ta còn quan sát thấy hiện tượng cực quang ở độ cao1.100 km Ðiều đó cho ta thấy ở độ cao đó vẫn còn không khí Những chất khí ở độcao 1000 km trở lên hết sức loăng Các chất khí có tốc độ chuyển động lớn vì gần nhưthoát khỏi trường trọng lực của trái đất và tỏa vào không gian vũ trụ

2.3.1 Cấu trúc theo chiều thẳng đứng của khí quyển

Hình 2.4: Cấu trúc khí quyển

Dựa trên những đặc tính vật lý và tính chất hoạt động, khí quyển trái đất được chiathành 5 tầng mỗi tầng có những đặc trưng vật lý khác nhau

Tầng đối lưu (Troposphere)

Là tầng không khí gần mặt đất nhất, độ cao trung bình của nó vào khoảng 11 km:

ở hai cực trái đất chỉ cao từ 8 - 10 km, còn ở vùng xích đạo là 13-15 km Ðộ cao củatầng khí quyển này do độ cao của các dòng đối lưu quyết định, bởi vậy nó thay đổitheo mùa trong năm và thay đổi theo vĩ độ địa lý, do tính chất nhiệt lực quyết định.Tầng đối lưu là tầng khí quyền hoạt động nhất Các hiện tượng thời tiết, mưa,nắng, mây, dông bão đều xảy ra ở tầng khí quyển này Tầng đối lưu cũng là môitrường sống của tất cả các sinh vật trên trái đất

Ðặc điểm quan trọng của tầng đối lưu là nhiệt độ giảm dần theo độ cao Trungbình cứ lên cao 100m nhiệt độ giảm xuống 0,640C

Ở tầng này thường xảy ra hiện tượng các dòng không khí đi lên hoặc đi xuống (docác trung tâm khí áp cao, khí áp thấp , do gặp các chướng ngại vật trên mặt đất, do sựtranh chấp giữa các khối không khí ) Hiện tượng thăng giáng của các khối không khí

đã làm thay đổi chế độ nhiệt, ẩm của không khí

Hiện tượng thăng, giáng của các khối không khí trong tầng đối lưu thường diễn rahàng ngày, với cường độ mạnh hay yếu tùy theo chế độ nhiệt của mặt đất và là nguyênnhân làm hơi nước ngưng kết, tạo thành mây, mưa Hiện tượng đi xuống của các khốikhông khí (ở các trung tâm áp cao, trên các sườn núi xuống ) làm cho không khí nónglên, độ ẩm xa dần trạng thái bão hòa Hiện tượng thăng, giáng của các khối không khí

là một hiện tượng đặc trưng quan trọng của tầng đối lưu

Tầng đối lưu chiếm 80% khối lượng khí quyển và 90% hơi nước, thành phần khíquyển ở tầng này luôn luôn diễn ra sự trao đổi giữa mặt đất, mặt đại dương và khíquyển.

Tầng bình lưu (Stratosphere)

Tầng bình lưu là tầng tiếp giáp với tầng đối lưu, lên cao tới 50km Ðặc điểm củatầng bình lưu là không khí ít bị xáo trộn theo chiều thẳng đứng Có thể tách tầng nàythành hai lớp:

- Lớp đẳng nhiệt: nằm sát tầng đối lưu lên cao tới 25km, nhiệt độ ít thay đổi, trungbình vào khoảng -550C Lớp khí quyển này thường chuyển động theo chiều nằm ngang

từ đông sang tây Kích thước các khối không khí này có thể tới hàng nghìn cây số

- Lớp nghịch nhiệt: ở độ cao từ 25 đến trên 50km Ở tầng này nhiệt độ tăng dầntheo độ cao, nhiệt độ trung bình vào khoảng 00C, tối đa có thể tới trên +20C

Sư tăng dần nhiệt độ của lớp khí quyển này có thể là do sự có mặt của tầng ôzôn,chất hấp thu mạnh các tia sóng ngắn của bức xạ mặt trời

- Phía trên tầng nghịch nhiệt là đỉnh tầng bình lưu (Stratopause), nhiệt độ khá ổnđịnh, khoảng -20C ở độ cao 50km

- Tầng Ôzôn đạt nồng độ cực đại từ độ cao 19 – 23km

Tầng Ôzôn - lá chắn bảo vệ

Tác dụng của bức xạ Mặt trời đã duy trì sự sống trên hành tinh của chúng ta Tácdụng đó phụ thuộc vào độ dài ban ngày, độ cao Mặt trời, mây, độ ẩm và độ nhiễm bẩncủa không khí Bức xạ Mặt trời chiếu xuống Trái đất dưới dạng sóng điện từ với phổbước sóng rất rộng Bức xạ Mặt trời chiếu tới giới hạn ngoài của khí quyển Trái đất(độ cao cách mặt đất khoảng 3000km) gồm các tia gamma, tia rơn ghen, tia tử ngoại,tia nhìn thấy, tia hồng ngoại và các bước sóng dài (sóng radio, TV) Các tia nhìn thấy

có bước sóng từ 0,36mm (ánh sáng tím) đến 0,76mm (ánh sáng đỏ) Khí quyển Trái đất

có tác dụng khuếch tán, hấp thụ và lọc một bộ phận lớn các tia bức xạ Mặt trời Vì vậy,người ta gọi khí quyển là màn chắn các tia bức xạ, nó chỉ dành lại 2 cửa sổ cho mộtphần bức xạ Mặt trời chiếu xuống mặt đất, đó là “cửa sổ” dành cho các tia nhìn thấy,một số tia tử ngoại đi qua và một "cửa sổ" dành cho các bước sóng dài chiếu xuốngTrái đất

Trong khí quyển Trái đất, tới độ cao khoảng 80km là tầng điện ly (tầng ion hoá).Tầng điện ly có tác dụng hấp thụ sóng cực ngắn (bước sóng nhỏ hơn 0,099mm) Cáctia tử ngoại có bước sóng ngắn, dao động từ 0,20 - 0,39mm Các tia có bước sóng từ0,20 - 0,28mm gọi là UV-C, từ 0,28-0,32mm gọi là UV- B Các tia còn lại có bướcsóng dài hơn từ 0,32 - 0,39m gọi là UV - A Trong số các tia này thì UV- B có tác dụngtích cực nhất đối với động, thực vật và con người UV - C bị hấp thụ bởi thành phần O3

của khí quyển và UV - A xuyên qua tầng ôzôn, nhưng lại bị phản xạ bởi oxi và nitơ trởlại vũ trụ Như vậy, trên thực tế tồn tại một cơ chế tự nhiên bảo vệ sinh quyển chốnglại tác động nguy hiểm của các tia tử ngoại Sở dĩ các tia tử ngoại có bước sóng dưới0,28 m không xuyên qua tầng bình lưu được vì có tầng ôzôn Khí ôzôn tự nhiên đượchình thành là do các tia tử ngoại chiếu vào các phân tử oxi (O2), phân tách chúng thành

các nguyên tử (O), các nguyên tử oxi lại tiếp tục kết hợp với các phân tử oxi khác đểhình thành ôzôn (O3) Phản ứng diễn ra theo các bước:

O2 + Bức xạ tử ngoại = O + O

O + O2 = O3

Ôzôn có thể hấp thụ năng lượng bức xạ tử ngoại và lại phân huỷ theo phản ứng:

O3 + Bức xạ tử ngoại = O2 + ONhư vậy, trong thiên nhiên, khí ôzôn luôn luôn phân huỷ và tái tạo, giữ được sựtồn tại ổn định cho lớp ôzôn Khí ôzôn hấp thu tia tử ngoại nên có tác dụng che chắncho bề mặt trái đất Vì thế, lớp ôzôn trong khí quyển được gọi là chiếc "ô bảo vệ" hay

"lá chắn" cho sinh vật trên Trái đất Ở giới hạn ngoài khí quyển, bức xạ tử ngoại chiếm7% tổng năng lượng bức xạ mặt trời, khi qua tầng khí quyển bị ôzôn giữ lại, chỉ còn l

% chiếu tới mặt đất Ở mặt đất hàm lượng bức xạ sóng ngắn không những không gâyđộc hại cho cơ thể sống mà còn có tác dụng kích thích, thúc đẩy các quá trình trao đổichất, làm tăng cường sinh trưởng, phát triển để cho năng suất cao

Tầng trung lưu (Mesosphere)

Tầng trung gian nằm trên tầng bình lưu cho đến độ cao 80 - 90 km Tầng này nhiệt

độ giảm dần theo độ cao và đạt đến giá trị -920C

Tầng nhiệt lưu (Thermosphere)

Còn gọi là tầng nhiệt quyển là tầng không khí có độ cao từ 80 - 500km Ở tầngnày không khí rất thưa loãng Dưới tác dụng của các tia bức xạ, các chất khí đều bịphân ly và bị ion hoá mạnh Khí quyển ở đây có độ dẫn điện cao

Ðộ dẫn điện cao ở tầng điện ly là nguyên nhân làm phản hồi các sóng vô tuyếnphát đi từ mặt đất, nhờ vậy mà mọi thiết bị vô tuyến điện ở mặt đất, ở các vệ tinh nhântạo mới có thể hoạt động bình thường được

Tầng ion có thể nhận thấy hai cực đại ion hóa ở độ cao 100 km và 180 - 200km.Ðặc điểm quan trọng của tầng khí quyển này là nhiệt độ không khí cao và tăngnhanh theo độ cao Ở độ cao 200km có nhiệt độ 6000C, còn ở giới hạn trên là 1700oC

Tầng khuyếch tán (Exosphere)

Giới hạn trên của tầng này vào khoảng 2000 đến 3000 km, là tầng chuyển tiếpgiữa khí quyển và không gian vũ trụ (Outer space), không khí tầng này rất thưa loãngthành phần chủ yếu là Hydrô và Hêli

2.3.2 Thành phần không khí của lớp khí quyển gần mặt đất

Sự trao đổi liên tục giữa khí quyển, địa quyển, thủy quyển và sinh quyển đã tạonên những cân bằng động duy trì sự có mặt và tồn tại của các chất khí trong khí quyển.Trong một đơn vị thể tích của không khí khô và sạch có chứa 78,08% nitơ (N2),20,95% ôxy (O2), 0,93% acgon (Ar), 0,03% cacbonic Các chất khí nêon, hê li, cripton,hyđrô, xênon và ôzôn chỉ chiếm 0,01% (Bảng 2.2) Trong khí quyển còn có một sốchất có thành phần biến động như hơi nước, bụi khói, các chất khí độc hại, các ion vàcác chất hữu cơ do thực vật thải ra

Bảng 2.2: Thành phần không khí khô, không bị ô nhiễm

Các dạng sự sống trên hành tinh đôi khi được nói đến như là "sinh quyển" Người

ta nói chung cho rằng sinh quyển Trái Đất bắt đầu tiến hóa cách đây khoảng 3,5 tỷnăm Trái Đất là nơi duy nhất đã biết có sự sống tồn tại Các nhà khoa học cho rằngmột sinh quyển như ở Trái Đất là rất hiếm

Sinh quyển được phân chia thành một số quần xã sinh vật, bao gồm các hệ thựcvật và hệ động vật tương đối giống nhau sinh sống Các quần xã sinh vật được phânchia chủ yếu theo vĩ độ và theo độ cao trên mực nước biển Các quần xã sinh vật nằmtrong phạm vi vòng Bắc cực và vòng Nam cực là tương đối hiếm về thực vật và độngvật, trong khi phần lớn các quần xã sinh vật phong phú về chủng loại nhất nằm gầnđường xích đạo

Sinh quyển của Trái Đất tạo ra các thay đổi khá lớn đối với bầu khí quyển và,ngược lại, cũng nhờ có bầu khí quyển mà có những bước phát triển đáng kể Sự quanghợp sinh ôxy tiến triển từ 2,7 tỷ năm trước đã tạo ra bầu không khí chứa nitơ-ôxy tồntại như ngày nay Sự thay đổi này tạo điều kiện thuận lợi cho sự phổ biến của các visinh vật hiếu khí, cũng như việc tầng ôzôn - cùng với từ trường của Trái Đất- đã ngănchặn các tia phóng xạ, cho phép sự sống tồn tại trên Trái Đất Các chức năng khác củakhí quyển đối với sự sống bao gồm vận chuyển, cung cấp các loại khí hữu dụng, đốtcháy các thiên thạch nhỏ trước khi chúng va chạm với mặt đất và điều hòa nhiệt độ.Hiện tượng cuối cùng được biết dưới cái tên hiệu ứng nhà kính: các phân tử khí thunhiệt năng tỏa ra từ mặt đất, làm tăng nhiệt độ trung bình Điôxít cacbon, hơi nước,mêtan và ôzôn là các khí nhà kính đầu tiên trong bầu khí quyển của Trái Đất Nếukhông có hiệu ứng duy trì nhiệt này, nhiệt độ trung bình bề mặt sẽ là -17°C và sự sống

sẽ không có khả năng tồn tại

Trái Đất là nơi sinh sống của hơn 6.740.000.000 người tính đến tháng 11 năm

2008, và các dự án nghiên cứu chỉ ra rằng dân số thế giới sẽ đạt tới 7 tỷ vào năm 2013

và 9,2 tỷ vào năm 2050 Phần lớn sự gia tăng này diễn ra ở các nước đang phát triển.Mật độ dân số rất đa dạng ở khắp nơi trên thế giới, nhưng phần lớn sống ở Châu Á.Sinh quyển Trái Đất tạo ra các sản phẩm sinh học có ích cho con người bao gồmthức ăn, gỗ, dược phẩm, khí ôxy và tái chế nhiều chất thải hữu cơ Hệ sinh tháilục địaphụ thuộc vào tầng đất mặt và nước sạch còn hệ sinh thái đại dương dựa vào các chấtdinh dưỡng hòa tan trong nước được rửa trôi từ đất liền ra Con người cũng sống trênđất bằng cách sử dụng các vật liệu xây dựng để kiến thiết nhà cửa

2.5 Mối quan hệ giữa con người và các thành phần môi trường

Trái đất, bằng lực hút của mình đã tập trung xung quanh nó một lớp các chất khíđược gọi là khí quyển Lớp khí quyển gần mặt đất có vai trò hết sức lớn lao đối với sựsống trên trái đất, là môi trường quan trọng của nền sản xuất nông nghiệp

Trong khí quyển liên tục xẩy ra các quá trình và hiện tượng vật lý: sự tuần hoànnước, các hiện tượng quang học, điện học Tập hợp các hiện tượng và quá trình vật lý

đó chính là chế độ thời tiết của một vùng Ở một chừng mực nào đó sự biến đối củathời tiết đã tạo nên những điều kiện cần thiết cho sự sống nói chung và cho ngành sảnxuất nông nghiệp nói riêng Sự biến động thái quá của nó có thế dẫn đến những thiêntai đe dọa cuộc sống và các hoạt động sản xuất của con người

Giữa khí quyển, sinh quyển, thủy quyển và địa quyển luôn luôn trao đổi tương táclẫn nhau trong suốt quá trình lịch sử hình thành trái đất đă tạo nên những cân bằngđộng Những cân bằng này có tác dụng duy trì, tái tạo các pha của cân bằng tư nhiên.Nếu một điều kiện nào đó trong cân bằng bị phá vỡ sẽ gây ra những tổn thất khônglường trước được Sự hoạt động thiếu ý thức bảo vệ thiên nhiên của con người ngàycàng xâm phạm cân bằng sinh thái, làm cho nguồn tài nguyên ngày càng cạn kiệt Cuộc sống của con người cũng chịu những tác động xấu từ các dạng thời tiết chu

kì như bão, áp thấp nhiệt đới hay các biến động bất thường như động đất, lở đất, sóngthần, phun trào núi lửa, lốc xoáy, sụt đất, bão tuyết, lũ lụt, hạn hán và các thảm họathiên tai khác

Con người cũng là thủ phạm của nhiều xáo trộn tiêu cực cho Trái Đất, nhiều trong

số đó ảnh hưởng lại chính con người: sự ô nhiễm không khí và nguồn nước, mưa axít

và các chất độc hại khác, sự biến mất của thảm thực vật (chăn thả quá mức, nạn chặtphá rừng, sa mạc hóa) và của động vật hoang dã (tuyệt chủng loài), hiện tượng bạcmàu đất, sự mất đất, sự xói mòn và sự xuất hiện của các sinh vật xâm hại

Người ta đồng ý rằng có một mối liên hệ giữa các hoạt động của con người vớihiện tượng nóng lên toàn cầu do sự phát thải khí điôxít cacbon trong các hoạt độngcông nghiệp Hiện tượng này làm tan băng, gia tăng các dải nhiệt độ khắc nghiệt, biếnđổi khí hậu lớn và dâng cao mực nước biển

Việc bảo vệ cân bằng sinh thái là vấn đề quyết định sự tồn vong của loài người.Mọi người cần có ý thức bảo vệ nó

Chương 3

CƠ SỞ SINH THÁI HỌC

3.1 Nhân tố sinh thái

3.1.1 Khái niệm

Trong môi trường, sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật luôn chịu tác động củarất nhiều yếu tố sinh thái (gồm các yếu tố trực tiếp cũng như gián tiếp) Các yếu tố nàyrất đa dạng, chúng có thể là tác nhân có lợi cũng như có hại đối với các sinh vật

Nhân tố sinh thái: Đó là những thành phần cấu thành môi trường sống của các

sinh vật Ví dụ: ánh sáng, CO2, nước, khoáng chất, đất, địa hình

3.1.2 Phân loại

Dựa vào nguồn gốc và đặc trưng tác động của các yếu tố sinh thái, người ta chia ranhóm các yếu tố vô sinh, yếu tố hữu sinh và con người

Yếu tố vô sinh

Là thành phần không sống của tự nhiên, gồm các chất vô cơ tham gia vào chutrình tuần hoàn vật chất như CO2, N2, O2, C, H2O, các chất hữu cơ riêng biệt (nhưprotein, lipid, glucid, mùn) và các yếu tố vật lý như các yếu tố khí hậu (ánh sáng, nhiệt

độ, nước, không khí-gió-áp suất), đất (thành phần khoáng vật, thành phần cơ giới đất,các tính chất lý hóa học của đất), địa hình (độ cao, trũng, dốc, hướng phơi của địahình)

Sự phân loại các nhóm sinh thái như trên, chủ yếu cho các sinh vật trên cạn Đốivới các sinh vật dưới nước cũng chịu tác động tổng hợp của nhiều yếu tố do tính chấtcủa môi trường nước quyết định

Yếu tố hữu sinh

Gồm các cá thể sống như: thực vật, động vật, nấm, vi sinh vật… Mỗi sinh vậtthường chịu ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp của các cơ chế khác nhau trong mốiliên hệ cùng loài hay khác loài ở môi trường xung quanh Các yếu tố này là thế giớihữu cơ, một thành phần rất quan trọng của môi trường

Thực vật: ảnh hưởng trực tiếp và tương hỗ của các thực vật sống cùng (cơ học,

cộng sinh, kỵ khí), ảnh hưởng gián tiếp làm thay đổi môi trường sống qua các sinh vậtkhác (qua động vật và vi sinh vật), qua môi trường vô sinh (cạnh tranh, cảm nhiễm qualại)

Động vật: Tác động trực tiếp (ăn, dẫm, đạp, làm tổ, truyền phấn, phát tán hạt) và

gián tiếp qua môi trường sống

Yếu tố sinh thái giới hạn là yếu tố mà khi tác động đến sinh vật được giới hạn từđiểm cực hại thấp đến điểm cực hại cao qua điểm cực thuận Dưới điểm cực hại thấp

và trên điểm cực hại cao, sinh vật không tồn tại được Nhiệt độ, nồng độ muối, pH,chất độc… được coi là những yếu tố giới hạn đối với sinh vật Nếu các sinh vật cóphạm vi chống chịu rộng đối với yếu tố sinh thái nào đó mà nó có hàm lượng vừa phải

và ổn định trong môi trường, thì yếu tố này không phải là yếu tố giới hạn sinh thái

Ngược lại, nếu các sinh vật có phạm vi chống chịu hẹp đối với một yếu tố thay đổi nào

đó, thì chính yếu tố đó là yếu tố sinh thái giới hạn

Yếu tố con người

Con người được tách ra làm yếu tố độc lập vì con người có thể tác động vào môitrường tự nhiên một cách có ý thức và quy mô đặc trưng

Tất cả các dạng hoạt động của xã hội loài người đều làm biến đổi môi trường sống

tự nhiên của các sinh vật Ở một góc độ nhất định, con người và động vật đều cónhững tác động tương tự đến môi trường (lấy thức ăn, thải chất thải vào môi trường

…) Tuy nhiên, do con người có sự phát triển trí tuệ cao hơn, hoạt động của con ngườicũng đa dạng nên đã tác động mạnh đến môi trường, thậm chí có thể làm thay đổi hẳnmôi trường và sinh giới ở nơi này hoặc nơi khác

- Các nhân tố độc lập với mật độ và các nhân tố phụ thuộc vào mật độ

- Sự phân loại không gian dựa vào đặc tính môi trường:

+ Nhân tố khí hậu: nhiệt độ, không khí, ánh sáng, mưa

+ Nhân tố thổ nhưỡng: pH, thành phần cơ giới

+ Nhân tố thủy sinh: dòng chảy, chất hòa tan

- Phân loại theo thời gian: ảnh hưởng của sự biến thiên theo năm, mùa hay ngàyđêm (tính chu kỳ)

Các nhân tố sinh thái không bao giờ tác động riêng lẻ mà luôn tác động kết hợpvới nhau Nhân tố sinh thái nào cũng có thể trở thành nhân tố hạn chế trong khônggian hoặc thời gian

3.1.3 Một số quy luật giới hạn sinh thái

Quy luật tác động tổng hợp của các nhân tố sinh thái: Các nhân tố sinh thái tác

động đến sinh vật một cách đồng thời và tổng hợp

Quy luật Liebig (1840): Chất có hàm lượng tối thiểu điều khiển năng suất, xác định

đại lượng và tính ổn định của mùa màng theo thời gian”

Quy luật Shelfords (1913): Sự tác động của các nhân tố sinh thái lên cơ thể không

chỉ phụ thuộc vào tính chất của nhân tố mà còn phụ thuộc vào cường độ (lượng) củanhân tố đó Sự giảm hay tăng cường độ tác động của nhân tố vượt ra ngoài giới hạnthích hợp của cơ thể thì làm giảm khả năng sống của cơ thể Khi cường độ lên đếnngưỡng cao nhất hoặc xuống tới ngưỡng thấp nhất đối với khả năng chịu đựng của cơthể thì sinh vật sẽ không thể tồn tại Những vùng tác động của các nhân tố sinh thái

Nhân tố giới hạn: Bất kể ở mức độ tổ chức nào (cá thể, quần thể, hay quần xã sinh

vật) người ta cũng phải khảo cứu ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái riêng biệt củamỗi môi trường Các thông số này là những thông số lý, hóa hay sinh học có tác độngtrực tiếp lên sinh vật

Thực nghiệm cho thấy rằng tất cả các nhân tố sinh thái vào lúc này hay lúc kháctrong những điều kiện địa phương đều có thể tác động như là các nhân tố hạn chế Nếuxem xét một nhân tố nào đó, tùy theo điều kiện không gian và thời gian, nhân tố đó cóthể xuống dưới một trị số tối thiểu không thể đáp ứng được yêu cầu của một loài haymột quần xã Ðể phát triển trong một sinh cảnh, tất cả các sinh vật đều cần có những

điều kiện về nhiệt độ, thức ăn, muối khoáng Nhân tố nào ở gần mức tối thiểu nhất sẽ

là nhân tố giới hạn

Ðịnh luật tối thiểu

Ðịnh luật này liên quan đến ảnh hưởng của các chất khoáng cần thiết cho câytrồng Sự tăng trưởng của cây chỉ có thể có trong điều kiện các chất cần thiết phải có

đủ liều lượng trong đất Chính những chất bị thiếu chi phối sản lượng mùa màng Do

đó năng suất của mùa màng tùy thuộc duy nhất vào chất dinh dưỡng hiện diện trongmôi trường với liều lượng ít nhất (so với lượng tối ưu)

Ðịnh luật tối thiểu có thể mở rộng sự áp dụng cho các nhân tố sinh thái dưới dạngcác định luật của các nhân tố hạn chế, có thể được phát biểu như sau: sự thể hiện (tốc

độ và qui mô ) của tất cả quá trình sinh thái học được chi phối bởi các nhân tố hiệndiện với liều lượng ít nhất trong môi trường

Cần nhấn mạnh là định luật tối thiểu thay đổi trong sự thể hiện của nó do nơi có sựtác dộng qua lại của các nhân tố sinh thái Do đó ở thực vật, kẽm thì cần thiết ở nồng

độ thấp cho cây mọc trong bóng râm hơn là cây mọc ngoài ánh sáng Tương tự, côntrùng phát triển trong môi trường khô ráo thì có nhiệt độ gây chết cao hơn các cá thểphát triển trong môi trường ẩm ướt (ở nơi khô, côn trùng chịu nóng giỏi hơn)

Hình 3.1: Các khoảng giới hạn sinh

thái của sinh vật - Loài rộng và loài hẹp

theo định luật về sự chống chịu

thay đổi tùy loài Nó xác định biên độ

sinh thái học của loài Biên độ dao động

này càng rộng khi khoảng chịu đựng các

nhân tố sinh thái của loài càng lớn Ðiều

này cũng áp dụng được cho quần thể hay

quần xã sinh vật Có loài rộng hay hẹp đối với một nhân tố nào đó Thí dụ: loài rộngnhiệt (eurythermes), rộng muối (euryhalines), loài hẹp nhiệt (stenothermes) hay hẹpmuối (stenohalines)

Sự thích nghi của sinh vật với các nhân tố sinh thái:

Các cá thể, quần thể hay toàn thể sinh vật không phải thụ động chịu ảnh hưởng củacác nhân tố sinh thái Chúng có một sự linh động sinh thái cho phép chúng thích nghivới các biến đổi trong không gian và thời gian đối với các nhân hạn chế của môitrường Chúng có những phản ứng bù trừ đối với những biến đổi của môi trường chotừng cá thể, hoặc quần thể, quần xã sinh vật bằng các thích nghi khác nhau

Các thích nghi của sinh vật có thể ở mức đơn giản, cho đến mức độ phức tạp vàsâu sắc hơn

Thích nghi sinh lý học: Thể hiện do các cơ chế điều hoà tạo ra các biến đổi về biến

dưỡng, cho phép các sinh vật giữ cho nội môi trường ở điều kiện ổn định và tối ưu sovới điều kiện biến đổi bên ngoài

Thí dụ: sự ổn định thân nhiệt của động vật máu nóng và sự thay đổi thân nhiệt của động vật máu lạnh khác nhau so với nhiệt độ của môi trường Hay trường hợp gia tăng lượng hồng cầu nơi người từ đồng bằng lên miền núi cao

Thích nghi kiểu hình

Ðó là sự biến đổi kiểu hình do nơi tác động của các nhân tố lên sự tăng trưởng của sinh vật Thí dụ: Cây Tràm mọc riêng rẽ có tán lá hình cầu, cành nhánh phát triển ở các cao độ khác nhau và thường hướng ngang Ngược lại, cũng là loài này nhưng khi phát triển trong rừng, nơi có sự cạnh tranh ánh sáng ráo riết, thì có phát triển mạnh về chiều cao và có tán chụm

Thích nghi kiểu di truyền

Sự xuất hiện các kiểu sinh thái tiêu biểu cho một sự thích nghi hoàn chỉnh của cácquần thể của một loài theo các điều kiện sinh thái địa phương Khác với sự thích nghikiểu hình, các loài địa phương tạo ra các tính chất di truyền và linh động của sinh vật

Khi đem trồng các hột của các cây lấy từ những nơi có độ cao khác nhau trong cùng một vườn thực vật (có điều kiện môi trường giống nhau) thì thấy chúng vẫn còn giữ những đặc tính riêng của từng kiểu sinh thái của nơi cư trú gốc của chúng

Chọn lọc tự nhiên và thích nghi sinh thái học

Sự kết hợp tác động của các nhân tố sinh thái và của chọn lọc tự nhiên là nguồngốc của sự xuất hiện các loài điạ phương và tiếp theo là sự phân hóa các loài (sự hìnhthành loài mới)

đáng chú ý nhất của quần thể tự nhiên là tính ổn định tương đối của chúng Thật vậy,khi nghiên cứu các quần thể trong một thời gian tương đối dài người ta thấy rằng cácquần thể thường không thay đổi lớn lắm Tuy nhiên vẫn có những biến động về sốlượng cá thể xoay quanh một trị số trung bình được chi phối bởi các nhân tố môitrường

3.2.2 Các chỉ số đặc trưng của quần thể

Mật độ

Ðịnh nghĩa

Mật độ của quần thể là số lượng cá thể trên một đơn vị không gian (diện tích hoặcthể tích) Ðơn vị đo lường chủ yếu là diện tích được chọn sao cho phù hợp với kíchthước hay số lượng của sinh vật Do đó, người ta thường sử dụng số dân/km2; số câyđại mộc/ha rừng; số vi sinh vật/ml nước Người ta cũng có thể dùng sinh khối để diễn

tả mật độ Thí dụ số kg cá/m2 ao nuôi hay trọng lượng sóc/km2 rừng cây

Sinh vật có kích thước nhỏ thường phong phú hơn sinh vật có kích thuớc lớn

Mật độ quần thể còn thay đổi tùy thuộc vào các nhân tố khác, chủ yếu là vị trí của

nó trong chuỗi dinh dưỡng Mật độ càng thấp ở các quần thể chiếm vị trí càng cao củachuỗi

Xác định số lượng cá thể

Việc xác định số lượng cá thể tuy thuộc vào đặc tính của sinh vật Trường hợp cácsinh vật có đời sống cố định thì đơn giản Ðó là trường hợp của thực vật, động vậtkhông xương sống có đời sống cố định như hàu, san hô Còn trường hợp các loàiđộng vật khác, nhất là các loài di trú thì khó khăn hơn nhiều

Một cách tổng quát thì không thể đếm một cách tuyệt đối số lượng cá thể của quầnthể, ngoại trừ trường hợp loài người Cho nên người ta phải ước lượng với phươngpháp sao cho sự ước lượng này gần với sự thật nhất

- Ðếm trực tiếp: áp dụng đối với các động vật lớn như: sư tử, linh dương, cọp,beo Người ta còn dùng không ảnh hay chụp hình bằng hồng ngoại (sử dụng banđêm)

- Phương pháp lấy mẫu với dụng cụ thích hợp cho từng đối tượng sinh vật

- Phương pháp đánh dấu và bắt lại Ðể xác địnhsố lượng N cá thể của một quần thể,người ta bắt và đánh dấu T cá thể rồi thả chúng Một thời gian sau người ta thực hiện một đợtbắt nữa được n cá thể ttrong đó có t cá thể được đánh dấu.Phương pháp này đòi hỏi một số

điều kiện Chẳng hạn như các cá thể có đánh dấu cần phải được phân bố đều trong quần thể vàcùng bị bắt với xác suất như nhau Sự tử vong phải giống nhau và không mất các dấu Hơnnữa quần thể phải được xem như ổn định giữa hai lần bắt

Tháp tuổi và tỉ lệ đực cái

Tháp tuổi

Thành phần tuổi của quần thể thể hiện đặc tính chung của biến động số lượng quầnthể vì nó ảnh hưởng đến khả năng sinh sản hay tử vong của quần thể Thành phần tuổithường được biểu diễn bằng tháp tuổi Tháp tuổi được thành lập bởi sự xếp chồng lênnhau của các hình chữ nhật có chiều cao bằng nhau, còn chiều dài thì tỉ lệ với số lượng

cá thể trong mỗi lứa Các cá thể đực và cái được xếp thành hai nhóm riêng ở hai bênđường phân giác của hình tháp, bởi vì sự tử vong không giống nhau ở hai cá thể đực

và cái

Hình 3.2: Ba dạng tháp tuổi chính yếu của con nguời

Người ta có thể đơn giản hóa tháp tuổi thành ba nhóm cá thể khác nhau Ðó là: cáthể trẻ (tiền sinh sản), trưởng thành (sinh sản), và già (hậu sinh sản)

Tùy theo thành phần của ba nhóm cá thể trên, người ta có thể xếp loại thành quầnthể phát triển, quần thể ổn định hay quần thể suy thoái

Tỉ lệ đực - cái

Ðó là tỉ lệ giữa số cá thể đực và số cá thể cái của một quần thể sinh vật Theo quitắc tổng quát thì các loài động vật là đơn phái tức là có con đực và con cái riêng.Nhưng cũng có hiện tượng lưỡng phái và trinh sản thường thấy ở động vật khôngxương sống

Ở đa số động vật có xương sống, có một sự thặng dư nhẹ nhàng ở con đực lúc mớisinh (như ở người chẳng hạn) Ðến tuổi trưởng thành tỉ lệ đực cái có thể thiên về conđực hoặc con cái tùy theo nhóm sinh vật và tùy vào nơi ở và các điều kiện khác củamôi trường

3.3 Quần xã sinh vật

3.3.1 Định nghĩa

Quần xã sinh vật là một tập hợp các quần thể phân bố trong một vùng hoặc trongmột sinh cảnh nhất định Ðó là một đơn vị có tổ chức, tức là có một số tính chất đặcbiệt không thấy ở mức quần thể và cá thể

Thuật ngữ quần xã dùng để chỉ một một đơn vị chức năng Thí dụ quần xã vi sinhvật cố định đạm trong một khu rừng; quần xã động vật có xương sống ăn kiến ở rừngTây Nguyên

Quần xã sinh vật là một thể thống nhất nhờ sự chuyển hóa và trao đổi chất tương

hỗ Thuật ngữ này cần đuợc hiểu theo nghĩa rộng và dùng để chỉ các đơn vị thiênnhiên có kích thước khác nhau, từ quần xã một thân cây đến quần xã của một rừng hayđại dương

3.3.2 Đặc trung của quần xãc trung c a qu n xãủa quần xã ần xã

Sự phân tầng trong quần xã

Quần xã sinh vật bao gồm rất nhiều loài Các loài này thường chiếm các khoảngkhông gian khác nhau, tạo nên sự phân tầng trong quần xã sinh vật Người ta thườngphân biệt các tầng sau

a Tầng tự dưỡng và tầng dị dưỡng

Tầng tự dưỡng là nơi xảy ra hoạt động quang tổng hợp mạnh của các sinh vật sảnxuất Ðó là tầng mà tán lá phát triển nhất, còn gọi là "tầng xanh", nơi nhận nhiều ánhsáng mặt trời nhất Còn trao đổi dị dưỡng xảy ra ở dưới, trong đất và trong chất trầmtích, còn gọi là "tầng nâu", nơi tích lũy nhiều chất hữu cơ

b Sự phân tầng trên mặt đất của động vật và thực vật

Thảm thực vật có thể phân thành tầng cỏ, tầng cây bụi, tầng tiểu mộc và tầng đạimộc Rừng dầy nhiệt đới có sự phân tầng phức tạp nhất

Ðộng vật nhất là chim và các thú nhỏ sống trên cây (Sóc, Khỉ, Chồn bay ) cũng

có sự phân tầng nhưng không rõ rệt như sự phân tầng ở thực vật

c Sự phân tầng dưới mặt đất của rễ cây

Sự phân tầng này không được rõ ràng lắm Rễ của các loài cây cắm vào đất vớicác độ sâu khác nhau

d Sự phân tầng trong nước

Sự phân tầng của các thủy sinh vật thấy rõ trong các hồ sâu nhất là trong biển Các loàitảo biển và các động vật cố định (hàu, balane ) chỉ gặp ở những độ sâu nhất định

Sự đa dạng của quần xã

Số lượng loài (species richness)

Số lượng loài là tổng số loài của quần xã trong một hệ sinh thái Thực tế ít khi đếmđược tổng số loài trong một quần xã Vì vậy người ta thường nghiên cứu một phần của

hệ sinh thái, khi đó người ta sử dụng số lượng trung bình của loài, đó là số trung bìnhcác loài có trong mẫu của hệ sinh thái

Sự hiểu biết về tổng số loài thì tương đối dễ khi nghiên cứu quần xã các cây đạimộc, nhất là ở trong rừng ôn đới Công việc trở nên khó khăn hơn khi đó là các thựcvật nhỏ hay động vật mà sự hiếm hay quá nhiều và việc di chuyển của chúng làm choviệc đếm trở nên khó khăn

Người ta có thể ước lượng tổng số loài bằng cách sử dụng đường biểu diễn sốlượng tích lũy của loài ứng với số lần thu mẫu Ðường tiệm cận của đường cong này làtổng số loài Có sự biến thiên đáng kể trong tổng số loài của các quần xã Nhìn chungthì số lượng loài rất dồi dào ở các quần xã xích đạo và rất ít ở vùng cực Người ta thấy

có 2.000 cây mộc ở trong rừng mưa của Malaysie (100.000 km2) trong khi toàn bộchâu Âu chỉ có 100 loài mà thôi Cũng tương tự , người ta đếm được 488 loài chim cưtrú trong 15km2 rừng mưa Eïquateur (Nam Mỹ) còn các rừng ôn đới chỉ có chừng 20loài

Sự phong phú của các loài (species abondance)

Ðóï là số lượng cá thể của mỗi loài trong quần xã Ở đây, mật độ không phải làthông số tốt để so sánh các quần xã mà các loài có kích thước quá chênh lệch nhau Do

đó sinh khối và trọng lượng khô trên diện tích cho ta một sự ước lượng chính xác hơn

về sự phong phú này Các quần xã thực vật có thể được nghiên cứu bằng cách đánh giá

sự phong phú của các loài khác nhau bằng phần trăm diện tích được che phủ bởi cáccac thể của mỗi loài

Trong các quần xã thực vật ở vùng Bắc Cực có sự ưu thế rất mạnh, chỉ có mộthoặc hai loài tạo thành hơn 90% của tầng đại mộc Ngược lại có đến hơn 20 loài cây

ưu thế ở rừng mưa nhiệt đới

Sự đa dạng về loài (species diversity)

Ðể mô tả cấu trúc của một quần xã, số lượng loài chưa đủ để biểu diễîn đầy đủ.Thât vậy sự phong phú tương đối về loài cũng tham dự vào, bởi vì chỉ có vài phầntrăm loài là thực sự phong phú (có thể được tiểu biểu bởi mật độ sinh khối ) Trái lại,phần lớn còn lại được tạo ra bởi nhiều loài ít phổ biến, hiếm hoặc rất hiếm Trong khivài loài có vai trò quan trọng trong quần xã thì vài loài hiếm chi phối sự đa dạng củaquần xã

3.3.3 Mối quan hệ trong quần xã

Quan hệ dinh dưỡng

Trong quần xã luôn luôn có hai nhóm sinh vật có kiểu dinh dưỡng khác nhau Ðầutiên là nhóm sinh vật tự dưỡng, gồm chủ yếu là cây xanh Chúng có thể tổng hợp chấthữu cơ từ chất vô cơ của môi trường, được gọi là sinh vật sản xuất, cung cấp thức ăncho nhóm sinh vật dị dưỡng Sinh vật dị dưỡng không tự tạo được chất hữu cơ mà phảinhờ vào nhóm trước Sinh vật dị dưỡng gồm hai nhóm khác nhau Nhóm thứ nhất làsinh vật tiêu thụ gồm đa số các động vật Nhóm còn lại là sinh vật phân hủy, gồm vikhuẩn và nấm, có nhiệm vụ phân hủy chất hữu cơ từ xác bã động vật, thực vật và cácchất thải thành chất vô cơ trả lại cho môi trường Ba nhóm sinh vât trên tạo thànhchuỗi thức ăn hay chuỗi dinh dưỡng

Quan hệ cạnh tranh (competition)

Là sự tranh giành nhau nguồn tài nguyên giữa hai sinh vật cùng một loài hoặcthuộc hai loài khác nhau

Cạnh tranh cùng loài khi các cá thể của một quần thể cùng tranh nhau thức ăn,nước uống, đối tượng sinh dục

Cạnh tranh khác loài xảy ra khi các cá thể của hai loài khác nhau cùng tranh nhaumột nguồn tài nguyên

Quan hệ ăn mồi (predation)

Là hiện tượng một sinh vật bắt và ăn một sinh vật khác Thí dụ thỏ ăn cỏ, thỏ làvật ăn mồi còn cỏ là mồi Khi sói ăn thỏ thì thỏ là con mồi và sói là vật ăn mồi

Quan hệ ký sinh (parasitism)

Là hiện tượng một sinh vật sống lợi dụng một sinh vật khác Trên hay trong cơ thểđộng thực vật có rất nhiều ký sinh vật

Có nhiều điểm giống và khác nhau giữa sự ăn mồi và sự ký sinh; trong sự ký sinh,vật ký sinh thường nhỏ hơn vật chủ và không nhất thiết phải giết chết vật chủ, trongkhi vật ăn mồi nhất thiết phải giết chết con mồi

Quan hệ tiết chất cảm nhiễm ở thực vật

Người ta thường phân biệt sự tiết chất kháng sinh ở thực vật bậc thấp như nấm.Thí dụ nấm Penicilium tiết chất penicilin Ở thực vật bậc cao có hiện tượng tiết chấtđộc xa nguồn (teletoxie) Thí dụ như cây Artemisia californica tiết ra một chất terpènebay hơi có tác dụng ngăn cản sự nẩy mầm của các hoà bản và các cây nhất niên khác

Quan hệ hội sinh (commensalism)

Ðây là mối quan hệ đơn giản và bước đầu của sự phát triển quan hệ hai bên cùng

có lợi Thí dụ : điạ y trên cây xoài, mận; dương xỉ, lan trên cây rừng

Quan hệ hợp tác (cooperation)

Ðó là mối quan hệ hai bên cùng có lợi nhưng không bắt buộc giữa hai loài Thí

dụ : hải quì và tôm ký cư

Quan hệ cộng sinh (symbiosis)

Ðây là mối quan hệ bắt buộc và có lợi giữa hai loài Thí dụ rong và nấm trong địay; vi khuẩn nốt rễ và cây họ đậu; mối và nguyên sinh động vật

3.4 Hệ sinh thái

3.4.1 Định nghĩa

Hệ sinh thái là đối tượng nghiên cứu của sinh thái học Tất cả các sinh vật trongcùng một khu vực đều có tác động qua lại với môi trường vật lý bằng các dòng nănglượng tạo nên các cấu trúc dinh dưỡng, sự đa dạng về loài và chu trình tuần hoàn vậtchất

Tất cả tạo thành một thể thống nhất một đơn vị chức năng gọi là hệ sinh thái Vậy

hệ sinh thái là một hệ thống của sinh vật và môi trường trong đó diễn ra các quá trìnhtrao đổi năng lượng và vật chất giữa sinh vật với sinh vật; giữa sinh vật với môitrường

Một trong những đặc điểm chung nhất của hệ sinh thái là quan hệ tương hỗ củacác sinh vật tự dưỡng và sinh vật dị dưỡng Các sinh vật này và chức năng do chúngđảm nhận có thể tìm thấy trong không gian và thời gian khác nhau Trong không gianchúng có thể chia thành tầng lớp Sự trao đổi chất tự dưỡng thường xảy ra mạnh ở tầng

trên, "tầng xanh" nơi nhận nhiều ánh sáng mặt trời nhất Còn sự trao đổi dị dưỡng xảy

ra ở tầng dưới, trong lòng đất hay trong các trầm tích, "tầng nâu" là nơi tích lũy nhiềuchất hữu cơ

Chức năng của sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng đôi khi cũng phân biệt theo thờigian Sinh vật dị dưỡng có thể chậm trễ rất nhiều trong việc sử dụng sản phẩm của sinhvật tự dưỡng Chỉ một phần rất ít sản phẩm quang hợp được sử dụng ngay (ăn cỏ và kýsinh), còn phần lớn dưới dạng lá, gỗ và chất dinh dưỡng dự trữ dưới dạng hạt, rễ sẽrơi vào lớp mục thực vật và sẽ được tiêu thụ rất lâu sau đó

Sự phân chia không gian và thời gian của các quá trình dinh dưỡng cho phép chiadòng năng lượng theo hai kiểu: (1) kiểu gặm cỏ là quá trình trực tiếp sử dụng cả câyhay từng phần của cây sống; đó là kiểu xảy ra ở hệ sinh thái đồng cỏ (2) Kiểu ăn chấthữu cơ mục nát hay ăn các phế liệu là quá trình phân hủy hay tích tụ các vật chất chết,như hệ sinh thái rừng sát

3.4.2 Cấu trúc

Về mặt chức năng có thể chia các loại sinh vật trong hệ sinh thái thành 3 nhóm:

Sinh vật sản xuất (hay tự dưỡng)

Chủ yếu là thực vật xanh, có khả năng chuyển hóa quang năng thành hóa năng nhờquá trình quang hợp; năng lượng này tập trung vào các hợp chất hữu cơglucid, protid,lipid, tổng hợp từ các chất khoáng (các chất vô cơ có trong môi trường)

Sinh vật tiêu thụ (cấp 1, 2, 3)

Chủ yếu là động vật Tiêu thụ các hợp chất hữu cơ phức tạp có sẵn trong môitrường sống

 Sinh vật tiêu thụ bậc 1: tiêu thụ trực tiếp các sinh vật sản xuất Chủ yếu là

động vật ăn thực vật (cỏ, cây, hoa, trái …) Các động vật, thực vật sống kýsinh trên cây xanh cũng thuộc loại này

 Sinh vật tiêu thụ bậc 2: ăn các sinh vật tiêu thụ bậc 1 Gồm các động vật ăn

thịt, ăn các động vật ăn thực vật

 Sinh vật tiêu thụ bậc 3: thức ăn chủ yếu là các sinh vật tiêu thụ bậc 2 Đó là

động vật ăn thịt, ăn các động vật ăn thịt khác

Sinh vật phân hủy

Sinh vật phân hủy là những loại vi sinh vật hoặc động vật nhỏ bé hoặc các sinh vậthoại sinh có khả năng phân hủy các chất hữu cơ thành vô cơ Ngoài ra còn có nhữngnhóm sinh vật chuyển hóa chất vô cơ từ dạng này sang dạng khác (như nhóm vi khuẩnnitrat hóa chuyển NH4 thành NO3) Nhờ quá trình phân hủy, sự khoáng hóa dần dần

mà các chất hữu cơ được thực hiện và chuyển hóa chúng thành chất vô cơ

Để duy trì chất lượng môi trường hay nói đúng hơn duy trì được cân bằng tựnhiên, cũng như để tất cả các hoạt động của con người đạt hiệu quả tốt nhất, vừa pháttriển kinh tế vừa hài hòa với tự nhiên thì việc quy hoạch và quản lý lãnh thổ trên quanđiểm sinh thái sẽ là giải pháp hữu hiệu nhất Theo yêu cầu của con người, các hệ sinhthái tự nhiên có thể được phân thành Hệ sinh thái sản xuất; Hệ sinh thái bảo vệ; Hệsinh thái đô thị; Hệ sinh thái với mục đích khác (du lịch, giải trí, khai thác mỏ …)

3.4.3 Sự chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái

Chuỗi và lưới thức ăn

Trong HST luôn xảy ra sự trao đổi vật chất và năng lượng trong nội bộ quần xã,giữa quần xã và môi trường bên ngoài của nó (sinh cảnh)

Trong chu trình trao đổi vật chất, luôn có các nguyên tố hoá học, muối hoà tan, khí

CO2 và O2 từ sinh cảnh tham gia tạo thành cơ thể sinh vật (Quần xã), đồng thời lại có

bộ phận của quần xã lại chuyển hoá thành sinh cảnh thông qua quá trình phân huỷ xácsinh vật thành những chất vô cơ

Các thành phần của quần xã liên hệ với nhau bằng quan hệ dinh dưỡng Quan hệdinh dưỡng của các loài trong quần xã được thực hiện bằng chuỗi và lưới thức ăn.+ Chuỗi thức ăn (Foodchain): là một dãy bao gồm nhiều loài sinh vật, mỗi loài làmột "mắt xích" thức ăn; mắt xích thức ăn phía trên tiêu thụ mắt xích thức ăn phía dưới

và nó lại bị mắt xích thức ăn phía trên tiêu thụ

Hình 3.3: Sơ đồ chuỗi thức ăn

+ Lưới thức ăn (Foodweb): là phức hợp các chuỗi thức ăn có quan hệ với nhautrong HST Vì mỗi loài trong quần xã không phải chỉ liên hệ với một chuỗi thức ăn mà

có thể liên hệ với nhiều chuỗi thức ăn Tất cả các chuỗi thức ăn trong quần xã hợpthành lưới thức ăn

Hình 3.4: Sơ đồ lưới thức ăn

Những mắt xích thức ăn thuộc một nhóm sắp xếp theo các thành phần của chuỗithức ăn như: Sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ bậc 1, bậc 2, được gọi là các bậtdinh dưỡng Như vây, vật chất trong hệ sinh thái được chuyển hóa, trao đổi thông quacác các quan hệ dinh dưỡng Lưới thức ăn càng phức tạp thì mức độ liên hệ giữa cácsinh vật trong HST càng chặt chẽ Điều đó cho thấy rằng để đảm bảo cho 1 HST đượccân bằng và bền vững cần duy trì HST đó ở mức độ đa dạng sinh học cao

Sự trao đổi năng lượng

Sự hoạt động của tất cả sinh vật đòi hỏi sử dụng năng lượng từ ngoài vào Nănglượng này là ánh sáng ở sinh vật tự dưỡng, hoặc là chất sinh hóa (như glucid chẳnghạn) cho các sinh vật dị dưỡng Trong mọi trường thì năng lượng mặt trời là nguồnnăng lượng duy nhất được trực tiếp hay gián tiếp sử dụng bởi các sinh vật Số lượngsinh vật trong mỗi hệ sinh thái, sự phát triển và sinh sản nhanh hay chậm là tùy thuộcvào mức độ xâm nhập của năng lượng vào HST, vào tốc độ di chuyển của dòng nănglượng và lưu chuyển vật chất qua hệ

Cần phân biệt sự khác nhau giữa dòng năng lượng và chu trình vật chất Các chất

C, N, H2O, P, di chuyển giữa môi trường và sinh vật, được sử dụng và tái sử dụng vôtận Chu trình vật chất như vậy là khác với dòng năng lượng di chuyển một chiềuxuyên qua sinh vật sống trong sinh quyển Ðó là một hiện tượng phổ biến và tuân theohai định luật căn bản của nhiệt động học (nguyên lý Carnot)

Trái đất nhận năng lượng từ ánh sáng mặt trời

Ánh sáng này phát tán liên tục trong khoảng không vũ trụ, với năng lượng là 2 cal/

cm2 phút, gọi là hằng số mặt trời Khi đi qua khí quyển, ánh sáng này giảm rất nhiều,nhất là khi đi qua lớp lớp mây mù, lớp nước và thảm thực vật, sống ở trên hoặc gầnmặt đất, sinh vật chịu tác động của dòng năng lượng gồm bức xạ ánh sáng mặt trời vàbức xạ nhiệt có độ dài sóng dài từ các vật thể ở cự ly gần Cả hai yếu tô únày đã quyếtđịnh điều kiện khí hậu của môi trường Ðó là nhiệt độ, sự bốc hơi nước, chuyển độngcủa không khí (gió, bão) và của nước (mưa, sông, suối)

Thực vật chỉ hấp thu khoảng 1% năng lượng mặt trời tới trái đất; trong vài trườnghợp hiếm hoi như các hoa màu cao sản, có thể tới 3%

Hình tháp sinh thái

Hình 3.5: Một kiểu hình tháp sinh thái

Mạng lưới dinh dưỡng trong hệ sinh thái tiêu biểu cho một cấu trúc được đặc trưngbởi tính chất và số lượng sinh vật ở mỗi bậc dinh dưỡng Cấu trúc này tương ứng vớimột trị số đặc thù của mối tương quan "kích thước cá thể/kiểu biến "của các loài trongquần xã

Ngoài ra, sự di chuyển của vật chất trong hệ sinh thái là sự chuyển hóa liên tụcnăng lượng dưới dạng sinh hóa theo chiều từ sinh vật tư dưỡng đến sinh vật dị dưỡng Nguyên lý thứ hai của nhiệt động học cho thấy rằng, trong tất cả phản ứng về nănglượng, hiệu suất luôn luôn dưới 100% Do vậy, chuỗi thức ăn phải đặc trưng bởi sựgiảm năng lượng tự do hiện diện ở mỗi bậc dinh dưỡng mỗi khi lên bậc cao hơn Sựbiến dưỡng của quần xã sinh vật đều chịu sự chi phối của nguyên lý này

Các hình tháp sinh thái diễn tả bằng dạng hình học cấu trúc dinh dưỡng trong hệsinh thái Người ta đặt các hình chữ nhật có cùng chiều cao nhưng chiều dài thì tỉ lệvới tầm quan trọng của thông số tính toán Do đó ta có được các hình tháp số lượng,sinh khối và năng lượng Chúng cho thấy hai tính chất cơ bản của cấu trúc dinh dưỡngcủa bất cứ hệ sinh thái nào Ðó là:

- Chiều cao của tháp tỉ lệ với chiều dài của chuỗi thức ăn, tức là số lượng bậc dinhdưỡng của chuỗi

- Dạng hình tháp sẽ rộng hay hẹp là tùy vào hiệu quả của sự chuyển hóa nănglượng bậc này lên bậc khác Hiệu suất của phản ứng nhiệt động học càng cao, thìlượng vật chất sinh hóa cho các bậc kế tiếp càng lớn

Hình tháp số lượng

Nó là hình thức đơn giản nhất để nghiên cứu cấu trúc dinh dưỡng của một hệ sinhthái Người ta thấy rằng, theo qui tắc tổng quát thì trong môi trường có nhiều cây cỏhơn động vật, nhiều vật ăn cỏ hơn vật ăn thịt, nhiều côn trùng hơn chim

Trong mọi trường hợp, các động vật có kích thước nhỏ thì nhiều hơn và sinh sảnnhanh hơn Hơn nữa, mỗi vật ăn mồi cần con mồi với kích thước tối ưu Việc săn bắtmột khối lượng con mồi có kích thước nhỏ thì mất nhiều công hơn Trái lại, con mồiquá lớn lại gây bối rối cho vật ăn thịt

Người ta thấy rằng qua mỗi bậc dinh dưỡng thì số lượng cá thể giảm đi Nhưngkích thước lại gia tăng Chẳng hạn trên một ha đồng cỏ, người ta đếm được gần 6 triệucây (bậc dinh dưỡng I) hơn 700 ngàn côn trùng ăn thực vật (bậc dinh dưỡng II) hơn

350 côn trùng và nhện thiên địch (bậc dinh dưỡng III) và chỉ có 3 con chim ăn côntrùng (bậc dinh dưỡng IV) (Odum, 1959)

Tuy nhiên có nhiều thay đổi về hình dạng của hình tháp số lượng, đôi khi có dạngđảo ngược Chẳng hạn trong một cánh rừng, có ít đại mộc (sinh vật sản xuất sơ cấp)hơn là côn trùng ăn cỏ Chuỗi dinh dưỡng ký sinh hoặc chuỗi ăn xác bã cũng vậy Rốt cuộc hình tháp số lượng không tiêu biểu cho mối quan hệ dinh dưỡng củaquần xã bởi vì nó chấp nhận tầm quan trọng như nhau cho các cá thể bất kể kích thướchay trọng lượng ra sao

Hình 3.6: Một kiểu hình tháp số lượng Hình tháp sinh khối

Nó phản ánh khá trung thực các mối quan hệ dinh dưỡng trong HST Dạng của nócũng giống như dạng của số lượng Nhưng đôi khi sinh khối của vật tiêu thụ lại lớnhơn sinh khối của vật sản xuất Ðiều này thường thấy trong môi trường nước nơi màsản lượng sơ cấp do các sinh vật li ti (phiêu sinh thực vật ) đảm nhiệm Chúng có vậntốc đổi mơí rất nhanh và biến dưỡng mạnh (sinh khối nhỏ, sức sản xuất quan trọng).Chẳng hạn người ta thấy ở biển Manche, sinh khối phiêu sinh thực vật là 4g/m2 trongkhi tới 21g/m2 của phiêu sinh động vật (Ramade,1987)

Hình tháp sinh khối cũng có nhược điểm là cho các mô có cùng một tầm quantrọng như nhau cho dù cấu tạo sinh hóa tức giá trị năng lượng không bằng nhau

và lượng kcal sử dụng của mỗi bậc dinh dưỡng Nếu việc xác định giá trị năng lượngcủa chất hữu cơ chứa trong sinh khối là khá dễ dàng, thì việc đánh giá số lượng tổngnăng lượng được hấp thu thực sự bởi mỗi bậc dinh dưỡng là phức tạp hơn nhiều Cácsinh vật phân hủy mà tầm quan trọng thì ít hay không đáng kể trong hình tháp sinhkhối đã nhận một phần đáng kể năng lượng đi qua hệ sinh thái Chỉ một phần nhỏ củanăng lượng được cố định trong sinh vật của mỗi bậc dinh dưỡng và được tích trữ trongsinh khối, còn bao nhiêu thì dùng vào nhu cầu biến dưỡng của sinh vật: bảo trì, tăngtrưởng, sinh sản Hơn nữa động vật còn tiêu tốn một số lượng quan trọng cho việc tạo

ra công của cơ

Bây giờ chúng ta hãy khảo sát tỉ mỉ xem dòng năng lượng xuyên qua một chuỗidinh dưỡng Ta biết rằng chỉ 1% năng lượng mặt trời thực sự được biến đổi thành nănglượng hóa học bởi sinh vật tự dưỡng ( sinh vật sản xuất sơ cấp) Tổng số chất hữu cơtạo ra tương ứng vơí sự quang hợp thô (sản lượng sơ cấp thô, PB) Thực vật sẽ sử dụngmột phần năng lượng này để đảm bảo nhu cầu biến dưỡng; nó sẽ được phát tán bởi sự

hô hấp (R1) Sự quang hợp nguyên (sản lượng sơ cấp/PN1) là sự chênh lệch giữa sựquang hợp thô và năng lượng mất đi do hô hấp

Lindeman (1942) đã đề nghị định luật về chuyển hóa năng lượng trong các hệ sinhthái, mà người ta gọi là định luật 10% Luật này xác định là chỉ một phần năng lượngcủa hệ đi vào bậc dinh dưỡng được chuyểín cho sinh vật của bậc dinh dưỡng cao hơn Phần năng lượng này sẵn sàng cho các sinh vật dị dưỡng thường nằm trongkhoảng từ 10% đến 20% Áp dụng định luật này ta dễ dàng tính được số năng lượngsẵn sàng cho động vật ăn thịt bậc 3 ( bậc dinh dưỡng 5) là bằng 1/10.000 của nănglượng cố định bởi sinh vật sản xuất Như vậy sự biến đổi năng lượng tong một mạngthức ăn được thực hiện với một hiệu số rất thấp Ðiều này giải thích tại sao số bậc dinhdưỡng trong chuỗi thức ăn cần phải ít, bất kỳ quần xã ra sao

Một cách tổng quát thì 1000 Kcal/ngày/m2 được tạo ra bởi sinh vật sản xuất, 10kcal/ngày/m2 đi vào sinh khối vật ăn cỏ, 1 Kcal/ngày/m2 trong vật ăn thịt bậc 1 Chonên ở bậc dinh dưỡng thứ tư, chỉ có một số ít cá thể có thể sống được với số nănglượng ít ỏi sẵn sàng cho bậc này mà thôi

Ngoài ra, các động vật đẳng nhiệt có hiệu suất thấp hơn động vật biến nhiệt, bởi vìmột phần đáng kể của thức ăn được dùng để giữ cho thân nhiệt ở mức cao và ổn định

Hình 3.8: Một kiểu hình tháp năng lượng

và sinh vật dị dưỡng trong hệ sinh thái Các loài khác nhau của mỗi nhóm sinh vật nàytìm kiếm và hấp thu liên tục các chất tối cần thiết cho sự tăng trưởng, duy trì, sinh sảncủa chúng và loại ra môi trường các chất thải, cặn bã vô cơ và hữu cơ ít nhiều phứctạp

Hình 3.9: Chu trình Cacbon

Cho nên các nguyên tố C, H, O, P, S và khoảng 30 nguyên tố khác không ngừngđược biến đổi thành chất sinh hóa glucid, lipid, protid hoặc là được hấp thu dướidạng ion vô cơ bởi sinh vật tự dưỡng, sau đó được sử dụng bởi sinh vật dị dưỡng vàcác vi sinh vật phân hủy Các vi sinh vật này phân hủy các chất thải, các mảnh vụnthực vật và các xác chết thành các chất khoáng tan trong nước hay các chất khí trở vềđất hoặc khí quyển

Ở mức độ sinh quyển người ta sử dụng thuật ngữ chu trình sinh địa hóa để chỉ sự

di chuyển tuần hoàn của các chất giữa môi trường vô sinh và sinh vật mà nhiều phacủa chu trình diễn ra trong hệ sinh thái

Sự hiện diện của chu trình này làm cho sinh quyển có khả năng tự điều chỉnh, đảmbảo cho các sự trường tồn của các hệ sinh thái và sự giữ cân bằng các chất có trongmỗi môi trường

Người ta có thể phân biệt 3 nhóm chính của các chu trình:

- Chu trình nước

- Chu trình của các chất chủ yếu ở dạng khí

- Chu trình của các chất chủ yếu ở dạng trầm tích

3.4.4 Diễn thế sinh thái

Diễn thế nguyên sinh

Là sự hình thành rừng ở những nơi hoàn toàn chưa hề có rừng, trải qua 1 loạt các

sự biến đổi của các quần xã thực vật khác nhau cuối cùng hình thành nên quần xã thựcvật rừng tương đối ổn định

Diễn thế nguyên sinh gồm 4 pha:

 Di cư: Sự di cư các mầm mống thực vật đến vùng đất mới

 Định cư: Các mầm mống thực vật thích nghi, phát triển những thế hệ đầutiên

 Quần tập: Xuất hiện tái sinh tự nhiên

 Xâm nhập: Nhóm thực vật khác xâm nhập vào nhóm thực vật đã thích nghi

ổn định trước và đã tác động đến môi trường sống

Ví dụ: Diễn thế rừng ngập mặn Cây Mắm, Sú đã tiên phong xâm nhập vùng đấtngập nước mới lắng động cát ở ven bờ, chúng thích nghi và phát triển, cố định cát bùn,làm thay đổi dần môi trường sống, đến 1 giai đoạn nào đó sẽ xuất hiện sự xâm nhậpcủa Vẹt, Rà, các loài này sẽ chiếm ưu thế và lấn áp loài cũ để phát triển thành quần xã

ưu thế, môi trướng sống sẽ thay đổi,tích lũy nhiều mùn hơn, cạn hơn Sau giai đoạnnày sẽ xuất hiện các loài sống bán ngập (Đước), tiến dần đế xuất hiện các loài thực vậtsống cạn (Tràm)

Diễn thế thứ sinh

Diễn thế thứ sinh diễn ra trên cơ sở diễn thế nguyên sinh, bắt đầu từ khi hệ sinhthái rừng bị tác động từ bên ngoài (khai thác, chặt phá, nương rẫy ), sau đó là phụchồi rừng và hình thành nên các rừng thứ sinh

Các nhân tố ảnh hưởng đến diễn thế thứ sinh: Hình thức và mức độ tác động vàorừng, điều kiện khí hậu,thổ nhưỡng

Ví dụ: Nương rẫy hoang hóa → Cây bụi → Các loài ưa sáng → Rừng thứ sinh

3.5 Mối quan hệ giữa con người và hệ sinh thái hệ sinh thái

3.5.1 Tác động của các yếu tố sinh thái đến con người

Ảnh hưởng của quần xãa phương thức sống và thức ăn

Karl Linné từ thế kỷ thứ 18 đã đặt con người vào bộ linh trưởng (Primatas) Thực

ra bản chất con người vừa là cơ thể sinh học (somatic) vừa là văn hóa (cultural) Quátrình khai thác môi trường từ cỏ cây, thú vật và quá trình thích nghi với điều kiện sốngnày là xuất phát điểm sâu xa dẫn đến chế tác công cụ và sáng tạo công nghệ chính làbiểu tượng văn hóa, thể hiện trên những cấu tạo và chức năng mới của cơ thể

 Hoàn thiện khả năng cầm nắm hướng tới chế tác và cải tiến công cụ

 Tăng cường ý nghĩa của kích thích thị giác trên cơ sở phát triển thị giác

 Thoái hóa hàm răng, chuyển chức năng cầm nắm từ răng sang bàn tay, chuyênbiệt hóa chi sau với chức năng đi thẳng

 Phức tạp hóa cấu trúc và chức năng não bộ đặc biệt là các trung tâm liên quanđến hoạt động tổng hợp (ngôn ngữ và chữ viết).

 Việc tăng cường sử dụng protein động vật đã cung cấp thêm năng lượng, có liênquan mật thiết đến toàn bộ hoạt động của cơ thể và liên quan đến sự tiến hóa vềhình thái cấu tạo của các loại hình Người Chế độ dinh dưỡng có ảnh hưởng lâudài đến các đặc điểm cơ thể Ví dụ có 2 bộ tộc ở châu Phi sống gần nhau nhưng

bộ tộc Maxai chuyên chăn nuôi, ăn thịt nhiều hơn cho nên cao hơn đến 10cm vànặng hơn 10kg so với tộc người Kaknia (thuộc Kenia) chuyên trồng trọt

 Môi trường sinh thái và chế độ dinh dưỡng tạo ra những dị biệt khá lớn về đápứng sinh học Ví dụ tiến bộ của y học (văn hóa) đã làm yếu hoặc loại trừ một số

áp lực chọn lọc nhưng lại tạo cơ hội cho một số áp lực mới như AIDS, các bệnh

về tim mạch, béo phì

Hình 3.10: Con người và sinh vật

Ảnh hưởng của quần xãa yếu tố khí hậu

Ảnh hưởng của yếu tố khí hậu biểu hiện ở nhiều trạng thái khác nhau theo mùa,theo địa lý Là đều là tổ hợp của nhiều thành phần như nhiệt độ, độ ẩm, gió, mây mưa,nắng tuyết Tác động cua tổ hợp này được thông qua nhiều rào chắn tự nhiên (sông,

hồ, biển, núi, cây rừng ) và rào chắn văn hóa (nhà cửa, quần áo, tiện nghi sinhhoạt ) tạo thành khí hậu toàn cầu, địa phương, tiểu khí hậu (ở tiểu vùng) và vi khí hậu(tại chỗ có giới hạn hẹp)

Điều hòa nhiệt là thích nghi sinh học chủ đạo liên quan đến các chức năng của các

tổ chức cơ thể Một số cơ cấu góp phần bảo đảm tốt thích nghi với vi khí hậu Ví dụkhi nhiệt độ môi trường thay đổi thì nhiệt da biến đổi nhưng nhiệt trung tâm của cơ thểbao giờ cũng được giữ ổn định – gọi là động vật ổn nhiệt 36 – 37oC

Ảnh hưởng của quần xãa môi trường địa hóa

Hàm lượng khoáng chất trong thành phần sinh hóa của cơ thể có liên quan đến quátrình biến đổi nội bào (tạo xương, điều hòa áp lực thẩm thấu ) Tương quan về tỉ lệ

số lượng các thành phần khoáng trong môi trường có ảnh hưởng trực tiếp đến thànhphần khoáng trong cơ thể từ đó ảnh hưởng đến sinh trưởng, tăng trưởng và phát triển

Ví dụ bệnh bướu cổ liên quan đến hàm lượng Iode, bệnh sâu răng liên quan đến hàmlượng fluor trong nước …

Cân bằng khoáng trong cơ thể phải được đảm bảo trong một biên độ nhất định,thừa và thiếu quá mức đều làm rối loạn cân bằng và gây bệnh Nghiên cứu mứckhoáng hóa của bộ xương bằng tia Rơnghen có thể giúp kiểm tra phản ứng địa hóa mộtcách khách quan.

Người ta đặc biệt quan tâm đến mối tương quan giữa Strontium (Sr) và Calcium(Ca) cũng như sự có mặt hoặc vắng mặt của các yếu tố khoáng đa lượng (hoặc cả vilượng) trong đất không chỉ ảnh hưởng đến mức khoáng hóa xương mà còn ảnh hưởngđến kích thước và hình dạng chung của cơ thể hoặc từng phần cơ thể

3.5.2 Tác động của con người đến sinh quyển

Con người là một thành viên trong các hệ sinh thái tự nhiên quanh mình, có quan

hệ tương hổ thông qua các mắt xích thức ăn, các hoạt động lao động sản xuất nhưngđặc biệt là hành vi cư xử của con người

Trong quá trình phát triển, con người đã tác động vào hệ sinh thái tự nhiên rấtnhiều như khai thác sinh vật thủy sinh, chăn nuôi, trồng trọt, khai thác các sản phẩmcủa rừng… Ngoài ra, con người còn tạo ra những hệ sinh thái nhân tạo như kết hợptrồng trọt, trồng rừng, chăn nuôi và con người tích cực tham gia bảo vệ môi trường,chống lại quá trình ô nhiễm môi sinh và quản lý các nguồn tài nguyên tự nhiên và môitrường

Tuy nhiên, bên cạnh những tác động tích cực, con người đã để lại những tác độngxấu đến môi trường gây những hậu quả khác nhau

Gây ô nhiễm môi trường

Một số hậu quả nghiêm trọng của ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến toàn cầunhư mưa acid; Hiệu ứng nhà kính; Lỗ thủng tầng ozone

Công nghiệp, nông lâm ngư nghiệp, sinh hoạt thải ra môi trường đủ dạng chất thảirắn, nước, khí với hàng triệu tấn/năm Nước mặt tràn lên mặt đất, sông hồ, ngấm sâuxuống đất, chất khí độc cũng dâng lên cao, gây hại cho tầng ozone

Mặt đất bị xói mòn, lớp phủ đất – dinh dưỡng cho thực vật cũng bị mất dần, đồngthời trở thành bãi chôn rác và phóng xạ Đất nông nghiệp bị thâm canh bằng đủ cácloại hóa chất gây chai cứng đất Diện tích canh tác bị thu hẹp hàng năm 5 – 7 triệu ha.Nguồn nước sạch bị thu hẹp do khai thác bừa bãi, do ô nhiễm 60% dân đô thị vànông thôn không có nước để dùng

Gây suy giảm đa dạng sinh học