giáo trình môn học kiến thức chung về sản xuất muối biển

MÔN HỌC KIẾN THỨC CHUNG VỀ SẢN XUẤT MUỐI BIỂN Mã môn học: MH 01 Giới thiệu môn học: - Khi học xong môn học Kiến thức chung về sản xuất muối biển, người học sẽ: - Kể lại được các phương

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN:

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

MÃ TÀI LIỆU: MH01

LỜI GIỚI THIỆU

Qua khảo sát nhu cầu đào tạo thực tế tại các vùng ven biển có sản xuất muối, chúng tôi có một số kết luận như sau:

Công việc sản xuất muối của người sản xuất muối chủ yếu dựa vào kinh nghiệm tập quán từ xa xưa để lại Vì vậy, sản phẩm muối chỉ để phục vụ sinh hoạt trực tiếp của đời sống xã hội, nhiều vấn đề vướng mắc trong sản xuất không tự giải quyết được do thiếu kiến thức và kỹ thuật Hiện nay, nhu cầu học tập một khóa đào tạo ngắn hạn về sản xuất muối cho người sản xuất muối ở các vùng ven biển có sản xuất muối là rất thực tế và thiết thực với điều kiện thời gian đào tạo ngắn, chi phí thấp và thời điểm học linh hoạt

Việc viết tài liệu, giáo trình áp dụng cho các khoá đào tạo nghề trình độ sơ cấp và da ̣y nghề dưới 3 tháng, trước hết là các khoá đào tạo nghề phục vụ cho

Đề án đào tạo nghề cho lao động nông thôn đến năm 2020 đang là vấn đề cấp bách được Nhà nước ưu tiên

Nhận thức rõ vấn đề trên, trường TH nghiệp vụ quản lý LTTP quyết định

tổ chức xây dựng chương trình đào tạo nghề ‟Sản xuất muối biển‟ nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế tại cơ sở sản xuất muối và nhu cầu của người sản xuất muối tại các vùng ven biển

Chưong trình đào tạo nghề „Sản xuất muối biển‟ được xây dựng theo mẫu quy định tại Phụ lục 9 của Thông tư 31/2010/TT-BLĐTBXH Để xây dựng theo đúng mẫu quy định chúng tôi đã mời chuyên gia về tham gia hội thảo phân tích nghề/việc làm (Hội thảo DACUM) Chương trình đã được sự góp ý của các chuyên gia về lĩnh vực chế chạt-kết tinh muối trong và ngoài trường

Chưong trình đào tạo nghề „Sản xuất muối biển‟ bao gồm môn học Kiến thức chung về sản xuất muối biển, mô đun Sản xuất muối phơi cát và mô đun Sản xuất muối phơi nước Trong đó, môn học Kiến thức chung về sản xuất muối biển trang bị kiến thức chung về sản xuất muối biển ở trình độ sơ cấp nghề cho người học Để hoàn thành được nhiệm vụ đó, môn học Kiến thức chung về sản xuất muối biển bao gồm 4 chương:

Chương 1: Các phương pháp sản xuất muối biển

Chương 2: Các yếu tố khí tượng có ảnh hưởng lớn đến sản xuất muối biển Chương 3: Thuỷ triều và việc lấy nước triều để sản xuất muối biển

Chương 4: An toàn lao động, bảo vệ môi trường trong sản xuất muối biển Ban biên soạn xin chân thành cảm ơn các chuyên gia, cán bộ quản lý, công nhân lành nghề đã đóng góp những ý kiến thẳng thắn, khoa học và trách nhiệm

để giáo trình mô đun Sản xuất muối phơi nước thực sự có ích cho cho người học và bạn đọc

Tham gia biên soạn, chủ biên: Vũ Văn Phát

MỤC LỤC

ĐỀ MỤC TRANG

LỜI GIỚI THIỆU 2

MỤC LỤC 3

Chương 1: Các phương pháp sản xuất muối biển 6

1 Sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi mặt bằng 7

1.1 Sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi cát 7

1.2 Sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi nước 13

2 Sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi cưỡng bức 16

2.1 Sản xuất muối biển bằng phương pháp cô đặc nồi hở 17

2.2 Sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi chân không 17

Chương 2: Các yếu tố khí tượng có ảnh hưởng lớn đến sản xuất muối biển 19

1 Bức xạ mặt trời 19

1.1 Cường độ bức xạ mặt trời, hằng số mặt trời 21

1.2 Sự suy yếu của bức xạ mặt trời trong khí quyển 21

1.3 Các dạng bức xạ mặt trời 22

1.3.1 Bức xạ mặt trời trực tiếp (S‟) 23

1.3.2 Bức xạ khuyếch tán (D) 24

1.3.3 Tổng xạ (Q) 24

1.3.4 Phản xạ (Rn) 25

1.3.5 Bức xạ sóng dài của mặt đất và khí quyển 25

1.3.6 Cân bằng bức xạ của mặt đất (B) 26

1.4 Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời đến chế độ nhiệt của đất, không khí 27 1.4.1 Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời đến chế độ nhiệt của đất 27

1.4.2 Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời đến chế độ nhiệt của không khí 28

2 Hơi nước trong khí quyển và hiện tượng giáng thuỷ (mưa) 30

2.1 Nguồn gốc và sự phân bố hơi nước trong khí quyển 30

2.2 Diễn biến hàng ngày, hàng năm của lượng bay hơi 31

2.3 Ảnh hưởng của lượng bay hơi đến sản xuất muối biển 33

2.4 Hiện tượng giáng thuỷ 33

2.4.1 Điều kiện ngưng kết của hơi nước trong khí quyển 33

2.4.2 Mức độ giáng thuỷ 34

Chương 3: Thuỷ triều và việc lấy nước triều để sản xuất muối biển 37

1 Hiện tượng thuỷ triều 37

2 Chế độ thuỷ triều (Chế độ triều) 39

2.1 Bán nhật triều 40

2.2 Nhật triều 40

3 Bảng thuỷ triều 40

4 Việc lấy nước triều để sản xuất muối biển 40

Chương 4: An toàn lao động, bảo vệ môi trường trong sản xuất muối biển 44

1 An toàn lao động trong sản xuất muối biển 44

1.1 Trang bị bảo hộ lao động trong sản xuất muối biển 44

1.2 Những nguy cơ mất an toàn lao động trong sản xuất muối biển 47

2 Bảo vệ môi trường trong sản xuất muối biển 48

2.1 Chất thải trong sản xuất muối biển 48

2.2 Xử lý chất thải của sản xuất muối biển 48

HƯỚNG DẪN GIẢNG DẠY MÔN HỌC 50

VI Tài liệu tham khảo 54

DANH SÁCH BAN CHỦ NHIỆM XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH, BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH DẠY NGHỀ TRÌNH ĐỘ SƠ CẤP 56

DANH SÁCH HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU 56

CHƯƠNG TRÌNH, GIÁO TRÌNH DẠY NGHỀ TRÌNH ĐỘ SƠ CẤP 56

CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN, CHỮ VIẾT TẮT

2 Nước chạt Được cô đặc từ nước biển, hàm lượng NaCl trên 50%

tổng muối

3 Muối tạp chất Các loại muối có trong nước biển, nước chạt, nước ót mà

không phải là NaCl

20 Nhật triều Chế độ thủy triều lên xuống một lần trong ngày

21 Bán nhật triều Chế độ thủy triều lên xuống hai lần trong ngày

MÔN HỌC KIẾN THỨC CHUNG VỀ SẢN XUẤT MUỐI BIỂN

Mã môn học: MH 01

Giới thiệu môn học:

- Khi học xong môn học Kiến thức chung về sản xuất muối biển, người học sẽ:

- Kể lại được các phương pháp sản xuất muối biển

- Kể lại được các hiện tượng khí tượng xảy ra trong tự nhiên có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sản xuất muối biển

- Kể lại được các hiện tượng thuỷ triều ven bờ xảy ra trong tự nhiên có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình sản xuất muối biển

- Xác định được khoảng thời gian có thể lấy nước triều sản xuất muối

- Nhận biết được ảnh hưởng của các trang thiết bị an toàn lao động trong lao động sản xuất muối biển

- Chỉ ra được ảnh hưởng xấu có thể xảy ra của sản xuất muối đến môi trường

- Tuân thủ quy định rèn luyện tác phong khoa học, thận trọng, tỷ mỷ, chính xác

- Để học tốt môn học Kiến thức chung về sản xuất muối biển người học cần gắn kết phần lý thuyết đã được nghiên cứu với việc thực hành tại các trạm quan trắc

- Việc đánh giá kết quả học tập của mô đun căn cứ vào 70% kết quả thực hành tại các trạm quan trắc

Chương 1: Các phương pháp sản xuất muối biển Mục tiêu:

- Kể lại được các phương pháp sản xuất muối biển

- Phát biểu được các tiêu chí để nhận biết phương pháp sản xuất muối biển

A Nội dung:

Để sản xuất được muối ăn (NaCl) từ nước biển, phải làm bay hơi một lượng lớn nước ngọt

Nếu căn cứ vào tác nhân làm bay hơi nước ngọt, có thể chia thành:

- Sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi nước ngọt tự nhiên (còn gọi là Sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi mặt bằng)

- Sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi nước ngọt cưỡng bức

1 Sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi mặt bằng

Để đỡ tốn kém chi phí về năng lượng làm bay hơi lượng nước ngọt khi sản xuất muối ăn từ nước biển, người ta tận dụng các điều kiện bay hơi nước ngọt của tự nhiên: Năng lượng của bức xạ mặt trời, các yếu tố khí tượng

Sản xuất muối ăn từ nước biển bằng cách tận dụng các điều kiện bay hơi nước ngọt của tự nhiên được gọi chung là sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi mặt bằng vì khi sản xuất muối biển bằng phương pháp tận dụng các điều kiện bay hơi nước ngọt của tự nhiên có sử dụng một diện tích mặt đất tương đối lớn

Sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi mặt bằng bao gồm:

- Sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi cát

- Sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi nước

1.1 Sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi cát

Việc phải làm bay hơi một lượng lớn nước ngọt bằng cách tận dụng các điều kiện bay hơi nước ngọt của tự nhiên yêu cầu phải có một diện tích bay hơi nước ngọt lớn và các điều kiện bay hơi nước ngọt của tự nhiên ổn định trong thời gian dài Trong thực tế điều kiện tự nhiên của nhiều vùng không có được điều kiện bay hơi nước ngọt của tự nhiên ổn định trong thời gian dài, để sản xuất được muối biển người ta chỉ còn cách tăng diện tích bay hơi nước ngọt Khi đó, trong một thời gian ngắn (1 ngày) lượng nước ngọt có thể bay hơi được

đã đáng kể đối với sản xuất được muối biển

Tăng diện tích bay hơi nước ngọt để sản xuất muối biển mà chỉ đơn thuần

mở rộng diện tích sản xuất thì các điều kiện khác của xã hội sẽ không cho phép,

vả lại khi đó giá thành của muối sẽ rất cao

Khi các điều kiện về sự bay hơi nước ngọt là như nhau thì lượng nước ngọt bay hơi phụ thuộc vào diện tích mặt thoáng (diện tích bay hơi) Cát có diện tích riêng lớn, lợi dụng đặc tính này của cát người ta đã sử dụng cát làm tăng diện tích mặt thoáng của nước biển để có lượng nước ngọt bay hơi lớn khi sản xuất muối ăn từ nước biển

Vì vậy, trong sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi cát thì cát được gọi là chất môi giới cho sự bay hơi

Để lấy nước biển sản xuất muối, các đồng muối phơi cát thường tận dụng chiều cao thủy triều để lấy nước tự lưu qua cống nghênh (cống đón nước thủy triều)

Khi nước biển bị bay hơi nước ngọt thông qua cát phơi (quá trình được thực hiện trên ruộng hay còn gọi là sân phơi cát), nước biển tăng dần nồng độ, đến khi nồng độ của nước biển trong lớp cát phơi đạt trạng thái bão hòa rồi quá

bão hòa đối với NaCl thì muối ăn được tách ra dưới dạng rắn và bám vào hạt cát (người ta gọi quá trình này là quá trình muối kết tụ vào cát phơi)

Sử dụng nước biển để hòa tan muối đã kết tụ vào cát phơi sẽ thu được nước có hàm lượng muối ăn cao hơn nhiều so với nước biển (gọi là quá trình lọc chạt, quá trình lọc chạt được thực hiện trong chạt lọc, nước thu được có hàm lượng muối ăn cao gọi là nước cái)

nước cái quá bão hòa rồi những mầm tinh thể muối ăn lớn dần do quá trình phơi vẫn tiếp tục nên tinh thể muối được hình thành từ những mầm tinh thể muối ăn lớn dần đến độ trưởng thành

Hình 1.3: Phơi nước cái trên ô kết tinh muối hay còn gọi là ô nề

Như vậy, đặc điểm nhận dạng của phương pháp sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi cát là: Sân phơi cát, cát phơi, chạt lọc,

Quá trình kết tinh khi sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi cát chỉ diễn ra trong vòng một ngày (buổi sáng đưa nước cái lên phơi tại ô kết tinh, chiều tối thu muối)

Sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi cát thường tạo ra sản phẩm muối biển có hàm lượng NaCl khoảng 80% về khối lượng

Sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi cát tại nước ta có sản lượng và chất lượng sản phẩm muối biển thấp (chỉ sử dụng cho các yêu cầu của đời sống sinh hoạt)

Sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi cát thường tạo ra sản phẩm muối biển giữ được hầu như toàn bộ các chất, hợp chất vi lượng có trong thành phần nước biển ban đầu

Hình 1.4: Đơn vị sản xuất muối phơi cát

BỂ CHỨA CHẠT

BỂ

XỬ LÝ CHẠT

SÂN KẾT TINH

SÂN KẾT TINH

SÂN KẾT TINH SÂN

KẾT

TINH

SÂN KẾT TINH

SÂN KẾT TINH

SÂN KẾT TINH

SÂN KẾT TINH

RUỘNG PHƠI CÁT

ĐƠN VỊ SẢN XUẤT MUỐI BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHƠI CÁT

Cát luân phiên

Hình 1.5: Đồng muối phơi cát

1.2 Sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi nước

Trong thực tế có nhiều vùng điều kiện bay hơi nước ngọt của tự nhiên thuận lợi và ổn định trong thời gian dài, ở những vùng này để sản xuất muối biển người ta chỉ việc đưa nước biển vào phơi ở các ô ruộng đã được xử lý về

NƯỚC

KHU BAY HƠI

KHU KẾT TINH THẠCH CAO

KHU KẾT TINH MUỐI CÔNG ĐOẠN 1

SẢN PHẨM NaCl LOẠI I

Hình 1.6: Mô hình chung của đồng muối phơi nước

Hình 1.7: Đồng muối phơi nước

Để lấy nước biển vào đồng muối, các đồng muối phơi nước thường tận dụng chiều cao thủy triều để lấy nước tự lưu qua cống nghênh (cống đón nước thủy triều), trường hợp nước tự lưu qua cống nghênh thiếu sẽ được bổ sung bằng nguồn nước động lực (sử dụng bơm)

Hình 1.8: Cống, trạm bơm lấy nước biển phục vụ sản xuất muối

Quy trình sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi nước:

Tại hồ chứa, trong khi “chờ đợi” để đi vào dây chuyền sản xuất chính,

nước biển cũng bay hơi nước ngọt để tăng nồng độ

Nước biển ở hồ chứa được cung cấp dần dần cho các bước 1 của khu bay hơi Tại khu bay hơi nước biển (dần dần trở thành nước chạt) được luân chuyển dần từ các bước 1 đến các bước cuối cùng, trong quá trình luân chuyển đó nước chạt liên tục bay hơi nước ngọt để tăng nồng độ, ra khỏi khu bay hơi nước chạt đạt 14o

Khi nước chạt ở công đoạn 1 đạt nồng độ quy định thì được chuyển sang công đoạn tiếp theo (công đoạn 2)

Tại công đoạn tiếp theo (công đoạn 2) của khu kết tinh muối, nước chạt tiếp tục bay hơi nước ngọt để tăng nồng độ và kết tinh muối NaCl, sản phẩm NaCl của công đoạn 2 là sản phẩm có chất lượng thấp hơn sản phẩm NaCl của công đoạn 1 (công đoạn trước)

Tại công đoạn cuối cùng của khu kết tinh muối nước chạt tiếp tục bay hơi nước ngọt để tăng nồng độ và kết tinh muối NaCl, sản phẩm NaCl của công đoạn cuối cùng của khu kết tinh muối là sản phẩm có chất lượng thấp nhất Khi dịch lỏng (nước ót) ở công đoạn cuối cùng đạt nồng độ quy định thì được chuyển sang khu vực tập trung nước ót

Sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi nước có thể tạo ra nhiều sản phẩm muối biển có hàm lượng NaCl khác nhau bằng cách phân đoạn kết tinh Sản xuất muối biển bằng phương pháp phơi nước có khả năng cho sản lượng lớn và chất lượng sản phẩm muối biển cao (thỏa mãn yêu cầu về chất lượng muối của sản xuất công nghiệp)

Bảng 1.1 Xác định phẩm cấp của sản phẩm

Nồng độ đầu

( o Bé)

Nồng độ cuối ( o Bé)

NaCl tách ra (gam)

Tạp chất tách ra (gam)

2 Sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi cưỡng bức

Sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi cưỡng bức nghĩa là sử dụng nguồn năng lượng nhân tạo để làm bay hơi nước ngọt kết tinh muối Thực

tế „Sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi cưỡng bức‟ cũng chỉ „cưỡng bức bay hơi nước ngọt‟ trong giai đoạn kết tinh muối Nghĩa là: nước chạt gần bão hòa hoặc bão hòa muối NaCl được đưa vào thiết bị cô đặc để kết tinh muối Thiết bị cô đặc để kết tinh muối có nhiều loại, nếu căn cứ vào chỉ tiêu thiết

bị cô đặc làm việc ở áp suất nào thì sản xuất muối biển bằng phương pháp bay hơi cưỡng bức được chia ra:

- Sản xuất muối biển bằng phương pháp cô đặc nồi hở nếu thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất thường

- Sản xuất muối biển bằng phương pháp cô đặc chân không nếu thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất âm (áp suất làm việc của thiết bị nhỏ hơn áp suất thường)

2.1 Sản xuất muối biển bằng phương pháp cô đặc nồi hở

Theo phương pháp sản xuất này nước chạt gần bão hòa hoặc bão hòa muối NaCl được đưa vào thiết bị cô đặc (còn gọi là nồi nấu muối, nồi nấu muối ở nước ta thường được gò bằng tôn), nguồn năng lượng cung cấp cho thiết bị cô đặc này để làm bay hơi nước ngọt ở nước ta thường là than

Quá trình cô đặc kết tinh muối mỗi mẻ thường diễn ra trong nhiều giờ tùy theo lượng nước chạt mà nồi chứa được nhiều hay ít Trong mỗi mẻ muối kết tinh được lấy ra dần dần tùy theo tốc độ kết tinh muối, mỗi mẻ kết thúc khi nồng độ của dung dịch được cô đặc đạt đến giá trị quy định

Sản xuất muối biển bằng phương pháp cô đặc nồi hở có thể tạo được nhiều loại sản phẩm muối có phẩm cấp (chất lượng sản phẩm) khác nhau tùy thuộc nước chạt nguyên liệu được xử lý (tách tạp chất) ở mức độ nào và khi vớt muối sản phẩm ra thì giá trị nồng độ của dịch lỏng trong nồi có giá trị là bao nhiêu (nồng độ của dịch lỏng trong nồi có giá trị càng nhỏ thì phẩm cấp của sản phẩm muối càng cao)

- Ưu điểm của phương pháp sản xuất muối biển bằng phương pháp cô đặc

+ Không yêu cầu kỹ thuật cao

- Nhược điểm của phương pháp sản xuất muối biển bằng phương pháp cô đặc nồi hở:

+ Tốn năng lượng nhân tạo

Quỏ trỡnh cụ đặc kết tinh muối cú thể thực hiện bằng một nồi hoặc hệ thống cụ đặc nhiều nồi

Hơi n-ớc

Hơi đốt

N-ớc chạt Thoát khí Hơi n-ớc nguyên

N-ớc ng-ng tụ

Muối t-ơng ( hơi đốt )

Hỡnh 1.9: Dạng nồi nấu muối chõn khụng

Hỡnh 1.10: Dạng nồi nấu muối chõn khụng

- Ưu điểm của phương phỏp sản xuất muối biển bằng phương phỏp bay

hơi chõn khụng:

+ Tạo được nhiều loại sản phẩm muối cú phẩm cấp khỏc nhau

+ Chủ động trong sản xuất

+ Giải quyết được lượng muối kộm chất lượng

- Nhược điểm của phương phỏp sản xuất muối biển bằng phương phỏp cụ đặc nồi hở:

+ Yờu cầu kỹ thuật cao

+ Tốn năng lượng nhõn tạo

Nước ngưng

+ Giá thành sản phẩm cao

+ Sản lượng thấp

B Câu hỏi và bài tập thực hành

- Câu hỏi kiểm tra:

1 Sản xuất muối biển bằng

phương pháp bay hơi mặt bằng

nghĩa là phơi nước biển để kết

tinh muối?

□ Đúng

□ Không đúng

□ Gần đúng

2 Sản xuất muối biển bằng

phương pháp bay hơi mặt bằng

nghĩa là sản xuất muối biển bằng

phương pháp phơi cát?

□ Gần đúng

□ Không đúng

□ Đúng

3 Sản xuất muối biển bằng

phương pháp bay hơi cưỡng bức

4 Sản xuất muối biển bằng

phương pháp bay hơi cưỡng bức

- Có nhiều phương pháp sản xuất muối từ nước biển

- Sản phẩm muối phơi cát có thành phần NaCl không cao

Chương 2: Các yếu tố khí tượng có ảnh hưởng lớn đến sản xuất muối biển Mục tiêu:

- Chỉ ra được ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết cụ thể đến sản xuất muối

- Đo được yếu tố thời tiết cơ bản

- Tuân thủ quy định rèn luyện tác phong khoa học, thận trọng, tỷ mỷ, chính xác

plasma Trong hệ mặt trời gồm có một ngôi sao là mặt trời đứng ở vị trí trung tâm (định tinh) là vật duy nhất phát sáng và 9 hành tinh khác không phát sáng quay xung quanh mặt trời

Mặt trời có cấu trúc phức tạp, ở tâm của mặt trời là nhân hoặc lõi tiếp đến

là vùng bức xạ, ở khoảng cách cách tâm chừng 0,7÷0,8 bán kính mặt trời là vùng đối lưu, ngoài cùng là bề mặt mặt trời Ở nhân mặt trời nơi xảy ra phản ứng hạt nhân nhiệt độ lên tới 15 triệu độ Nhiệt độ bề mặt của mặt trời ở phần quang cầu vào khoảng 6000oK, ở phần sắc cầu khoảng 20.000oK, ở phần nhật hoa vào khoảng 2.000.000oK (tính theo động năng trung bình của các phân tử)

Trái đất của chúng ta chuyển động xung quanh mặt trời theo quỹ đạo elíp (hình 2.1) do vậy khoảng cách từ mặt trời đến trái đất luôn thay đổi tuỳ thuộc vào vị trí của nó trên quỹ đạo Khoảng cách trung bình từ mặt trời đến trái đất vào khoảng 149,6 triệu km, khoảng cách này gọi là 1 đơn vị thiên văn (đvtv) Khoảng cách ngắn nhất 147 triệu km (ngày 3 tháng 1) bằng 0,983 đơn vị thiên văn, khoảng cách dài nhất khoảng 152 triệu km (ngày 5 tháng 7) bằng 1,017 đơn vị thiên văn (hình 2.1)

Cứ mỗi giây mặt trời tiêu hao trên 4 tấn hyđrô để tạo ra năng lượng

Trong lòng mặt trời có nhiệt độ rất cao vì thế tại đó luôn luôn xảy ra phản ứng nhiệt hạch còn gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân biến hiđrô (H2) thành hêli (He) và giải phóng một năng lượng vô cùng lớn

Công suất bức xạ mặt trời là năng lượng toàn phần của mặt trời chiếu trên diện tích mặt cầu có tâm là mặt trời, bán kính (d/2) là 1 đơn vị thiên văn trong 1

Hình 2.1: Sơ đồ Hệ mặt trời - trái đất

Xuân phân (21/III)

Hạ chí

(23/IX)

Đông chí (22/XII)

giây Nếu hằng số mặt trời là I0 thì W = I0.4πd2/60 = 3,86.1026 W (tức 3,86.1026 J/s) nói cách khác cứ mỗi phút mặt trời phát vào không gian xung quanh một lượng năng lượng vào khoảng 5,5.1024

Kcal nhưng trái đất chỉ nhận được một phần rất nhỏ năng lượng đó (khoảng 0,5 phần tỉ công suất bức xạ năng lượng toàn phần của mặt trời)

Năng lượng bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng đầu tiên của mọi quá trình chuyển hoá năng lượng trên bề mặt trái đất Năng lượng bức xạ mặt trời chiếu tới trái đất có thể chuyển sang các dạng khác như nhiệt năng và công năng tạo ra các quá trình vật lý trên bề mặt trái đất, các hiện tượng thời tiết, khí hậu đặc biệt, bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng gần như duy nhất được thế giới thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp biến các chất vô cơ (CO2,

H2O) thành chất hữu cơ đầu tiên, đó là glucoza Từ glucoza có thể tổng hợp hàng loạt các chất tạo thành một thế giới hữu cơ phong phú

số mặt trời cũng có sự thay đổi ít nhiều theo thời gian trong năm (từ 1308 W/m2

đến 1398 W/m2, dao động khoảng 3,5%) Những lần đo gần đây bằng thiết bị đặt trên vệ tinh địa tĩnh thì hằng số mặt trời là 1,95 cal/cm2

/phút

1.2 Sự suy yếu của bức xạ mặt trời trong khí quyển

Khí quyển bao bọc xung quanh quả địa cầu gồm các thành phần tạo nên như nitơ, oxy, acgôn, hơi nước, ôzôn, bụi (sol khí), Bức xạ mặt trời đi qua khí quyển bị suy yếu đi do một số nguyên nhân sau:

- Một phần bức xạ mặt trời bị một số chất như ôxy, ôzon, cacbonic, hơi nước, bụi, hấp thụ có chọn lọc, nghĩa là mỗi chất chỉ hấp thụ những tia bức

xạ có bước sóng nhất định

Đối với oxy (O2): Oxy có các dải hấp thụ trong khoảng phổ nhìn thấy và cực tím Trong phổ nhìn thấy, dải hấp thụ ở bước sóng 0,69÷0,76µ Mức độ hấp thụ các tia bức xạ trong dải này không lớn nên sự suy giảm bức xạ do oxy hấp thụ không đáng kể Oxy hấp thụ các tia cực tím với bước sóng nhỏ hơn

0,2µ khá mạnh Sự hấp thụ các tia cực tím ở các lớp khí quyển trên cao dẫn đến

sự phân ly phân tử oxy để tạo thành ozôn

Đối với ozôn (O3): Dải hấp thụ bức xạ quan trọng nhất của ozôn có bước sóng λ = 0,2÷0,32µ Các tia bức xạ trong dải sóng này khi đi qua lớp ozon bi suy giảm đi một nửa

Nhờ có lớp ozon hấp thụ các tia bức xạ cực tím của mặt trời mà sự sống trên trái đất được bảo vệ Ngoài ra dải các tia bức xạ có bước sóng λ = 0,43÷0,75µ cũng bị ozôn hấp thụ

Đối với khí cacbonic (CO2): Dải bức xạ bị hấp thụ mạnh nhất là bước sóng khoảng 2,05÷2,7µ và 4,3µ, tuy nhiên quan trọng hơn cả là dải có bước sóng từ 12,9÷17,1µ

Như vậy, khí cacbonic hấp thụ dải sóng dài nên nó có tác dụng làm nóng trái đất

Đối với hơi nước (H2O): Hơi nước có nhiều dải bức xạ hấp thụ như 0,58÷0,61µ, 0,68÷0,73µ, đặc biệt từ 4÷40µ Tuy nhiên, dải bức xạ từ 8÷12µ được gọi là cửa sổ của khí quyển, không bị hơi nước hấp thụ và lại là vùng phát

xạ của mặt đất và khí quyển mạnh nhất, nhờ đó trái đất nguội nhanh do thoát nhiệt vào không gian vũ trụ

Đối với sol khí (bụi): Sự hấp thụ bức xạ rất phức tạp tuỳ thuộc vào bản chất, kích thước, hàm lượng, của bụi Tuy nhiên, bụi quá nhiều có thể làm giảm trực xạ Khi cháy rừng trên diện rộng hoặc núi lửa hoạt động phun tro bụi vào khí quyển sẽ làm giảm cường độ bức xạ mặt trời, nhiệt độ không khí cũng

đó, bức xạ mặt trời đã bị mất đi một phần năng lượng

- Một phần bức xạ mặt trời bị ngăn cản bởi các đám mây hoặc bị phản xạ trở lại khí quyển nên bức xạ mặt trời bị suy yếu đi

Bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển do chịu tác dụng của các quá trình hấp thụ, khuyếch tán và phản xạ nên bức xạ mặt trời bị suy yếu đi

Đường đi của tia bức xạ trong khí quyển càng dài thì ảnh hưởng của các quá trình trên càng mạnh và sự suy yếu của bức xạ càng nhiều

1.3 Các dạng bức xạ mặt trời

Căn cứ vào hướng truyền bức xạ, đặc điểm của các tia bức xạ mặt trời trong khí quyển và ở mặt đất, bức xạ mặt trời được chia thành các dạng sau:

Hình 2.2: Sơ đồ trực xạ trên bề mặt nằm ngang

Bức xạ mặt trời trực tiếp còn gọi là trực xạ

Trực xạ là phần năng lượng mặt trời chiếu trực tiếp xuống mặt đất dưới dạng chùm tia song song

Vào những ngày trời nắng trong phần phổ nhìn thấy của bức xạ mặt trời, trực xạ chính là phần tạo ra vết sáng trên mặt đất (chỗ mặt đất được chiếu sáng)

Cường độ trực xạ (S‟) là năng lượng của chùm tia sáng trực tiếp chiếu đến một đơn vị diện tích bề mặt đặt vuông góc với tia tới trong một đơn vị thời gian

Bức xạ mặt trời trực tiếp là một chỉ tiêu quan trọng dùng để đánh giá đặc điểm khí hậu của mỗi vùng

Khí hậu đạt tiêu chuẩn nhiệt đới phải có cường độ bức xạ trực tiếp trên 130Kcal/cm2/năm

Trong thực tiễn sản xuất muối từ nước biển ta cần biết lượng bức xạ trực tiếp trên một bề mặt nào đó, chẳng hạn trên một ruộng phơi cát, trên một ruộng phơi nước hoặc trên một ô kết tinh muối

Trong đó:

S‟ là cường độ trực xạ [cal/cm2/phút]

Sng là cường độ bức xạ trên bề mặt nằm ngang hay nằm nghiêng [cal/cm2/phút]

ho là độ cao mặt trời (góc tạo bởi tia bức xạ với mặt phẳng nằm ngang hay nằm nghiêng)

Độ cao mặt trời: Là góc tạo bởi tia bức xạ với mặt phẳng nằm ngang Hàng ngày vào sáng sớm khi mặt trời mới mọc độ cao mặt trời nhỏ trực xạ đối với mặt phẳng nằm ngang nhỏ, sau đó độ cao mặt trời tăng dần trực xạ đối với mặt phẳng nằm ngang cũng tăng theo, đến buổi trưa khi độ cao mặt trời lớn nhất trực xạ đối với mặt phẳng nằm ngang cũng lớn nhất Trong một năm quy luật thay đổi của trực xạ theo độ cao mặt trời cũng tương tự Vào thời kỳ mặt trời ở thiên đỉnh thì trực xạ lớn nhất, còn vào thời kỳ mặt trời xa thiên đỉnh nhất thì trực xạ có giá trị nhỏ nhất

là tán xạ

Cường độ tán xạ là năng lượng tính bằng calo do bức xạ khuyếch tán

từ bầu trời chiếu trên 1 cm2 bề mặt nằm ngang trong 1 phút (cal/cm2/phút) Giá trị cực đại của bức xạ khuyếch tán thường thấp hơn nhiều so với bức

Tuy nhiên những yếu tố chính ảnh hưởng tới tổng xạ là độ cao mặt trời, mây và độ trong suốt của khí quyển

Hàng ngày, tổng xạ thường có giá trị lớn nhất vào giữa trưa

Khoảng 60% tổng xạ hàng ngày nhận được vào thời gian từ 10giờ đến 14giờ

Hàng năm, bức xạ tổng cộng có giá trị lớn nhất vào thời kỳ mặt trời ở thiên đỉnh hoặc gần thiên đỉnh nhất

Tổng xạ có giá trị nhỏ nhất vào thời kỳ mặt trời ở xa thiên đỉnh nhất Với các vùng ngoại chí tuyến biến trình hàng năm của tổng xạ là biến trình tuần hoàn một cực đại vào hạ chí và một cực tiểu vào đông chí

Với các vùng nội chí tuyến biến trình hàng năm của tổng xạ là biến trình tuần hoàn với 2 cực đại ứng với hai thời kỳ mặt trời ở thiên đỉnh, 2 cực tiểu ứng với 2 thời kỳ mặt trời ở chí tuyến Nam và Bắc

Mây làm cho tổng xạ bị suy yếu khá nhiều, nếu trời không mây tổng xạ bị giảm đi khoảng 20% so với tổng xạ ở giới hạn trên của khí quyển, khi trời có mây tổng xạ tiếp tục giảm thêm 20÷30% nữa Do vậy tính trung bình mặt đất chỉ nhận được khoảng 50÷60% so với tổng xạ ở giới hạn trên của khí quyển Nhìn chung bức xạ tổng cộng giảm dần từ xích đạo về cực

Tuy nhiên cũng có những khác biệt do đặc điểm địa lý địa phương gây nên, chẳng hạn như cự ly cách biển, địa hình, thời tiết,

Sự phân bố địa lý của tổng xạ năm khá phức tạp, tổng xạ năm lớn nhất quan sát thấy ở vùng áp cao cận chí tuyến Bắc và Nam bán cầu chứ không phải

ở vùng xích đạo Ở vùng cận chí tuyến lượng mây rất ít, thời gian chiếu sáng trong ngày lớn hơn so với vùng xích đạo

Mức độ phản xạ phụ thuộc vào tính chất của các bề mặt như màu sắc, độ

gồ ghề, độ ẩm, loại đất, lớp phủ thực vật, và phụ thuộc vào góc tới của tia bức

xạ để biểu diễn khả năng phản xạ của các bề mặt khác nhau người ta dùng đại lượng gọi là suất phản xạ hay Albedo (A) của các bề mặt

Albedo là tỷ số giữa bức xạ phản chiếu và bức xạ tổng cộng (tổng xạ)

1.3.5 Bức xạ sóng dài của mặt đất và khí quyển

Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0oK đều có khả năng bức xạ, tức là khả năng phát ra năng lượng dưới dạng các tia sóng điện từ

Đối với vật đen tuyệt đối khả năng bức xạ (phát ra năng lượng) và khả năng hấp thụ (nhận năng lượng) là lớn nhất

Ehh < 0 là trường hợp thường xảy ra vào những ngày có lớp nghịch nhiệt, không khí nóng truyền nhiệt xuống mặt đất bằng cách bức xạ nhiệt

1.3.6 Cân bằng bức xạ của mặt đất (B)

Cân bằng bức xạ của mặt đất là tổng đại số năng lượng của các thành phần bức xạ nhận vào và các thành phần bức xạ thoát ra khỏi mặt đất

Nếu quy ước các thành phần nhận vào có dấu cộng (+) và thành phần thoát

ra mang dấu trừ (-) thì cân bằng bức xạ (B) có thể viết như sau:

Eđ là bức xạ của đất

Các thành phần cân bằng bức xạ của mặt đất luôn biến đổi hoặc bị triệt tiêu Dễ dàng nhận thấy nếu cân bằng bức xạ của mặt đất dương thì mặt đất nhận được năng lượng và nóng lên, ngược lại nếu cân bằng có giá trị âm thì mặt đất mất năng lượng và lạnh đi

Cân bằng bức xạ là một trong những nhân tố rất quan trọng trong việc hình thành chế độ nhiệt ở các vùng khác nhau Cân bằng bức xạ ở mỗi thời điểm tại địa phương là cơ sở để dự báo thời tiết Ngoài ra cân bằng bức xạ rất cần thiết trong việc xác định cơ cấu mùa vụ, sinh trưởng, phát triển và năng suất của các loại cây trồng

Cân bằng bức xạ mặt đất lớn nhất ở vùng xích đạo và giảm dần về 2 cực trái đất

1.4 Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời đến chế độ nhiệt của đất, không khí 1.4.1 Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời đến chế độ nhiệt của đất

Cân bằng nhiệt của mặt đất là hiệu số giữa phần năng lượng nhận được và phần năng lượng mất đi của mặt đất Nếu cân bằng nhiệt có giá trị dương, thì mặt đất nóng lên, còn nếu có giá trị âm thì mặt đất sẽ bị lạnh đi Điều này phụ thuộc rất nhiều vào khả năng nhận nhiệt và mất nhiệt của mặt đất vào ban ngày

Do vậy, ban ngày mặt đất nóng lên và ban đêm mặt đất lạnh đi

Từ khi mặt trời mọc, nhiệt độ mặt đất bắt đầu tăng và sau khoảng 1,0÷1,5 giờ, lượng nhiệt mặt đất nhận được đã lớn hơn lượng nhiệt bị mất đi, lúc này mặt đất nóng lên và sẽ truyền nhiệt vào trong lòng đất và cho tầng khí quyển bên trên

Nhiệt độ đất tiếp tục tăng dần và đạt cực đại vào lúc 13 giờ Sau 13 giờ, nhiệt độ của đất bắt đầu giảm

Sự giảm nhiệt độ tiếp diễn suốt ban đêm và trị số cực tiểu quan sát được vào trước khi mặt trời mọc 1÷2 giờ

Thời gian mặt trời mọc trong năm có thay đổi, nên cực tiểu của nhiệt độ đất vào mùa hè thường sớm hơn mùa đông