Bài giảng môn hóa môi trường nguyễn hoài thu

Khái niệm hệ sinh thái Vậy hệ sinh thái là tập hợp của quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà nó tồn tại, ở đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để phát triển ổn định

CHƯƠNG 1: SINH THÁI VÀ MÔI TRƯỜNG

1.1 Sinh thái

1.1.1 Lịch sử phát triển và ý nghĩa của môn sinh thái học

Có thể tóm tắt lịch sử phát triển sinh thái học như sau

- Thời kỳ trước thế kỷ XIX :

Ngay từ những thời kỳ lịch sử xa xưa con người đã có những hiểu biết nhấtđịnh về “Sinh thái học” dù rằng họ không biết thuật ngữ này

Có thể nêu lên những công trình có đề cập đến sinh thái học như sau: Trongnhững công trình của nhà bác học Aristote (384 - 322 TCN) và các triết gia cổ Hy Lạpđều có nhiều dẫn liệu mang tính chất sinh thái khá rõ nét Trong công trình của mình,Aristote đã mô tả 500 loài động vật cùng với các đặc tính như di cư, sự ngủ đông củacác loài chim, khả năng tự vệ của mực, các hoạt động xây tổ của chim

Hoặc như E Theophrate (371-286 TCN), người khai sinh môn học thực vật học

đã chú ý đến ảnh hưởng của thời tiết, màu đất đến sự sinh trưởng, tuổi thọ của cây vàthời kỳ quả chín, tác động qua lại giữa thảm thực vật với địa hình, địa lý Ông đã sửdụng các đặc điểm sinh thái làm cơ sở cho việc phân loại thực vật

B.G Lamark (1744-1829) là người đưa ra học thuyết tiến hóa đầu tiên, ông đãcho rằng ảnh hưởng của các yếu tố môi trường là một trong những nguyên nhân quantrọng đối với sự thích nghi và sự tiến hóa của sinh vật

- Thời kỳ thế kỷ XIX : Phải nói đây là thời kỳ phồn thịnh của sinh thái học,trong thời kỳ này đã có nhiều công trình nghiên cứu, nhiều tư liệu về sinh thái học Cóthể nêu ra một số nhà khoa học tiêu biểu :

A Hurmboldt (1769 - 1859) chú ý đến những điều kiện địa lý đối với thực vật

K Glogher (1833) viết về sự thay đổi của chim dưới ảnh hưởng của khí hậu

K Bergmann (1848) nói về qui luật thay đổi kích thước của các động vật máunóng theo vùng phân bố địa lý;

C Darwin (1809-1872) với tác phẩm nổi tiếng “Nguồn gốc của các loài dochọn lọc tự nhiên hay là sự bảo tồn các nòi thích nghi trong đấu tranh sinh tồn” cùngvới một số công trình khác là những bằng chứng phong phú và hùng hồn cho họcthuyết tiến hóa của ông Đó cũng là nền móng của sinh thái học

Người đề xuất thuật ngữ “Sinh thái học” là nhà sinh học người Đức - E.Haeckel (1834-1919) trong quyển sách “ Sinh thái chung của cơ thể” Ông xác địnhsinh thái học là khoa học chung về quan hệ giữa sinh vật và môi trường Ông cũngchính là người ủng hộ tích cực học thuyết tiến hóa của C Darwin

Từ nửa sau của thế kỷ XIX, nội dung nghiên cứu của sinh thái học chủ yếu làcác nghiên cứu về đời sống của động thực vật và sự thích nghi của chúng với nhân tốkhí hậu Tiêu biểu như E Warming (Đan Mạch) trong công trình “Địa lý sinh thái thựcvật” (1895)

Thời kỳ từ thế kỷ XX đến nay: Đây là thời kỳ sinh thái học ngày càng đượcnghiên cứu sâu và rộng hơn

Hội nghị quốc tế về thực vật lần thứ 3 ở Bruxelle (Bỉ) vào năm 1910, đã táchsinh thái học thực vật thành hai bộ môn riêng: Sinh thái học cá thể (Autoecology) vàsinh thái học quần xã (Synecology)

Từ những năm 20 của thế kỷ này, người ta đã tổ chức các Hội sinh thái học và

ra tạp chí sinh thái Môn sinh thái học bắt đầu được giảng dạy ở các trường đại học

Vào những năm 30 trở đi khuynh hướng nghiên cứu quần xã, đặc biệt là cácquần xã thực vật được phát triển ở nhiều nước trên thế giới

Năm 1935 A.Tansley (Anh) đã đưa ra một hương nghiên cứu mới là hệ sinhthái (Ecosystem), nhưng mãi đến nửa sau của thế kỷ XX, hướng nghiên cứu này mớiđược quan tâm và được đẩy mạnh

Sự phát triển của hệ sinh thái đã làm cơ sở cho một học thuyết mới về sinhquyển do nhà khoa học người Nga V.I Vernadki đề ra

Ý nghĩa của sinh thái học

Trong cuộc sống, sinh thái học đã có những thành tựu to lớn được con ngườiứng dụng vào những lĩnh vực như:

- Nâng cao năng suất vật nuôi và cây trồng trên cơ sở cải tạo các điều kiện sốngcủa chúng

- Hạn chế và tiêu diệt các dịch hại, bảo vệ đời sống cho vật nuôi, cây trồng vàđời sống của cả con người

- Thuần hoá và di giống các loài sinh vật

- Khai thác hợp lý tài nguyên thiên nhiên, duy trì đa dạng sinh học và phát triểntài nguyên cho sự khai thác bền vững

- Bảo vệ và cải tạo môi trường sống cho con người và các loài sinh vật sống tốthơn

Sinh thái học giờ đây là cơ sở khoa học, là phương thức cho chiến lược pháttriển bền vững của xã hội con người đang sống trên hành tinh kỳ vĩ này của Hệ tháidương

1.1.2 Khái niệm hệ sinh thái

Vậy hệ sinh thái là tập hợp của quần xã sinh vật với môi trường vật lý mà

nó tồn tại, ở đó các sinh vật tương tác với nhau và với môi trường để phát triển

ổn định theo thời gian thông qua hoạt động của các chu trình sinh địa hoá và sự biến đổi năng lượng.

Hệ sinh thái trở thành một bộ phận cấu trúc của một hệ sinh thái duy nhất toàncầu hay còn gọi là sinh quyển (biosphere)

VD : Hệ sinh thái rừng quốc gia Cúc Phương, rừng ngập mặn, hệ sinh thái vùng cửa

sông, rạn san hô…

1.1.3 Cấu trúc của hệ sinh thái

Một hệ sinh thái điển hình được cấu trúc bởi các thành phần cơ bản sau đây:

- Sinh vật sản xuất (Producer - P)

- Sinh vật tiêu thụ (Consumer - C)

- Sinh vật phân hủy (Decomposer - D)

- Các chất vô cơ (CO2, O2 , H2O, CaCO3 )

- Các chất hữu cơ (protein, lipid, glucid, vitamin, enzym, hoocmon,…)

- Các yếu tố khí hậu (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lượng mưa )

- Sinh vật phân hủy

+ Sinh vật sản xuất (Producer - P) là những sinh vật tự dưỡng (autotrophy),gồm các loài thực vật có màu xanh và một số nấm, vi khuẩn có khả năng quang hợphoặc hóa tổng hợp Chúng là thành phần không thể thiếu được trong bất kỳ hệ sinh tháihoàn chỉnh nào

+ Sinh vật tiêu thụ (Consumer - C ) là những sinh vật dị dưỡng (heterotrophy)bao gồm tất cả các loài động vật và những vi sinh vật không có khả năng quang hợp vàhóa tổng hợp, nói một cách khác, chúng tồn tại được là dựa vào nguồn thức ăn ban đầu

do các sinh vật tự dưỡng tạo ra

Tuỳ theo đặc điểm tiêu thụ, sinh vật tiêu thụ được chia ra:

- Sinh vật tiêu thụ bậc 1 (C1): bao gồm những loài động vật ăn thực vật

- Sinh vật tiêu thụ bậc 2 (C2): Bao gồm sinh vật ăn thịt, sử dụng sinh vật tiêuthụ bậc 1 làm thức ăn

- Sinh vật tiêu thụ bậc 3 và bậc 4 (C3 và C4) có thể là sinh vật ăn thịt, sử dụngsinh vật tiêu thụ bậc 2 làm thức ăn Cũng có thể là ký sinh trùng sống ký sinh trên sinhvật tiêu thụ bậc1 hoặc bậc 2 hoặc động vật ăn xác chết

+ Sinh vật phân hủy (Decomposer - D) là tất cả các vi sinh vật dị dưỡng, sốnghoại sinh (saprophy) : vi sinh vật đất, nấm Chúng phân hủy các chất phức tạp, giảiphóng ra môi trường những khoáng chất đơn giản hoặc các nguyên tố hóa học ban đầutham gia vào chu trình (như CO2, O2, N2 )

1.1.4 Bản chất của hệ sinh thái

- Hệ sinh thái tồn tại một cách độc lập với các thành phần cấu tạo nên nó

- Các thành viên cấu trúc nên hệ tồn tại và phát triển hoàn toàn phụ thuộc vàonhau

- Một hệ sinh thái bất kỳ hay mỗi thành viên cấu trúc nên hệ có chức năngriêng, đều hoạt động nhịp nhàng để tạo nên hoạt động chức năng của cả hệ thống

- Hệ sinh thái là hệ động lực hở, tự điều chỉnh

1.1.5 Quá trình tổng hợp và phân huỷ vật chất trong hệ sinh thái

1.1.5.1 Quá trình tổng hợp vật chất

a Quang hợp của cây xanh

Nhờ có chất diệp lục mà thực vật và tảo là sinh vật duy nhất trên hành tinh lấyCO2 và năng lượng mặt trời để tổng hợp thành chất hữu cơ

CO2 + 12 H2O + năng lượng mặt trời (C6H12O6) + 6H2O + 6O2

b Quang hợp của vi khuẩn

Ngoài quang hợp của thực vật còn có sự đóng góp của các nhóm vi khuẩn mangmàu cho quá trình sản xuất chất hữu cơ như vi khuẩn lưu huỳnh màu xanh hay màu đỏ(Chlorobacteriaceae, Thiorhodaceae) Phần lớn chúng sống trong nước ngọt và nướcmặn, nơi được chiếu sáng

Trong quang hợp của vi khuẩn, chất bị oxi hoá (cho điện tử) không phải là nước

mà là nhhững chất vô cơ hay hữu cơ chứa lưu huỳnh như H2S

c Hoá tổng hợp của vi khuẩn

Một quá trình nữa được nhắc đến trong thành phần của nhóm sinh vật sản xuất

là quá trình hoá tổng hợp do một số nhóm vi khuẩn xác định Các vi khuẩn hoá tổnghợp lấy năng lượng từ phản ứng oxi hoá các hợp chất vô cơ để đưa cacbondioxit vàotrong thành phần của tế bào chất Những hợp chất hữu cơ đơn giản trong hoá tổng hợpđược biến đổi, chẳng hạn, từ NH3 thành nitrit, nitrit thành nitrat, sắt II thành sắt III…

Sự oxi hóa nitrat

- Bước đầu: Biến đổi amôni hay amoniac thành nitrit nhờ vi khuẩnnitrosomonas

NH4+ + O2  NO2- + H+ + năng lượng

- Tiếp theo: Biến đổi nitrit thành nitrat nhờ vi khuẩn nitrobacter

NO2- + O2  NO3- + năng lượng Dựa vào đặc điểm dinh dưỡng, vi khuẩn được chia thành các nhóm:Chemolithoautotroph, Photolithaototroph, Chemoorangnoautotroph

- Chemolithoautotroph (vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn lưu huỳnh không màu,một số vi khuẩn sinh khí metan và vi khuẩn oxi hoá sắt) sử dụng năng lượng nhờ sựoxi hoá NH3, NO2-, H2S hoặc các chất khử khác

- Photolithautotroph (vi khuẩn lam, vi khuẩn đỏ và đỏ tía) lại sử dụng nănglượng mặt trời

- Chemoorangnoautotroph khai thác năng lượng từ sự oxi hoá metanol và cáchợp chất hữu cơ khác

d Hiệu quả của quá trình tổng hợp vật chất

Trong đời sống của thực vật, năng lượng kiếm được từ quang hợp sử dụng chocác quá trình tự duy trì, tăng trưởng và hô hấp rất thay đổi

Trên cơ sở nhiều khảo nghiệm, năng lượng sử dụng của sinh vật tự dưỡng được

đánh giá từ 30-40% tổng sản lượng sinh học sơ cấp (sản lượng sơ cấp thô PG ); Còn lại

khoảng 60 -70% được dùng làm thức ăn cho các loài sinh vật dị dưỡng gọi là sản

lượng sơ cấp tinh PN (năng lượng sơ cấp nguyên)

1.1.5.2 Quá trình phân huỷ vật chất

a Hô hấp hiếu khí

Hô hấp hiếu khí là hoạt động chức năng của tất cả các loài sinh vật Hô hấpngược với quá trình quang hợp, chúng sử dụng oxi phân tử để đốt cháy vật chất, tạonăng lượng cho các hoạt động sống của cơ thể, đồng thời thải ra môi trường các sảnphẩm cuối cùng của quá trình là CO2 và H2O

(C6H12O6) + 6O2 6CO2 + 6H2O + năng lượng

b Hô hấp kỵ khí

Hô hấp kỵ khí xảy ra không có sự tham gia của oxi phân tử Chất oxi hoá khôngphải là oxi mà là chất vô cơ hay hữu cơ khác Hô hấp kỵ khí hay gặp dưới dạng hô hấpsunfat và nitrat

Hô hấp sunfat xảy ra trong các trầm tích giàu SO42- do các nhóm vi khuẩn nhưmetanococcus, desulfovibrio… Sự phân huỷ các chất được thực hiện theo phản ứngsau đây:

CH3-CO-COOH + H2O  CH3-COOH + CO2 + 2H+2H+ + 1/4SO4 2-  1/4S 2- + H2O

Hô hấp nitrat diễn ra trong quá trình phản nitrat (denitrification) để biến đổinitơ từ dạng nitrat trở về dạng NO, NH3, N2, N2O với sự tham gia của các vi khuẩnphản nitrat như Pseudomonat, Escherichia, nấm… theo phản ứng sau:

C6H12O6 + 4NO3-  6CO2 + 6H2O + 2N2

c Sự lên men

Lên men là quá trình sản sinh năng lượng, khai thác năng lượng bằng conđường lên men thì phản ứng đường phân (glucolyse) rất đặc trưng đối với thuỷ sinhvật, tức là quá trình cắt ngắn dần hexoza (C6H12O6) cho đến 2 phân tử puruvic Sảnphẩm cuối cùng của sự lên men đường là axit lactic

C6H12O6  2CH3-CO-COOH + 4H+2CH3-CO-COOH + 4H+  2CH3-CHOH-COOH (axit lactic)Lên men là quá trình kỵ khí, được thực hiện do các vi sinh vật kỵ khí nghiêmngặt (kỵ khí bắt buộc) hoặc kỵ khí tuỳ nghi

Ba dạng hô hấp trên ngự trị trong sinh quyển, tham gia vào quá trình phân huỷvật chất đến dạng đơn giản nhất trả lại cho môi trường, nhờ đó vật chất được quayvòng và năng lượng được biến đổi

d Vai trò của quá trình phân huỷ các chất hữu cơ trong hệ sinh thái

Sự phân huỷ vật chất có ý nghĩa quan trọng trong đời sống tự nhiên

- Tạo nên dãy thức ăn liên tục trong các hệ sinh thái

- Biến các chất trơ thành các chất có hoạt tính cao tham gia vào sự hình thànhnguồn dinh dưỡng cho sinh giới

- Hình thành nên các vitamin, chất kháng sinh có giá trị điều hoà các quá trìnhsinh học trong quần xã

- Làm trong sạch môi trường bằng các quá trình vật lý, hóa học và sinh học

1.1.6 Năng lượng và dòng năng lượng đi qua hệ sinh thái

1.1.6.1 Sự phân bố năng lượng trong môi trường

Tất cả các hệ thống sống trên hành tinh này tồn tại được là nhờ vào nguồn nănglượng vô tận của mặt trời Nguồn năng lượng này chuyển xuống trái đất dưới dạngsóng ánh sáng Ánh sáng khi đi qua tầng khí quyển để đến được bề mặt trái đất bị suygiảm một phần do các khí , hơi nước, bụi…hấp thụ và phản xạ lại vũ trụ Những dảisóng khác nhau bị hấp thụ khác nhau Nói chung, bức xạ mặt trời xuống đến ngưỡngtrên của khí quyển có cường độ 2Cal/cm2/phút Khi qua lớp khí quyển bề mặt trái đấtchỉ còn nhận được 67% năng lượng ban đầu, ứng với 1,34 Cal/cm2/phút

Các nghiên cứu đã xác định rằng khoảng 99% tổng năng lượng nằm trong vùngquang phổ có bước sóng từ 1,136 đến 4000 µm; Khoảng 50% nguồn năng lượng đó(gồm cả ánh sáng trắng và bước sóng 0,38 – 0,77 µm).có ý nghĩa sinh thái quan trọng,được thực vật sử dụng cho quang hợp gọi là bức xạ quang hợp Thực vật hấp thụ rấtmạnh các tia màu xanh và màu đỏ cũng như một lượng nhỏ các tia sóng dài hơn vớicác bước sóng 0,4 – 0,5 và 0,6 – 0,7

Bảng Sự phát tán năng lượng và bức xạ mặt trời (%) trong sinh quyển (Hullbert, 1971)

1.1.6.2 Dòng năng lượng đi qua hệ sinh thái

Năng lượng đi qua hệ sinh thái qua các bậc dinh dưỡng của chuỗi thức ăn, mộtphần được sinh vật sử dụng cho hô hấp còn phần lớn biến đổi thành nhiệt thoát ra môitrường

Sơ đồ tổng quát của dòng năng lượng đi qua hệ sinh thái

Ta có thể nhận thấy rằng năng lượng đi qua hệ sinh thái theo dòng hay theo cáckênh, do đó nó chỉ sử dụng được một lần, phần lớn thoát ra môi trường dưới dạngnhiệt Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng trong sinh quyển khi chuyển từ bậc dinh dưỡng

thấp lên bậc dinh dưỡng cao hơn liền kề, trung bình năng lượng thất thoát tới 90%, cónghĩa là sinh vật tiêu thụ ở bậc sau chỉ tích tụ được 10% năng lượng của bậc trước nó Năng lượng thất thoát theo 3 con đường chính:

- Năng lượng chứa trong các sản phẩm mà sinh vật tiêu thụ không sử dụng

- Năng lượng được sử dụng từ thức ăn, nhưng không được đồng hoá thải ra môitrường dưới dạng các chất bài tiết và chất trao đổi

- Năng luợng mất đi dưới dạng nhiệt hô hấp

Trong tổng số năng lượng rơi xuống hệ sinh thái, thì chỉ khoảng 50% đóng vaitrò quan trọng đối với sự tiếp nhận của sinh vật sản xuất, tức là phần năng lượng chủyếu thuộc phổ nhìn thấy, hay còn gọi là "bức xạ quang hợp tích cực" Nhờ nguồn nănglượng này, thực vật thực hiện quá trình quang hợp để tạo ra nguồn thức ăn sơ cấp, khởiđầu cho các xích thức ăn Như vậy, thực vật là sinh vật duy nhất có khả năng "đánhcắp lửa Mặt Trời" để làm nên những kỳ tích trên hành tinh: nguồn thức ăn ban đầu vàdưỡng khí (O2), những điều kiện thuận lợi, đảm bảo cho sự ra đời và phát triển hưngthịnh của mọi sự sống khác, trong đó có con người

Sản phẩm của quá trình quang hợp do thực vật tạo ra được gọi là "tổng năngsuất sơ cấp" hay "năng suất sơ cấp thô" (ký hiệu là PG) Nó bao gồm phần chất hữu cơđược sử dụng cho quá trình hô hấp của chính thực vật và phần còn lại dành cho cácsinh vật dị dưỡng

Chẳng hạn, các loài thực vật đồng cỏ còn non thường chỉ tiêu hao 30% tổngnăng lượng sơ cấp, còn ở đồng cỏ già lên đến 70% Rừng ôn đới sử dụng 50 - 60%,còn rừng nhiệt đới 70 - 75% Từ mức sử dụng trung bình nêu trên của sinh vật sảnxuất, tổng năng lượng sơ cấp nguyên tích tụ trong mô thực vật trên toàn sinh quyểnđược đánh giá như sau: khoảng 70% thuộc về các hệ sinh thái trên cạn, còn 30% đượchình thành trong các hệ sinh thái ở nước, chủ yếu là các đại dương

1.2 Môi trường

1.2.1 Khái niệm về môi trường và sự ô nhiễm môi trường

1.2.1.1 Khái niệm về môi trường

“Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh conngười, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người vàsinh vật.” (Luật BVMT Việt Nam 2005)

Bách khoa toàn thư về môi trường (1994) đưa ra một định nghĩa đầy đủ và ngắngọn hơn về môi trường: “Môi trường là tổng thể các thành tố sinh thái tự nhiên, xã hộinhân văn và các điều kiện tác động trực tiếp hay gián tiếp lên phát triển, lên đời sống

và hoạt động của con người trong thời gian bất kỳ.”

1.2.1.2 Chức năng cơ bản của môi trường

Đối với sinh vật nói chung và con người nói riêng thì môi trường sống gồm cónăm chức năng cơ bản sau:

· Môi trường là không gian sinh sống cho con người và thế giới sinh vật

· Môi trường là nơi chứa đựng các nguồn tài nguyên cần thiết cho đời sống vàsản xuất của con người

· Môi trường là nơi chứa đựng các chất phế thải do con người tạo ra trong cuộcsống và sản xuất

· Giảm nhẹ các tác động có hại của thiên nhiên tới con người và sinh vật

· Môi trường có chức năng lưu trữ và cung cấp thông tin cho con người

1.2.1.3 Khái niệm ô nhiễm môi trường

Sự ô nhiễm là quá trình chuyển chất thải hoặc năng lượng vào môi trường đếnmức có khả năng gây tác hại đến sức khỏe con người, vật liệu và sự phát triển của sinhvật

Các tác nhân gây ô nhiễm bao gồm chất thải có thể ở dạng rắn, lỏng hoặc khí vàcác dạng năng lượng như nhiệt độ, tiếng ồn Trong môi trường tự nhiên luôn có yếu tốnày Tuy nhiên, môi trường chỉ gọi là ô nhiễm nếu nồng độ các chất trên đạt đến mức

có khả năng tác động xấu đến con người, sinh vật và vật liệu

1.2.2 Các vấn đề gay cấn giữa môi trường và phát triển

Nói một cách cô đọng thì môi trường là tổng hợp các điều kiện sống của conngười, phát triển là quá trình cải tạo và cải thiện các điều kiện đó Giữa môi trường vàphát triển dĩ nhiên có mối quan hệ chặt chẽ Môi trường là địa bàn và đối tượng củaphát triển

Trong phạm vi một quốc gia cũng như trên toàn thế giới, luôn luôn song songtồn tại 2 hệ thống: Hệ thống kinh tế xã hội và hệ thống môi trường

Hệ thống kinh tế xã hội cấu thành bởi các thành phần sản xuất, lưu thông, phânphối, tiêu dùng và tích luỹ, tạo nên một dòng năng lượng, chế phẩm, hàng hoá, phếthải lưu thông giữa các phần tử cấu thành hệ

Hệ thống môi trường với các thành phần môi trường thiên nhiên và môi trường

xã hội Môi trường thiên nhiên cung cấp tài nguyên cho hệ kinh tế, đồng thời tiếp nhậnchất thải từ hệ kinh tế Chất thải này có thể ở lại hẳn trong môi trường tự nhiên hoặcqua chế biến rồi trở lại hệ kinh tế Một hoạt động kinh tế mà chất phế thải không thể sửdụng được trở lại hệ kinh tế được xem như là hoạt động gây tổn hại đến môi trường,lãng phí tài nguyên không tái tạo được, sử dụng tài nguyên tái tạo được một cách quámức khiến cho nó không thể hồi phục được hoặc hồi phục sau một thời gian rất dài

Các hoạt động phát triển luôn có hai mặt lợi và hại Bản thân thiên nhiên cũng

có hai mặt, thiên nhiên là nguồn tài nguyên và phúc lợi đối với con người, nhưng đồngthời cũng là nguồn thiên tai, thảm hoạ đối với đời sống và sản xuất của con người Khoa học kinh tế cổ điển không thể giải quyết thành công mối quan hệ phức tạp giữaphát triển và môi trường Từ đó nảy sinh lý thuyết không tưởng về “đình chỉ pháttriển” (zero of negative growth) cụ thể là cho tốc độ phát triển bằng không hoặc âm đểbảo vệ nguồn tài nguyên của trái đất

Tại Hội nghị LHQ về MT con người họp năm 1972 tại Stockholm- Thụy Điển,các nhà khoa học đã đi đến kết luận rằng, nguyên nhân của nhiều vấn đề quan trọng về

MT không phải là do phát triển mà chính là hậu quả của sự kém phát triển Tư tưởng

đó đã được thể hiện trong chiến lược phát triển 10 năm lần thứ nhất của LHQ Chiếnlược đã đề cập tới mối quan hệ giữa phát triển với MT, dân số, tài nguyên thiên nhiên,bảo vệ đất, bảo vệ rừng,

Các mục tiêu phát triển KTXH và BVMT phải được gắn bó với nhau trong việcxây dựng mục tiêu, xác định chiến lược kế hoạch hóa, cũng như điều hành và quản lýviệc thực hiện các mục tiêu đó

1.2.3 Sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường

Phần lớn các chất gây ô nhiễm là những sản phẩm được sinh ra trong nhữngvùng có địa giới hoàn toàn xác định, ví dụ các khu công nghiệp, các thành phố, cácvùng nông nghiệp phát triển… Một câu hỏi được đặt ra là bằng cách nào mà chúng cóthể lan truyền đi xa để có thể tác động lên thực vật, động vật ở các nơi khác, hay làlàm thay đổi thành phần hoá học của khí quyển ở qui mô toàn cầu

Sự phân bố của các sinh vật trên trái đất hoàn toàn không phải là ngẫu nhiên

Từ hai địa cực cho đến đường xích đạo, trên cạn cũng như dưới nước, chúng được tổchức thành các quần xã sinh vật ít nhiều khép kín và tương đối độc lập mà tất cả cácthành viên của chúng đều phụ thuộc lẫn nhau Mỗi nhóm thực vật và động vật có mộtchức năng riêng trong quần xã này, và số lượng người sản xuất và người tiêu thụ ăn cỏ

và ăn thịt bị giới hạn bởi một loạt yếu tố, trong đó quan trọng nhất là sự mất nănglượng (hơn 90%) xảy ra khi chuyển từ một nấc dinh dưỡng này sang một nấc dinhdưỡng khác Mặt khác, bản chất và số lượng các cá thể thực vật và động vật thành viêncủa các quần xã này phụ thuộc chặt chẽ vào đất và vào điều kiện khí hậu của địaphương mà chúng sống, tập hợp của các sinh vật và môi trường xung quanh tạo nên hệsinh thái

Tuy nhiên sinh quyển không phải là sự lắp ghép đơn giản của các hệ sinh thái.Không có hệ sinh thái nào là hoàn toàn đóng kín Mặt khác năng lượng mà chúngchuyển hoá thành các chất hữu cơ đều lấy từ mặt trời và sự vận hành của mỗi hệ ítnhiều đều bị ảnh hưởng của các hệ bên cạnh Yếu tố quan trọng nhất là các nguyên tố

hóa học cần thiết cho sự sống “lưu thông” từ một hệ sinh thái này sang một hệ sinhthái khác qua trung gian của các chu trình sinh địa hoá Có thể nói trong sinh quyểncác chu trình sinh địa hoá đóng vai trò tương tự như hệ tuần hoàn trong cơ thể conngười Do đó hoàn toàn không ngạc nhiên là một chất ô nhiễm được sinh ra ở một nơinào đó lại có thể làm nảy sinh các phản ứng dây chuyền ở rất xa điểm xuất phát Mộtchất ô nhiễm nào đó, nếu không bị VSV phân huỷ quá nhanh, và nếu tốc độ sinh ra nólớn hơn tốc độ nó tự phân huỷ thì nó luôn luôn có hội lan truyền và tiếp xúc với các cơthể sinh vật.

Sự lan truyền của các chất ô nhiễm qua trung gian của các chuỗi thức ăn làđược biết rõ nhất VD: Trường hợp DDT chất này được dùng để chống muỗi và đượcrải nhiều năm liền ở vùng ao hồ ở Long Island Người ta đã chọn sử dụng nồng độthấp để không gây ra bất cứ tác động trực tiếp nào có hại nào lên thuỷ sinh và động vậthoang dã Thế nhưng bất chấp các biện pháp dự phòng đó, người ta vẫn nhận thấy sựthay đổi dần dần của quần thể động vật

Trong khi nước chỉ chứa 0,00005 ppm thuốc trừ sâu thì

Cá ăn cỏ chứa từ 0,23 – 0,94 ppm

Cá ăn thịt chứa từ 1,33 – 2,07 ppmChim ăn cá chứa đến 26,4 ppmNhư vậy thuốc trừ sâu đã tập trung dần dần trong quá trình chúng di chuyển dọctheo chuỗi thức ăn, và do đó các liều “vô hại ” ban đầu đối với từng cá thể thì về lâu vềdài lại gây ra mối nguy hiểm cho cả quần xã

Các chu trình sinh địa hoá lớn (các chu trình của nước,cacbon, nitơ, photpho…)đóng vai trò vận chuyển các nguyên tố và các hợp chất đi xa, chẳng hạn, người ta biếtrằng DDT không bao giờ được sử dụng ở Nam cực nhưng người ta đã tìm thấy nótrong mỡ chim cánh cụt Chắc chắn là nó đã được vận chuyển bởi dòng nước

Trong suốt quá trình lưu chuyển dọc theo chuỗi thức ăn hay phát tán đi xa, cácphân tử của các chất ô nhiễm có thể không giữ nguyên bản chất của chúng Chúng cóthể bị biến đổi bởi các quá trình khác nhau và do đó làm xuất hiện những vấn đề mới.Một ví dụ của hiện tượng này là trường hợp PAN peroxylacetyl nitrat Dưới tác dụngcủa các tia cực tím có trong ánh sáng mặt trời, NOx và RH có trong khí thải của động

cơ đốt trong phản ứng với nhau tạo thành PAN và O3 Hai sản phẩm này độc hơnnhiều so với các chất ban đầu, chúng tác động lên đường hô hấp của người, kích thích

sự hô hấp của thực vật

1.2.4 Ảnh hưởng của chất ô nhiễm đến con người

Ở đây chúng ta sẽ nói về các chất ô nhiễm quan trọng nhất với ý nghĩa chúng làcác chất ô nhiễm phổ biến, thường gây ra các bệnh nghiêm trọng và trong thực tế đãxảy ra các thảm họa mà chúng là thủ phạm

Thủy ngân: Thủy ngân nguyên tố và các dẫn xuất của nó là những chất độc rất nguy

hiểm đối với người , đặc biệt là các dẫn xuất hữu cơ Ví dụ thảm họa ô nhiễm thủyngân nghiêm trọng ở vịnh Minamata (Nhật Bản) vào khoảng cuối năm 1953, người tabắt đầu nhận thấy những rối loạn thần kinh bất thường ở những người dân chài củavùng này mà người Nhật gọi là bệnh kibyo, nghĩa là một bệnh bí ẩn Tất cả mọi người

bị nhiễm bệnh , dù là nam hay nữu, già hay trẻ đều có triệu chứng rối loạn hệ thần kinhngoại vi và hệ thần kinh trung ương, nhiều bệnh nhân trở nên kiệt sức nằm liệt giường

và khoảng 40% người bị chết

Trong thảm họa này có khoảng 700 người bị nhiễm bệnh

Tương tự vào năm 1964 ở vùng Nigata Nhật Bản cũng có 500 người bị nhiễmđộc thủy ngân từ nước thải công nghiệp đổ vào sông Agano

Người ta nhận thấy rằng những người ăn nhiều cá trong khẩu phần ăn có nhiềunguy cơ bị ô nhiễm thủyngân, chẳng hạn mức metyl thủy ngân trong máu của ngườidân Peru là những người ăn nhiều cá cao hơn khoảng 10 lần so với mức bình thường(82 ng/ml so với 9,9 ng/ml) 29,5% dân cư có dấu hiện của bệnh thần kinh cảm giác

Những vụ nhiễm độc thủy ngân qui mô lớn cũng xảy ra khi ăn bánh mì làm từbột mà khi bảo quản hạt người ta dùng thuốc diệt nấm có chứa thủy ngân Tai nạm đãxảy ra ở Pakistan, Guatemala và nghiêm trọng nhất là ở Irac vào năm 1971-1972

Cadimi: Hiện tượng nhiễm độc Cadimi được thông báo lần đầu vào năm 1955 Sự

việc xảy ra ở vùng mỏ Juntsu ở tỉnh Toyama, Nhật Bản Người Nhật gọi bệnh này làitai-itai, có nghĩa là làm đau Căn bệnh này giới hạn ở phụ nữ đã sinh nhiều lần, biểuhiện bằng sự đau xương nặng, dáng đi lạch bạch, xuất hiện chứng nhuyễn xương, nứtxương và có dấu hiệu suy yếu thận Ở vùng này người ta thường tưới ruộng bằng nướcchảy ra từ các mỏ kẽm, chì, cacdimi, trong đó hàm lượng cacdimi lớn hơn bình thườngkhoảng 10 lần những nghiên cứu về sau cho thấy rằng chính cacdimi là thủ phạm gây

ra bệnh này

CHƯƠNG 2: KHÍ QUYỂN VÀ SỰ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

2.1 Cấu trúc của khí quyển

2.1.1 Tầng đối lưu (Trosposphere)

Chiếm 70% khối lượng của khí quyển ở độ cao 0 đến 11 km Lớp này đặc trưngbằng sự giảm nhiệt độ theo độ cao, nhiệt độ thay đổi từ +40 đến -50 0C Tầng nàyquyết định khí hậu của trái đất, các hiện tượng thời tiết đều xảy ra trong tầng này.Thành phần chủ yếu là khí O2, N2, CO2 và hơi nước Nhiệt độ khí quyển ở gần mặt đấtnóng do sự phát nhiệt của trái đất

2.1.2 Tầng bình lưu (Stratosphere)

Tầng bình lưu ở độ cao từ 11 đến 50 km, được đặc trưng bằng sự tăng nhiệt độtheo độ cao, nhiệt độ thay đổi từ - 56 0C đến -2 0C Thành phần chủ yếu của tầng này làO3, N2, O2 và một số gốc hoá học khác Tầng này còn có tên gọi là tầng ozon, có vaitrò ngăn chặn tia cực tím từ mặt trời chiếu xuống trái đất Ozon đóng vai trò quantrọng, nó như một lớp màng bao bọc bảo vệ trái đất khỏi tia tử ngoại

Do sự xáo trộn yếu nên thời gian lưu của các chất hoá học ở tầng này khá lâu

Sự tăng nhiệt độ ở tầng bình lưu được giải thích là do ozon hấp thụ tia tử ngoại và toảnhiệt

2.1.3 Tầng trung gian (Mesosphere)

Tầng trung gian ở độ cao từ 50 đến 85 km, nhiệt độ thay đổi từ -2 đến -92 0C.Tầng này ngăn cách với tầng bình lưu bởi một lớp tạm dừng đánh dấu bởi sự biếnthiên nhiệt độ, nghĩa là ở tầng này nhiệt độ giảm theo chiều tăng của độ cao Thànhphần các chất chủ yếu ở tầng này gồm O2 +, NO +, N2

2.1.5 Tầng điện ly hay tầng ngoài (Exosphere)

Tầng điện ly bao quanh trái đất ở độ cao lớn hơn 800km Ở tầng này có mặt cácion He+ (< 1500 km), H+ (> 1500 km) Một phần hydro có thể được tách ra và đi vào

vũ trụ Mặt khác các dòng plasma và bụi vũ trụ cũng đi vào khí quyển Nhiệt độ tầngnày tăng rất nhanh, tới khoảng 1700 0C

Hình 2.1 Sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao trong khí quyển

Mặc dù có nhiều quá trình hoá lý xảy ra trong khí quyển nhưng thành phầnkhông khí gần bề mặt trái đất về cơ bản vẫn không đổi

Không khí được cấu tạo từ nhiều khí khác nhau, trong đó thành phần chính làkhí N2 chiếm khoảng 78% thể tích, khí oxi chiếm khoảng 21% thể tích, tiếp theo làkhí CO2, Argon và hàng loạt các thành phần vết chiếm 0,002% thể tích

Nồng độ các khí trong khí quyển thay đổi liên tục theo không gian, thời gian, vịtrí địa lý (các quá trình tự nhiên núi lửa, thiên tại, đốt nhiên liệu, quá trình phát tán,biến đổi hoá học…)

Một thành phần quan trọng khác trong khí quyển, đó là các cấu tử không phảidạng khí mà là hạt lơ lửng và bụi Đường kính của chúng từ 10-6 đến 10 -1 mm và daođộng trong phạm vi rộng từ kích thước phân tử đến các hạt kích thước lớn Các hạt nàysinh ra trong các quá trình tự nhiên và nhân tạo Những chất này được thu hồi do lắnghoặc ngưng tụ ở bề mặt trái đất Tốc độ lắng phụ thuộc vào đường kính hạt

Hàm lượng oxi, nitơ, ozon và các phân tử nước trong khí quyển cũng thay đổitheo chiều cao

Hình 2.2 Biến thiên nồng độ của các thành phần chính trong khí quyển

Nguyên nhân dẫn đến sự biến thiên ozon là do phản ứng hợp thành và phân lyquang hoá Chu kỳ ozon trong khí quyển ở dạng đơn giản bao gồm các phản ứngquang hóa phân hủy ozon, oxy và những phản ứng nhiệt giữa nguyên tử oxy với phân

tử oxy và ozon

2.3 Ô nhiễm không khí

2.3.1 Vai trò của khí quyển

Môi trường sống: Cung cấp môi trường thuận lợi để duy trì sự sống: nhiệt độ, độ ẩm,

khí O2, CO2…, là môi trường để vận chuyển nước từ đại dương vào đất liền, tham giavào quá trình tuần hoàn nước

Màn chắn khí quyển:

- Chắn vật thể lớn

- Chắn bức xạ có hại

Bức xạ mặt trời Phát sinh từ các phản ứng nhiệt hạt nhân truyền xuống trái đấtdưới dạng sóng điện từ với phổ sóng rất rộng, trong đó có các bức xạ có hại như tia tửngoại, bức xạ hạt nhân

Khí quyển có tác dụng khuếch tán, hấp thụ và lọc một phần các bức xạ từ mặttrời, không cho chúng chiếu toàn bộ xuống mặt đất

Cơ chế hoạt động của màn chắn khí quyển cho phép hoặc ngăn cản các bức xạ

có năng lượng và bước sóng nhất định Những khoảng bước sóng cho phép lọt quamàn chắn gọi là cửa sổ khí quyển

Tia tử ngoại nguy hiểm ( < 0,28 μm) bị tầng ozon hấp thu:

Có khoảng 60 -70% bức xạ mặt trời đến được trái đất, trong đó:

- 10 % tia tử ngoại

- 45 % ánh sáng thấy được

- 45% tia hồng ngoại

2.3.2 Sự cần thiết của không khí cho cuộc sống con người

Không khí có ý nghĩa vô cùng to lớn đối với con người Con người có thểkhông uống nước từ 2 đến 4 ngày, không ăn trong 2 tuần nhưng không thể thiếu khôngkhí trong vài phút Người ta có thể đun sôi nước, nấu chín thức ăn để hạn chế ảnhhưởng do ô nhiễm nhưng họ phải thở không khí xung quanh ngay cả lúc không khí đó

bị ô nhiễm Chính vì vậy mà không khí có vai trò rất quan trọng đối với con người

Bảng 2.1 chỉ ra lượng không khí sạch một người cần để thở hằng ngày Tuỳ vàotrạng thái hoạt động mà nhu cầu không khí sạch (oxi ) sẽ thay đổi thích hợp Từ các số

liệu trên ta có thể tính được nhu cầu về không khí sạch hằng ngày cho một gia đình,một thành phố hay một quốc gia.

Nghỉ ngơi

Lao động nhẹ

Lao động nặng

7,42843

10.60040.40062.000

124569

Bảng 2.1 Nhu cầu không khí sinh hóa đối với con người

2.3.3 Ô nhiễm không khí là gì

Ô nhiễm không khí là sự hiện diện của một hay nhiều chất ô nhiễm như bụi,khói, khí, chất bay hơi với một khối lượng và thời gian đủ để gây tác động có hại đếncon người, động thực vật hoặc tài sản, ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống cũng nhưhoạt động kinh doanh

Các thuật ngữ

Chất ô nhiễm sơ cấp: Là những chất thải ra trực tiếp từ nguồn ô nhiễm vào không khí

ở dạng độc hại

Chất ô nhiễm thứ cấp: Là những chất tạo thành do các phản ứng hoá học xảy ra trong

không khí của các chất ô nhiễm sơ cấp với các thành phần khí quyển

Nguồn phát thải phân tán: Là những chất không thải qua ống khói, ví dụ: Bụi do xói

mòn đất, khai thác mỏ, nghiền đá, xây dựng

Các chất ô nhiễm phổ biến

Đạo luật về không khí sạch 1970 (Clean Air Act) của Mỹ đã chỉ định 7 chất ônhiễm chính là oxit lưu huỳnh, oxit cacbon, bụi, hydrocacbon, oxit nitơ, chất oxi hoáquang hoá và chì cần phải kiểm soát nồng độ để bảo đảm chất lượng không khí xungquanh

Các chất ô nhiễm không phổ biến

EPA đã ban hành tiêu chuẩn phát thải (emission standard) cho một số chất ônhiễm không thuộc nhóm cơ bản nhưng có tính chất đặc biệt độc hại Trong nhóm nàygồm có các hợp chất amiang, benzen, thuỷ ngân, berilium, PCBs ( PolychlorinatedBiphenyls) và Vinyl Clorua Hầu hết các hợp chất này không có nguồn phát thải tựnhiên

Nhóm chất ô nhiễm gây mất mỹ quan

Ngoài nhóm những chất độc hại không phổ biến, còn có một số tác nhân ônhiễm gây những biến đổi không mong muốn trong đặc điểm vật lý hoá học của khíquyển như: tiếng ồn, mùi hôi, ô nhiễm ánh sáng

Phát thải: Sự thải của các chất vào khí quyển Điểm hoặc bề mặt từ đó sự phát thải

xảy ra gọi là nguồn Thuật ngữ emission được dùng để mô tả sự thải và tốc độ thải.Thuật ngữ này còn sử dụng cho tiếng ồn, nhiệt…

Tiêu chuẩn chất lượng không khí xung quanh TCVN 5937 -1995 (mg/m 3 )

Biểu diễn nồng độ chất ô nhiễm không khí

Đơn vị biểu diễn nồng độ chất ô nhiễm không khí thường sử dụng: mg/l, μg/m3,mg/m3, g/m3, ppm, ppb

Mối liên hệ chuyển đổi giữa nồng độ mg/m3 và ppm phụ thuộc vào áp suất,nhiệt độ của không khí

2.3.4 Phân loại nguồn ơ nhiễm khơng khí

2.3.4.1 Phân loại theo tính chất nguồn phát sinh:

a Nguồn tự nhiên

- Ơ nhiễm do hoạt động của núi lửa: Nham thạch từ núi lửa chứa nhiều khĩibụi, giàu lưu huỳnh và metan và những loại khí khác Các chất ơ nhiễm chính là SO2,H2S và CH4

- Cháy rừng: Khi rừng bị cháy nhiều chất độc hại bốc lên và toả ra trong mộtkhu vực rộng lớn Các chất ơ nhiễm chính là khĩi, tro bụi và các sản phẩm cháy

- Bão cát: gây nên do giĩ mạnh và bão, mưa bào mịn đất sa mạc, đất trồng vàgiĩ thổi tung lên trời thành bụi

- Đại dương: Sương mù bốc lên và bụi nước do sĩng đập vào bờ được giĩ từ đạidương thổi vào đất liền cĩ chứa nhiều tinh thể muối, chủ yếu là natri clorua

- Thực vật: Sản sinh và phĩng thích vào khơng khí một lượng đáng kể chất ơnhiễm: Các bào tử thực vật, nấm, phấn hoa

- Vi sinh vật: Lơ lửng trong khơng khí với số lượng rất lớn, đặc biệt là nơi đơngngười; Bệnh viện, nhà ga, cửa hàng, văn phịng (hệ thống lạnh)…

b Nguồn nhân tạo

- Nguồn nhân tạo: Phát sinh do hoạt động của con người

+ Giao thơng vận tải Các phương tiện giao thơng vận tải khi hoạt động thải vàokhơng khí từ 150-200 chất, trong đĩ cĩ các chất ơ nhiễm chủ yếu là bụi, các khí oxitcacbon (COx: CO, CO2), hydrocacbon, chì

+ Sản xuất cơng nghiệp Các ngành cơng nghiệp phát triển đi kèm với ơ nhiễmkhơng khí như: sản xuất phân bĩn, hố chất, luyện kim, hố dầu, giấy, cơng nghiệpthuộc da, … Phần lớn khí thải sinh ra do đốt các sản phẩm dầu mỏ với các chất ơnhiễm là CO2, CO, NOx, SO2…

Bảng 2.2 Các chất ô nhiễm đặc trưng

STT Ngành sản xuất Các chất ơ nhiễm đặc trưng

Ngành cơng nghiệp năng lượng

1 Nhà máy nhiệt điện, lị nung, nồi

hơi đốt bằng nhiên liệu hĩa thạch:

than đá, dầu mỏ (DO, FO)

Bụi, SOx, NOx, COx, hydrocacbon, aldehyt

Ngành cơng nghiệp luyện kim

2 Luyện kim, đúc Bụi, SO2 , COx (CO, CO2), HF,

chì Ngành cơng nghiệp hố chất

3 Sản xuất hoá chất cơ bản Axit

sunfuric, Amoniac, Xút – clo SOx (SO2, SO3) NH3 Cl2, HCl

4 Sản xuất phân bón Superphotphat,

phân lân nung chảy, Ure Bụi, HF, SiF4, SO3 CO, CO2, NH3,

6 Sản xuất xi măng, vật liệu xây dựng Bụi, CO, CO2, SO2, NOx, HF

Ngành công nghiệp nhẹ

8 Dệt, nhuộm Bụi, xơ sợi, hợp chất hữu cơ

metylmercaptan, dimetylsunfit…),clo

10 Gốm sứ, thuỷ tinh, Bụi, COx, HF

11 Sản xuất nhựa, cao su, chất dẻo Bụi, mùi hôi, hợp chất lưu huỳnh Ngành công nghiệp thực phẩm

13 Chế biến sữa, thịt, cá, hải sản Mùi hôi, clo, tác nhân lạnh (NH3, CFC… )

2.3.4.2 Phân loại nguồn ô nhiễm theo tính chất phát thải

Có ba loại nguồn phát thải ô nhiễm không khí

← - Nguồn đường: các con đường dành cho các phương tiện giao thông vận tảinhư đường bộ dành cho xe máy, ô tô; đường xe lửa cho tàu hoả; đường thủy, đườnghàng không Giao thông vận tải là một trong những nguồn ô nhiễm không khí chính ở

đô thị Chúng tạo ra các chất ô nhiễm không khí gồm bụi, oxit cacbon (CO, CO2),dioxit lưu huỳnh (SO2), oxit nitơ (NOx), hydrocacbon, tetraetyl chì Bụi sinh ra docuốn đất cát từ đường khi lưu thông và bụi sinh ra trong khói thải của xe

0 - Nguồn điểm: ống khói của các nguồn đốt riêng lẻ, bãi chứa chất thải,

← - Nguồn vùng: trong khu công nghiệp tập trung nhiều nhà máy có ống thải khí,đường ô tô nội thành, nhà ga, cảng, sân bay

2.3.5 Phân loại chất ô nhiễm không khí

2.3.5.1 Theo nguồn gốc phát sinh

- Chất ô nhiễm sơ cấp: Là những chất trực tiếp thoát ra từ các nguồn và tựchúng đã có đặc tính độc hại Ví dụ: khí SO2, NO, H2S, NH3, CO

- Chất ô nhiễm thứ cấp: Bao gồm những chất được tạo ra trong khí quyển dotương tác hoá học giữa các chất ô nhiễm sơ cấp với các chất có sẵn trong khí quyển.

Ví dụ: SO3, H2SO4, NO2, HNO3…

2.3.5.2 Dựa vào trạng thái vật lý

- Rắn, lỏng, khí và hơi, ô nhiễm vật lý

2.3.5.3 Dựa vào kích thước hạt

Dựa vào kích thước hạt chất ô nhiễm được chia thành

2.3.6 Tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí

Chất lượng môi trường không khí được đặc trưng bằng các chỉ tiêu nồng độ cácchất ô nhiễm trong không khí Nồng độ các chất ô nhiễm càng nhỏ thì chất lượngkhông khí càng tốt

Tiêu chuẩn môi trường là những chuẩn mực, giới hạn cho phép, được quy địnhdùng làm cơ sở pháp lý để quản lý môi trường (kiểm tra, kiểm soát môi trường, xử lýcác vi phạm môi trường và đánh giá tác động môi trường…)

Tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí bao gồm:

- Tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí xung quanh

1 + TCVN 5937-1995 Chất lượng không khí - Tiêu chuẩn chất lượngkhông khí xung quanh

2 + TCVN 5938-1995 Chất lượng không khí -Nồng độ tối đa cho phépcủa một số chất độc hại trong không khí xung quanh

- Tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí tại khu vực sản xuất hoặc nhà máy,

xí nghiệp có nguồn ô nhiễm được xác định trong phạm vi tường rào của cơ sở

- Tiêu chuẩn chất lượng môi trường nguồn thải: đối với khí thải từ ống khói củanhà máy, từ ống xả của xe…

1 + TCVN 5939-1995 Chất lượng không khí - Tiêu chuẩn khí thải côngnghiệp đối với bụi và các chất vô cơ

2 + TCVN 5940-1995 Chất lượng không khí - Tiêu chuẩn khí thải công

nghiệp đối với các chất hữu cơ

3 + TCVN 6438:1998 Chất lượng không khí – khí thải phương tiện giaothông đường bộ

2.4 Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm không khí đến môi trường

2.4.1 Vấn đề toàn cầu

* Hiệu ứng nhà kính

Hiệu ứng nhà kính không phải là hiện tượng mới lạ Nó đã tồn tại từ khi khíquyển bao quanh trái đất này Thực ra nếu không có hiệu ứng nhà kính thì trái đất đãkhông có sự sống vì lúc đó nhiệt độ bề mặt sẽ thấp hơn ngày nay khoảng 300C Vấn đềquan tâm hiện nay là về sự thay đổi tính chất nhà kính của khí quyển

Bức xạ Mặt trời bao gồm các phần tử ngoại (UV), khả kiến (VIS), hồng ngoại(IR), sau khi đi vào khí quyển Trái đất, thành phần UV bị tầng ozon hấp thụ, chỉ cònphần VIS và một phần IR đến được mặt đất và bị mặt đất hấp thụ

Sau khi hấp thụ năng lượng, mặt đất bức xạ trở lại vào khí quyển các bức xạbước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng đã được hấp thụ, các bức xạ này chủ yếu làbức xạ IR Bức xạ IR từ mặt đất bị khí nhà kính trong khí quyển hấp thụ và tỏa ra nhiệt,làm khí hậu ấm lên

Bảng 2.4 So sánh sự đóng góp vào hiệu ứng nhà kính của các khí nhà kính

Hơi nước trong không khí hấp thụ bức xạ hồng ngoại nhiều hơn tất cả các khínhà kính khác, nhưng do nồng độ của hơi nước trong tầng đối lưu gần như không thayđổi nên phần đóng góp của nó không được xem là yếu tố chính làm gia tăng hiệu ứngnhà kính

Khí CO 2 :

Từ biểu đồ nêu trên ta thấy vai trò quan trọng trong việc gây hiệu quả nhà kính

là khí CO2, loại khí mà hầu hết các quá trình công nghệ sản xuất điện năng bằng nhiênliệu hoá thạch đều có liên quan đến

Ở thời kỳ tiền công nghiệp, nồng độ khí CO2 trong khí quyển ổn định khoảng

270 ppm Công nghiệp và mức sống càng phát triển nhu cầu năng lượng của nhân loạingày càng nhiều thì nồng độ khí CO2 trong khí quyển càng tăng và đạt mức khoảng

350 ppm ở thời kỳ hiện nay Ngoài ra nạn cháy rừng, phá rừng, tăng dân số… cũng lànguyên nhân làm cho nồng độ khí CO2 trong khí quyển không ngừng tăng cao

Biểu đồ diễn biến nồng độ CO2 trong khí quyển theo số liệu của tổ chức quốc tế

về thay đổi khí hậu toàn cầu IPCC

Khí N 2 O:

Khí N2O không gây tác hại gì trực tiếp cho sức khoẻ con người Người ta sửdụng khí N2O để điều chế thuốc giảm đau trong nha khoa, trong thể dục thể thao,nhưng nó là loại khí nhà kính rất mạnh Một phân tử N2O có hiệu quả hấp thụ tia hồngngoại ở khoảng bước sóng λ = 8 – 12 µm gấp 200 lần so với phân tử CO2

Hai chất CFC được sử dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật lạnh ngay từ thời kỳđầu là CFC 11 (CCl3F) và CFC 12 (CCl2F2)

CFC là chất gây hiệu ứng nhà kính cực kỳ mạnh, nếu so với khí CO2 thì CFCmạnh hơn gấp từ 12.000 – 16.000 lần

Về mặt độc tố học thì các chất CFC có thể nói là không gây tác hại trực tiếp chosức khoẻ của con người Ở nồng độ 5.000 ppm CFC 11 mới gây ảnh hưởng đến hệ timmạch và ở nồng độ 35000 ppm trong 10 phút mới có thể gây mê Tuy nhiên, nhữnggiới hạn nồng độ nêu trên khó có thể xảy ra trong thực tế

Nếu không có các nỗ lực triệt để nhằm hạn chế phát thải các khí nhà kính, thìtheo dự báo hiệu ứng này sẽ gia tăng mạnh mẽ trong thế kỷ 21

Sử dụng các mô hình máy tính để tính toán dự đoán những thay đổi về khí hậu

do hậu quả của hiệu ứng nhà kính, người ta đã thu được các kết luận quan trọng sau:Nếu không có các nỗ lực triệt để nhằm hạn chế phát thải các khí nhà kính, thì theo dựbáo hiệu ứng này sẽ gia tăng mạnh mẽ trong thế kỷ 21

Sử dụng các mô hình máy tính để tính toán dự đoán những thay đổi về khí hậu

do hậu quả của hiệu ứng nhà kính, người ta đã thu được các kết luận quan trọng sau:

1 Nhiệt độ trung bình toàn cầu đến năm 2050 sẽ cao nhất trong vòng 150.000 nămgần đây

2 Trong thế kỷ 21 tốc độ thay đổi nhiệt độ trung bình toàn cầu sẽ cao nhất sovới 10.000 năm gần đây

3 Mức nước đại dương sẽ tăng một cách đáng kể, do khi nhiệt độ tăng thì khốilượng riêng của nước giảm, băng tan Một số đảo nhỏ, các vùng đất thấp ven bờ sẽ bịnhấn chìm trong nước Những thay đổi này dự đoán có thể xảy ra trong thế kỷ 22

4 Mức nước một số hồ sẽ bị giảm đáng kể do tốc độ bay hơi tăng

5 Sự ấm lên toàn cầu sẽ xảy ra không đồng nhất cả về không gian lẫn thời gian.Lục địa sẽ bị ấm lên mạnh hơn đại dương, đặc biệt đáng lưu ý ở các vĩ tuyến cao ở

phía Bắc vào mùa đông, do đó làm giảm sự chênh lệch nhiệt độ giữa các cực với vùngxích đạo có thể dẫn đến suy giảm các dòng đối lưu của Trái đất.

Ngoài các hệ quả được dự đoán bằng mô hình máy tính trên, có thể còn có một

số hệ quả khác mà mô hình máy tính chưa thể kết luận được:

1 Sự thay đổi thời tiết của địa phương hay khu vực, phạm vi tác động của cáccơn bão nhiệt đới và tần suất bão ở khu vực vĩ tuyến trung bình

2 Đáp ứng của các hệ sinh thái, mùa màng nông nghiệp với sự ấm lên toàn cầu

3 Ảnh hưởng của các sự kiện xảy ra đột ngột chưa tiên đoán được, ví dụ sựthay đổi đáng kể về hoạt động của các vành đai đại dương, sự thay đổi của các lớpbăng

* Sự suy giảm ozon trên tầng bình lưu

Tầng ozon

Ozon có mặt khắp trong khí quyển, nhưng ở tầng đối lưu nồng độ của ozon chỉ

ở dạng vết Nồng độ ozon đạt giá trị cực đại (8 − 10 ppm) ở khu vực trên đỉnh tầng đốilưu và phần dưới của tầng bình lưu (độ cao từ khoảng 15 đến 35 km) tạo thành tầngozon

Các phản ứng tạo thành và phân hủy ozon trong tầng bình lưu

Trong tầng bình lưu ozon được tạo thành, đồng thời cũng bị phân hủy dưới tácdụng của bức xạ tử ngoại từ ánh sáng Mặt trời Bức xạ tử ngoại thường được chia làm

ba vùng: UV-A (λ = 320 − 400 nm); UV-B (λ = 290 − 320 nm) và UV-C (λ < 290nm) Các phản ứng tạo thành và phân hủy ozon trong tầng bình lưu:

O2 + hν (UV-C) → 2O (a)

O + O2 + M → O3 + M (b)Phản ứng tạo thành ozon xảy ra nhiều hơn ở lớp không khí phía trên vùng xíchđạo, do tại đây ánh sáng Mặt trời chứa nhiều bức xạ UV-C hơn ở hai vùng cực

O3 + hν (UV-B) → O2 + O (c)

O + O3 → 2O2 (d)ngoài ra còn có phản ứng phân hủy ozon do các tác nhân khác:

X + O3 → XO + O2 (e)

XO + O → X + O2 (f)Trong đó, X có thể là Cl, NO, OH, hay H Cấu tử X được tái tạo sau quá trìnhphân hủy ozon, do đó mỗi nguyên tử hay phân tử X có thể phân hủy hàng ngàn phân

tử ozon trước khi phản ứng xúc tác bị kết thúc do X phản ứng với một phân tử khácozon

Phản ứng phân hủy ozon bởi cấu tử X nêu trên cũng có thể bị gián đoạn, do Xhay XO tham gia các phản ứng khác, ví dụ:

Cl (X) + CH4 → CH3 + HCl (h)ClO (XO, với X = Cl) + NO2 + M → M + ClONO2 (i)NO2 (XO, với X = NO) + OH + M → M + HNO3 (k)

Vì vậy, các phân tử HNO3, HCl, ClONO2 được xem là nơi chứa tạm thời củacác tác nhân xúc tác phân hủy ozon.

2.5.2.3 Sự suy giảm nồng độ ozon trong tầng bình lưu

Hoạt động nhân tạo đã đưa vào tầng bình lưu ngày càng nhiều các khí gây phânhủy ozon (N2O, NO, NO2, CFCs, halons, các hợp chất hydrocacbon brom hóa, ) Cáchợp chất này hoặc là đóng vai trò của X, XO trong các phản ứng (e), (f), hoặc chuyểnhóa để tạo ra X, XO (xem các phần trước)

Do nồng độ của ozon trong tầng bình lưu luôn biến động khoảng vài phần trămtheo ngày, mùa hay năm, nên rất khó xác định được hoạt động của con người có phải

là nguyên nhân chính gây ra các thay đổi này không, trừ khi có một biến động nồng độlớn xảy ra tại một khu vực nào đó

Năm 1985, các nhà khoa học của một đoàn thám hiểm Nam cực đã phát hiệnthấy sự suy giảm đáng kể nồng độ ozon vào mùa Xuân tại khu vực này Hiện tượng

này tiếp tục được phát hiện vào các năm sau và được nhắc đến với tên gọi lỗ thủng tầng ozon (khi nồng độ ozon tại một khu vực trong tầng ozon giảm đi hơn 50% thì

được xem là đã xuất hiện lỗ thủng tầng ozon tại khu vực đó)

Do có sự chênh lệch nhiệt độ giữa vùng cực và các vùng ở vĩ độ thấp hơn, lạiđược bao quanh bởi đại dương, nên vào mùa Đông ở Nam cực thường xuất hiện các cơngió xoáy rất mạnh tạo thành cơn lốc ở độ cao 10 đến 15 km Với đặc điểm của địa hình

và nhiệt độ riêng, nên khác với cơn lốc mùa Đông ở Bắc cực chỉ tồn tại vài ngày, lốcNam cực tồn tại suốt mùa Đông, cô lập một vùng không khí phía trên Nam cực và chỉtan đi khi mùa Xuân đến

Hình 2.16 Sơ đồ mô tả lốc xoáy hình thành vào mùa Đông ở Nam cực

(a): Mặt cắt ngang: một số phản ứng xảy ra trên bề mặt các hạt băng trong PSC.(b): Mặt cắt đứng: lốc xoáy hình thành chủ yếu ở tầng bình lưu Vùng gió mạnh cô lập

khối không khí phía trong con lốc với phần không khí bên ngoài

Do không khí phía trên Nam cực rất khô (chứa khoảng 4 đến 6 ppmv hơi nước),nên quá trình ngưng tụ tạo mây chỉ xảy ra ở nhiệt độ rất thấp Khi nhiệt độ của khuvực giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu xuống thấp hơn −75°C thì bắt đầu tạo thànhnhững đám mây chứa các hạt HNO3.3H2O (nitric acid trihydrate − NAT) đông đặc gọi

là mây tầng bình lưu vùng cực loại 1 (Type 1 PSC − polar stratospheric clouds) Mây

loại này chứa các hạt rắn nhỏ tương tự các tinh thể băng có đường kính trung bìnhkhoảng 1 µm với diện tích bề mặt lớn

Các hạt rắn này hấp thụ oxit nitơ và giữ chúng lại trong pha rắn dưới dạngHNO3, do đó trong pha khí không thể xảy ra phản ứng kết hợp ClO với NO2 (phản ứng(i) đã nêu trên, phản ứng này có vai trò ngăn chặn quá trình phân hủy ozon của clo)

Trong lúc đó, chlorine nitrat ClONO2 có sẵn trong tầng bình lưu lại bị phân hủytrên bề mặt các hạt rắn này:

ClONO2 + H2O → HOCl + HNO3ClONO2 + HCl → Cl2 + HNO3(các phản ứng này không xảy ra trong pha khí khi không có bề mặt hạt rắn) làm tănglượng Cl2 và HOCl là các chất cung cấp Cl cho quá trình phân hủy ozon

Khối không khí bên trong cơn lốc bị cô lập không thể tiếp xúc, hòa trộn vớikhông khí bên ngoài Vì vậy, không khí bên trong cơn lốc không còn chứa các nitơoxit, ngược lại đã tích tụ một lượng đáng kể các tác nhân (Cl2, HOCl) có thể bị phânhủy tạo thành gốc tự do Cl Quá trình này tiếp diễn trong suốt các tháng mùa Đôngkhông có ánh sáng Mặt trời

Khi Mặt trời mọc vào mùa Xuân, bức xạ tử ngoại của ánh sáng Mặt trời phânhủy Cl2 và HOCl tạo ra một lượng lớn Cl tự do làm phân hủy ozon rất nhanh chóng

Vào cuối mùa Xuân, cơn lốc ở Nam cực tan dần, không khí bên ngoài và bêntrong cơn lốc đã có thể hòa trộn với nhau Lúc này lượng clo tự do tạo thành đã bịkhuếch tán bớt, đồng thời do sự có mặt của nitơ oxit từ không khí bên ngoài nên quátrình phân hủy ozon chậm dần lại Vùng ozon bị suy giảm này di chuyển về phía Xíchđạo (qua Úc hay Nam Mỹ) và được hồi phục dần

Bắc cực ít lạnh hơn so với Nam cực, tại đây cũng không tồn tại cơn lốc kéo dàisuốt mùa Đông, nên sự suy giảm tầng ozon cũng không mạnh mẽ như ở Nam cực

Hình 2.17 Lỗ thủng lớn nhất của tầng ozon ở Nam cực ghi nhận được (21-30/9/2006)

• Hậu quả của sự suy giảm của nồng độ ozon trong tầng bình lưu

Tầng ozon hấp thụ bức xạ tử ngoại bước sóng trong khoảng 230 − 320 nm Bức

xạ này chủ yếu thuộc nhóm UV-B Bức xạ nhóm UV-B có thể hủy hoại ADN và một

số hệ sinh học

− Đối với thực vật: tác hại của bức xạ UV-B đối với thực vật đã được ghi nhận,

tuy nhiên tác hại này không đáng kể nếu thời gian ảnh hưởng không đủ dài Ngoài ra,các nhà khoa học cũng có thể chọn loại giống cây có khả năng chống chịu được loại

bức xạ này Đáng quan tâm hơn cả là tác hại của UV-B lên thực vật phù du Đây làloại thực vật có liên quan trực tiếp đến năng suất sinh học của đại dương 70% lượngthực vật phù du xuất phát từ đại dương ở vùng cực Đây lại là nơi xảy ra tình trạng suygiảm tầng ozon đáng lưu ý nhất Sự suy giảm năng suất sinh học của đại dương sẽ ảnhhưởng trực tiếp đến sinh vật và xa hơn nữa là ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn.

− Đối với con người: UV-B có thể gây các tác hại nhẹ đến con người như làm

da cháy nắng, lóa mắt, lão hóa da, đục thủy tinh thể, ung thư da hay ung thư mắt.Ngoài ra, UV-B còn ảnh hưởng có hại đến hệ miễn dịch da, do đó làm các bệnh liênquan đến da như sởi, sốt rét, phong,… trở nên phức tạp hơn

2.4.2 Vấn đề vùng

* Mưa axit

Khí SOx và NOx bị oxit hoá trong khí quyển trong thời gian dài từ vài giờ đếnnhiều ngày và biến thành axit sunfuric và axit nitric Các axit này bị mưa hấp thụ vàtheo mưa rơi xuống đất thành mưa axit

Độ axit được đặc trưng bằng thông số pH:

pH = -log 10 (Hoạt tính của ion H+ tính theo mol/l)

Trị số pH càng nhỏ thì độ axit càng mạnh Nước tinh khiết có độ pH= 7, NaOH

có pH=14

Thông thường nếu khí quyển hoàn toàn trong sạch , không bị ô nhiễm bởi cácloại khí SO2 và NOx thì độ pH của nước mưa khoảng 5,6 tức là đã thuộc vào tính axit

do khí CO2 trong khí quyển tác dụng với nước mưa theo phản ứng sau đây:

CO2 + H2O < > H2CO3 < -> H+ + HCO3Mưa axit là sự kết hợp của mưa, sương mù, tuyết, mưa đá với oxít lưu huỳnh,oxit nitơ sinh ra do quá trình đốt cháy các nhiên liệu khoáng tạo thành axit sunfuric vàaxit nitric có nồng độ loãng (pH<5,6), rồi theo mưa, tuyết rơi xuống mặt đất Từ nhữngnăm 1950, ở Mỹ đã xuất hiện mưa axit Năm 1979, ở Trung Quốc mưa axit lần đầutiên xuất hiện ở khu vực sông Trường Giang, phía Đông cao nguyên Thanh Hải và bồnđịa Tứ Xuyên

-Mối nguy hại của mưa axit là làm cho sông hồ bị axit hóa, cây cối bị khô héo,các loại cá bị chết , đe dọa sức khỏe con người Dựa vào di chuyển của gió, mây mưaaxit có thể đi từ vùng này đến vùng khác nên phạm vi nguy hại càng rộng lớn

- Rừng bị hủy diệt: mưa axit làm tổn thương lá cây, trở ngại quá trình quanghợp , làm cho lá cây bị vàng úa và rơi rụng Mưa axit làm cho chất dinh dưỡng trongđất bị tan mất, có tác dụng phá hoại sự cố định đạm của vi sinh vật và sự phân giải cácchất hữu cơ, làm giảm độ màu mỡ của đất Mưa axit còn cản trở sự sinh trưởng của bộ

rễ làm suy giảm khả năng chống bệnh và sâu hại Toàn Châu Âu có khoảng 14% rừng

bị những cơn mưa axit tàn phá, riêng nước Đức bị tàn phá tới 50% Rừng trên thế giới

bị mưa axit tàn phá, tổn thất về gỗ hằng năm đã vượt quá 10 tỉ đô la

- Nước hồ bị axit hóa: Mưa axit làm ô nhiễm nguồn nước trong hồ và phá hỏngcác loại thức ăn, uy hiếp sự sinh tồn của các loài cá và các sinh vật khác trong nước ỞThụy điển có hơn 9 vạn hồ thì 22% hồ đã bị axit hóa với mức độ khác nhau; 80% nước

hồ của Nauy bị axit hóa

- Sản lượng nông nghiệp bị giảm: mưa axit làm yếu khả năng quang hợp củacây, phá hoại các tổ chức bên trong, khiến cho cây trồng mọc rất khó khăn Mưa axitcòn ức chế việc phân giải các chất hữu cơ và cố định đạm trong đất, rửa trôi cácnguyên tố dinh dưỡng trong đất (Ca, Mg, K) làm cho đất bị nghèo hóa Theo điều tracủa Nhật Bản, mưa axit làm một số cây ngũ cốc và lúa mì bị giảm đến 30% sản lượng.Mưa axit còn hòa tan các kim loại độc hại (Hg, Cd, Al…) do đó làm giảm giá trị sửdụng của sản phẩm nông nghiệp, thậm chí không thể dùng được

- Làm tổn hại đến sức khỏe con người: Khí SO2 là chất chủ yếu gây mưa axit,rất nguy hiểm cho sức khỏe của con người Khi hít phải SO2 với nồng độ nhất định hôhấp sẽ bị kích thích mạnh Liều SO2 gây nnguy hiểm sau 30 đến 60 phút hít thở là 260– 130 mg/m3 Độc tính chung của SOx là gây rối loạn chuyển hóa protein và đường,thiếu vitamin B và C, ức chế enzym oxydaza Hấp thu lượng lớn SO2 có khả năng gâybệnh cho hệ tạo huyết và tạo ra methemoglobin tăng cường quá trình oxi hóa Fe2+thành Fe3+

- Gây ăn mòn vật liệu, công trình kiến trúc: Thành cổ Athen nổi tiếng và tượngnhân sư của Ai Cập do bị những trận mưa axit mà ngày càng bị xâm thực hỏng dần

* Khói quang hoá

Ô nhiễm không khí đô thị cổ điển

Ô nhiễm không khí đô thị cổ điển, phát sinh ra thuật ngữ “sương khói” là vấn

đề của những thành phố Tây Âu và Bắc Mỹ những thập niên 1950 và 1960 Khói mùLuân Đôn là ví dụ điển hình nhất Trong suốt những tháng mùa đông dài lạnh lẽo,người dân Luân Đôn thường đốt than kém chất lượng trong lò sưởi trong nhà Khóiđen thải vào không khí qua những ống khói trên trần nhà mang theo nhiều bồ hóng vàkhí Sunfua dioxit

Thời lỳ lạnh đặc trưng bởi tốc độ gió chậm và tầng xáo trộn rất mỏng Các hạt

bồ hóng và khí trong không khí tạo thành một hỗn hợp khói (smoke) và sương mù(fog), kết hợp 2 từ này lại ta được thuật ngữ “smog” Khí SO2 và axit sunfuric tạothành từ đó làm cho các hạt khói mù có tính axit cao, gây kích thích mắt, mũi và khíquản của người dân Trong thời kỳ khói mù như vậy năm 1952 có rất nhiều người phảinhập viện và trên 4000 người khác đã chết ở khu vực Luân Đôn trong một giai đoạnkéo dài khoảng vài ngày

Các giai đoạn tương tự đã xảy ra ở các thành phố khác của Châu Âu và Bắc

Mỹ Nó đã tạo nên những thúc đẩy đầu tiên về việc quản lý chất lượng không khí ởnhững nước này Người ta đã áp dụng nhiều phương pháp để giảm các nguy cơ xảy racác dạng ô nhiễm loại này Dần dần sử dụng nhiên liệu trong nước chuyển từ than cóhàm lượng S cao sang dầu có S thấp và khí tự nhiên chứa ít S hơn Hơn nữa quá trìnhđốt khí và dầu sạch hơn đốt than, vì dầu và khí hoà trộn tốt hơn Các ngành côngnghiệp và nhà máy điện phải bố trí ống khói cao trên 100m, nghĩa là trên tầng xáo trộntrong điều kiện khí tượng ưu thế trong giai đoạn thời tiết lạnh này

Những điều kiện đặc biệt của khói mù cổ điển này đã biến mất ở hầu hết cácvùng trên thế giới, nhưng sức khoẻ của con người vẫn còn bị đe doạ bởi lượng hạt vàSO2 quá cao trong khí quyển

Ô nhiễm không khí đô thị hiện tại

Vấn đề ô nhiễm không khí ở các đô thị hiện đại khó có thể mô tả bằng các thuậtngữ thống nhất Nó lệ thuộc nhiều vào trạng thái khí tượng điển hình và mức độ pháttriển kinh tế

Như đã nói trên, không thể mô tả đơn giản về chất lượng không khí đô thị Cóthể chia tình trạng ô nhiễm không khí đô thị thành 2 loại chung: Khói mù mùa hè vàkhói mù mùa đông Khói mù mùa hè đặc trưng bởi các phản ứng quang hoá dẫn đến cónhiều chất oxi hoá (đặc biệt là ozon) và xảy ra ở các vĩ độ cao và trung chỉ trong mùa

hè và ở những vùng nhiệt đới trong suốt năm Khói mù mùa đông đặc trưng bởi nhiềuhạt và xảy ra ở những vĩ độ cao và trung chủ yếu trong mùa đông

Khói mù mùa hè hay khói mù quang hóa

Trong khí quyển ở tầng đối lưu, hàm lượng ozon thấp khoảng 50ppb, ở độ caosát mặt biển, hàm lượng ozon khoảng 20-40 ppb và đạt cực đại vào mùa hè từ 40 – 60ppb Ozon tham gia vào phản ứng quang hóa cùng với sản phẩm của quá trình quanghóa là các gốc hoạt tính như: OH, NO, O, O2, HO2… lại tiếp tục tham gia phản ứngvới các hợp chất hydrocacbua (là những chất không hấp thụ sóng ngắn), các oxit nitơtrong khí quyển sẽ hình thành nhiều chất ô nhiễm thứ cấp như andehyt, peroxyl acetylnitrat Tập hợp tất cả các chất trên tạo thành khói quang hóa trong khí quyển Như vậykhói quang hóa được khởi đầu bởi tia mặt trời cùng với sự phân li của NO2 thành NO

và O là bước quan trọng nhất

Tính chất vật lý của nó là khói có màu vàng nâu, làm giảm tầm nhìn, cùng với

sự có mặt của những chất có hại tới hô hấp, gây chảy nước mắt Bốn điều kiện quantrọng trước khi xảy ra việc hình thành khói quang hóa

NOx + tia nắng + RH + nhiệt độ trên 18oC

Cơ chế của sự hình thành khói quang hóa

a Phản ứng quang hóa cơ bản tạo nguyên tử oxi

NO2 + hγ (λ <= 410 nm)  NO + O

b Các phản ứng với oxi

O2 + O  O3O3 + NO  NO2 + O2

Do phản ứng thứ hai xảy ra rất nhanh nên nồng độ ozon vẫn còn thấp cho đếnkhi nồng độ NO giảm xuống Xe ô tô phát thải NO có tác dụng giữ O3 ở nồng độ thấp

có thể tham gia vào quá trình hóa học, như RH

c Sự hình thành sản phẩm của các gốc RH

RH + HO + O2  ROO + H2O

RH + O  R + nhiều sản phẩm khácROO + NO  NO2 + nhiều sản phẩm khác

R + NO2  sản phẩm (như PAN)

Khói mù mùa đông

Loại khói mù này đặc trưng bởi mức độ ô nhiễm không khí cao do nguồn thảicác hạt và điều kiện thời tiết không đổi Ở những vùng vĩ tuyến cao, tốc độ xử lý ônhiễm giảm (bề mặt trái đất băng giá) và năng lượng sử dụng tăng vì thời tiết lạnh gópphần làm tăng nồng độ chất ô nhiễm

Trong những năm gần đây, một số nghiên cứu dịch tễ học ở Mỹ cũng như ởChâu Âu đã tìm được những bằng chứng cho thấy các hạt mịn và cực mịn có tác độngtiêu cực đến sức khỏe của con người ở những nồng độ thấp hơn người ta tưởng nhiều.Không chỉ những thông số khó theo dõi như chức năng phổi ở những người bị bệnhhen bị ảnh hưởng không tốt trong những này mức ô nhiễm tăng nhẹ, mà cả những sốngười nhập viện và tỉ lệ tử vong cũng gia tăng

Cơ chế gây độc của ảnh hưởng này cho đến nay vẫn chưa rõ, nhưng vì ảnhhưởng này rất rõ rệt nên EPA đang tiến hành chỉnh sửa lại các tiêu chuẩn chất lượngkhông khí cho các loại hạt Nếu được công bố ta sẽ thấy trên một nửa dân cư của các

đô thị trên thế giới đang sống trong điều kiện nồng độ chất ô nhiễm không khí cao hơn

tiêu chuẩn cho phép Nguồn hạt ô nhiễm đô thị chính là do giao thông đường bộ, khóithuốc lá, nhiên liệu cho nấu ăn, sản xuất công nghiệp…

CHƯƠNG 3: NƯỚC VÀ SỰ Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC

3.1 Nguồn nước và phân bố nước trong tự nhiên

Khối lượng nước ở trạng thái tự do trên trái đất là 1,3859 tỉ km3 (M.I.Lvotvis,

A A Xokolop - 1974), chỉ chưa đến 1% so với trữ lượng nước ở lớp vỏ giữa của tráiđất (khoảng 200 tỉ km3) Nước ngọt chỉ chiếm 2,53% (35 triệu km3) Trong đó, phầnlớn lại là nước đóng băng ở các vùng cực và vùng băng hà Chỉ còn một phần rất nhỏ1/7000 lượng nước trên địa cầu có vai trò quan trọng trong việc bảo tồn sự sống trênhành tinh Đó là lượng nước ngọt trong sông hồ, suối, lượng ẩm trong không khí vàtrong lòng đất

3.1.1 Vòng tuần hoàn nước

Trong tự nhiên nước luôn vận động và thay đổi trạng thái theo một chu trìnhbay hơi, ngưng tụ, hoá rắn liên tục Chu trình cơ bản gồm 5 quá trình căn bản: mưa –dòng chảy – thấm – bốc hơi – ngưng tụ và thành mưa

Vòng tuần hoàn nước chính là sự tồn tại và vận động của nước trên mặt đất,trong lòng đất và trong bầu khí quyển của trái đất Vòng tuần hoàn nước đã và đangdiễn ra từ hàng tỉ năm và tất cả sự sống trên trái đất đều phụ thuộc vào nó, trái đất chắchẳn sẽ là một nơi không thể sống được nếu không có nước

Hình 3.1 Vòng tuần hoàn nước

Bức xạ sóng ngắn của mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng cho chu trìnhnước Khoảng 1/3 bức xạ mặt trời đi tới bề mặt trái đất đã được sử dụng trong chutrình Một phần năng lượng bức xạ tới mặt đất đã chuyển hoá thành nhiệt năng làmcho tầng thấp của khí quyển nóng lên Năng lượng này hâm nóng lớp nước mặt ở cácthể lỏng và rắn làm chúng bốc hơi

Hơi nước có trong khí quyển không chỉ do hiện tượng bay hơi từ nước mặt màcòn do sự thoát hơi nước từ cây cối Lượng nước mưa rơi xuống một phần thấm vàođất, một phần khác chảy tràn trên mặt đất, phần còn lại được động vật và thực vật sửdụng

Mặt trời điều khiển vịng tuần hồn nước bằng việc làm nĩng nước trên nhữngđại dương, làm bốc hơi nước vào trong khơng khí Những dịng khí bốc lên đem theohơi nước vào trong khí quyển, gặp nơi cĩ nhiệt độ thấp hơn hơi nước bị ngưng tụthành những đám mây Những dịng khơng khí di chuyển những đám mây khắp tồncầu, những phân tử mây va chạm vào nhau, kết hợp với nhau, gia tăng kích cỡ và rơixuống thành giáng thủy (mưa) Giáng thuỷ dưới dạng tuyết được tích lại thành nhữngnúi tuyết và băng hà cĩ thể giữ nước đĩng băng hàng nghìn năm Trong những vùngkhí hậu ấm áp hơn, khi mùa xuân đến, tuyết tan và chảy thành dịng trên mặt đất, đơikhi tạo thành lũ Phần lớn lượng giáng thuỷ rơi trên các đại dương; hoặc rơi trên mặtđất và nhờ trọng lực trở thành dịng chảy mặt Một phần dịng chảy mặt chảy vào trongsơng theo những thung lũng sơng trong khu vực, với dịng chảy chính trong sơng chảy

ra đại dương Dịng chảy mặt, và nước thấm được tích luỹ và được trữ trong những hồnước ngọt Mặc dù vậy, khơng phải tất cả dịng chảy mặt đều chảy vào các sơng Mộtlượng lớn nước thấm xuống dưới đất Một lượng nhỏ nước được giữ lại ở lớp đất sátmặt và được thấm ngược trở lại vào nước mặt (và đại đương) dưới dạng dịng chảyngầm Một phần nước ngầm chảy ra thành các dịng suối nước ngọt Nước ngầm tầngnơng được rễ cây hấp thụ rồi thốt hơi qua lá cây Một lượng nước tiếp tục thấm vàolớp đất dưới sâu hơn và bổ sung cho tầng nước ngầm sâu để tái tạo nước ngầm (đá sátmặt bảo hồ), nơi mà một lượng nước ngọt khổng lồ được trữ lại trong một thời giandài Tuy nhiên, lượng nước này vẫn luân chuyển theo thời gian, cĩ thể quay trở lại đạidương, nơi mà vịng tuần hồn nước “kết thúc” và lại bắt đầu

Bảng 3.1 Các chu kỳ tuần hồn nước trong thủy quyển

Các yếu tố của thủy quyển Thời gian chu kỳ, năm

Phần nước ngầm tham gia chu trình nước 330

Nguồn: Tăng Văn Đồn, Trần Đức Hạ - 2001

3.1.2 Các quá trình chuyển hố nước giữa các dạng tồn tại của nước trên trái đất 3.1.2.1 Quá trình bốc hơi

Bốc hơi nước là một quá trình nước chuyển từ thể lỏng sang thể hơi hoặc khí.Bốc hơi nước là đoạn đường đầu tiên trong vòng tuần hoàn mà nước chuyển từ thểlỏng thành hơi nước trong khí quyển Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng các đại dương,biển, hồ và sông cung cấp gần 90% độ ẩm của khí quyển qua bốc hơi, với 10% còn lại

do thoát hơi của cây

Bốc hơi nước từ các đại dương là cách chính để nước được luân chuyển vàotrong khí quyển Diện tích rất lớn của các Đại Dương (trên 70% diện tích bề mặt củatrái đất được bao phủ bởi các đại dương) cung cấp những cơ hội lớn cho quá trình bốchơi diễn ra Trên phạm vi toàn cầu lượng nước bốc hơi cũng bằng với lượng giángthủy Mặc dù vậy, tỉ lệ giữa lượng nước bốc hơi và lượng giáng thuỷ biến đổi theovùng địa lý Thông thường trên các đại dương lượng bốc hơi nhiều hơn lượng giángthủy, trong khi đó trên mặt đất, lượng giáng thủy vượt quá lượng bốc hơi Phần lớnlượng nước bốc hơi từ các đại dương rơi ngay trên đại dương qua quá trình giáng thủy.Chỉ khoảng 10% của nước bốc hơi từ các đại dương được vận chuyển vào đất liền vàrơi xuống thành giáng thuỷ Khi bốc hơi, một phân tử nước tồn tại trong khí quyểnkhoảng 10 ngày

3.1.2.2 Dòng chảy mặt

Dòng chảy mặt: dòng chảy mặt từ mưa chảy trên bề mặt đất vào những sônggần nhất

Dòng chảy mặt là dòng chảy từ mưa trên lưu vực

Thông thường, một phần nước mưa rơi thấm ngay vào đất, nhưng khi đất đạt tớitrạng thái bão hoà hay không thấm, thì bắt đầu chảy theo sườn dốc thành dòng chảy.Trong một trận mưa lớn, bạn có thể nhìn thấy các dòng nước nhỏ chảy xuôi sườn dốc.Nước sẽ chảy theo những kênh trên mặt đất trước khi chảy vào trong các sông lớn.Dòng chảy mặt chảy vào sông, lại bắt đầu hành trình quay trở về đại dương

Cũng giống như tất cả các thành phần khác trong vòng tuần hoàn nước, quan hệgiữa mưa và dòng chảy cũng biến đổi theo thời gian và không gian

3.1.2.3 Sự thoát hơi

Thoát hơi: là quá trình hơi nước thoát ra từ các cây trồng vào khí quyển

Thoát hơi là quá trình nước được vận chuyển từ các rễ cây đến các lỗ nhỏ bêndưới bề mặt lá, ở đây nước chuyển sang trạng thái hơi và thoát vào khí quyển Do đó,thoát hơi thực chất là bốc hơi của nước từ lá cây Lượng nước bốc thoát hơi từ câytrồng ước tính chiếm khoảng 10% của hàm lượng nước trong khí quyển

Các nhân tố khí quyển tác động đến bốc thoát hơi nước

Lượng nước bốc thoát hơi từ cây cối biến đổi lớn theo thời gian và không gian.Một số nhân tố tác động đến tốc độ bốc thoát hơi nước:

Nhiệt độ:Tốc độ bốc thốt hơi tăng lên khi nhiệt độ tăng, đặc biệt trong mùaphát triển của cây trồng khi nhiệt độ khơng khí ấm hơn

Giĩ và sự di chuyển của khơng khí: Sự di chuyển của các lớp khơng khí xungquanh một cây tăng lên làm cho bốc thốt hơi cũng tăng cao

Loại cây: Loại cây khác nhau sẽ thốt hơi nước với tốc độ khác nhau Các loạicây sống trong vùng khơ cằn thì thốt hơi ít hơn các loại cây khác Ví dụ cây xươngrồng để giữ lại lượng nước quý báu bằng cách giảm bớt sự thốt hơi hơn các cây trơngkhác

Một phần lượng nước thấm xuống sẽ được giữ lại trong những tầng đất nơng, ở

đĩ nĩ cĩ thể chảy vào sơng nhờ thấm qua bờ sơng Một phần nước thấm xuống sâuhơn, bổ sung cho các tầng nước ngầm Nếu tầng nước ngầm nơng hoặc đủ độ rỗng đểcho phép nước chảy tự do qua nĩ, con người cĩ thể khoan các giếng trong tầng nướcngầm này và sử dụng nước cho những mục đích của mình Nước ngầm cĩ thể dichuyển được những khoảng cách dài hoặc được trữ lại trong tầng nước ngầm trongmột thời gian dài trước khi quay trở lại bề mặt hoặc qua thấm vào các thuỷ vực khác,như thấm vào các sơng và đại dương

3.1.3 Nước mặt

Nước mặt gồm các nguồn nước từ các dòng chảy trên bề mặt, có mặt thoángthường xuyên tiếp xúc với không khí ở đại dương, biển, ao, hồ, sông, suối

1.1.3.1 Nước đại dương

Đại dương là kho chứa nước Lượng nước khổng lồ được trữ trong các đạidương trong thời gian dài hơn là được luân chuyển qua vịng tuần hồn nước Ước tính

cĩ khoảng 1.338.000.000 km3 nước được trữ trong đại dương, chiếm khoảng 96,5%,

và đại dương cũng cung cấp khoảng 90% lượng nước bốc hơi vào trong vịng tuầnhồn nước

Thời kỳ khí hậu lạnh hơn nhiều đỉnh núi băng và những sơng băng được hìnhthành, một lượng nước trái đất khá lớn được tích lại dưới dạng băng làm giảm bớtlượng nước trong những thành phần khác của vịng tuần hồn nước Điều này thìngược lại trong thời kỳ ấm Cuối kỷ băng hà những sơng băng bao phủ 1/3 bề mặt tráiđất, và mực nước các đại dương thì thấp hơn ngày nay khoảng 122 m Cách đây

khoảng 3 triệu năm, khi trái đất ấm hơn, mực nước của các đại dương cĩ thể đã caohơn hiện nay khoảng 50 m

Luân chuyển nứơc trong các đại dương

Cĩ những dịng chảy trong đại dương di chuyển một khối lượng lớn nước khắpthế giới Sự di chuyển này ảnh hưởng lớn đến vịng tuần hồn nước và khí hậu DịngGulf Stream được biết đến nhiều như là một dịng biển nĩng trong vùng Đại TâyDương, vận chuyển nước từ vùng Vịnh Mexico ngang qua Đại Tây Dương hướng đếnnước Anh Với tốc độ 97 km/ ngày (60 dặm/ngày), dịng Gulf Stream đem theo mộtlượng nước nhiều bằng 100 lần tất cả các sơng trên trái đất Xuất phát từ những vùngkhí hậu ấm, dịng Gulf mang theo nước ấm hơn đến Bắc Đại Tây Dương, làm ảnhhưởng đến khí hậu của một vài vùng, như phía tây nước Anh

Đại dương có 5 đặc điểm quan trọng để phân biệt với biển Đại dương lớnhơn biển

Bảng 3.2 Diện tích và độ sâu các đại dương và biển lớn

TT Tên đại dương Diện tích Độ

sâu

TT Tên biển Diện tích Độ sâu

trungbình

1 Thái Bình Dương 178.700.000 4.267 1 Địa Trung Hải 2.500.000 1.433

2 Đại Tây Dương 91.600.000 3.602 2 Biển Đen 420.000 2.245

3 Ấn Độ Dương 76.200.000 3.736 3 Caspienne 360.000 30

4 Bắc Băng Dương 14.800.000 5.520 4 Biển chết 1.000 400

Độ mặn của biển cao hơn của đại dương Trung bình, nước đại dương chưa35g/L muối, gồm natri clorua (77%), cịn lại là muối của magie, cancium, kali va canxicacbonat Địa trung hải chứa 39,5 g/L; Hồng Hải – 44g/L; biển Chết – 275g/L BiểnBaltic chỉ cĩ 2 g/L muối do nhận nuớc ngọt từ các sơng đổ về, nằm ở vùng lạnh nên

bốc hơi kém

Màu của đại dương và biển khác nhau Mặt nước phản chiếu ánh sáng mặt trời,nhưng các hạt lơ lửng trong nước làm nhuộm màu của biển và đại dương

3.1.3.2 Nước băng và tuyết

Lượng nước trữ dưới dạng băng và tuyết: Nước ngọt được trữ trong những sơngbăng, những cánh đồng băng và những cánh đồng tuyết

Những đỉnh núi băng trên thế gíơi

Nước được giữ lâu dài trong băng, tuyết, và các sơng băng là một thành phầncủa vịng tuần hồn nước tồn cầu Vùng Nam cực chiếm 90% tổng lượng băng củatrái đất, các đỉnh núi băng ở Greenland chiếm 10% tổng lượng băng tồn cầu

Trên phạm vi tồn cầu, khí hậu luơn luơn thay đổi một cách chậm chạp mà conngười khĩ nhận biết Đã từng cĩ những thời kỳ ấm thuộc kỷ khủng long cách đây 100triệu năm, và những thời kỳ lạnh, như kỷ băng hà cuối cùng cách đây 20.000 năm.Trong kỷ băng hà cuối cùng này nhiều nơi của bắc bán cầu bị bao phủ trong băng vànhững dịng sơng băng Gần hết Canada, nhiều vùng phía Bắc Châu Á và Châu Âu,một vài vùng ở nước Mỹ cũng bị những dịng sơng băng bao phủ

• Dòng chảy tuyết tan

Dịng chảy tuyết tan vào các sơng: dịng chảy mặt từ tuyết và băng chảy theonước mặt.:

Nếu bạn sống ở Florida hoặc French Riviera bạn thức giấc mỗi ngày và khơngthể khơng tự hỏi tuyết tan tham gia như thế nào vào chu trình nước Nhưng, trên tồn

bộ thế giới dịng chảy tuyết là phần chính của sự luân chuyển nước tồn cầu Trongthời kỳ mùa xuân ở những vùng khí hậu lạnh hơn, nhiều dịng chảy mặt và dịng chảysơng ngịi xuất phát từ tuyết và băng Bên cạnh việc gây ra lũ lụt, tuyết tan nhanh cĩthể gây ra sạt lở đất và dịng chảy bùn đá

Dịng chảy từ tuyết tan biến đổi theo mùa và theo năm So sánh các đỉnh lũ giữatrận lũ lớn trong năm 2000 và trận lũ nhỏ hơn nhiều trong năm 2001, giống như cĩmột trận hạn hán lớn ảnh hưởng đến California trong năm 2001 Nhưng sự thiếu hụtnước là do nước được trữ trong băng vào mùa đơng ảnh hưởng đến tổng lượng nướccác tháng cịn lại của năm Sự thiếu hụt nước cũng ảnh hưởng đến lượng nước trongcác hồ tại hạ lưu, và sự thiếu hụt nước ở các hồ lại ảnh hưởng đến lượng nước tưới vànước cấp thành phố

3.1.4 Nước khí quyển

Nước được dự trữ trong khí quyển dưới dạng hơi, như những đám mây và độ

ẩm

Mặc dù khí quyển không là kho chứa khổng lồ của nước, nhưng nó là một “siêu

xa lộ” để luân chuyển nước khắp toàn cầu Trong khí quyển luôn luôn có nước: nhữngđám mây là một dạng nhìn thấy được của nước khí quyển, nhưng thậm chí trongkhông khí trong cũng chứa đựng nước - những phần tử nước này quá nhỏ để có thểnhìn thấy được Thể tích nước trong khí quyển tại bất kỳ thời điểm nào vào khoảng12.900 km3 Nếu tất cả lượng nước khí quyển rơi xuống cùng một lúc, nó có thể baophủ khắp bề mặt trái đất với độ dày 2,5 cm

Sự ngưng tụ hơi nước là quá trình hơi nước trong không khí được chuyển sangthể nước lỏng Ngưng tụ hơi nước rất quan trọng đối với chu trình tuần hoàn nước bởi

vì nó hình thành nên các đám mây Những đám mây này có thể tạo ra mưa, nó là cáchchính để nước quay trở lại trái đất Ngưng tụ hơi nước là quá trình ngược với bốc hơinước

Sự ngưng tụ hơi nước trong không khí Thậm chí trên những bầu trời trongxanh không một gợn mây, thì nước vẫn tồn tại dưới hình thức hơi nước và những giọtnước li ti không thể nhìn thấy được Những phân tử nước kết hợp với những phân tửnhỏ bé của bụi, muối, khói trong khí quyển để hình thành nên các hạt nhân mây (giọtmây nhỏ, đám mây nhỏ), nó gia tăng khối lượng và phát triển thành những đám mây.Khi những giọt nước kết hợp với nhau, gia tăng về kích thước, những đám mây có thểphát triển và mưa có thể xảy ra

3.1.4.1 Dòng hảy trong sông

Dòng chảy sông ngòi là sự di chuyển của nước trong lòng dẫn tự nhiên, nhưsông, suối, hoặc lạch nước

Một điều rất quan trọng khi nghiên cứu về sông ngòi là phải xem xét các lưuvực sông Một lưu vực sông là vùng mà tại đó tất cả nước rơi và tiêu thoát chảy theocùng một dòng Lưu vực sông có thể chỉ nhỏ bằng một vết chân trên bùn hoặc đủ rộng

để bao phủ toàn bộ vùng thoát nước vào trong sông Mississippi ở đó nước chảy vàoVịnh Mexico Các lưu vực nhỏ hơn được chứa trong những lưu vực lớn hơn Các lưuvực sông rất quan trọng vì dòng chảy và chất lượng nước của một con sông chịu tácđộng của nhiều thứ, có ảnh hưởng của con người hay không có ảnh hưởng của conngười, xuất hiện trong những vùng phía trên mặt cắt cửa ra của lưu vực

Dòng chảy sông ngòi luôn thay đổi từng ngày thậm chí từng phút Tất nhiên,mưa tác động chính tới dòng chảy trên các lưu vực Mưa rơi làm tăng mực nước sông,

và mực nước sông có thể tăng ngay cả khi mưa ở rất xa trên lưu vực sông Ghi nhớrằng nước mưa rơi trên lưu vực cuối cùng phải chảy ra ở mặt cắt cuối lưu vực Độ lớncủa sông phụ thuộc vào độ lớn của lưu vực Sông lớn có lưu vực sông rộng, sông nhỏ

có lưu vực sông nhỏ hơn Tương tự như vậy, sông có kích thước khác nhau tác độngkhác nhau lượng mưa rơi Trong các sông lớn mực nước lên xuống chậm hơn các sôngnhỏ Trong lưu vực nhỏ, mực nước sông có thể lên xuống tính theo phút và giờ Những

sơng rộng cĩ thể mất vài ngày để biến đổi mực nước lên xuống và thời gian lũ lên cĩthể kéo dài vài ngày

3.1.4.2 Trữ lượng nước ngọt

Nước ngọt trên mặt đất, một thành phần của chu trình nước, yếu tố cần thiết chomọi sự sống trên trái đất Nước mặt bao gồm nước trong các dịng sơng, ao, hồ, hồnhân tạo, và các đầm lầy nước ngọt

Lượng nước trong các sơng và hồ luơn luơn thay đổi phụ thuộc vào lưu lượngvào và ra Dịng chảy vào từ mưa, dịng chảy tràn trên mặt đất, lượng nước ngầm dướiđất, và lượng nước gia nhập từ các sơng nhánh Dịng chảy ra khỏi các hồ và sơng baogồm lượng bốc hơi và dung tích nước bổ sung cho nước ngầm Con người cũng sửdụng nước mặt cho các nhu cầu thiết yếu của mình Lượng và vị trí của nước mặt thayđổi theo thời gian và khơng gian, một cách tự nhiên hay dưới sự tác động của conngười

3.1.5 Nước ngầm

Nước ngầm được khai thác từ các tầng chứa nước dưới đất

Bạn nhìn thấy nước xung quanh bạn mỗi ngày như các hồ, các sơng, băng, mưa

và tuyết Nhưng lượng nước mà bạn khơng thể nhìn thấy được - nước ngầm (nước tồntại và di chuyển trong lịng đất) - lại chiếm một lượng rất lớn Nước ngầm đĩng gĩplớn cho dịng chảy sơng ngịi của nhiều con sơng Con người đã sử dụng nước ngầm từhàng ngàn năm nay và vẫn đang tiếp tục sử dụng nĩ hàng ngày, phần lớn cho nhu cầunước uống và nước tưới Cuộc sống trên trái đất phụ thuộc vào nước ngầm cũng giốngnhư là nước bềmặt

Một phần lượng mưa rơi trên mặt đất và thấm vào trong đất trở thành nướcngầm Phần nước chảy sát mặt sẽ lộ ra rất nhanh khi chảy vào trong lịng sơng, nhưng

do trọng lực, một phần lượng nước tiếp tục thấm sâu vào trong đất

3.1.5.1 Suối

Suối là nơi nước ngầm chảy lên bề mặt đất

Một tầng nước ngầm liên tục được bổ sung nước đến khi nước chảy tràn trênmặt đất, kết quả là hình thành các con suối Các con suối cĩ thể rất nhỏ, chỉ cĩ nướcchảy khi cĩ một trận mưa đáng kể, đến các dịng suối lớn chảy với hàng trăm triệugallon nước mỗi ngày

Các con suối cĩ thể hình thành trong bất kỳ loại đá nào, nhưng phần lớn chúnghình thành trong các loại đá vơi và đolomit, dễ dàng rạn nứt và hồ tan do mưa axit.Khi đá bị phá huỷ và hồ tan, các khoảng trống hình thành cho phép nước chảy qua.Nếu dịng chảy theo phương ngang, nĩ cĩ thể chảy tới mặt đất, hình thành các consuối