Sử dụng nguyên lý khoa học để giải thích và phân tích axit hóa biển và đại dương trong xu hướng gia tăng tác động BĐKH

Sử dụng nguyên lý khoa học để giải thích và phân tích axit hóa biển và đại dương trong xu hướng gia tăng tác động BĐKH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Khoa Môi trường

Tiểu luận Môn: Nguyên lí khoa học môi trường

SỬ DỤNG NGUYÊN LÝ KHOA HỌC ĐỂ GIẢI THÍCH VÀ PHÂN TÍCH AXIT HÓA BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG TRONG XU HƯỚNG GIA TĂNG TÁC ĐỘNG BĐKH

Giảng viên: PGS.TS Lưu Đức Hải

Nhóm 3

Nồng độ CO2 trong khí quyển ngày càng tăng do các hoạt động của con người như khai thác đá vôi, dầu, khí đốt và sản xuất than đá Đây là nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu và hiện tượng axit hóa đại dương Quá trình axit hóa đại dương còn được gọi là “vấn đề

CO2 khác”

Đứng trước tình hình như vậy, có thể thấy rằng việc nhận thức và đánh giá mức độ axit hóa biển và đại dương trong bối cảnh Trái đất nóng lên là vấn đề cấp bách và cần thiết đối với Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung

Chính vì vậy nhóm 2 chọn đề tài “Sử dụng nguyên lý khoa học môi trường để giải thích và phân tích quá trình axit hóa biển và đại dương trong xu hướng gia tăng tác động biến đổi khí hậu”, nhằm tìm ra những biện pháp phù hợp để giảm thiểu, khắc phục và bảo vệ môi trường sống

MỞ ĐẦU

Nội dung

Quá trình axit hóa biển và đại dương

Quá trình axit hóa với sự biến đổi khí hậu

Tác động của quá trình axit hóa biển và đại dương Biện pháp khắc phục

3

1 Quá trình axit hóa biển và đại dương

Các đại dương và vòng tuần hoàn cacbon

Hệ đệm cacbonat trong đại dương

Các đại dương và CO2 trong khí quyển: Hiện tượng axit hóa

1.1 Các đại dương và vòng tuần hoàn cacbon

• Cân bằng CO2 giữa khí quyển và thủy

quyển có ý nghĩa rất lớn tới sự thay đổi

nồng độ CO2 trong không khí và đại

dương

• Các đại dương là bể chứa cacbon quan

trọng, hấp thụ một lượng lớn CO2 mỗi

năm.

• Nguyên lý 2.12: “Quan trắc các xu hướng

biến đổi toàn cầu nồng độ các nguyên tố

hóa học có ý nghĩa quan trọng vì chúng là

nguyên nhân gây ra các thay đổi về điều

kiện sống trên Trái Đất” → sự tăng nồng

độ CO2 trong khí quyển là nguyên nhân

chính gây ra sự biến đổi khí hậu và quá

trình axit hóa biển và đại dương.

Vòng tuần hoàn cacbon 5

1.2 Hệ đệm cacbonat trong đại dương

• Hệ cacbonat trong nước biển bị chi phối bởi

một chuỗi các phản ứng hóa học:

CO2(atmos) CO2(aq) + H2O H ⇌ H 2CO3 ⇌ H H+ + HCO

2H

⇌ H + + CO

32-• Đối với nước biển bề mặt có pH ~ 8.1:

 CO2 hòa tan: chiếm khoảng 1% DIC

 Bicarbonate (HCO3-): chiếm khoảng 90%

 Carbonate (CO32-): chiếm khoảng 9%

• Tỷ lệ tương đối giữa CO2, HCO3- và CO

32-phản ánh giá trị pH của nước biển và duy trì

pH trong giới hạn tương đối hẹp.

•

Mối tương quan giữa các dạng cacbon vô

cơ hòa tan (Dissolved inorganic carbon,

DIC) trong nước biển

1.2 Hệ đệm cacbonat trong đại dương

• Nguyên lý 4.28: “Các thay đổi cơ bản

giá trị pH của đại dương không phải là

kết quả trực tiếp của sự gia tăng tiêu

thụ nhiên liệu hóa thạch mà là kết quả

của sự thay đổi khả năng nền điều

khiển bởi phản ứng:

Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + H 2 O + CO 2

• Tốc độ hình thành và hòa tan CaCO3

khác nhau với trạng thái bão hòa (, được

xác định là tích của nồng độ ion canxi và

ion cacbonat:

= [Ca2+ ][CO32-]/K’sp

• Sự tạo thành thường xảy ra khi > 1.0 và

sự hòa tan xảy ra khi <1.0

•

Sự phân bố theo chiều dọc nồng độ CO 2 phát thải từ hoạt động của con người và các tầng aragonite, calcite

7

1.3 Hiện tượng axit hóa biển và đại dương

• Nguyên lý 2.13: “Độ hòa tan của mỗi loại

khí ở nồng độ khí quyển cho trước có thể

mô tả bằng định luật Henry”  tăng nồng độ

CO2 trong khí quyển sẽ làm tăng nồng độ

CO2 trong bề mặt các đại dương

• Đại dương hấp thụ một lượng lớn CO2 phát

thải từ các hoạt động của con người

• Hiện nay, quá trình hòa tan CO2 làm giảm

pH trung bình của các đại dương khoảng

0,1 đơn vị so với thời kì tiền công nghiệp 

tương ứng với việc tăng nồng độ ion hydro

khoảng 30%

Sự gia tăng nồng độ CO 2 trong các

đại dương

1.3 Hiện tượng axit hóa biển

2 Quá trình axit hóa với sự biến đổi khí hậu

2.1 Sự thay đổi pH các đại dương trong quá khứ

• pH nằm trong khoảng 7,9 – 8,25 với giá

trị trung bình là 8,08 (năm 1994) có thể

thay đổi ± 0,3 đơn vị tùy theo địa

phương, khu vực và theo mùa

• Hai yếu tố chi phối sự phân bố pH:

Nhiệt độ bề mặt đại dương: Nhiệt độ

thấp hơn → tăng sự hấp thu CO2,

nhiệt độ cao → giải phóng CO2.

Sự xáo trộn giữa vùng nước biển sâu

giàu CO 2 với bề mặt đại dương: Khi

các vùng nước biển sâu giàu CO2 di

chuyển lên bề mặt → các vùng nước

có giá trị pH thấp hơn

Bản đồ giá trị pH lớp nước bề mặt (phía trên 50m) của các đại dương trên Trái Đất vào năm 1994

11

• Tốc độ thay đổi CO2 trong khí quyển trong quá khứ chậm hơn nhiều so với ngày nay Những biến đổi tự nhiên nhanh nhất xảy ra vào cuối Kỉ băng hà, khi CO2tăng khoảng 80 ppm trong khoảng thời gian 6000 năm (IPCC 2001)

• Khi quá trình biến đổi tự nhiên diễn ra chậm, các mô hình tính toán cho rằng, quá trình hòa tan các trầm tích CaCO3 sẽ có đủ thời gian để làm giảm sự thay

2.1 Sự thay đổi pH các đại dương trong quá khứ

2.2 Sự thay đổi pH trong xu hướng biến đổi khí hậu hiện

nay và tương lai

• Nồng độ CO2 trong khí quyển tăng gần 40%

từ khoảng 280 ppmv (thời kì tiền công

nghiệp) lên đến 384 ppmv (2007)

 pH hiện nay trên bề mặt các đại dương thấp

hơn 0,1 so với thời tiền công nghiệp tương

ứng với việc tăng khoảng 30% nồng độ ion

hydro trong các đại dương

• Khoảng 30% CO2 do con người được tìm

thấy ở độ sâu nhỏ hơn 200 m, 50% ở độ

sâu dưới 400 m

Hầu hết lượng CO 2 đi vào đại dương do các

hoạt động của con người vẫn nằm trong vùng

nước tương đối nông.

Dự báo sự thay đổi giá trị pH của các đại dương

do quá trình phát thải CO2 từ các hoạt động của

con người

4 x Thời tiền CN

5 x Thời tiền CN

6 x Thời tiền CN

Tổng cacbon vô cơ

hòa tan (mol/g)

Ước tính sự thay đổi giá trị pH trong tương lai

2.2 Sự thay đổi pH trong xu hướng biến đổi khí hậu hiện nay và tương lai

• Nếu lượng CO2 tiếp tục tăng theo xu hướng

hiện nay, giả sử nhiệt độ bề mặt đại dương

25oC, độ mặn không đổi, pH ban đầu là 8,2

(thời tiền công nghiệp), không có sự hòa

trộn với các vùng nước sâu hơn trong các

đại dương  dự đoán pH năm 2100 sẽ thấp

hơn 7,9 (Zeebe và Wolf-Gladrow, 2001)

• CO2 trong khí quyển có thể vượt quá 1 900

ppm vào năm 2300  pH bị giảm 0,77 đv

• Cần phải mất hàng chục ngàn năm để các

đại dương trở về điều kiện tương tự như

thời kỳ tiền công nghiệp

 Những thay đổi về giá trị pH nằm ngoài

phạm vi biến đổi tự nhiên gây ảnh hưởng lớn

đến quá trình sinh học diễn ra trên bề mặt

các đại dương aragonite trên bề mặt đại dương theo lượng CO2 có Sự biến đổi pH, trạng thái bão hòa calcite và

thể phát thải trong tương lai

15

3 Tác động của quá trình axit hóa biển và đại dương

3.1 Tác động đến đời sống biển và hệ sinh thái

Nguyên lý 4.21 :‘‘Nồng độ pH thấp có nghĩa là H 2 CO 3 bị biến đổi thành CO 2 tự do có hại đối với

cá và động vật vì sự hô hấp khống chế bằng sự khác nhau về nồng độ CO 2 trong máu và trong môi trường’’  quá trình axit hóa đại dương sẽ có ảnh hưởng lớn tới sự sinh sản, tốc độ sinh trưởng

và tồn tại của sinh vật biển, HST biển

17

3,0 – 3,5 Không có một con cá nào có thể sống hơn vài giờ

3,5 – 4,0 Làm chết cá hồi, một vài loại cá khác có thể sống trong nồng độ này sau một

chu kì sống ở pH cao hơn

4,0 – 4,5 Rất có hại đối với cá hồi và hàng loạt cá khác, mặc dù khả năng chịu đựng pH

này gia tăng theo kích thước và tuổi trưởng thành

4,5 – 5,0 Thường có hại đối với trứng và cá hồi nhỏ Cũng có hại đối với cá hồi và cá

chép to khi nồng độ Ca, Na và Cl - thấp

5,0 – 6,0 Không có hại trừ khi nồng độ CO2 tự do > 100 mg/L

6,0 – 6,5 Không có hại trừ khi nồng độ CO2 tự do > 20 mg/L

3.1 Tác động đến đời sống biển

và hệ sinh thái

3.2 Axit hóa đại dương gia tăng mối đe dọa lớn cho

ngành thủy sản

• Theo tổ chức Hợp tác Thủy sản bền

vững (SFP) và Viện Quản lý phát triển

bền vững, Trường Judge Business của

Đại học Cambridge và Tổ chức Khí hậu

châu Âu (European Climate Foundation):

Tổng thiệt hại sản lượng thủy sản toàn

cầu đến năm 2050 dao động từ 17 đến

41 tỷ USD

• Hàng trăm triệu người sẽ phải đối mặt với

việc “ nguồn protein biển’’ giảm đáng kể

do biến đổi khí hậu và quá trình axit hóa

19

3.3 Axit hóa đại dương gia tăng tác động đến kinh tế xã hội

Axit hóa đại

4 Biện pháp giảm thiểu và khắc phục

Nguyên lý 2.28: ‘‘ Giải quyết vấn đề ô nhiễm bao gồm: phát hiện ra nguồn ô nhiễm và đề ra các biện pháp tối ưu xử lý ô nhiễm bằng cách lập các cân bằng vật chất cho các thành phần và nguyên tố là tác nhân gây ra

ô nhiễm ’’ giảm thiểu sự phát thải khí CO2 vào khí quyển:

 Giảm thiểu cácbon trong cuộc sống

 Sử dụng năng lượng hiệu quả, hạn chế

sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch

 Chuyển sang sử dụng năng lượng phát

thải ít cácbon

 Đầu tư vào các giải pháp thay thế sạch

hơn, tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế mới

Một số biện pháp khác

• Đánh giá khả năng tổn thương của các hoạt động khai thác và nuôi trồng thủy sản;

• Tăng cường quản lý vùng ven biển để giảm ô nhiễm bắt nguồn

từ đất liền, khai thác quá mức và tổn hại về nguồn lợi;

• Tạo ra các môi trường sống mới như rạn san hô nhân tạo để hoạt động như vườn ươm cá ở những nơi xảy ra sự phá hủy rạn san hô.

• Xem xét sự phát triển của bất kỳ chính sách nào có liên quan đến công tác bảo tồn, sử sụng bền vững và khai thác hệ sinh thái biển.

• Tăng cường hợp tác nghiên cứu quốc tế với những vấn đề tác động của tăng cường không khí CO2 về hóa học đại dương và các tác động đến các sinh vật nhạy cảm hay các hệ sinh thái

23

KẾT LUẬN

Biến đổi khí hậu (BĐKH) là vấn đề đang được toàn

nhân loại quan tâm BĐKH đã và đang tác động trực tiếp

đến đời sống kinh tế-xã hội và môi trường toàn cầu.

đại dương, đe dọa nghiêm trọng môi trường của các sinh

vật biển và đời sống kinh tế xã hội

Vì vậy, cần phải có những hành động nhằm thúc đẩy

chương trình đánh giá nguy cơ axít hóa để giúp các nước

phát triển đề ra các chính sách phù hợp để giảm thiểu tác

động quá trình axít hóa.

Tài liệu tham khảo

1 Lưu Đức Hải, Nguyễn Ngọc Sinh – Quản lý môi trường cho sự phát triển bền vững, NXS ĐHQGHN 2000

2 Nguyễn Đức Ngữ - Biến đổi khí hậu, 2008

3 ADB, 2009, The Economics of Climate Change in Southeast Asia: A Regional Review

4 ADB, 2009, Asian Development Outlook Rebalancing Asia’s Growth.

5 Luke M.Brander, The Economic Impact of Ocean Acidification on Coral Reefs

6 Nathalie Hilmi, mediterrancean Countrie’s Potential Vunerabiility to Ocean Acidification, 9.1.2011

7 Scott C Doney, Victoria J Fabry, Richard A Feely and Joan A Kleypas, Ocean Acidification: The Other CO2 Problem, 2008.

8 O Hoegh-Guldberg et al, Coral Reefs Under Rapid Climate Change and Ocean Acidification, American Association for the Advancement of Science, p.1737-1742, 2007.

9 Richard A Feely, Scott C Doney and Sarah R Cooley, Ocean acidification : Present conditions and Future changes in a High-CO2 World, Oceanography, 2009.

10 The Royal Society, Ocean acidification due to increasing atmospheric carbon dioxide, 2005.