BAI GIANG HOA MOI TRUONG NOP SUA CUOI

Hóa học môi trường nghiên cứu các nguồn, các phản ứng, sự vận chuyển,hiệu ứng và sự tồn tại các chất hóa học trong khí quyển, thủy quyển, địa quyển,sinh quyển và ảnh hưởng hoạt động của

CHƯƠNG 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.Môi trường.

Môi trường là tổng hợp tất cả các thành phần của thế giới vật chất bao quanh,

có ảnh hưởng tới một vật thể hay một sự kiện có khả năng tác động đến sự tồn tại

và phát triển đối với mỗi sinh vật

Thành phần tự nhiên, môi trường của trái đất bao gồm: khí quyển, thủyquyển, địa quyển và sinh quyền

Môi trường của các cơ thể sống là tổng hợp những điều kiện bên ngoài cóảnh hưởng tới đời sống và sự phát triển của cơ thể sống đó

Đối với con người, môi trường sống là tổng hợp các điều kiện vật lý, hóahọc, kinh tế, xã hội có ảnh hưởng tới sự sống của từng cá nhân, của cả cộng đồng.Môi trường sống của con người là cả vũ trụ bao la, trong đó hệ mặt trời và trái đất

có ảnh hưởng trực tiếp và rõ rệt nhất

Môi trường sống gọi là sinh quyền, nó gồm các thành phần hữu sinh baogồm các sinh vật sống như thực vật (chúng có khả năng tạo các chất dinh dưỡng từcác chất vô cơ đơn giản, đồng thời chúng có khả năng phân giải các chất hữu cơ đểsinh sống và giải phóng các chất vô cơ), các động vật và con người và các thànhphần vô sinh( bao gồm các chất vô cơ có tham gia vào chu trình tiến hóa vật chấtnhư CO2, H2O, O2, C, N, S, P…và các chất hữu cơ riêng biệt như các gluxit, lipit,protit, mùn,…, các yếu tố vật lý như nhiệt độ, áp suất, ánh sang, độ ẩm…) Cácthành phần này có quan hệ chặt chẽ và tương tác lẫn nhau rất phức tạp

Trong sinh quyển, ngoài vật chất, năng lượng còn có thông tin, nó biểu hiệnmức độ phức tạp và phát triển cao nhất là trí tuệ con người điều đó hình thành kháiniệm trí quyển những thành tựu mới nhất của khoa học và kỹ thuật cho thấy tríquyển đang thay đổi nhanh chóng với tốc độ vũ bão, phạm vi tác động của nó rất tolớn và ngày càng mở rộng kể cả trong vũ trụ, ngoài trái đất

Về mặt xã hội, mối quan hệ giữa các cá thể con người với nhau, giữa các giađình, họ tộc, giữa các cộng đồng bộ tộc, quốc gia…của các hình thái kinh tế xã hội

có tác động mạnh tới môi trường vật lý và môi trường sinh học

Khi đánh giá chất lượng môi trường, người ta thường so sánh với chất lượngmôi trường quy chuẩn của từng quốc gia hay của các tổ chức quốc tế Dựa theo yêucầu và mục đích đánh giá chất lượng môi trường mà chia môi trường thành từngvấn đề sau:

- Môi trường vật lý, đất, nước, không khí, sinh vật

- Môi trường sinh thái, kinh tế- xã hội-văn hóa

- Môi trường quan hệ giữa các cá nhân, gia đình, cộng đồng, quốc gia

- Mổi trường xung quanh như lao động, việc làm, ăn ở, sinh hoạt nghỉ ngơi,giải trí, điều kiện thiên nhiên, xã hội

1.2 Hóa học môi trường

Hóa học môi trường là môn khoa học nghiên cứu các hiện tượng hóa học xảy

ra trong môi trường

Hóa học môi trường nghiên cứu các nguồn, các phản ứng, sự vận chuyển,hiệu ứng và sự tồn tại các chất hóa học trong khí quyển, thủy quyển, địa quyển,sinh quyển và ảnh hưởng hoạt động của con người đến các quá trình này

Hóa học môi trường là môn khoa học đa nghành bởi nó mô tả các quá trìnhhóa học xảy ra trong môi trường, nhưng các quá trình đó có liên quan chặt chẽ vớinhiều lĩnh vực khoa học khác nhau như hóa sinh, hóa địa, hóa học về nước, hóaphân tích, hóa hữu cơ, hóa vô cơ…, vật lý, cũng như các ngành khoa học kỹ thuậtkhác như sinh học, địa chất học, y học, khoa học nông nghiệp, công nghiêp…Cácquá trình hóa học xảy ra trong môi trường là một không gian mở, thành phần vàtính chất thay đổi liên tục trong các quá trình hóa học nên rất phức tạp

Hóa học môi trường khí quyển nghiên cứu về nguồn gốc, quá trình biển đổichuyển hóa và hình thành các chất trong khí quyển Hóa học môi trường thủyquyển nghiên cứu về nguồn gốc, quá trình vận chuyển, đặc tính và hình thái hóahọc của các chất trong môi trường nước trong quá trình sinh tồn và phát triển, conngười đã khai thác các tài nguyên trong đất để phục vụ cho cuộc sống của mình,

trường nghiên cứu quá trình chuyển hóa các chất gây ô nhiễm môi trường vào cơthể động vật, thực vật nói chung cũng như con người và tác hại của chúng ra saođối với sinh vật, cũng là nhiệm vụ rất quan trọng của hóa học môi trường Sinhquyển liên quan tương hỗ với các thành phần của môi trường như khí quyển, thủyquyển, địa quyển nên sinh quyển không có ranh giới rõ rệt với cả ba thành phần củamôi trường, sự sống chỉ tồn tại và phát triển trong những điều kiện nhất định củamôi trường.

1.3 Ô nhiễm môi trường

Môi trường thiên nhiên bao gồm các yếu tố tự nhiên như vật lý, hóa học, sinhhọc, các yếu tố này tồn tại khách quan ngoài ý muốn của con người

Ô nhiễm môi trường là do những tác động làm thay đổi các thành phần vật

lý, hóa học, sinh học, các năng lượng, các bức xạ… Các thay đổi này tạo nên sựmất cân bằng trạng thái môi trường, gây ảnh hưởng xấu tới sinh vật và môi trường

tự nhiên bằng con đường trực tiếp thông qua hô hấp, thức ăn, nước uống hoặc giántiếp như sự thay đổi khí hậu, sự suy thoái tự nhiên…

Chất gây ô nhiễm môi trường do những chất do điều kiện nào đó (tự nhiênhay nhân tạo) được đưa vào môi trường một lượng lớn chất gây tác hại cho môitrường tự nhiên, cho sinh vật và con người Chất ô nhiễm tự nhiên đó là những chấtđược đưa vào môi trường do các hoạt động tự nhiên như cháy rừng, bão, lụt, sựphun của núi lửa, các chất phóng xa, phấn hoa…Sự ô nhiễm tự nhiên thường khônglớn, có tính cục bộ từng vùng và qua một thời gian môi trường lại tự điều chỉnhđược Sự ô nhiễm nhân tạo là do các hoạt động của con người gây nên như sản xuấtcông, nông nghiêp, giao thông vận tải, sinh hoạt đô thị…Các hoạt động của conngười ngày càng lớn và càng phức tạp nên các chất gây ô nhiễm thải vào môitrường ngày càng nhiều, vượt quá giới hạn cho phép nên môi trường không tự làmsạch được, gây ô nhiễm

Lưu trình vận chuyển các chất gây ô nhiễm môi trường vào con người có thểtóm tắt theo sơ đồ:

Các chất gây ô nhiễm có thể tồn tại trong môi trường ở nhiều hình thái hóahọc khác nhau (vô cơ, hữu cơ, trạng thái hóa trị…), mỗi hình thái có độ bền và độc

Các chất gây ô nhiễm

Khí quyển

tính khác nhau Việc xác định hình thái hóa học tồn tại ở các chất ô nhiễm là rấtquan trọng vì có thể đối với cùng một nguyên tố, hình thái này bền hơn hình tháikia, hình thái này độc hơn hình thái khác Ví dụ thủy ngân kim loại ít độc, nhưnghơi thủy ngân kim loại rất độc Trong các trường hợp chất của thủy ngân thì hợpchất thủy ngân (I) ít độc, nhưng ở trạng thái thủy ngân (II) rất độc và độc chất là

CH3Hg+

1.4 Quan trắc và phân tích môi trường

Để đánh giá chất lượng môi trường và tác động độc hại của các chất gây ônhiễm môi trường đối với khí hậu và sinh quyển, cần phải quan sát (quan trắc) vàxác định (phân tích) sự thay đổi thành phần của môi trường

Môi trường là khoảng không gian mở, bao la, vì vậy việc quan trắc và phântích môi trường phải được theo dõi thường xuyên, liên tục, có như vậy mới pháthiện được sự kịp thời sự xuất hiện và nguồn gốc của các chất gây ô nhiễm phát thảivào môi trường, hàm lượng của chúng là bao nhiêu Dựa vào tính chất và lượngchất gây ô nhiễm ta có thể suy đoán sự lan truyền của chúng trong môi trường sinhthái, khả năng tồn tại, tích tụ, sa lắng theo thời gian, tác động độc hại của chúng đốivới môi trường sống Từ đó mà có phương hướng và đặt kế hoạch, chống ô nhiễm,khác phục các hậu quả ô nhiễm để bảo vệ môi trường trong sạch

Phân tích môi trường là xác định các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chínhxác mức độ ô nhiễm, như:

- Các chỉ tiêu vật lý (nhiệt độ, áp suất, màu, mùi…);

- Các chỉ tiêu hóa lý ( độ axít, độ pH, các chất rắn, độ đục…);

- Các chỉ tiêu kim loại nặng;

- Các chỉ tiêu phi kim gây độc;

- Các chất hữu cơ (dầu, mỡ, thuốc bảo vệ thực vật (BVTV), chất kháng sinh,các chất hoạt động bề mặt…);

- Các chỉ tiêu khí, bụi độc hại;

- Các chỉ tiêu vi sinh (nấm mốc, vi khuẩn, vi trùng…);

- Các chất phóng xạ;

- Các sinh vật phù du độc hại, rong rêu

1.5 Con người và môi trường

Cũng như tất cả các sinh vật khác, hoạt động của con người là những quátrình sinh lý, sinh hóa diễn ra trong các cơ quan chức năng Trong các hoạt độngsống của mình, con người cần phải đồng hóa các yếu tố của môi trường để tạo dựng

cơ thể, đồng thời đào thải vào môi trường các loại chất thải Con người thực hiệnquá trình trao đổi chất như hít thở khí trời, uống nước, khai thác các nguồn thức ăn

từ các muối khoáng, các loại động, thực vật sống trên cạn và dưới nước Con ngườicòn lấy từ thiên nhiên những nguyên vật liệu để may mặc, chế tạo công cụ laođộng, sử dụng năng lượng thay thế sức lực lao động cơ bắp, tăng hiệu suất hữu ích.Con người luôn tìm cách khai thác thiên nhiên, mở rộng tầm nhìn và vươn tới vũtrụ bao la…để không ngừng nâng cao mức sống ngày càng đòi hỏi cao hơn củamình Bằng trí tuệ ngày càng phát triển cao của mình, trong hoạt động sống conngười không chỉ đòi hỏi ở thiên nhiên mà còn luôn cải tạo thiên nhiên, biến cáccảnh quan tự nhiên hoang sơ thành những cảnh quan văn hóa và tạo dựng nhiềuđiều kiện mới thuận tiện và đầy đủ nhằm thỏa mãn các nhu cầu vật chất và tinhthần ngày càng cao, ngày càng đa dạng, phong phú của mình

Song con người không thể thoát khỏi các yếu tố ảnh hưởng của môi trường

tự nhiên và môi trường xã hội Ngược lại, các hoạt động của con người cũng gây ranhững biến đổi làm suy thoái môi trường và các hệ sinh thái tự nhiên Các hoạtđộng của cong người trong nông, công, lâm, ngư nghiệp, trong giao thông vân tải,các hoạt động chiến tranh…kể cả các hình hoạt thường ngày, đã thải vào môitrường biết bao nhiêu loại chất thải: chất thải khí, chất thải lỏng, chất thải phóngxạ…gây ô nhiễm, có tác hại đến môi trường Lượng chất thải mà con người thảivào môi trường ngày một tăng, gây ô nhiễm tràn lan khắp mọi lĩnh vực đất, nước,

kể cả đại dương, bầu khí quyển cả trên độ cao hàng chục ngàn mét…

Ở các nước công nghiệp, đất canh tác ngày càng bị thu hẹp nhường chỗ chocác khu công nghiêp phát triển như vũ bão Đất không chỉ mất lớp phủ thực vật dophá rừng mà còn là nghĩa địa chôn cất các bã phóng xạ, chất thải công nghiệp vàsinh hoạt

Trên đất nông nghiệp, do thâm canh, chặt phá cũng như đốt rừng lấy đấttrồng trọt nên khí hậu bị biến đổi, đất bị thoái hóa, do dùng phân bón và các chất

bảo vệ thực vật để tăng năng suất cây trồng nhưng lại gây ô nhiễm bởi các chất hóahọc.

Nguồn nước sạch, kể cả nước ngầm cũng bị thu hẹp dần và ngày càng bị ônhiễm bởi không những do tốc độ khai thác và sử dụng nguồn nước ngày càng lớn,

mà cả do sử dụng các chất hóa học trong sản xuất nên đã gây ô nhiễm các nguồnnước, chẳng hạn hàm lượng nitrat ( là một trong những chất độc) trong nước ngầm

đã tăng lên 3 lần so với 20-30 năm trước đây

Biển và đại dương hàng năm nhận trung bình 1.6 triệu tấn dầu rò rỉ từ các tầuthuyền thải xuống, do tai nạn của các vụ đắm tầu Đại dương còn là bãi chôn cácchất thải phóng xạ

Không khí bị ô nhiễm, khí hậu bị thay đổi Rừng bị khai thác bừa bãi nêndiện tích rừng hàng năm bị thu hẹp dần ( mà rừng là lá chắn bảo vệ đất không bị sóimòn, tránh lũ lụt, rừng là bộ máy điều hòa và duy trì tỷ lệ CO2/O2 trong khí quyển,nền sản xuất công nông nghiệp hàng năm thải vào khí quyển khoảng 1-2 tỷ tấn CO2

và lượng này cứ tăng lên dần theo tốc độ công nghiệp hóa, đô thị hóa và nạn phárừng Lượng khí SOX, CH4, CFC, NOX … thải vào không khí cũng ngày một tănggây nên hiện tượng phá hủy tầng ozon, mưa axit và hiệu ứng nhà kính làm tăngnhiệt độ trái đất và thay đổi khí hậu toàn cầu

Muốn tăng của cải, nâng cao đời sống vật chất và tinh thần, con người khôngngừng khai thác tài nguyên, phát triển kinh tế, áp dụng các tiến bộ khoa học, côngnghệ để tăng năng suất lao động… song điều đó lại gây nên mâu thuẫn lớn là làmgiảm sút tài nguyên, gây ô nhiễm môi trường, tác động tiêu cực đến cuộc sống Bởivậy con người phải vận dụng tri thức để điều hòa hợp lý hai mặt mâu thuẫn này thìmới phát triển bền vững

Môi trường và sự phát triển kinh tế xã hội có quan hệ chặt chẽ với nhau bởi

vì môi trường là điều kiện của sự tồn tại và phát triển của nền kinh tế xã hội, nócung cấp tài nguyên cho sự phát triển kinh tế Sự phát triển kinh tế, giao thông vậntải, đô thị hóa…cần các tài nguyên thiên nhiên khoáng quạng, dầu mỏ, khí đốt, đấtđai,… để xây dựng đô thị, phát triển công nghiệp hóa học, chế biến thực phẩm, cácloại thuốc bảo vệ thực vật, nhưng phát triển kinh tế làm ô nhiễm môi trường trầm

trọng bởi phá rừng để lấy đất, trong sản xuất và sinh hoạt thải vào môi trường cácchất thải độc hại cho các hệ sinh thái, động thực vật Vì vậy mọi kế hoạch phát triểnkinh tế và xã hội phải gắn chặt với kế hoạch bảo vệ môi trường thì xã hội mới pháttriển bền vững.

1.6 Vấn đề toàn cầu của môi trường

Sự sinh trưởng và phát triển của các sinh vật trong các hệ sinh thái chịu tácđộng của rất nhiều yếu tố Các yếu tố này tác động lên cơ thể sống không như nhau:Một số nhân tố ảnh hưởng không rõ rệt đến đời sống của các sinh vật như các khíhiếm có trong khí quyển, rất nhiều nhân tố có ảnh hưởng quyết định đến sự tồn tại

và phát triển của sinh vật ( các nhân tố này gọi là nhân tố sinh thái) như ánh sang,nhiệt độ, nước, các chất khoáng…

Trong cách nhân tố sinh thái lại chia thành những nhân tố thiết yếu cho đờisống sinh vật, thiếu nó thì các sinh vật không tồn tại được (gọi là các điều kiện sinhtồn của sinh vật) bên cạnh độ lại có những yếu tố chỉ có tác động có hại cho sinhvật

Các sinh vật tồn tại trên trái đất bị chi phối bởi bốn kiểu môi trường: môitrường đất, môi trường nước, môi trường không khí, và môi trường các sinh vậtkhác

Những năm gần đây vấn đề bảo vệ môi trường được nhiều quốc gia trên thếgiới đặc biệt quan tâm nhằm bảo vệ và phát triển sự sống trên trái đất một cách bềnvững Vấn đề môi trường không thể chỉ bó hẹp trong từng quốc gia riêng lẻ mà nótrở thành vấn đề toàn cầu

Từ sau hội nghị của liên hợp quốc về môi trường diễn ra vào năm 1972 ởStockhom, đặc biệt khi tổ chức môi trường quốc tế công bố chiến lược bảo vệ môitrường toàn cầu (1980), vấn đề môi trường, bảo vệ môi trường và phát triển bềnvững đã trở thành vấn đề lớn có tính toàn cầu và được mọi người, mọi quốc giaquan tâm

Chiến lược bảo vệ môi trường toàn cầu đã nhấn mạnh: Bảo vệ môi trườngkhông đối lập với phát triển xã hội, bảo vệ bao gồm bảo tồn và sử dụng hợp lý tàinguyên thiên nhiên nhằm mục đích làm cho xã hội phát triển, nhưng phát triển bền

vững để con người có cuộc sống hạnh phúc không chỉ cho thế hệ hôm nay mà cảcho các thế hệ mai sau Chiến lược bảo vệ môi trường toàn cầu khẳng định loàingười tồn tại như một bộ phận của thiên nhiên, loài người sẽ không tồn tại haykhông có tương lai nếu thiên nhiên không được bảo vệ Ngược lại, nếu thiên nhiênkhông được bảo vệ thì xã hội loài người không phát triển được, sự nghèo đói và bấthạnh của hàng tỷ người trên trái đất không được đẩy lùi, giảm bớt.

Vì vậy muốn phát triển thì phải bảo vệ và bảo vệ là để phát triển Điều đó cónghĩa là giữa phát triển và bảo vệ có đặc tính phụ thuộc và liên quan chặt trẽ vớinhau, chúng mâu thuẫn mà thống nhất với nhau và được gọi bằng thuật ngữ bảo vệmôi trường và phát triển bền vững

“Chiến lược bảo vệ toàn cầu” nhấn mạnh vào ba mục tiêu:

- Phải duy trì các quá trình sinh thái quan trọng của các hệ nhằm bảo đảm sựsống

- Phải bảo tồn tính đa dạng di truyền

- Phải sử dụng bền vững bất kỳ một loài hoặc một hệ sinh thái nào

Vào những năm của thập kỷ 80 của thế kỷ XX, tính cấp thiết và phức tạp củavấn đề bảo vệ môi trường ngày càng rõ rệt và đỏi hỏi con người phải có nhữnghành động cụ thể Do đó toàn thế giới đã nhất trí đề ra chiến lược “Cứu lấy trái đất”nhằm nâng cao cuộc sống của con người, đồng thời bảo toàn được tính đa dạng của

sự sống trên trái đất

Chiến lược “cứu lấy trái đất” là một chiến lược toàn diện, đã đưa ra chiếnlược đầy đủ, rõ rang và rộng rãi trên toàn thế giới nhằm mục đích tạo ra những thayđổi trong nhận thức và cách sống hiện nay để xây dựng một xã hội loài người bềnvững

Các nguyên tắc của chiến lược “cứu lấy trái đất” được tóm tắt như sau:

1 Tôn trọng và quan tâm đến cuộc sống cộng đồng.

Nguyên tắc này nói lên trách nhiệm của con người là phải quan tâm đếnngười khác và các hình thức khác của cuộc sống hiện tại và tương lai Đây là mộtnguyên tắc thuộc về đạo đức Nguyên tắc này đề ra sự phát triển của cá nhân, cộngđồng, của quốc gia này không được gây ảnh hưởng, làm thiệt hại đến quyền lợi cá

nhân, cộng đồng của quốc gia khác và của các thế hệ mai sau Đây là nguyên tắcquan trọng nhất trong toàn bộ chiến lược “cứu lấy trái đất”.

2.Cải thiện chất lượng cuộc sống con người.

Mục đích của sự phát triển là nhằm cải thiện chất lượng cuộc sống conngười Mỗi dân tộc, mỗi quốc gia đều có những mục đích khác nhau trong chiếnlược phát triển của dân tộc, quốc gia mình và đều nhằm tới mục tiêu cuối cùng làxây dựng cuộc sống lành mạnh, có một nền giáo dục tốt, có đủ tài nguyên cho cuộcsống, về mặt chính trị xã hội, con người phải có quyền tự do, xã hội, công bằng,văn minh, đảm bảo an toàn và không có bạo lực

3.Bảo vệ sự sống và tính đa dạng sinh học của trái đất.

Sự phát triển phải dựa trên cơ sở bảo vệ và ngược lại Muốn vậy đòi hỏi cáchoạt động phải hết sức thận trọng, cân nhắc kỹ trước khi hành động để bảo vệ đượccấu trúc, chức năng và tính đa dạng của các hệ thống thiên nhiên trên trái đất mà sựsống của con người hoàn toàn lệ thuộc vào các hệ thống đó, cụ thể:

- Bảo vệ hệ thống nuôi dưỡng sự sống Hệ thống này là các quá trình sinh tháiđược dùng để nuôi dưỡng và bảo tồn sự sống Điều này có nghĩa là phải điều chỉnh

để tạo được môi trường khí hậu tốt, không khí và nước trong lành, điều hòa dòngchảy, chu trình vận chuyển các yếu tố cơ bản, kiến tạo và cải tạo đất trồng…làmcho các hệ thống sinh thái được hồi phục và luôn phát triển

- Bảo vệ tính đa dạng sinh học không những của các loài động vật, thực vật,các tổ chức sống khác mà còn cả vốn gen di truyền có trong mỗi loài và các dạng

hệ sinh thái khác nhau

- Bảo đảm chắc chắn việc sử dụng bền vững các nguồn tài nguyên tái tạo nhưđất, động vật hoang dã, động vật nuôi, rừng, bãi chăn thả, đất trồng, các hệ sinh thái

cá nước ngọt và nước mặn…sử dụng khai thác, nhưng đồng thời phải tái tạo pháttriển, có nghĩa là phải sử dụng bền vững và sử dụng trong phạm vi cho phép để tạonguồn tài nguyên có thể phục hồi lại

Để thực hiện được những nhiệm vụ chiến lược trên, đòi hỏi phải vận dụngnhững kết quả nghiên cứu của các nghành khoa học trong đó có nghành hóa họcmôi trường

CHƯƠNG 2.

HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG KHÍ QUYỂN

Khí quyển là lớp vỏ khí bao quanh trái đất Trong khí quyển có khoảng 50hợp chất hóa học khác nhau, giữa chúng hình thành hàng loạt các phản ứng và nằmcân bằng với nhau Càng lên cao áp suất càng giảm, ở độ cao 100km áp suất giảm 1triệu lần so với áp suất ở mặt đất

2.1.Các tầng của khí quyển.

Các tầng của khí quyển được chia theo độ cao và các đặc điểm về nhiệt độ,

áp suất

Hình 2.1 cấu trúc của khí quyển.

2.1.1.Tầng đối lưu ( tropostphere)

Là tầng nằm sát ngay mặt đất có độ cao từ 0-15 km (dao động từ 8km ở cácđới cực và khoảng 18km ở xích đạo) Các khí trong khí quyển tập trung chủ yếu ởtầng này (tổng khối lượng khí trong khí quyển khoảng 5,15.1015 tấn thì ở tầng nàykhối lượng chiếm khoảng 4,12.1015) Thành phần của khí trong khí quyển chủ yếu

là N2, O2, CO2 và hơi nước Khí trong tầng này không đồng nhất về tỷ khối và nhiệt

độ, càng lên cao tỷ khối khí và nhiệt độ càng giảm Nhiệt độ trong tầng đối lưu thayđổi từ +40oC tới -50oC Nhiệt độ ở gần mặt đất nóng do sự phát nhiệt của trái đất, ởđỉnh tầng đối lưu lạnh hơn cả (-50oC) Các khí trong tầng này luôn có sự xáo trộn

do sự chênh lệch nhiệt độ ở các vùng khác nhau và do các dòng khí chuyển độngtheo cả chiều thẳng đứng lẫn chiều ngang Thành phần nước trong khí quyển tuântheo vòng tuần hoàn nước tự nhiên Về phương diện thành phần, không khí trongtầng đối lưu tương đối đồng nhất nếu như không có sự ô nhiễm do có sự luânchuyển thường xuyên của các khối không khí Các khí ô nhiễm phát thải vào khí

quyển do hoạt động tự nhiên và con người cũng dễ dàng bị xáo trộn để pha loãnghoặc biến đổi trong tầng đối lưu.

Lớp khí ở đỉnh tầng đối lưu (có bề dầy khoảng 1km) là tầng chuyển tiếp giữatầng đối lưu ở phía dưới và tầng bình lưu ở phía trên được gọi là tầng tạm dừng, lớpnày được đánh dấu bởi sự nghịch chuyển của sự biến thiên nhiệt độ từ âm sangdương

2.1.2 Tầng bình lưu (stratosphere)

Tầng này còn gọi là tầng bình lặng, có độ cao tư 15-50km, nhiệt độ ở tầngnày cũng tăng cùng với sự tăng của độ cao từ -50oC đến -2oC Sự tăng nhiệt độ ởtầng này có thể giải thích là do ozon ở đây hấp thụ các tia tử ngoại của ánh sángmặt trời và tỏa nhiệt

O3 O2 + O +Q

Thành phần chủ yếu của các khí trong tầng này là O3, O2, N2 và một số gốchóa học Tầng sát với lớp tạm dừng có chiều cao từ 20-30 km so với mặt đất, tầngnày có nồng độ ozon khoảng từ 10-15 ppm được gọi là tầng ozon, tầng này hấp thụcác tia tử ngoại của ánh sáng mặt trời Tầng ozon đóng vai trò cực kỳ quan trọng,

nó có tác dụng như lá chắn bảo vệ cho sự sống trên trái đất, tránh được tác dụng cóhại của các tia tử ngoại do mặt trời chiếu xuống

Trong tầng bình lưu, các khí ít bị khuấy trộn nên thời gian lưu của các phần

tử hóa học ở vùng này tương đối dài Nếu như các chất ô nhiễm nào di chuyểnđược tới tầng bình lưu thì chúng sẽ gây nhiễm độc lâu hơn nhiều so với ảnh hưởngcủa nó ở tầng đối lưu

2.1.3 Tầng trung quyển (mesosphere).

Tầng này còn gọi là tầng trung gian có độ cao khoảng 50-85km so với mặtđất Trong tầng này nhiệt độ giảm dần theo độ cao từ -2oC đến -90oC Tầng nàycũng có một lớp tạm dừng ngăn cách với tầng bình lưu, đánh dấu sự biến thiênnhiệt độ từ dương sang âm Nguyên nhân có thể do nồng độ các khí trong tầng nàyrất loãng nên khả năng hấp thụ các tia sáng mặt trời thấp Các khí trong tầng nàyhấp thụ các tia tử ngoại của bức xạ mặt trời rồi phân ly thành nguyên tử và bị ion

+hυ(λ: 200-300nm)

hóa, cho nên thành phần các chất chủ yếu trong tầng này là O, O+, O2+, NO+, N2,e…

2.1.4 Tầng nhiệt quyển (themalsphere).

Tầng này còn được gọi là tầng ion, có độ cao từ 85-100km Nhiệt độ trongtầng này lại tăng lên theo độ cao từ -90oC đến 1200oC Trong tầng này, do tác dụngcủa các bức xạ mặt trời, nhiều phản ứng hóa học xảy ra với các phân tử khí như:oxi, ozon, nito, oxit nito, hơi nước, CO2…tạo thành các nguyên tử và các ion O+,

O2+, NO+, e, CO32-, NO2-, NO3-…, nhiều hạt khi hấp thụ các tia tử ngoại xa (có bướcsóng nhỏ hơn 200nm) tạo ra phản xạ sóng điện từ và các ion…

2.1.5 Tầng ngoại quyển (exosphere)

Tầng này còn gọi là tầng điện ly hay tầng ngoài có độ cao trên 800 km Ởtầng này có mặt các ion O+ (ở độ cao ≤ 1500 km), He+ (ở độ cao ≤ 1500 km), H+ (ở

độ cao ≥ 1500km) Từ tầng này hàng năm có khoảng vài ngàn tấn hidro tách ra và

đi vào vũ trụ Cũng từ tầng này các dòng plasma do mặt trời thải ra và một ít bụi vũtrụ đi vào khí quyển trái đất Nhiệt độ của tầng này rất cao, khoảng 1700oC

Khoảng xa hơn nữa (ước chừng khoảng ≥ 1000 km) được gọi là khoảngkhông vũ trụ Giới hạn của khoảng này không xác định được

2.2 Thành phần của khí quyển.

Khí quyển là môi trường truyền các bức xạ mặt trời vào trái đất Các bức xạmặt trời đi vào khí quyển trái đất thì 24,5% bị khí quyển hấp thụ, 30,5% bị phản xạlại vũ trụ bởi các đám mây và bề mặt trái đất, còn 45% truyền tới bề mặt trái đất đểđốt nóng không khí, sưởi ấm bề mặt trái đất, tham gia vào các phản ứng quang hóa,quang hợp, làm bốc hơi nước và các vi sinh vật hấp thụ

Thành phần của khí quyển sạch chưa bị ô nhiễm gồm rất nhiều chất, baogồm các chất chính sau ( tính theo phần trăm thể tích của không khí): Nito(78,082), oxi (20,95), hơi nước (0,1-5), Aragon (0,934), khí cacbonic ( 0,035), neon(1,82.10-3), heli (5,2.10-4), metan (1,6.10-4), NO2 (2.10-6), NH3 (6.10-7), SO2 (2.10-7),etan (7.10-8), CH3Cl (5.10-8), etylen (2.10-8), CCl4 (1.10-8), FCCl3 (1.10-8), F2CCl2

(1.10-8)… và một số khí ở dạng siêu vết Khối lượng của 1 mol không khí ở điềukiện tiêu chuẩn là 28,97 Hàm lượng của các khí có trong không khí thay đổi tùy

theo thời gian, vị trí địa lý và kết quả hoạt động của các quá trình tự nhiên (núi lửa,thiên tai) và nhân tạo Chẳng hạn do hoạt động công nghiệp mà trong vòng 100năm nay, lượng CO2 trong khí quyển đã tăng từ 0,029% lên 0,035%

Ngoài thành phần các khí, trong khí quyển có các cấu tử ở dạng sol khí, bụinhư bụi đất, bụi biển, bụi do hoạt động của núi lửa, bụi phóng xạ, bụi kim loại, oxitkim loại, phấn hoa, các hạt muối…

2.3 Các phản ứng xảy ra trong khí quyển

Các thành phần trong khí quyển hấp thụ các bức xạ mặt trời nên trong một sốđiều kiện nhất định, chúng đã thực hiện phản ứng quang hóa ra nhiều sản phẩm thứcấp, đặc biệt là các hợp chất gốc Các khí trong khí quyển cùng với các sản phẩmthứ cấp, các hợp chất gốc lại phản ứng hóa học với nhau tạo thành nhiều sản phẩmkhác Bởi vậy các phản ứng xảy ra trong khí quyển rất phức tạp

2.3.1 Phản ứng quang hóa trong khí quyển.

Phản ứng quang hóa là phản ứng hóa học khi năng lượng cần thiết cho phảnứng là do các tia sáng cung cấp

Các phân tử và nguyên tử chỉ hấp thụ chọn lọc các tia sáng có bước sóngnhất định Năng lượng của hạt photon được biểu diễn bằng biểu thức

Khi năng lượng của các photon lớn hơn năng lượng liên kết giữa các nguyên

tử trong phân tử thì nó có thể phá hủy liên kết giữa các nguyên tử, tạo thành các

gốc Một số các liên kết hóa học đơn giản có năng lượng liên kết bị phá hủy bởiphoton có độ dài sóng (nm) được trình bày trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Năng lượng liên kết hóa học của một số liên kết đơn giản, những liên kết này bị phá hủy bởi các photon của các tia sáng có độ dài sóng(nm)

Liên kết Năng lượng liên kết

Phản ứng quang hóa xảy ra theo các nguyên tắc sau:

- Phản ứng quang hóa chỉ xảy ra với các phân tử có khả năng hấp thụ cácphoton mà nó gặp

- Mỗi photon được hấp thụ chỉ có thể kích hoạt một phân tử duy nhất

- Cường độ dòng sáng hấp thụ (IA) được xác định bởi hiệu của cường độ dòngsáng ban đâu (I0) với cường độ dòng sáng khi đi qua lớp khí (I) (hay dung dịch) vàtuân theo định luật hấp thụ quang của Lambert-Beer

IA=I0-I=I0(1-e-klc)

- Năng lượng của photon được hấp thụ (E=h ) phải lớn hơn năng lượng liênkết hóa học thì sinh ra phản ứng phân ly quang hóa, còn nếu lớn hơn năng lượnghoạt hóa thì chỉ lên trạng thái kích thích (trạng thái kích hoạt)

Phản ứng kích hoạt quang hóa:

+hυ

2.3.2.Phản ứng hóa học xảy ra trong khí quyển

Các phản ứng hóa học xảy ra trong khí quyển khác với các phản ứng hóa họcdiễn ra trong phòng thí nghiệm hoặc trong kỹ thuật bởi vì các phản ứng hóa họctrong khí quyển diễn ra trong phạm vi toàn cầu, rất phức tạp, nó diễn ra trong hệ

mở mà phần lớn các chất tham gia phản ứng có sự kết hợp gắn bó với các quá trìnhvật lý và sinh học, phản ứng còn có sự tham gia của các gốc được tạo ra từ cácphản ứng quang hóa

2.4 Các hợp chất của một số nguyên tố chủ yếu trong khí quyển.

2.4.1 Oxi và các hợp chất quan trọng của oxi trong khí quyển.

Trong thủy quyển, oxi là thành phẩn cơ bản của H2O và khí oxi tan trongnước.

Trong địa quyển, oxi tác dụng với các kim loại, phi kim tạo thành các khoángnhư Ca3(PO4)2, CaSO4, MnO2, Fe2O3, Al2O3…

Ở tầng bình lưu, O2 rất ít so với tầng đối lưu, bởi vì ở tầng này oxi tham giaphản ứng quang hóa tạo lên oxi nguyên tử, các gốc ion: O+, O, O2+, O3

O2 O + O

O3 O2 + O

O O+ + 1e

O2 O2+ + 1e

2.4.1.2 Ozon (là dạng thù hình của oxi)

Ở tầng đối lưu có rất it ozon, phần lớn do khuyếch tán ở tầng bình lưu xuống,một phần được tạo thành do phản ứng hóa học Phản ứng tạo thành và phân hủyozon ở tầng đối lưu được trình bày vắn tắt như sau

O + O2 O3

OOH + O3 2O2 +OH

Ở tầng bình lưu có một tầng khí ở độ cao 20-30 km, trong đó nồng độ O3 lêntới 10 -15 ppm Tầng khí này được gọi là tầng ozon Ozon có khả năng hấp thụ cácbức xạ tử ngoại, chính vì vậy tầng ozon có tác dụng như một lá chắn bảo vệ cácsinh vật trên trái đất khỏi bị các tia cực tím của ánh sáng mặt trời chiếu vào

Ozon được hình thành bởi phản ứng quang hóa

Song song với phản ứng quang hóa tạo ra ozon thì cũng có phản ứng quanghóa phân ly ozon

λ > 430nm

Các khí NOx trong khí quyển là các tác nhân làm phân hủy ozon, gây mưaaxit và tạo các khói quang hóa (peroxiaxylnitrat: PAN).

NO2 + H2O 2HNO3 + NO

N2O5 + H2O 2HNO3

2.4.3 Các hợp chất của cacbon trong khí quyển.

Các hợp chất của cacbon trong khí quyển chủ yếu là các hợp chất CO2, CO,các hidrocacbon ở thể khí Các hợp chất này chủ yếu là do con người tạo nên.Trong không khí, nồng độ CO2: 300.000 ppb, CO: 100ppb

Trong không khí sạch có tới 500 hợp chất hidrocacbon có nồng độ khácnhau, ví dụ như CH4 (1000ppb), C2H6 (0,7ppb), C2H4 (0,09ppb), C3H6 (0,05ppb),

Ngoài ra còn một cơ chế khác về quá trình oxi hóa ankan bởi O3, NO, NO2,

và các gốc HCO , HO , O…bằng phản ứng hóa học và quang hóa

CH4 + O CH3 + OH

CH4 + OH CH3 + H2O

CH3 + O2 HCH2O2 (hợp chất ankylpeoxi)

HCH2O2 + NO NO2 + HCH2O (gốc ankoxi)

Cơ chế tiếp theo lại xảy ra như trên

2.4.3.2.Phản ứng của hidrocacbon không no

+hυ

λ = 295nm

Phản ứng của hiđrocacbon không no với gốc OH , ví dụ:

Những hiđrocacbon không no phản ứng với O3 sẽ phá vỡ liên kết đôi và tạovòng, rồi phân li và tạo thành anđêhit

2.4.3.4.Phản ứng của hiđrocacbon thơm với gốc OH

+ OH

H OH

OH + H + OH

CHR + H2O

CH2R + OH

2.4.4 Các hạt bụi, các ion và các gốc hóa học trong khí quyển.

Trong khí quyển đặc biệt trong tầng đối lưu có tồn tại lượng lớn các hạt bụi.Trong 1cm3 không khí sạch cũng có tới vài trăm hạt bụi, còn không khí ô nhiễm cótới hàng chục, hàng trăm ngàn hạt Bụi có hai loại đó là bụi rắn, bụi sol khí Kíchthước của các hạt bụi dao động từ 0,1-10µm Những hạt bụi có kích thước càng nhỏthì thời gian lưu của chúng trong khí quyển càng lâu, càng có khả năng bay xa, lanrộng và xâm nhập vào mọi vị trí cơ thể động vật và người

Bụi có hai nguồn gốc đó là:

-Nguồn gốc tự nhiên như bụi biển, khói bụi, phấn hoa, tro núi lửa, sương mù… -Nguồn nhân tạo như bụi kim loại, oxit kim loại, bụi muối, bụi hữu cơ…

Bụi đóng vai trò:

+ Liên kết với các trường điện từ trong khí quyển tạo mây và sương mù

+ Cân bằng nhiệt của khí quyển trái đất qua sự phản xạ ánh sáng chiếu tới.+ Các hạt bụi là trung tâm cho quá trình ngưng tụ dị thể.

+ Các hạt bụi có thể là xúc tác cho một số phản ứng oxi hóa khử, phản ứngquang hóa

Các hạt bụi vô cơ là các bụi kim loại, oxit kim loại, muối…

3FeS2(r) + 8O2 6SO2 + Fe3O4(r)(dạng bụi)

CaCO3(r) CaO(r)(bụi ) + CO2(k)

SO2 + H2O + O2 2H2SO4(hơi) H2SO4(giọt)

H2SO4(giọt) + 2NH3 (NH4)2SO4(giọt)

H2SO4(giọt) + CaO CaSO4(bụi) + H2O

Các hạt bụi hữu cơ là những hạt có kích thước nhỏ, cỡ dưới 1µm rất độc hạiđối với sức khỏe, các hidrocacbon thơm đa vòng (PAH) ví dụ benzopyren là chấtgây ung thư Các hạt bồ hóng (muội than) hấp phụ lên bề mặt nó các hidrocacbon,các bụi oxit kim loại

Ở tầng ion, các khí rất loãng và chúng tồn tại chủ yếu là các ion dương và e:( O+, O2+, NO+, e…) và có chu kỳ tồn tại lâu Nhưng ở tầng đối lưu, nồng độ khítương đối cao nên các ion và e liên kết với nhau

Ngoài các ion, do các phản ứng quang hóa nên trong khí quyển còn tồn tạicác gốc hóa học tự do, các gốc tự do có khả năng phản ứng cao và thực hiện cácphản ứng dây chuyền tạo nên các gốc tự do mới

RH + O + O2 ROO + OH (RH là hiđrocacbon no)

CH3CHO CH3 + HCO

Các gốc tự do đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành khói quang hóa.Cũng có khí các gốc tự do liên kết với nhau khi đó phản ứng dây chuyền kết thúc.

Quá trình ô nhiễm tự nhiên ( như bụi đại dương, bụi cát, cháy rừng, sự phun củanúi lửa, phấn hoa…) thì khí quyển có thể tự làm sạch Nhưng những ô nhiễm củahoạt động con người gây nên, thải vào không khí một lượng khá lớn các khí, đặcbiệt là các khí độc hại, vượt quá khả năng tự làm sạch của khí quyển, khi đó khôngkhí bị ô nhiễm và gây độc hại lên các yếu tố sinh học cũng nhưng phi sinh học

2.5.1 Các khí gây ô nhiễm khí quyển điển hình.

Phần lớn các khí gây ô nhiễm khí quyển đều do hoạt động của con người thải

ra, đó là quá trình đốt cháy các nhiên liệu, do hoạt động sản xuất từ các nhà máy,các phương tiện giao thông vận tải…sự ô nhiễm các khí có tính toàn cầu và có tínhđộc hại khác nhau

Bảng 2.2 Nguồn phát sinh và tác động của một số khí ô nhiễm đối với môi trường

Khí ô Nguồn phát sinh Lượng Tác động đối với môi Tác động bệnh lí đối

nhiễm toàn cầu

(MT/năm)

trường với người

CO 2 Quá trình thiêu đốt nhiên

liệu.Hô hấp động vật

870.000 Gây hiệu ứng nhà kính

CO Quá trình thiêu đốt nhiên liệu

thiếu oxi Oxi hóa các

hiđocacbon

700 -Phá hủy tầng ozon

-Rối loạn tầng bình lưu

Giảm khả năng vận chuyển oxi của máu

SO 2 Quá trình đốt than,dầu khí 390 -Tạo mưa axit

-Tạo khói mù

Gây tức ngực, đau đầu ,nôn mửa, viêm đường hô hấp

NO x -Khí thải của các phương tiện

giao thông vận tải

-Công nghệ sản xuất năng

Cl 2 -Quá trình sản xuất Cl 2 ,

NaOH

-Tẩy trắng vải, sợi

-Phá hủy tầng ozon -Tạo mưa axit

Gây nguy hại đường hô hấp, mắt

HCN Nước thải xí nghiệp mạ kim

CH 4 Nông nghiệp, khí đốt 350 Hiệu ứng nhà kính

H 2 S -Công nghiệp hóa chất, tinh

luyện nhiên liệu có nhựa

đường

-Sự phân rữa xác động vật

Mùi trứng thối, gây buồn nôn, kích thích mắt, đau đầu

HF -Trong tinh luyện dầu khí

-Sản xuất phân bón

-Kỹ nghệ khắc thủy tinh

Gây mệt mỏi toàn thân

NH 3 -Quá trình sản xuất phân

2.5.1.1 Khí cacbon oxit (CO).

Khí CO được hình thành do việc đột cháy các nhiên liệu hóa thạch (than đá,dầu mỏ và một số hợp chất khác) trong điều kiện thiếu oxi:

Lượng CO có trong khí quyển được tiêu thụ bởi một số vi sinh vật có trongđất ( có khoảng 16 loại vi khuẩn trong số 200 vi sinh vật sống trong đất có khảnăng lấy CO từ không khí) Cứ 2,8kg đất trồng, sau 3 giờ sẽ lấy từ không khíkhoảng 120ppm CO

Khí CO không độc đối với thực vật vì cây xanh có thể chuyển hóa CO thành

CO2 và sử dụng nó vào quá trình quang hợp Vì vậy thảm thực vật được xem là tácnhân tự nhiên làm giảm lượng CO trong không khí

Đối với động vật, con người thì CO là một khí rất độc vì hemoglobin (Hb)trong máu có ái lực mạnh với CO hơn là đối với O2

= k

Đối với máu người có hằng số k có giá trị 200 ÷ 300

Khi tỷ lệ % của [HbCO] trong máu người so với HbO2 có các giá trị gầnđúng sau đây sẽ xuất hiện một số dấu hiệu stress sinh lý

ở lá Thông thường lượng CO2 được sản sinh một cách tự nhiên cân bằng với lượng

CO2 được sử dụng cho quang hợp Sự trao đổi CO2 cũng xảy ra giữa đại dương vàkhông khí, nước biển hòa tan lượng CO2 nhiều gấp 200 lần nước ngọt, vì vậy đạidương cũng có vai trò điều chỉnh lượng CO2 trong khí quyển

Khí CO2 có khả năng hấp thụ bức xạ nhiệt có bước sóng dài được phản xạ từ

bề mặt trái đất sau khi hấu thụ các tia sáng mặt trời, nhờ vậy mà nhiệt độ bề mặttrái đất ban đêm không bị quá lạnh

Hình 2.3 Minh họa hiệu ứng nhà kínhNhưng hiện nay, công nghiệp phát triển nhanh, nhu cầu sử dụng các nhiênliệu hóa thạch như than đá, dầu, xăng, khí tự nhiên ngày càng nhiều nên lương CO2

thải vào khí quyển ngày càng tăng (hàng năm chỉ riêng lĩnh vực chế biến, sử dụngthan đá, con người đã thải vào khí quyển 2.1010 tấn CO2 Kể từ sau cuộc cách mạngcông nghiệp đến năm 1987, lượng CO2 trong khí quyển tăng 25% và sẽ tăng gấpđôi vào thế kỷ XXI này) Trong khi đó nạn chặt phá, khai thác rừng ngày càng giatăng, làm giảm thiểu lượng cây xanh để tiêu thụ CO2 Trên phạm vi toàn cầu, hàmlượng CO2 trong khí quyển tăng cao sẽ dẫn tới hiện tượng làm tăng nhiệt độ của tráiđất “do hiệu ứng nhà kính”, có tác động xấu tới khí hậu toàn cầu

Theo dự đoán của các nhà khoa học, với tốc độ gia tăng việc thải CO2 vàokhí quyển như hiện nay thì đến năm 2050 lượng CO2 trong khí quyển sẽ tăngkhoảng gấp 2 lần, khi đó nhiệt độ trái đất sẽ tăng lên khoảng 30C, lúc đó băng giá ởhai cực sẽ tan ra và khối lượng lớn nước ấy sẽ nhấn chìm nhiều thành phố làng mạc

Bức xạ từ mặt đất (sóng dài)

Bề mặt trái đất

Không khí có CO2bình thường

Không khí có CO2

lớn

ở vùng ven biển và vùng thấp Nhiệt độ trái đất tăng, sự sống trên trái đất sẽ ra sao,hậu quả là khủng khiếp khó lường

Hiệu ứng nhà kính: Để hiểu hiện tượng này, ta tìm hiểu việc ở các xứ lạnhngười ta vẫn trồng được hoa, rau xanh trong nhà kính Nhà kính là nhà kín làmbằng kính, khi ánh sáng mặt trời chiếu xuống thì nó chiếu qua kính (vì kính khônghấp thụ các tia sáng trong vùng tử ngoại và khả kiến) xuống mặt đất, ở đó nó bị mặtđất hấp thụ một phần, còn một phần bức xạ lên (có năng lượng thấp hơn nên bức xạnhiệt có bước sóng dài hơn), gặp mái kính, nó sẽ bị hấp thụ nên giữ được nhiệttrong nhà khỏi bị lạnh và cây phát triển được

Khi nghiên cứu các khí trong khí quyển, người ta thấy có một số khí như

CO2, CH4, CFC, N2O, O3… cũng có tính chất hấp thụ các bức xạ nhiệt từ mặt đất,

có bước sóng dài, giống như kính Các khí này được gọi là “khí nhà kính”, chúng

có tác dụng giữ nhiệt với quy mô toàn cầu Tỷ lệ phần trăm các khí gây hiệu ứngnhà kính và tỷ lệ phần trăm các lĩnh vực hoạt động của con người thải khí nhà kínhvào khí quyển được biểu diễn trên hình 2.2 và 2.3 Như vây, khí gây “hiệu ứng nhàkính” lớn nhất là CO2 sau đó đến CFC

Các nghiên cứu gần đây cho biết, một số loại khí cũng có khả năng làm tăngnhiệt độ bề mặt trái đất Trong số 10 loại khí đó thì CH4 có khả năng lớn nhất sau

đó đến các khí N2O, CF3Cl (F13), CF3Br (F1381), CF2Cl2 (F12) và cả SO2

Hình 2.4 tỷ lệ phần trăm các khí gây hiệu ứng nhà kính

Hình 2.5 Tỷ lệ % hoạt động của con người đối với sự tăng nhiệt ở trái đất

2.5.1.3 Khí sunfuro (SO 2 ).

Khí SO2 là một khí không màu, mù sốc, là một khí ô nhiễm điển hình

Khí SO2 được thải vào khí quyển là do quá trình đốt cháy các nhiên liệu cóchứa lưu huỳnh (như đốt than có lẫn lưu huỳnh, đốt cháy các quặng sunfua như đốtquặng pyrite trong sản xuất H2SO4…) Ngoài ra quá trình tinh chế dầu mỏ, luyệnkim, tinh chế quặng đồng, sản xuất xi măng và giao thông vận tải cũng là nhữngnguồn phát thải SO2 vào khí quyển

Khi bị phát thải vào khí quyển, SO2 tham gia vào một số phản ứng tạo nêncác sản phẩm thứ cấp

+ SO2 dễ tham gia phản ứng quang hóa

Tác hại khi bị ô nhiễm SO2:

Khí SO2 nặng hơn không khí nhiều (nặng gấp hơn 2 lần) nên khí bị thải vàokhông khí, chúng chỉ ở là là sát mặt đất chứ không bay cao được

oxit kim loại

Khí SO2 dễ phản ứng với cơ quan hô hấp bởi vì SO2 dễ tan vào nước Khihàm lượng SO2 trong khí quyển lớn hơn 0,5 mg/m3, con người hít phải sẽ bị tứcthở, ho, sưng niêm mạc, gây loét đường hô hấp Nếu có mặt đồng thời cả SO2 và

SO3 thì tác động độc hại sẽ mạnh lên rất nhiều

Khí SO2 gây nhiễm độc cây trồng, làm thiệt hại mùa màng

Không khí bị nhiễm SO2, SO3 sẽ gây mưa axit, gây hại lớn cho sự sống trêntrái đất Không khí bị nhiễm SO2 sẽ làm bạc mầu các tác phẩm nghệ thuật, ăn mònkim loại, làm giảm độ bền của các vật liệu vô cơ, hữu cơ, làm giảm tầm nhìn do tạonên các hạt sương mù

2.5.1.4 Khí sunfuahidro (H 2 S)

H2S là khí không màu, có mùi trứng thối rất khó chịu và là một khí độc.Khí H2S thải vào khí quyển là từ khí thải của quá trình sản xuất có sử dụngcác nhiên liệu hữu cơ có chứa sunfua, các quá trình tinh chế dầu mỏ, quá trình chếbiến thực phẩm, các chất hữu cơ trong rác thải của thành phố bị thối rữa dưới tácdụng của vi khuẩn, do sự phân hủy của xác động vật, trong cống rãnh, hầm lò khaithác than, ao tù, vết nứt núi lửa…

Ở nồng độ thấp (~5ppm) H2S gây nhức đầu, khó chịu, ở nồng độ cao hơn(~150ppm) gây tổn thương màng nhầy của cơ quan hô hấp Ở nồng độ ~500ppmgây ỉa chảy, viêm phổi, khi nồng độ H2S đạt tới 700-800ppm thì nó thâm nhập vàomáu và gây tử vong

Đối với thực vật, H2S làm tổn thương lá cây, làm rụng lá và làm giảm sinhtrưởng

2.5.1.5 Các oxit nito (NO x )

Các oxit nito xuất hiện trong khí quyển là do đốt các nhiên liệu ở nhiệt độcao (to≥30000C) do các tia sét mà nito trong không khí phản ứng được với oxi, dohoạt động của núi lửa, các quá trình phân hủy các protit của động vật và thực vậtbằng các vi sinh vật, do các quá trình sản xuất các loại phân đạm, axit nitric, cácmuối nitrat…

Trong các oxit nito thì NO và NO2 là hai oxit gây ô nhiễm môi trường lớnnhất, chúng có vai trò lớn trong quá trình hình thành các khói quang hóa.

 Oxit nito (NO)

Giống như khí CO, khí NO là chất không màu, không mùi, không tan trongnước, không tác dụng với kiềm NO cũng gây nguy hiểm cho cơ thể giống như CO,

có nghĩa là nó cũng tác dụng với hồng cầu làm giảm khả năng vận chuyển oxi củamáu

Hb – O2 + NO Hb – NO + O2

Ở hàm lượng thấp NO rất khó bị oxi hóa thành NO2, nhưng ở hàm lượng cao

dễ bị oxi hóa bởi oxi của không khí tạo thành NO2

NO + O2 NO2

 Khí hidroxit nitro (NO2)

NO2 là một chất khí có màu nâu, mùi xốc, tan trong nước và dung dịch kiềm.Khí NO2 có tính kích thích mạnh, khi hít phải khí NO2 nó tác dụng với nước ở cácniêm mạc tạo thành các axit, qua đường hô hấp hoặc qua miệng thì axit đó hòa tanvào nước bọt rồi vào đường tiêu hóa Hàm lượng NO2 từ 15-50ppm là gây nguyhiểm cho tim phổi và gan

NO2 là một trong các khí tạo ra mưa axit

NO2 làm bạc màu, làm hư hỏng bông vải, ăn mòn kim loại, có thể tạo ra cácphân tử muối nitrat, gây mùi khí quyển

2.5.1.6 Khí amoniac (NH 3 )

Nguồn thải khí amoniac vào khí quyển là từ hệ thống thiết bị làm lạnh sửdụng khí NH3 Từ các nhà máy sản xuất axit nitric, phân đạm Từ quá trình phânhủy xác động, thực vật

Amoniac cũng gây độc cho các thực vật, khi nồng độ NH3 trong khí quyểncao, cây sẽ bị trắng lá hoặc đốm lá, hạt giống bị giảm tỷ lệ nảy mầm, cây kém pháttriển, thân cây bị lùn

NH3 dễ tan trong nước, khi tan vào nước làm cho đô pH của nước tăng vànồng độ của ion NH4+ trong nước, gây nhiễm độc cho các sinh vật sống trong nước.

2.5.1.7 Các khí HF, HCl.

Các khí HF và SiF4 được thải vào khí quyển trong quá trình sản xuất phânbón phốt phát, công nghiệp gốm, sứ, các thủy tinh, công nghệ luyện nhôm, sản xuấtgạch ngói…

Các khí Cl2, HCl sinh ra trong quá trình gia công chế biến có sử dụng clo,quá trình sản xuất NaOH, Cl; các quá trình tẩy rửa kim loại bằng HCl, quá trìnhthiêu đốt chất dẻo, giấy và rác thải công nghiệp…

Khi hít phải khí clo sẽ gây tức ngực, ho ra máu bởi clo đi vào phế quản thấmvào các phế nang, nó sẽ tác dụng với các chất nhày ướt ở mô của tế bào tạo raHClO, chất này thấm qua màng tế bào và phá hủy tế bào

Các khí Cl2, HCl, F2, HF, SiH4 ở nồng độ nhỏ đã gây độc và nhiễm độc nặng

HF gây bệnh sụn xương, viêm phế quản, tổn thương nặng; hạn chế độ sinh trưởngcủa cây, làm rụng quả, hạt lép HCl làm giảm độ bong mỡ của lá cây gây tổnthương cho cây trông, gây độc cho các vật nuôi giảm lượng sữa

2.5.1.8 Các hợp chất hữu cơ

Có tới hàng ngàn hợp chất hữu cơ gây ô nhiễm khí quyển Chúng tồn tại ởdạng khí hay các hạt bụi thuộc đủ các loại từ đơn giản đến phức tạp, như cáchidrocacbon, hidrocacbon thơm, các ancol, andehit, xeton, este…, các hợp chất hữu

cơ halogenua, các hợp chất hữu cơ có chứa phốt pho, lưu huỳnh, nito…

Các hợp chất hữu cơ được thải vào khí quyển từ quá trình đốt cháy khônghoàn toàn các nhiên liệu hữu cơ, quá trình sản xuất ở các nhà máy lọc dầu, hóa dầu,quá trình khai thác, vận chuyển nhiên liệu xăng dầu, các sự cố rò rỉ của các đườngống dẫn khí đốt, các nghành công nghiệp có sử dụng các dung môi hữu cơ…, cáckhí sử dụng trong công nghiệp lạnh như các khí CFC

Các hợp chất hữu cơ thường rất độc đối với con người và vật như benzene,PAH (các hidrocacbon thơm đa vòng)… là những tác nhân gây bệnh ung thư, cácCFC là tác nhân cho quá trình phân hủy ozon ở tầng bình lưu, một số chất hữu cơ

gây ô nhiễm do tạo thành những mùi khó chịu như mecaptan, andehit…và lànguyên nhân gây bệnh cho con người.

Các hợp chất dibenzodioxin và furan sinh ra trong quá trình đốt cháy các hợpchất hữu cơ có chứa clo, các dẫn xuất clo của phenol, diphenyl, clodiphenyl ete…Khi đốt cháy không hoàn toàn các chất hữu cơ này, sản phẩm sinh ra có chứadioxin, quá trình clo hóa các hợp chất hữu cơ… thường sinh ra nhiều chất độc.Những chất này có nhiều trong rác thải của các nước có nền công nghiệp phát triển.Các dioxin và furan như:

O

O

Cl Cl

2,3,6,7- Tetraclođibenzofuran

(TCDF)

Số lượng và vị trí clo ảnh hưởng tới mức độ độc hại của các hợp chất này Ởhàm lượng thấp, các hợp chất này cũng gây các bệnh về da, phụ nữ có thai khi tiếpxúc với các chất này sẽ sinh con thiếu tháng hoặc quái thai Nhiễm độc nặng sẽ gâycác bệnh về gan và máu kể cả ung thư và tử vong Động vật bị nhiễm dioxin vàfuran sẽ giảm trọng lượng tới 50% và sẽ chết trong vòng 2 - 3 tuần

2.5.1.9 Ozon và khói quang hóa (photochemikl smoke)

Ozon trong khí quyển tập trung chủ yếu ở phía dưới của tầng bình lưu –được gọi là tầng ozon (ta xét kỹ ở tầng ozon)

Ở tầng đối lưu, hàm lượng ozon chỉ khoảng 0,1ppm ở tầng này, khi hàmlượng ozon vượt quá hàm lượng cho phép thì nó sẽ gây hại cho người và động vật

Ozon tham gia vào phản ứng quang hóa tạo thành hàng loạt các sản phẩm vàcác gốc nhu OH , NO , O , O2, HOO …các gốc này trong khí quyển lại tiếp tụctham gia phản ứng với các chất có trong khí quyển như các hidrocacbon, các oxitnito… hình thành hàng loạt các chất gây ô nhiễm thứ cấp như phomandehit,andehit, peoxiaxepyl nitrat (PAN) Tập hợp tất cả các chất trên hình thành khóiquang hóa trong khí quyển.

Ozon và các khói quang hóa là những chất có tính oxi hóa mạnh, khi xâmnhập vào cơ thể chúng sẽ phản ứng với các cơ quan trong cơ thể người cũng nhưđộng vật gây những chứng bệnh, độc hại Ví dụ, trong khí quyển khi hàm lượng >0,3ppm sẽ thích thích cơ quan hô hấp, gây sưng tấy và rát bỏng

- Hàm lượng ozon 1-3ppm: Gây mệt mỏi đau đầu sau 2 giờ tiếp xúc;

- Hàm lượng ozon >8ppm: Gây rối loạn chức năng phổi, tràn dịch màng phổi,oxi hóa các enzim, protein, axit amin, lipit, rất nguy hiểm

Đối với thực vật khi hàm lượng ozon 0,2 ppm gây kìm hãm sinh trưởng vàgiảm sản lượng; hàm lượng ozon 15-2 ppm gây bệnh đốm lá, héo mầm, cây chết

Nói chung ozon và PAN ở hàm lượng thấp gây cay mắt, đau nhói mắt, đauđầu, mệt mỏi Ở hàm lượng cao gây xuất huyết, phù nề, khô cổ họng, lão hóa màngphổi, co thắt khí quản gây khó thở Đối với thực vật thì nó phá hoại tế bào lá, hạnchế quá trình trao đổi chất, gây hại cho chất diệp lục, giảm độ sinh trưởng của chồinon, sự phát triển của mầm…

2.5.1.10 Ô nhiễm bởi các bụi, sol khí.

Bụi, sol khí là những hạt rất nhỏ ở dạng rắn hay lỏng, chúng lơ lửng đượctrong khí quyển và phát tán trong diện rộng nhờ sự vận động của không khí Đườngkính của chúng dao động trong khoảng 10-6 - 10-1 mm, những hạt có kích thướccàng lớn lắng càng nhanh, những hạt có kích thước càng nhỏ thì thời gian lưu trongkhí quyển càng lâu, phát tán càng rộng và càng cao

Bụi phát thải vào khí quyển do hai quá trình tự nhiên và nhân tạo Bụi tựnhiên như bụi đất, cát (do thời tiết gió, bão), bụi rừng, bụi biển, bụi do hoạt độngcủa núi lửa, bụi phóng xạ, phấn hoa…bụi nhân tạo sinh ra từ các quá trình sản xuấtcông nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt của con người như bụi tro, bụi lò, bụi công

nghiệp (các oxit kim loại, các muối kim loại, bụi kim loại, bụi khoáng như bụi ximăng, thạch cao, xỉ, bụi thủy tinh), bụi đường phố, bụi phân bón, bụi lúa, bụi thức

ăn gia súc, bụi gỗ, bụi sợi (bông vải, sợi…)…

Hàng năm, trên thế giới phát thải vào khí quyển khoảng 200 triệu tấn bụi.Căn cứ vào kích thước, người ta chia bụi trong khí quyển thành 3 loại:

- Loại bụi có đường kính < 0,3 µm, chúng vận động trong khí quyển, chúngngưng tụ lại và hấp thụ các hạt bụi khác và lớn dần lên

- Hạt bụi có đường kính khoảng 0,3 – 3 µm, do các hạt bụi nhỏ kết hợp vớinhau tạo nên Trong không khí chuyển động theo quy tắc Brao Chúng được táchkhỏi khí quyển do mưa, chúng cũng có thể ngưng tụ trở thành các hạt có kích thướclớn hơn

- Loại bụi có kích thước lớn, đường kính > 3µm, những hạt bụi này phân tán

cơ học, dễ lắng đọng nên phân tán không xa

Bụi và các sol khí thường hấp thụ các hạt oxit kim loại, các kim loại, các hợpchất hữu cơ, PAH…

Bụi và các sol khí gây ô nhiễm khí quyển, ảnh hưởng tới cân bằng sinh thái,gây sương mù, làm cản trở sự truyền ánh sáng nên ảnh hưởng rất nhiều đến giaothông Tùy theo các bụi và sol khí hấp thụ những chất gì mà chúng gây nhiễm độckhác nhau, chẳng hạn nếu các hạt bụi có tích tụ các kim loại nặng, các PAH…thì sẽgây các bệnh như ung thư, thần kinh, cơ quan hô hấp, các bệnh bụi phổi…

2.5.1.1 Ô nhiễm bởi các chất phóng xạ

Trong thực tế, những chất phóng xạ nguy hiểm nhất gây ô nhiễm không khí

đó là 131I, 60Co, 90Sr, 14C, 35S, 45Ca, 28Al, 235U Các nguồn gây ô nhiễm phóng xạ chủyếu là:

- Do lấy đi nhiều lớp đất bao phủ trên các mỏ quặng có các chất phóng xạ;

- Do các tia vũ trụ, các vụ nổ của vũ khí hạt nhân (mưa phóng xạ);

- Do sử dụng các đồng vị phóng xạ trong y học, nông nghiệp, công nghiệp vàtrong nghiên cứu khoa học

- Do các bụi phóng xạ phát ra từ các lò phản ứng hạt nhân, từ các máy gia tốcthực nghiệm và các thí nghiệm khoa học