KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Khái niệm môi trường, khoa học môi trường
Môi trường được định nghĩa qua nhiều khái niệm khác nhau, tùy thuộc vào đối tượng và nhiệm vụ nghiên cứu của từng ngành khoa học Sự phát triển của khoa học - kỹ thuật đã góp phần làm cho các nghiên cứu về môi trường trở nên sâu sắc và toàn diện hơn.
Theo Điều 3 của Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam Số 55/2014/QH13, môi trường được định nghĩa là hệ thống các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo, ảnh hưởng đến sự tồn tại và phát triển của con người cũng như sinh vật.
Ngoài ra, Môi trường còn được hiểu theo nhiều nghĩa khác nhau:
Môi trường được định nghĩa là tổng hợp các điều kiện bên ngoài tác động đến một vật thể hoặc sự kiện Mỗi vật thể và sự kiện đều tồn tại và phát triển trong một môi trường nhất định.
Môi trường học tập của học sinh bao gồm nhiều yếu tố quan trọng như phòng học, bàn ghế, sách vở, sân trường, vườn hoa, phòng thí nghiệm, cùng với sự hỗ trợ từ thầy cô và bạn bè, cũng như không khí trong khu vực xung quanh trường.
Môi trường sống được định nghĩa là tổng thể các yếu tố vô sinh và hữu sinh xung quanh sinh vật, ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sự sống, phát triển và sinh sản của chúng (Hoàng Đức Nhuận, 2000).
Ví dụ: Môi trường sống của một cây cá thể trong một rừng cây gồm: đất
Đất, nước, và môi trường không khí đều có những tính chất quan trọng ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ sinh thái Thành phần chất dinh dưỡng trong lớp thảm mục bề mặt và trong đất đóng vai trò thiết yếu trong việc cung cấp dinh dưỡng cho cây cối Các cây gỗ cá thể, cây bụi và thảm tươi cũng góp phần tạo nên sự đa dạng sinh học và cân bằng sinh thái trong môi trường sống.
Môi trường là không gian sống và phát triển của con người cũng như các loài sinh vật khác.
Thành phần môi trường bao gồm các yếu tố vật chất như đất, nước, không khí, âm thanh, ánh sáng, sinh vật, hệ sinh thái và các hình thái vật chất khác, tạo nên cấu trúc và sự sống của môi trường.
Khoa học môi trường nghiên cứu mối quan hệ tương tác giữa con người và môi trường xung quanh, với mục tiêu bảo vệ môi trường sống cho con người và sinh vật trên trái đất Ngành này tập trung vào các thành phần môi trường và sự tương tác của chúng với con người.
Môi trường là lĩnh vực nghiên cứu của nhiều ngành khoa học như sinh học, hóa học, địa chất và khí tượng thủy văn Tuy nhiên, các ngành này chỉ tập trung vào một phần hoặc thành phần môi trường, chưa đủ để giải quyết các vấn đề bảo vệ môi trường một cách toàn diện Do đó, môi trường có thể được coi là một ngành khoa học độc lập, tích hợp kiến thức từ các ngành khác để nghiên cứu và quản lý chất lượng các thành phần môi trường sống của con người và sinh vật trên trái đất.
Ngành khoa học môi trường có nhiệm vụ nghiên cứu sự đa dạng của môi trường, được phân chia thành bốn nhóm nghiên cứu chính.
Nghiên cứu đặc điểm của các thành phần môi trường như con người, nước, không khí, đất, sinh vật, và hệ sinh thái là rất quan trọng Khoa học môi trường tập trung vào mối quan hệ và tác động qua lại giữa con người với các yếu tố này, bao gồm khu công nghiệp, đô thị, và nông thôn Việc hiểu rõ sự ảnh hưởng của các thành phần môi trường đến con người và ngược lại sẽ giúp nâng cao chất lượng sống và bảo vệ môi trường.
- Nghiên cứu công nghệ, kỹ thuật xử lý ô nhiễm, bảo vệ môi trường sống của con người;
- Nghiên cứu tổng hợp các biện pháp quản lý về khoa học kinh tế, luật pháp, xã hội nhằm bảo vệ môi trường;
- Nghiên cứu về phương pháp như mô hình hoá, phân tích hóa học, vật lý, sinh vật phục vụ cho những nhiệm vụ trên.
Phân loại môi trường
Môi trường là một khái niệm rộng lớn, được phân loại thành nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào ngữ cảnh và đối tượng nghiên cứu Các loại môi trường bao gồm môi trường bên trong và bên ngoài, môi trường vật lý, môi trường sinh thái và môi trường xã hội Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta thường phân loại môi trường dựa trên chức năng của từng loại.
Theo chức năng, môi trường được chia ra làm 3 loại:
Môi trường tự nhiên bao gồm các yếu tố vật lý, hóa học và sinh học tồn tại khách quan, không bị con người tác động, nhưng vẫn chịu ảnh hưởng từ hoạt động của con người Các thành phần chính của môi trường tự nhiên bao gồm đất, nước, không khí, cũng như các loài động thực vật hoang dã, rừng nguyên sinh, biển, sông và suối.
Môi trường nhân tạo là tổng hợp các yếu tố do con người tạo ra hoặc biến đổi nhằm mang lại tiện nghi cho cuộc sống, bao gồm nhà ở, hệ thống giao thông, trường học, khu đô thị, công viên và khu vui chơi giải trí.
Môi trường xã hội là tổng thể các mối quan hệ giữa con người, bao gồm chính trị, văn hóa, phong tục tập quán, luật lệ và thể chế Nó định hướng hoạt động của con người theo khuôn khổ nhất định, duy trì ổn định và trật tự xã hội Môi trường này tạo ra sức mạnh tập thể, thuận lợi cho sự phát triển, và làm cho cuộc sống của con người trở nên đặc thù hơn so với các loài sinh vật khác.
Chức năng của môi trường
Các chức năng cơ bản của Môi trường:
- Môi trường là không gian sống của con người và các loài sinh vật;
- Môi trường là nơi cung cấp tài nguyên cần thiết cho cuộc sống và hoạt động sản xuất của con người;
- Môi trường là nơi chứa đựng và đồng hóa các chất thải do con người tạo ra trong cuộc sống và hoạt động sản xuất;
- Môi trường là nơi lưu trữ và cung cấp thông tin cho con người;
- Môi trường là nơi giảm nhẹ các tác động có hại của thiên nhiên tới con người và sinh vật trên Trái đất
1.3.1 Môi trường là không gian sinh sống của con người và các loài sinh vật
Mọi sinh vật trên Trái đất đều cần không gian để tồn tại và phát triển, và con người cũng không ngoại lệ Hàng ngày, mỗi người cần khoảng 4 m³ không khí sạch, 2,5 lít nước và lương thực tương ứng với 2.000 - 2.400 calo, tất cả đều được lấy từ tự nhiên Do đó, môi trường cần cung cấp một không gian sống phù hợp với các tiêu chuẩn về vật lý, hóa học, sinh học, cảnh quan và xã hội Để đảm bảo chất lượng cuộc sống, không gian sống cần đáp ứng hai yếu tố quan trọng: diện tích và thể tích của không gian, cùng với chất lượng môi trường trong không gian đó.
Với chức năng là không gian sống, môi trường có những chức năng cụ thể nhƣ sau:
- Chức năng xây dựng: Cung cấp mặt bằng và nền móng cho các khu đô thị, khu công nghiệp, kiến trúc hạ tầng và nông thôn;
- Chức năng vận tải: Cung cấp mặt bằng và không gian cho việc xây dựng các công trình giao thông thủy, bộ và hàng không;
- Chức năng cung cấp mặt bằng cho sự phân hủy chất thải (nhân tạo);
- Chức năng giải trí của con người: Cung cấp mặt bằng và không gian cho hoạt động giải trí ngoài trời của con người;
- Chức năng cung cấp mặt bằng và không gian xây dựng các hồ chứa;
- Chức năng cung cấp mặt bằng và các yếu tố cần thiết khác cho hoạt động canh tác nông nghiệp, nuôi trồng thủy hải sản
Diện tích không gian sống của con người trên Trái đất đang thu hẹp do dân số gia tăng và ô nhiễm đất Tuy nhiên, con người cần không gian riêng cho nhà ở, sản xuất lương thực và tái tạo môi trường Để mở rộng không gian sống, có thể khai thác và chuyển đổi các loại không gian khác như khai hoang, cải tạo đất và tận dụng không gian bên trên Việc duy trì chất lượng không gian sống là cần thiết, vì các hoạt động sản xuất đã làm suy giảm môi trường Khai thác quá mức tài nguyên thiên nhiên có thể dẫn đến sự không thể phục hồi của chất lượng không gian sống Do đó, trong việc sử dụng không gian sống, con người cần chú ý đến tính tự cân bằng của môi trường, đảm bảo khả năng chịu đựng trong điều kiện khó khăn.
Bảng 1.1 Sự suy giảm diện tích đất bình quân đầu người trên thế giới Đơn vị: ha/người
Bảng 1.2 Diện tích đất canh tác trên đầu người ở Việt Nam
1.3.2 Môi trường là nơi cung cấp tài nguyên cần thiết cho cuộc sống và hoạt động sản xuất của con người
Tài nguyên bao gồm mọi dạng vật chất, tri thức và thông tin được sử dụng để sản xuất của cải vật chất hoặc tạo ra giá trị sử dụng mới cho con người.
Tài nguyên thiên nhiên bao gồm các dạng vật chất hình thành qua quá trình phát triển của tự nhiên và sinh vật, được con người khai thác để đáp ứng nhu cầu phát triển.
Môi trường cung cấp các tài nguyên thiết yếu cho con người, bao gồm đất, nước, không khí, khoáng sản và các nguồn năng lượng như gỗ, củi, ánh sáng mặt trời và gió, phục vụ cho hoạt động sản xuất và cuộc sống hàng ngày.
Trong lịch sử phát triển, loài người đã trải qua nhiều giai đoạn, từ việc săn bắt và hái lượm để duy trì sự sống đến việc sử dụng đồ đá trong canh tác cách đây khoảng 14 - 15 nghìn năm Sự phát minh ra máy hơi nước vào thế kỷ 18 đánh dấu khởi đầu của cách mạng khoa học kỹ thuật Tất cả các hoạt động của con người nhằm tồn tại và phát triển đều hướng đến việc khai thác hệ thống sinh thái tự nhiên qua lao động, thiết bị máy móc, công nghệ và trí tuệ Các nguồn vật liệu và năng lượng cần thiết cho sản xuất và cuộc sống như đất, nước, không khí, khoáng sản và các dạng năng lượng như gỗ, củi, năng lượng mặt trời và gió đều xuất phát từ môi trường Do đó, môi trường đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp tài nguyên thiết yếu cho con người.
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy con người khai thác tài nguyên mới và gia tăng sản lượng khai thác, dẫn đến việc tạo ra các sản phẩm mới có ảnh hưởng lớn đến chất lượng môi trường sống.
Chức năng cung cấp tài nguyên của môi trường, hay còn gọi là nhóm chức năng sản xuất tự nhiên, được phân chia thành nhiều dạng tài nguyên khác nhau.
Rừng tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước, bảo tồn đa dạng sinh học và duy trì độ phì nhiêu của đất Ngoài ra, rừng còn cung cấp nguồn gỗ, củi, dược liệu và cải thiện điều kiện sinh thái.
- Các thủy vực: Có chức năng cung cấp nước, dinh dưỡng, nơi vui chơi giải trí và các nguồn thủy hải sản;
- Động thực vật: Cung cấp lƣợng thực, thực phẩm và các nguồn gen quí hiếm;
- Không khí, nhiệt độ, năng lượng mặt trời, gió và nước: Để con người, động vật hít thở, cây cối ra hoa kết trái;
- Các loại quặng, khoáng sản và dầu mỏ: Cung cấp năng lƣợng và nguyên liệu cho các hoạt động sản xuất công nghiệp
1.3.3 Môi trường là nơi chứa đựng và đồng hóa các chất thải
Trong quá trình sản xuất và tiêu dùng, con người tạo ra nhiều chất thải, phần lớn trong số đó được thải ra môi trường Tại đây, các chất thải này sẽ bị phân hủy và biến đổi dưới tác động của vi sinh vật và các yếu tố môi trường khác, từ phức tạp thành đơn giản, tham gia vào các quá trình sinh địa hóa phức tạp.
Trong thời kỳ sơ khai, dân số thế giới ít và lượng chất thải không nhiều, cho phép các quá trình phân hủy tự nhiên biến đổi chất thải trở lại trạng thái nguyên liệu Tuy nhiên, sự gia tăng dân số nhanh chóng, cùng với quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa, đã làm tăng lượng chất thải, dẫn đến tình trạng quá tải và ô nhiễm môi trường Khả năng tiếp nhận và phân hủy chất thải trong một khu vực được gọi là khả năng đệm Khi lượng chất thải vượt quá khả năng đệm hoặc chứa nhiều chất độc, vi sinh vật gặp khó khăn trong phân hủy, làm giảm chất lượng môi trường và gây ô nhiễm.
Có thể phân loại chi tiết chức năng này thành các loại sau:
- Chức năng biến đổi lý - hóa: Pha loãng, phân hủy hóa học nhờ ánh sáng, hấp thụ, tách chiết các vật thải và độc tố;
- Chức năng biến đổi sinh hóa: Hấp thụ các chất dƣ thừa, chu trình nitơ và cacbon, khử chất độc bằng con đường sinh hóa;
- Chức năng biến đổi sinh học: Khoáng hóa các chất thải hữu cơ, mùn hóa, amôn hóa, nitrat hóa và phản nitrat hóa
1.3.4 Môi trường là nơi lưu trữ và cung cấp thông tin cho con người
Môi trường Trái đất không chỉ là nơi lưu trữ thông tin mà còn cung cấp những ghi chép quan trọng về lịch sử địa chất, sự tiến hóa của sinh vật và văn hóa nhân loại Nó đóng vai trò như một hệ thống cảnh báo sớm, giúp con người nhận biết các hiểm họa tự nhiên như bão, động đất và núi lửa Hơn nữa, môi trường còn bảo tồn sự đa dạng sinh học với nhiều nguồn gen, loài động thực vật và hệ sinh thái, đồng thời mang lại những giá trị thẩm mỹ, tôn giáo và văn hóa quý giá cho nhân loại.
1.3.5 Chức năng giảm nhẹ các tác động có hại của thiên nhiên tới con người và sinh vật trên Trái đất
Trái đất là nơi duy nhất có điều kiện môi trường đặc biệt cho sự sống phát triển, với nhiệt độ không khí ổn định, nồng độ ôxy và các khí khác hợp lý, cùng với sự cân bằng nước ở đại dương và đất liền Những điều kiện này chưa từng được tìm thấy trên bất kỳ hành tinh nào khác trong và ngoài hệ mặt trời Sự phát sinh và phát triển của sự sống trên Trái đất phụ thuộc vào hoạt động của các thành phần môi trường như khí quyển, thủy quyển, sinh quyển và thạch quyển.
Khí quyển giữ cho nhiệt độ trái đất tương đối ổn định trong khả năng chịu đựng của con người
Thủy quyển đóng vai trò quan trọng trong chu trình tuần hoàn nước, giúp duy trì cân bằng nhiệt độ và các chất khí trong môi trường Bên cạnh đó, nó còn giảm thiểu những tác động tiêu cực của thiên nhiên đối với con người và các sinh vật.
Thạch quyển đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng vật chất cho các lớp khác của trái đất, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của thiên tai đối với con người và sinh vật.
Sinh quyển (Hệ sinh thái rừng) giảm nhẹ thiên tai, bão lũ, điều hòa không khí…
Sự cố môi trường
1.4.1 Khái niệm sự cố môi trường
Theo Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam Số 55/2014/QH13, sự cố môi trường được định nghĩa là những sự kiện xảy ra do hoạt động của con người hoặc biến đổi tự nhiên, dẫn đến ô nhiễm, suy thoái hoặc biến đổi nghiêm trọng của môi trường.
Con đường dẫn đến các sự cố môi trường bắt nguồn từ những mối nguy hại và rủi ro liên quan Mối nguy hại (Hazard) được hiểu là khả năng gây ra vấn đề hoặc tình huống có thể dẫn đến tác động tiêu cực cho cộng đồng, cũng như tổn thất về tài sản và tính mạng con người trong những điều kiện nhất định.
Rủi ro môi trường (Environmental Risk) đề cập đến khả năng mà các điều kiện môi trường bị thay đổi do hoạt động của con người có thể gây ra tác động tiêu cực đến sức khỏe, tính mạng con người, hệ sinh thái và xã hội Các tác nhân gây rủi ro có thể bao gồm hóa chất (như chất dinh dưỡng, kim loại nặng, thuốc bảo vệ thực vật), sinh học (vi trùng, vi khuẩn gây bệnh), vật lý (nhiệt độ, chất lơ lửng trong nước) và các hành động cơ học (như chặt phá cây, đánh bắt quá mức) Mối quan hệ giữa các đối tượng rủi ro và tác nhân gây rủi ro rất phức tạp và có thể được thể hiện qua sơ đồ đường truyền rủi ro.
Rủi ro được hiểu là xác suất xảy ra tác động tiêu cực đối với con người và môi trường do tiếp xúc với mối nguy hại Thông thường, rủi ro được thể hiện qua xác suất xảy ra các tác động có hại, trong khi hậu quả của thiệt hại có thể được tính toán một cách cụ thể.
1.4.2 Một số sự cố môi trường trên thế giới và Việt Nam
Theo khảo sát của Viện Bảo tồn Tự nhiên và Nguồn tài nguyên Quốc tế, kết hợp với Chương trình Phát triển của Liên Hợp Quốc, đã thống kê các sự cố và rủi ro môi trường phổ biến ở 63 quốc gia trên thế giới, cũng như cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ Các trường hợp rủi ro môi trường này được trình bày chi tiết trong bảng 1.3.
Bảng 1.3 Các trường hợp về rủi ro môi trường thường gặp ở một số quốc gia
TT Tên các rủi ro môi trường Số quốc gia (trong tổng số 63 quốc gia) %
3 Ô nhiễm về loại bỏ chất thải 35 55,5
4 Tuyệt chủng hệ động vật 34 54
5 Chôn lấp chất thải công nghiệp 29 46
6 Các loại phân bón và thuốc trừ sâu 25 39,7
8 Nước cấp sinh hoạt không thích hợp 22 35
11 Cạn kiệt các loại động vật quý 20 31,7
13 Hạn hán và sa mạc hóa 17 37
14 Ô nhiễm không khí do công nghệ 15 23,8
15 Phá hủy hệ thực vật tự nhiên 14 22,2
16 Chôn lấp chất thải độc hại 12 19
Theo thống kê của các cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ, bảng 1.4 thể hiện tỷ lệ phần trăm phản hồi của các quốc gia về các vấn đề rủi ro môi trường, cho thấy mức độ nguy hiểm và nghiêm trọng của những rủi ro này.
Bảng 1.4 Các vấn đề rủi ro môi trường và mức độ nghiêm trọng
TT Các vấn đề rủi ro môi trường % trả lời ở mức độ rủi ro môi trường rất nghiêm trọng
4 Chôn lấp chất thải rắn 79
10 Cạn kiệt các loài động vật 67
11 Đe dọa cuộc sống hoang dã 65
12 Sử dụng thuốc trừ sâu 60
14 Sử dụng nguồn năng lƣợng kém 56
15 Trái đất nóng dần lên 56
Nguồn: US EPA, Office Of Communications, Education, And Public Affairs, Security Our Lagacy, an EPA Progress Report 1989 - 1991 Washington, DC,
Từ năm 1992 đến nay, Việt Nam đã ghi nhận 40 vụ tràn dầu, gây ra thiệt hại nghiêm trọng về môi trường, sinh thái và kinh tế xã hội Ba nguyên nhân chính dẫn đến các sự cố này bao gồm va chạm, quá trình bốc dỡ và đắm tàu Đặc biệt, trong năm 2006 và 2007, nhiều sự cố tràn dầu không rõ nguồn gốc đã xảy ra tại ven biển các tỉnh miền Trung và miền Nam, đặc biệt là từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2007, khi nhiều vệt dầu xuất hiện dọc bờ biển.
20 tỉnh từ đảo Bạch Long Vĩ tới Mũi Cà Mau
Hiện nay, tại Việt Nam, kỹ thuật trang thiết bị và nguồn nhân lực phục vụ cho việc quan trắc, truy tìm nguồn gốc và khắc phục sự cố tràn dầu vẫn còn nhiều hạn chế.
- Việc khai thác than gây bồi lấp các hồ chứa nước:
Tháng 1 năm 1999 tại Quảng Ninh, việc khai thác than ở 2 mỏ Tùng Bạch và Mạo Khê làm trôi đất đá gây bồi lấp lòng hồ, làm giảm dung tích chứa nước của 7 hồ trong số 14 hồ trong vùng từ 10 đến 20% Mặt khác cũng làm axit hóa nước hồ, không đảm bảo nước tưới tiêu nông nghiệp và sinh hoạt của nhân dân
3 xã Hoàng Đế, Hồng Thái Tây, Hồng Thái Đông và gây ăn mòn đối với các công trình đập, cống
- Công ty VEDAN gây ô nhiễm môi trường trên sông Thị Vải:
Công ty sản xuất bột ngọt VEDAN, đầu tư nước ngoài, đã gây ô nhiễm môi trường nước sông Thị Vải do hệ thống xử lý nước thải không đạt Quy chuẩn môi trường Hậu quả là người dân các huyện Nhơn Thạch, Long Thành, Tân Thành, Cần Giờ phải đối mặt với thiệt hại lớn và đã có nhiều đơn kiện đòi bồi thường Ngày 18/11/1995, cuộc họp giữa giám đốc sở Khoa học, Công nghệ và Môi trường tỉnh Đồng Nai, giám đốc công ty VEDAN và lãnh đạo bốn huyện đã diễn ra, kết thúc với thỏa thuận công ty VEDAN bồi thường thiệt hại tổng cộng 15 tỷ đồng.
Khủng hoảng môi trrường
1.5.1 Khái niệm khủng hoảng môi trường
Khái niệm khủng hoảng môi trường là sự suy thoái chất lượng môi trường sống ở quy mô toàn cầu, đe dọa cuộc sống của loài người trên Trái đất
Báo cáo tổng quan Môi trường toàn cầu năm 2000 của UNEP, với sự đóng góp của hơn 850 tác giả toàn cầu, đã cung cấp những đánh giá tổng hợp về tình hình môi trường khi bước vào thiên niên kỷ mới Trong báo cáo, hai xu hướng chính đã được phân tích, phản ánh những thách thức mà nhân loại sẽ đối mặt trong thiên niên kỷ thứ 3.
Các hệ sinh thái và sinh thái nhân văn toàn cầu đang đối mặt với mối đe dọa nghiêm trọng do sự mất cân bằng trong năng suất và phân bố hàng hóa, dịch vụ Thế giới hiện nay tồn tại sự phân hóa rõ rệt giữa những người sống trong phồn thịnh với sự dư thừa vật chất và những người phải chịu đựng cảnh nghèo khó.
Thế giới hiện nay đang trải qua những biến đổi mạnh mẽ, trong đó sự quản lý môi trường quốc tế không theo kịp với sự phát triển kinh tế - xã hội Các thành tựu về môi trường từ công nghệ và chính sách mới không đủ nhanh để đối phó với sự gia tăng dân số và tốc độ phát triển kinh tế.
Nguyên nhân chính của khủng hoảng môi trường bắt nguồn từ vấn đề dân số Mối liên hệ giữa khủng hoảng môi trường và con người có thể được biểu diễn qua một công thức cụ thể.
+ I: Là sự khủng khoảng của môi trường hay suy thoái của môi trường dưới tác động của con người;
+ C: Là mức độ tiêu thụ tài nguyên trên đầu người;
+ E: Kết quả tác động của một đơn vị tài nguyên được khai thác đến môi trường
1.5.2 Các biểu hiện khủng hoảng môi trường Ô nhiễm không khí: Là hàm lƣợng các khí SO2, CO2, bụi… tại các khu công nghiệp, đô thị… vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép
Hiệu ứng nhà kính gia tăng đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng do sự gia tăng nồng độ khí CO2 từ 0,028% năm 1850 lên 0,035% năm 1960, cùng với các khí nhà kính khác như CH4 và CFC Kết quả là nhiệt độ bề mặt trái đất đã tăng lên 0,6 độ C trong 100 năm qua và khoảng 1 độ C trong thời gian gần đây.
Trong 50 năm tới, sự gia tăng nhiệt độ sẽ tác động mạnh mẽ đến Trái đất, dẫn đến hiện tượng băng tan và mực nước biển dâng cao Điều này không chỉ ảnh hưởng đến điều kiện sống của nhiều loài mà còn góp phần gây ra biến đổi khí hậu toàn cầu.
Tầng ozon đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sự sống trên Trái đất bằng cách hấp thụ hơn 90% tia tử ngoại từ mặt trời Tuy nhiên, sự suy giảm lượng ozon dẫn đến việc tăng cường tia tử ngoại chiếu xuống bề mặt trái đất, gây ra các vấn đề nghiêm trọng như ung thư da, suy giảm hệ miễn dịch ở con người, và giảm năng suất sinh học của động thực vật.
Vào tháng 10 năm 1985, các nhà khoa học Anh đã phát hiện một lỗ thủng ở tầng ozon tại Nam Cực, có diện tích tương đương với nước Mỹ Đến năm 1987, hiện tượng này cũng được phát hiện ở Bắc Cực bởi các nhà khoa học Đức Hiện nay, nhiều thành phố lớn và khu vực gần cực của Trái đất đã xuất hiện lỗ thủng tầng ozon Nguyên nhân chính dẫn đến sự suy thoái và lỗ thủng này là do việc sử dụng khí cloro fluoro cacbon (CFC) cùng với các khí NOx và CO2.
Sa mạc hóa đất đai đang diễn ra do nhiều nguyên nhân, bao gồm bạc màu, mặn hóa, phèn hóa và khô hạn Việc sử dụng đất canh tác cho các mục đích phi nông nghiệp cũng đang gia tăng Hiện tại, có 14 triệu km² đất canh tác, và dự báo vào đầu thế kỷ XXI, một phần ba diện tích này sẽ được sử dụng cho các mục đích phi nông nghiệp.
Nguồn nước hiện đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng, bao gồm nước mưa bị axít hóa, nước ngầm ô nhiễm do khai thác quá mức, và nước sông bị ô nhiễm bởi chất thải công nghiệp cùng nước thải từ các thành phố lớn Ô nhiễm biển cũng gia tăng, chủ yếu do hoạt động khai thác và vận chuyển dầu, khai thác khoáng sản biển, và xả thải từ lục địa, bao gồm cả chất thải phóng xạ Tình trạng này không chỉ đe dọa tài nguyên sinh vật biển mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường biển.
Rừng đang suy giảm cả về số lượng lẫn chất lượng, với khoảng 3 tỷ ha rừng và 300 tỷ m³ gỗ trên toàn cầu Hàng năm, khoảng 30 triệu ha rừng bị mất do khai thác gỗ và các nguyên nhân khác, đặc biệt là ở các khu rừng nhiệt đới tại Đông Nam Á Nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm này bao gồm khai thác gỗ củi quá mức, mở rộng đất nông nghiệp, xây dựng công trình công nghiệp và dân sinh, cùng với biến đổi khí hậu.
Sự suy giảm số loài động - thực vật đang trở thành mối đe dọa lớn đối với môi trường và sự đa dạng sinh học Qua hàng triệu năm tiến hóa, các loài này đã đóng góp quan trọng vào việc duy trì cân bằng môi trường, ổn định khí hậu, và cung cấp nguồn tài nguyên quý giá cho nhân loại Hiện nay, trong tổng số 30 triệu loài sinh vật đã được biết đến, có khoảng 100 triệu loài có thể tồn tại trên Trái đất Tuy nhiên, trung bình mỗi năm có 30.000 loài bị diệt chủng do suy thoái môi trường sống, mất nơi cư trú và khai thác quá mức Việc bảo vệ sự đa dạng sinh học là cần thiết để đảm bảo nguồn gen phong phú cho tương lai.
Rác thải gia tăng đang đe dọa môi trường sống của con người do sự phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật, dẫn đến việc tiêu thụ sản phẩm ngày càng nhiều Trung bình, mỗi người tạo ra từ 0,5 đến 1 kg rác thải sinh hoạt, 10 kg chất thải công nghiệp và 30 kg chất thải khác mỗi ngày Tốc độ xả thải trong sản xuất và sinh hoạt nhanh hơn khả năng xử lý, gây áp lực lớn lên môi trường và góp phần vào ô nhiễm nghiêm trọng.
Kết thúc chương 1, người học viên cần nắm được những kiến thức sau:
- Các khái niệm về môi trường, ô nhiễm môi trường, sự cố môi trường, khủng khoảng môi trường;
- Các chức năng cơ bản của môi trường
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1
1 Khái niệm môi trường, khoa học môi trường, mối quan hệ giữa con người và môi trường?
2 Thành phần và phân loại môi trường Phân biệt các loại môi trường?
3 Chức năng môi trường Vai trò của môi trường đối với con người Sự tác động của con người tới các chức năng môi trường?
4 Khái niệm sự cố môi trường, phân loại sự cố môi trường, các sự cố môi trường điển hình trên thế giới và Việt Nam?
5 Khái niệm khủng hoảng môi trường, các biểu hiện của khủng hoảng môi trường?
THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÔI TRƯỜNG
Thạch quyển
2.1.1 Khái niệm và vai trò của thạch quyển
Thạch quyển là lớp vỏ cứng bên ngoài của Trái đất, bao gồm vỏ Trái đất và phần trên cùng của Manti, với độ dày khoảng 60 ÷ 100 km trên mặt đất và 2 ÷ 8 km dưới đáy biển Thành phần và tính chất của Thạch quyển tương đối ổn định, ảnh hưởng lớn đến sự sống trên Trái đất Đất, một hỗn hợp phức tạp của các hợp chất vô cơ, hữu cơ, không khí và nước, là bộ phận quan trọng nhất của Thạch quyển Tuy nhiên, việc khai thác triệt để đất trồng trọt, rừng và khoáng sản đang dẫn đến nguy cơ cạn kiệt tài nguyên.
2.1.2 Sự hình thành và cấu trúc của Trái đất
2.1.2.1 Cấu trúc của hệ Mặt trời
Hệ Mặt trời, hay Thái Dương Hệ, là một trong hàng triệu hệ thống trong thiên hà Ngân Hà, nơi có khoảng 400 triệu thiên hà trong vũ trụ (Lynn Bresler, 1997) Mặt trời đóng vai trò là thiên thể trung tâm, cung cấp ánh sáng cho toàn bộ hệ thống này.
Mặt trời là một khối cầu lửa khổng lồ với nhiệt độ bề mặt vượt quá 6.000 độ C, chiếm tới 99,87% tổng khối lượng của toàn bộ hệ mặt trời và gấp 332.000 lần khối lượng của Trái đất Với đường kính 695.000 km, Mặt trời lớn gấp 109,2 lần so với đường kính của Trái đất, chỉ khoảng 6.371 km.
Tỷ trọng trung bình đạt 1,41 g/cm 3 , nhiều nơi lên tới 117 g/cm 3
Nhiệt của Mặt trời được tạo ra từ các phản ứng nhiệt hạch, với thành phần chủ yếu là hydro và heli Mỗi giây, khoảng 5 triệu tấn vật chất được thiêu đốt, nhưng trong suốt gần 5 tỷ năm qua, Mặt trời chỉ tiêu thụ khoảng 1/7.500 khối lượng của nó (Lynn Bresler, 1997).
Mặt trời trải qua chu kỳ hoạt động mạch động, bao gồm thời kỳ hoạt động tích cực và thời kỳ “yên tĩnh” với sự xuất hiện của các vết đen, kéo dài khoảng 11 năm Bên cạnh đó, có chu kỳ 22 năm liên quan đến sự xuất hiện của từ trường mạnh nhất khi có vết đen Mặt trời.
Hệ Mặt Trời bao gồm 8 hành tinh chính, sắp xếp từ gần đến xa Mặt Trời: Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương Gần đây, các nhà khoa học Mỹ đã gây tranh cãi khi loại bỏ Sao Diêm Vương khỏi danh sách hành tinh do sự thay đổi về kích thước Các hành tinh trong hệ Mặt Trời được phân chia thành hai nhóm: nhóm hành tinh vòng trong và nhóm hành tinh vòng ngoài.
Nhóm hành tinh vòng trong bao gồm Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa, có những đặc điểm chung như kích thước nhỏ, tỷ trọng lớn, tốc độ quay quanh trục chậm và khối lượng khí quyển hạn chế Các hành tinh này, đặc biệt là Sao Thủy, Sao Kim và Sao Hỏa, còn được gọi là “Á địa cầu” hay “Hành tinh đất” vì những đặc điểm tương đồng với Trái Đất.
Nhóm hành tinh vòng ngoài: Gồm các hành tinh còn lại là Sao Mộc, Sao
Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương và Sao Diêm Vương đều là những hành tinh lớn với tỷ trọng thấp, được bao bọc bởi lớp khí quyển dày đặc chủ yếu gồm Hydro và Heli.
Hệ Mặt Trời bao gồm 38 vệ tinh, nhiều tiểu hành tinh, thiên thạch và sao chổi Các hành tinh trong hệ Mặt Trời có quỹ đạo nằm trên cùng một mặt phẳng xích đạo của Mặt Trời và gần như hình tròn Hướng xoay của các hành tinh xung quanh Mặt Trời đồng nhất với hướng xoay của chính Mặt Trời.
2.1.2.2 Cấu trúc của Trái đất
- Những thông tin cơ bản về Trái đất:
+ Đặc điểm: Trái đất có khối lƣợng đặc xít nhất trong số các hành tinh vòng trong;
Mặt trăng, vệ tinh duy nhất của Trái đất, không có khí quyển và thủy quyển Thời gian quay của Mặt trăng quanh trục trùng với thời gian nó quay quanh Trái đất, khiến chúng ta chỉ có thể nhìn thấy một phía của Mặt trăng Mặt trăng cũng có những tác động quan trọng đến Trái đất, trong đó sức hút của nó là nguyên nhân gây ra hiện tượng thủy triều.
Trái đất xoay quanh trục của nó mỗi ngày đêm và đồng thời quay quanh Mặt trời theo chiều ngược kim đồng hồ trên quỹ đạo hình elip Một vòng quay của Trái đất quanh Mặt trời mất khoảng 365 ngày.
Khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời thay đổi trong chu kỳ quay của Trái đất, ảnh hưởng đến tốc độ chuyển động của nó theo quy luật lực hấp dẫn Cụ thể, khi Trái đất gần Mặt trời, vận tốc đạt 30,27 km/s, trong khi ở điểm xa nhất, vận tốc giảm xuống còn 29,72 km/s Mặc dù có sự khác biệt, vận tốc trung bình thường được lấy là 30 km/s.
- Hình dạng, kích thước và tỷ trọng của Trái đất:
Trái đất có hình dạng phức tạp, gần giống với hình Geoid, nhưng thường được hiểu là hình cầu Tuy nhiên, bề mặt Trái đất rất đa dạng với nhiều cấu trúc địa hình như đồi núi và đại dương Do đó, Trái đất được xem là có hình dạng gần với elipsoid, với bán kính theo trục tới cực là 6.356,863 km và bán kính theo trục về phía Bắc cực lớn hơn phía Nam cực 242 km Bán kính tại xích đạo là 6.372,245 km, nhưng xích đạo không phải là một vòng tròn hoàn hảo, mà có sự biến đổi theo kinh độ Vì vậy, Trái đất thực sự là một elipsoid ba trục, cho thấy rằng hình dạng của nó là một cấu trúc địa lý phức tạp.
Khối lƣợng của Trái đất:
Thể tích Trái đất: 1,080 x 10 12 km 3
Tỷ trọng của Trái đất:
Chu vi: Vòng quanh các cực là 40.000 km; vòng quanh xích đạo là 40.075 km; tổng diện tích bề mặt: 510.066.000 km 2
- Tính chất lý - hóa của Trái đất:
Trọng lực là lực hút do Trái đất tạo ra, và nó tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ điểm quan sát đến tâm Trái đất Do đó, trọng lực tại địa cực mạnh hơn so với trọng lực ở Xích đạo.
Nhiệt của Trái đất đến từ hai nguồn chính: nhiệt ngoại từ Mặt Trời và nhiệt nội do chính Trái đất sản sinh.
Thủy quyển
2.2.1 Khái niệm và vai trò của Thủy quyển
Khoảng 71% bề mặt Trái đất được bao phủ bởi nước, dẫn đến việc một số nhà khoa học đề xuất gọi hành tinh này là Trái nước Nước là dạng vật chất thiết yếu cho sự sống, tồn tại dưới ba hình thức: cứng (băng, tuyết), lỏng và khí (hơi nước) Nước có thể ở trạng thái chuyển động (dòng chảy) hoặc tĩnh (ao, hồ, đại dương), và toàn bộ lượng nước trên Trái đất được gọi là Thuỷ quyền.
Thuỷ quyển là lớp nước không liên tục bao quanh Trái đất, bao gồm nước mặn, nước ngọt và nước lợ, tồn tại ở ba trạng thái rắn, lỏng và khí Phân bố không đồng đều, phần lớn nước tập trung ở các đại dương, trong khi một lượng nhỏ hơn nằm ở các vùng núi cao, hai cực dưới dạng băng tuyết, cũng như trong các mạch nước ngầm, sông, suối, ao và hồ Thuỷ quyển có thể được chia thành hai phần chính: nước đại dương và nước ngọt lục địa.
2.2.2 Cấu tạo và sự hình thành đại dương Đại dương: Chiếm phần quan trọng của Trái đất, phần lớn nước trên Trái đất tập trung ở đây Có 4 đại dương gồm Thái Bình dương, Đại Tây Dương, Ấn Độ Dương, Bắc Băng Dương Trong phạm vi của các đại dương, người ta thường chia ra các vùng biển có diện tích nhỏ hơn như biển Ban Tích, biển Bắc, biển Đông… Tuy nhiên, có một số biển không có liên hệ với đại dương như biển Caxpi, biển Aran Những biển này gọi là biển hồ Phần đại dương hoặc biển ăn sâu vào đất liền đƣợc gọi là vịnh nhƣ vịnh Thái Lan hoặc vịnh Bắc Bộ
Theo độ sâu trong vùng chuyển tiếp giữa biển và lục địa, đáy biển được phân chia thành thềm lục địa, đáy đại dương, vực biển và các dãy núi giữa đại dương.
Hình 2.3 Cấu trúc địa hình đáy biển
Các đặc trưng vật lý của nước biển bao gồm tỷ trọng, nhiệt độ, sự truyền bức xạ ánh sáng trong nước biển, mực nước biển, độ muối
Tỷ trọng nước biển là trọng lượng một đơn vị thể tích nước ở nhiệt độ
Nhiệt độ nước biển dao động từ 0 °C đến 35,6 °C, với nhiệt độ trung bình toàn cầu là 17,5 °C Tỷ trọng nước biển thay đổi theo độ muối và nhiệt độ không đồng đều, phụ thuộc vào vị trí địa lý và điều kiện khí hậu Biển Đỏ và vịnh Pecxich có nhiệt độ cao nhất, trong khi Bắc Băng Dương là nơi lạnh nhất với nhiệt độ 0,75 °C Nhiệt độ nước biển giảm dần theo độ sâu nhưng không bao giờ xuống dưới 0 °C Nước biển và đại dương đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa nhiệt độ và khí hậu của Trái đất.
Mặt biển được chiếu sáng trực tiếp bởi ánh sáng Mặt trời và nhận ánh sáng tán xạ từ khí quyển Cường độ ánh sáng giảm dần khi xuyên vào nước biển, với độ sáng rõ ở độ sâu 0 ÷ 200 m, sáng mờ từ 200 ÷ 1.000 m và hoàn toàn tối ở độ sâu hơn 1.000 m Do đó, sinh khối biển chủ yếu tập trung ở lớp nước mặt từ 0 ÷ 200 m Mực nước biển hiện nay tương đối ổn định, nhưng trong lịch sử, nó đã thay đổi mạnh mẽ theo thời gian địa chất và khu vực Hiện tại, sự nóng lên toàn cầu đang làm băng tan, dẫn đến mực nước biển dâng cao.
Nước biển chứa hầu hết các nguyên tố hóa học của vỏ Trái đất với nồng độ khác nhau, trong đó muối kiềm và kiềm thổ chiếm ưu thế Trung bình, mỗi lít nước biển có khoảng 35 g muối, chủ yếu là NaCl Tỷ lệ hàm lượng các nguyên tố trong nước biển khá ổn định, cho phép tính toán nồng độ muối toàn phần (s%) dựa trên hàm lượng halogen (Cl%) theo công thức: S% = 0,03 + 1,805 Cl%.
Sườn lục địa Đáy biển
Độ muối của nước biển biến đổi tùy thuộc vào vị trí địa lý, nguồn nước từ lục địa và mức độ bốc hơi Nước biển cũng hòa tan một số khí từ khí quyển, với hàm lượng khí hòa tan trong một lít nước biển như sau: Oxy (0 - 9 mg), Nitơ (8,4 - 14,5 mg), tổng CO2 (34 - 56 mg), Argon (0,2 - 0,4 mg), Heli và Neon (1,7 - 10^-4 mg) và H2S (0 - 22 mg).
Mặt biển không phẳng lặng và luôn biến đổi bởi tác động của các loại sóng, thủy triều và dòng chảy trên biển
Các loại sóng biển bao gồm sóng gió, sóng áp, sóng tsunami, sóng tàu và sóng thủy triều, mỗi loại được đặc trưng bởi độ cao, bước sóng, chu kỳ, vận tốc và hướng truyền sóng Sóng biển chứa năng lượng lớn, ảnh hưởng mạnh mẽ đến môi trường biển và khu vực ven bờ Cường độ sóng giảm dần khi tiếp xúc với đáy biển và bờ.
Thuỷ triều là hiện tượng mực nước biển dao động theo chu kỳ do lực hấp dẫn của Mặt trăng và Mặt trời Mỗi chu kỳ triều, được gọi là chu kỳ triều, có thể chia thành nhật triều, bán nhật triều và triều hỗn hợp dựa trên số lần dao động trong ngày Mỗi loại triều có các đặc trưng riêng, bao gồm thời gian triều rút, biên độ triều và độ lớn triều Các vùng biển khác nhau sẽ có chế độ triều và chu kỳ triều đặc trưng riêng.
Dòng chảy trên biển là hiện tượng nước biển chuyển động theo chiều đứng và ngang, tạo ra các dòng chảy với quy mô khác nhau, từ hàng nghìn đến hàng chục km Các hải lưu lớn trên Trái đất hình thành dưới tác động của khí quyển, bức xạ Mặt trời, lực tạo triều và lực coriolit, phản ánh trường gió tổng quát ở lớp không khí sát mặt nước Những dòng chảy biển nổi bật bao gồm Gulfstream ở Đại Tây Dương, chảy từ xích đạo lên phía Bắc tới châu Âu; Kuroshivo ở Bắc Thái Bình Dương, với chiều rộng 80 km, sưởi ấm vùng Alaska; và dòng chảy lạnh Peru, xuất phát từ Nam Cực.
Các hệ thống dòng chảy biển đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến thời tiết, khí hậu, cung cấp dinh dưỡng cho sinh vật biển và giao thông hàng hải Một ví dụ điển hình là hiện tượng El Nino và La Nina, cho thấy tác động mạnh mẽ của dòng chảy biển El Nino xảy ra vào dịp lễ Giáng sinh, gây ra sự nóng lên của nước biển gần xích đạo phía đông Thái Bình Dương, dẫn đến hạn hán ở rìa Tây và mưa lớn ở rìa Đông như Peru và Ecuador Ngược lại, La Nina liên quan đến sự lạnh đi của nước biển ở khu vực này, gây ra mưa lũ ở rìa Tây và khô hạn kéo dài ở rìa Đông.
Nước ngọt lục địa, mặc dù chỉ chiếm khoảng 2,3% khối lượng thủy quyển, đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với sự sống trên Trái đất Đây là nguồn cung cấp nước ngọt chủ yếu, giúp điều hòa khí hậu lục địa và tạo ra dự trữ năng lượng sạch cho con người Nước ngọt lục địa bao gồm các dòng chảy, nước ngầm, nước ao hồ và hơi nước trong khí quyển.
2.2.3 Đới ven biển, cửa sông và thềm lục địa Đới ven biển: Là nơi gặp nhau giữa đất liền với biển, bao gồm thềm lục địa, bờ biển và các vùng đất thấp ven biển, là khu vực chịu sự chi phối của 3 quyển chính, gồm Thạch quyển, Thủy quyển và Khí quyển Có thể nói, đới ven biển là vùng biển nông, vùng này có năng suất sinh học cao, đồng thời rất nhạy cảm với các biến động môi trường (xói mòn, bão lũ…) và hoạt động của con người (khai thác tài nguyên ven biển…) Theo phương vuông góc với hướng bờ biển, có thể phân ra 3 vùng đặc trƣng, bao gồm lục địa, bờ biển và thềm lục địa Theo chiều dọc của bờ biển, có thể gặp các dạng địa hình nhƣ cửa sông ven biển, khu bờ vịnh đảo, đầm phá và khu bờ châu thổ
Cửa sông ven biển là địa hình phổ biến trong khu vực ven biển, nơi dòng sông chảy ra biển, phản ánh sự tương tác giữa dòng chảy, tác động của biển và kiến tạo khu vực Quan hệ giữa lượng trầm tích tích lũy và tốc độ sụt lún kiến tạo là yếu tố quan trọng nhất, tạo ra các hình dạng cửa sông khác nhau Nếu trầm tích lắng đọng ít hơn tốc độ xói mòn, sẽ hình thành cửa sông phễu; ngược lại, nếu trầm tích nhiều hơn, cửa sông sẽ tiến ra biển, như cửa sông tam giác châu ở sông Hồng Sự phân bố trầm tích tại cửa sông phụ thuộc vào kích thước và lực tác động trong khu vực Ở miền Trung, nơi có mùa cạn kéo dài, dòng biển ven bờ trở thành yếu tố chính hình thành cửa sông dạng đầm phá Các đặc trưng của nước cửa sông như độ muối, pH và nhiệt độ thay đổi theo lưu lượng nước sông, chế độ thủy triều và địa hình, với độ muối thường tăng khi nước biển xâm nhập vào nước sông Nhiệt độ nước cũng biến đổi theo mùa, cao vào mùa hè và thấp vào mùa đông, trong khi địa hình đáy cửa sông ảnh hưởng mạnh mẽ tới động lực và đặc trưng hóa lý của khối nước.
Khí quyển
2.3.1 Khái niệm và vai trò của khí quyển
Khí quyển là lớp vỏ bảo vệ bên ngoài của Trái đất, nằm giữa bề mặt của thủy quyển và thạch quyển ở phía dưới, và khoảng không gian giữa các hành tinh ở phía trên.
Khí quyển là nguồn cung cấp Oxy (cần thiết cho sự sống trên trái đất), cung cấp
CO2 là yếu tố thiết yếu cho quá trình quang hợp ở thực vật, đồng thời cung cấp nitơ cho vi khuẩn cố định nitơ và các nhà máy sản xuất amôniac, tạo ra các hợp chất nitơ cần thiết cho sự sống Ngoài ra, khí quyển cũng đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển nước từ đại dương vào đất liền, góp phần vào chu trình tuần hoàn nước.
Khí quyển đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì và bảo vệ sự sống trên trái đất bằng cách hấp thụ hầu hết các tia vũ trụ và bức xạ điện từ từ mặt trời, ngăn chặn chúng đến bề mặt đất Nó chỉ cho phép các bức xạ cận cực tím, cận hồng ngoại (3.000 ÷ 2.500 nm) và sóng rađi (0,1 ÷ 40 micron) đi qua, đồng thời ngăn cản bức xạ cực tím có khả năng hủy hoại mô (dưới 300 nm).
2.3.2 Sự hình thành và cấu trúc khí quyển Trái đất
Khí quyển Trái đất hình thành từ sự thoát hơi nước và các khí từ lòng đất, chủ yếu gồm hơi nước, amoniac, mêtan, khí trơ và hydro trong giai đoạn đầu Dưới tác động của ánh sáng Mặt trời, hơi nước phân hủy thành oxy và hydro, trong khi oxy phản ứng với amoniac và mêtan để tạo ra khí N2 và CO2 Qua thời gian, một lượng H2 nhẹ thoát vào không gian, để lại khí quyển chủ yếu là hơi nước, nitơ và một ít oxy Sự xuất hiện của thực vật và quá trình quang hợp đã tạo ra lượng lớn oxy, giảm nồng độ CO2 trong khí quyển Sự phát triển của động thực vật và quá trình phân hủy đã làm tăng nhanh nồng độ khí N2, hình thành nên thành phần khí quyển hiện tại.
Khí quyển Trái đất được cấu trúc thành nhiều tầng, bao gồm: tầng đối lưu ở gần mặt đất, tiếp theo là tầng bình lưu, tầng trung gian, tầng nhiệt (hay còn gọi là tầng nóng) và cuối cùng là tầng điện ly (tầng ngoài).
Hình 2.4 Cấu trúc của khí quyển theo chiều thẳng đứng
Tầng đối lưu: Là một tầng thấp nhất của khí quyển, có nhiệt độ dao động từ
Nhiệt độ tại khu vực gần mặt đất dao động từ +40°C đến -50°C ở độ cao, với sự chuyển động đối lưu của không khí nóng từ mặt đất tạo ra thành phần khí quyển đồng nhất Ranh giới trên của tầng đối lưu nằm trong khoảng 7 đến 8 km tại hai cực.
Tầng đối lưu nằm ở độ cao từ 16 đến 18 km tại vùng xích đạo, là khu vực có mật độ hơi nước và bụi cao nhất, đồng thời cũng là nơi diễn ra các hiện tượng thời tiết chính như mây, mưa, tuyết, mưa đá và bão.
Tầng bình lưu là lớp khí quyển nằm trên tầng đối lưu, với độ cao khoảng 50 km Nhiệt độ trong tầng này giảm dần theo chiều cao, từ -56°C ở phía dưới lên -2°C ở phía trên Không khí ở tầng bình lưu loãng hơn và ít bụi, đồng thời đây cũng là nơi không có hiện tượng thời tiết xảy ra.
Tầng ozon, nằm ở độ cao 25 km trong tầng bình lưu, chứa một lớp không khí giàu ozon (O3) và đóng vai trò như lá chắn bảo vệ khí quyển khỏi tác động có hại của tia cực tím từ bức xạ Mặt Trời.
Tầng trung quyển, nằm trên tầng bình lưu và kéo dài đến độ cao 80 km, có đặc điểm là nhiệt độ giảm dần theo độ cao, bắt đầu từ -20°C ở phía dưới.
92 0 C ở trên cao Tầng này ngăn cách với tầng bình lưu bằng một lớp không khí rất mỏng, khoảng 1 km
Tầng nhiệt, kéo dài từ độ cao 80 km đến 500 km, là khu vực mà nhiệt độ tăng dần theo độ cao Trong tầng này, nhiệt độ ban ngày có thể rất cao, nhưng vào ban đêm lại giảm xuống thấp.
Tầng điện ly bắt đầu từ độ cao 500 km trở lên, nơi mà tia tử ngoại phân hủy các phân tử không khí thành ion dẫn điện như H+, O2-, và He+ Đây cũng là khu vực xuất hiện hiện tượng cực quang và phản xạ sóng ngắn vô tuyến.
Cấu trúc tầng của khí quyển được hình thành nhờ lực hấp dẫn và khí phát sinh từ bề mặt Trái đất, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và duy trì sự sống trên hành tinh này.
Thành phần khí quyển Trái đất khá ổn định theo phương nằm ngang nhưng phân dị theo phương thẳng đứng, với phần lớn khối lượng tập trung ở tầng đối lưu và bình lưu Dù chỉ chiếm khoảng 0,05% khối lượng thạch quyển, khí quyển vẫn đóng vai trò quan trọng cho sự sống trên Trái đất Qua thời gian địa chất, thành phần khí quyển đã thay đổi nhưng hiện tại vẫn ổn định, chủ yếu bao gồm N2, O2 và hơi nước.
CO2, H2, O3, NH4, các chất khí trơ
Mật độ của không khí thay đổi mạnh mẽ theo chiều cao trong khi tỉ lệ các thành phần chính của không khí không thay đổi
Trong tầng đối lưu, thành phần khí chủ yếu ổn định, nhưng nồng độ CO2 và hơi nước thay đổi mạnh, với lượng hơi nước dao động từ 4% vào mùa nóng ẩm đến 0,4% trong mùa khô lạnh Tầng này cũng chứa một lượng nhất định khí SO2 và bụi Ngược lại, tầng bình lưu có quá trình hình thành và phá hủy ozon liên tục, tạo ra một lớp ozon mỏng khoảng vài chục cm, giúp ngăn chặn tia tử ngoại từ mặt trời Tuy nhiên, hoạt động của con người đang làm lớp ozon này mỏng dần, gây nguy hiểm cho sự sống trên Trái đất Hãy cùng tìm hiểu thêm về tầng ozon trong phần tiếp theo của bài viết.
Sinh quyển
2.4.1 Khái niệm và vai trò của sinh quyển
Khái niệm hiện đại về sinh quyển bắt nguồn từ các công trình của nhà tự nhiên học Pháp, Lamac, vào đầu thế kỷ XIX Đến năm 1875, nhà địa chất nổi tiếng người Áo, Zín, đã xác định sinh quyển như một quyển độc lập của Trái đất.
Học thuyết sinh quyển, do nhà địa hóa lỗi lạc người Nga Vernadsky đề xướng vào năm 1926, khẳng định rằng sinh quyển là lớp vỏ sống của Trái đất, tạo thành một hệ thống động phức tạp với nhiều yếu tố ngẫu nhiên và quá trình xác suất Sinh quyển bao gồm tầng đối lưu của khí quyển, toàn bộ thủy quyển và một phần của thạch quyển, kéo dài đến nhiệt độ 100°C Do đó, sinh quyển không chỉ là thế giới sinh vật mà còn bao gồm các yếu tố môi trường xung quanh, phản ánh các hoạt động của sinh vật đã, đang và sẽ tồn tại trên bề mặt Trái đất.
Sinh quyển hình thành nhờ sự tác động của các yếu tố bên ngoài như năng lượng Mặt trời, sự nâng lên và hạ xuống của vỏ Trái đất, cùng với các quá trình tạo núi và băng hà Tính thống nhất và toàn vẹn của sinh quyển được xác định bởi sự di truyền và tiến hóa của sinh vật, vòng tuần hoàn sinh địa hóa của các nguyên tố hóa học, cũng như vòng tuần hoàn nước tự nhiên Sinh quyển duy trì sự cân bằng động với các hệ tự nhiên khác Sự xuất hiện và phát triển mạnh mẽ của loài người đã tạo ra một quyển đặc biệt trên sinh quyển, được gọi là Trí tuệ quyển (Noosphere).
2.4.2 Hệ sinh thái, sinh khối và chu trình dinh dưỡng
Hệ sinh thái là một thực thể khách quan, được duy trì và phát triển qua sự tương tác giữa sinh vật và môi trường vô sinh Chúng có thể được phân loại theo kích thước thành hệ sinh thái nhỏ (như bể nuôi cá), hệ sinh thái vừa (như thảm rừng, hồ chứa nước) và hệ sinh thái lớn (như đại dương) Tất cả các hệ sinh thái trên bề mặt đất tạo thành sinh thái quyển, một hệ sinh thái khổng lồ Ranh giới của hệ sinh thái trong thiên nhiên thường không rõ ràng, ngoại trừ một số trường hợp cụ thể như đảo, hồ nước và cánh rừng Trong hệ sinh thái, có hai thành phần chính: vô sinh (như nước, không khí) và sinh vật Sự trao đổi chất, năng lượng và thông tin luôn diễn ra giữa hai thành phần này.
Sinh vật trong hệ sinh thái đƣợc chia làm ba loại chủ yếu:
Sinh vật sản xuất, thường là tảo hoặc thực vật, có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ vật chất vô sinh nhờ vào ánh sáng Mặt trời.
- Sinh vật tiêu thụ: Gồm các loại động vật ở nhiều bậc khác nhau Bậc 1 là động vật ăn thực vật Bậc 2 là động vật ăn thịt…;
Sinh vật phân hủy, bao gồm vi khuẩn và nấm, hiện diện khắp nơi và đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy xác chết của sinh vật Chúng chuyển đổi các xác chết này thành các thành phần dinh dưỡng cần thiết cho thực vật, góp phần duy trì sự cân bằng trong hệ sinh thái.
Trong hệ sinh thái, quá trình tổng hợp và phân hủy vật chất hữu cơ và năng lượng diễn ra liên tục Vòng tuần hoàn vật chất là vòng kín, trong khi vòng tuần hoàn năng lượng là vòng hở Năng lượng từ Mặt trời được sinh vật sản xuất hấp thụ và truyền cho sinh vật tiêu thụ bậc cao hơn, nhưng trong quá trình này, năng lượng bị phân tán và giảm kích thước Ngược lại, các nguyên tố hóa học tham gia vào quá trình tổng hợp chất hữu cơ sẽ trở lại trạng thái ban đầu trong môi trường sau một chu trình tuần hoàn.
Sinh khối đã xuất hiện từ khoảng 3 tỷ năm trước, đánh dấu sự ra đời của sinh vật và sinh quyển Trong hàng triệu năm, sinh quyển đã tác động mạnh mẽ đến sự phát triển của vỏ Trái đất, để lại nhiều dấu ấn qua các loại khoáng sản như than, dầu, granit, cũng như các trầm tích như trầm tích than, đá cacbonnat, và photphat Sự đa dạng và phức tạp của các loài sinh vật cũng ngày càng gia tăng, từ những cơ thể đơn bào đến động vật có vú.
Sinh khối là tổng trọng lượng sinh vật sống trên một đơn vị diện tích hoặc thể tích trong sinh quyển, ước tính khoảng 1,10^14 đến 2,10^16 tấn Trong đó, đại dương chứa 1,1.10^9 tấn sinh khối thực vật và 2,89.10^10 tấn sinh khối động vật, trong khi phần lớn sinh khối tập trung trên lục địa, chủ yếu là thực vật Mặc dù sinh khối của Trái đất chiếm tỷ lệ nhỏ so với tổng trọng lượng của hành tinh và rất ít so với Thạch quyển, Thủy quyển, nhưng trong suốt hàng triệu năm, sinh quyển đã biến đổi một khối lượng lớn vật chất trên Trái đất Sinh khối hiện diện trên hầu hết các loại đất đá trầm tích biến chất và khoáng sản trầm tích dưới dạng vật chất hữu cơ.
Chu trình dinh dưỡng bắt đầu từ việc tổng hợp hydratcacbon của sinh vật tự dưỡng, chủ yếu là thực vật, từ khí oxit cacbon, nước và khoáng chất Động vật ăn cỏ tiêu thụ thực vật làm thức ăn, trong khi vi khuẩn và nấm phân hủy thức ăn thừa và xác động thực vật thành các hợp chất đơn giản, cung cấp dinh dưỡng cho thực vật Quá trình này tạo ra một chu trình tuần hoàn, trong đó các chất dinh dưỡng luân chuyển giữa đất, nước, không khí, đá và các sinh vật sống, với nguồn năng lượng từ Mặt trời.
Trong tế bào sống, hầu hết các nguyên tố hóa học quan trọng của sinh quyển đều có mặt Các nguyên tố này được sắp xếp theo hàm lượng từ cao đến thấp, bao gồm: C, H, O, N, P, Cl, Cu, Fe, và Mg.
K, Na, S, Al, B, Br… Nồng độ của các nguyên tố trên trong các loài sinh vật thay đổi phụ thuộc vào từng loại và đặc điểm môi trường sống của các cá thể
Chu trình dinh dưỡng của nguyên tố hóa học là yếu tố quan trọng trong thành phần của các cơ thể sống, có thể được minh họa bằng sơ đồ (hình 2.10) Hình 2.10 mô tả chu trình dinh dưỡng của nitơ, bắt đầu từ nitơ trong khí quyển và được chuyển hóa thành protein trong tế bào nhờ các sinh vật đất như vi khuẩn Rhizobium.
Azotobacter và Clotridium, N2, khí quyển chuyển hóa thành nitơ trong sinh khối thực vật
Nitơ hòa tan từ đất sẽ được sinh vật nước hấp thụ để tổng hợp protein Các chất thải chứa nitơ khi rơi vào nước và đất sẽ được vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter chuyển hóa thành NH4+.
Mỗi năm, con người bổ sung khoảng 50 triệu tấn phân bón nitơ dưới dạng hợp chất tan vào chu trình dinh dưỡng nitơ, tương đương với 54 triệu tấn nitơ được sinh vật hấp thụ.