ĐẶT VẤN ĐỀ Môi trường đã trở thành một vấn đề được toàn thế giới quan tâm, cùng với xu thế phát triển chung của thế giới nền kinh tế của Việt Nam đang chuyển đổi mạnh mẽ trên con được công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Bên cạnh mở mang những khu đô thị mới và phát triển công nghiệp nhiều vấn đề môi trường đã nảy sinh làm ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống và công cuộc phát triển bền vững đất nước. Một trong những vấn đề môi trường hiện nay đó chính là sự gia tăng hiệu ứng nhà kính. Về mặt tự nhiên thì hiện tượng hiệu ứng nhà kính giúp nhiệt độ trái đất được ổn định có lợi cho sự phát triển của sinh vật, tuy nhiên do sự gia tăng của hiện tượng này nên nhiệt độ trái đất ngày càng tăng cao dẫn đến nhiều ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật. Đây là một hiện tượng tự nhiên có lợi cho trái đất tuy nhiên do những tác động của con người làm thay đổi thành phần vật chất của bầu khí quyển dẫn tới sự gia tăng hiệu ứng nhà kính nên có tác động xấu đến trái đất và sinh vật. Nghiên cứu các nguyên lý khoa học môi trường mà cụ thể là nguyên lý bảo toàn vật chất giúp chúng ta tìm hiểu về hiện tượng hiệu ứng nhà kính, sự gia tăng hiệu ứng nhà kính và những tác động của nó. Ứng dụng nguyên lý bảo tồn vật chất để giải thích hiện tượng trên từ đó tìm ra nguyên nhân gây ra sự gia tăng hiện tượng này. Đưa ra giải pháp giảm sự gia tăng hiệu ứng nhà kính. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1. Mục tiêu nghiên cứu Giúp hiểu rõ hơn nguyên lý bảo tồn vật chất trong khoa học môi trường và ứng dụng nó trong thực tiễn về các vấn đề môi trường. Góp phần nâng cao chất lượng môi trường và sức khỏe con người, thúc đẩy sự phát triển trong xã hội. 1.2. Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu về hiện tượng hiệu ứng nhà kính, sự gia tăng hiệu ứng nhà kính và những tác động của nó. Ứng dụng nguyên lý bảo tồn vật chất để giải thích hiện tượng trên từ đó tìm ra nguyên nhân gây ra sự gia tăng hiện tượng này. Đưa ra giải pháp giảm sự gia tăng hiệu ứng nhà kính. 1.3. Phương pháp nghiên cứu Áp dụng phương pháp kế thừa tài liệu KẾT QUẢ 2.1. Nguyên lý bảo tồn vật chất Theo định luật bảo toàn vật chất: vật chất không tự dưng sinh ra và mất đi, chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Con người và tự nhiên chỉ lấy đi những gì cần cho bản thân từ trái đất, tách chúng ra, vận chuyển chúng từ phần này sang phần khác của trái đất, chế biến, sử dụng, loại bỏ, tái sử dụng chúng. Từ định luật bảo toàn vật chất nói trên ta có thể phát biểu nguyên lý 2.1 trong lĩnh vực môi trường như sau: “Vật chất bảo toàn, nó không thể tự dưng sinh ra hoặc mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác…” 2.2. Hiện tượng hiệu ứng nhà kính 2.2.1. Khái niệm Năng lượng mặt trời đến trái đất dưới dạng bức xạ sóng ngắn. Một phần bức xạ được bề mặt trái đất và khí quyển phản xạ trở lại vũ trụ. Phần lớn bức xạ đó xuyên qua khí quyển sưởi ấm bề mặt trái đất và gửi năng lượng này trở lại vũ trụ dưới dạng sóng dài bức xạ tia hồng ngoại. Một phần bức xạ hồng ngoại do trái đất phát ra được hấp thụ bởi hơi nước, carbon điôxyt và các khí khác gọi là khí nhà kính làm sưởi ấm trái đất. Tuy nhiên, do nồng độ các khí nhà kính hiện đang tăng lên nhanh chóng, do đó nó làm giảm khả năng tỏa nhiệt của Trái đất (khoảng 2%) có nghĩa là toàn trái đất giữ lại lượng năng lượng tương đương 3 triệu tấn dầu đốt trong mỗi phút. Kết quả của sự trao đổi không cân bằng về năng lượng giữa trái đất với không gian xung quanh, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ của khí quyển trái đất. Hiện tượng này diễn ra theo cơ chế tương tự như nhà kính trồng cây nên được gọi là hiện tượng hiệu ứng nhà kính (greenhouse effect). Hiệu ứng nhà kính nhìn nhận từ góc độ cơ học: Đây là hiệu quả giữ nhiệt của lớp kính trong các nhà kính. Ở vùng ôn đới, trong điều kiện lạnh giá của mùa đông, để bảo vệ cây trồng thì người dân châu Âu đã làm những nhà kính nhằm giữ nhiệt độ không khí giúp cho cây trồng phát triển. Tuy nhiên, nhà kính chỉ có khả năng ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng mà không có khả năng hấp thụ và bức xạ nhiệt giống như khí quyển. Như vậy, hiệu ứng nhà kính cơ học hoàn toàn do con người tạo ra Hiệu ứng nhà kính trái đất: Đối với Trái Đất thì khí quyển cũng giống như lớp kính, khí quyển để cho ánh sáng Mặt Trời xuyên qua đốt nóng bề mặt Trái Đất. Đồng thời, nó có vai trò giữ nhiệt lại cho bề mặt Trái Đất và bức xạ một phần nhiệt vào khoảng không vũ trụ. Hình 1: Hiệu ứng nhà kính 2.2.2. Sự xuất hiện của hiệu ứng nhà kính trái đất Như ta biết, sau khi thạch quyển hình thành thì xuất hiện khí quyển. Quyển này được hình thành khi khối lượng và thể tích của Trái Đất đủ lớn, trọng lực có khả năng giữ được lớp khí thoát ra từ trong lòng của nó. Ta có thể chứng minh nhận định này thông qua định luật vạn vật hấp dẫn của Niu-tơn. Theo định luật vạn vật hấp dẫn của Niu-tơn thì: Trong đó: F: lực hấp dẫn. G: hằng số hấp dẫn (G = 6.67 x 10 -11 N.m²/kg²). M: khối lượng của Mặt Trời. m: khối lượng của Trái Đất. r: khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời. Từ công thức trên ta thấy, G, M, r không thay đổi (r có thể thay đổi, nhưng xét trên tương quan giữa Trái Đất và Mặt Trời thì xem như không đáng kể). Để F đủ lớn có thể giữ được không khí tạo ra vỏ khí thì khối lượng của Trái Đất phải tăng, tức là m thay đổi. Vì thế, lúc mới hình thành khối lượng và thể tích của Trái Đất nhỏ, cho nên trọng lực không đủ lớn để giữ được không khí thoát ra từ bao manti. Chỉ đến khi khối lượng, thể tích của Trái Đất đủ lớn, trọng lực có khả năng thắng được lực hấp dẫn của vũ trụ và từ trường với khả năng bảo vệ cho nó khỏi chịu tác dụng nguy hại của gió Mặt Trời thì khí quyển được hình thành, cùng với nó là sự xuất hiện hiệu ứng nhà kính của Trái Đất. Thành phần của khí quyển có sự tiến hóa theo thời gian. Vỏ khí nguyên thủy chủ yếu là hiđrô và amoniac mà Trái Đất đã chiếm lĩnh được từ đám mây nguyên thủy và đã giữ lại được bằng lực hấp dẫn. Về sau có sự tham gia của cacbonic, hơi nước và tro bụi thoát ra từ trong lòng Trái Đất do hoạt động tạo núi và hoạt động núi lửa diễn ra rất mạnh mẽ lúc bấy giờ. Khi xuất hiện sinh quyển thì góp mặt thêm một số khí do sự trao đổi giữa sinh vật và môi trường sống. Khí quyển sinh ra mọi hiện tượng thời tiết và khí hậu trên Trái Đất, nhờ có khí quyển mới có thủy quyển, sinh quyển và thổ nhưỡng quyển. Như vậy, hệ quả đầu tiên và lớn nhất của khí quyển đối với Trái Đất là hiệu ứng nhà kính do chính khí quyển tạo nên. 2.2.3. Cơ chế hoạt động của hiệu ứng nhà kính Bức xạ Mặt Trời đi đến bề mặt Trái Đất có 2 dạng. Những tia sáng Mặt Trời xuyên thẳng vào khí quyển trong một bầu trời không mây được gọi là bức xạ trực tiếp. Một phần các tia Mặt Trời do va chạm với phân tử khí nên bị khuếch tán được gọi là bức xạ khuếch tán. Loại bức xạ này đi đến các vật thể trên mặt đất không phải từ đĩa Mặt Trời mà là từ toàn bộ vòm trời và tạo nên ánh sáng ban ngày ở khắp mọi nơi. Do đó, vào những ngày nắng, cả những nơi mà tia thẳng không xuyên tới được, thí dụ đi dưới tán rừng, cũng được chiếu sáng. Cùng với bức xạ trực tiếp, bức xạ khuếch tán cũng là nguồn nhiệt. Hai loại bức xạ trên có dạng sóng ngắn nên chúng dễ dàng xuyên qua khí quyển đến bề mặt Trái Đất, mặt đất hấp thụ chuyển năng lượng ánh sáng đó thành nhiệt năng, đốt nóng lớp không khí bên dưới đồng thời bức xạ trở lại khí quyển dưới dạng sóng dài, phần này gọi là bức xạ phản hồi của bề mặt Trái Đất. Bản thân khí quyển bị đốt nóng lại tỏa nhiệt, một phần nhiệt bốc lên trên cao và mất đi vào không gian giữa các hành tinh, phần này được gọi là bức xạ hiệu dụng, phần nhiệt còn lại được các phân tử khí mà trước hết là điôxít cacbon, hơi nước hấp thụ và bức xạ ngược trở lại mặt đất, phần này được gọi là bức xạ nghịch của khí quyển. Bức xạ nghịch chỉ rõ vai trò của khí quyển trong chế độ nhiệt của vỏ Trái Đất . Cụ thể, chúng tôi biểu thị ở công thức sau đây: Bức xạ hiệu dụng = Bức xạ phản hồi của bề mặt Trái Đất – Bức xạ nghịch của khí quyển(*) Từ (*) cho thấy, nhiệt độ không khí gần bề mặt Trái Đất có được chủ yếu do: Thứ nhất là, bức xạ phản hồi của bề mặt Trái Đất (bao gồm đại dương và lục địa), ở tầng đối lưu năng lượng bức xạ Mặt Trời không có khả năng đốt nóng trực tiếp không khí. Tất cả các vật thể như nhà cửa, rừng cây, hồ nước, đường giao thông, động vật… đều có khả năng hấp thụ bức xạ Mặt Trời, đồng thời phát xạ đốt nóng không khí xung quanh. Thứ hai là, bức xạ nghịch của khí quyển, tất cả các phân tử khí, hơi nước, bụi… trong khí quyển đều có khả năng hấp thụ những luồng bức xạ sóng dài từ bề mặt Trái Đất và phản xạ ngược trở lại. Cũng từ (*) ta thấy, nếu bức xạ nghịch tăng thì bức xạ hiệu dụng giảm, điều này có nghĩa rằng Trái Đất sẽ giữ lại lượng nhiệt lớn hơn mức cần thiết, cân bằng âm dương bị phá vỡ làm mất cân bằng nhiệt vốn có của tự nhiên. Trong khí quyển của Trái Đất, ngoài điôxít cacbon, hơi nước kể trên có khả năng giữ nhiệt thì metan, freon, nitơ điôxit, bụi cũng có khả năng đó. Vì thế, khi con người tác động vào khí quyển như làm tăng lượng khí cacbonic, thải bụi, thải các loại khí khác thì bức xạ nghịch sẽ lớn, nhiệt độ Trái Đất sẽ tăng. Hay nói rõ hơn, nồng độ các loại khí trong khí quyển càng cao, thì lượng bức xạ do chúng hấp thụ càng lớn và kết quả là làm tăng hiệu ứng nhà kính của Trái Đất. Sự thay đổi nồng độ của các loại khí trong vòng 100 năm trở lại đây (điôxít cacbon tăng 20%, metan tăng 90%) đã làm tăng nhiệt độ lên 2°C [11]. Như vậy, sự cân bằng nhiệt của Trái Đất hoàn toàn tuân theo quy luật tự nhiên, nếu không có sự tác động ngoại lai thì sẽ luôn tồn tại ở trạng thái cân bằng, rất cần cho sự sinh tồn của các loài trên hành tinh này. Lớp vỏ khí như chiếc áo ấm giữ nhiệt giúp cho Trái Đất không bị hóa lạnh về ban đêm giống như trên Mặt Trăng. Đây là cơ sở để khẳng định, không có hiệu ứng nhà kính của Trái Đất sẽ không có sự sống, vì nhiệt độ không được giữ lại (Trái Đất sẽ có nhiệt độ trung bình cỡ -18 o C thay vì nhiệt độ trung bình hiện nay của Địa Cầu là +15°C). Hiệu ứng nhà kính đã có từ lâu (có từ khi hình thành khí quyển), con người không có khả năng tạo ra hiệu ứng nhà kính của Trái Đất mà chỉ làm tăng thêm hiệu ứng nhà kính thông qua các hoạt động sản xuất. Vì thế, chúng ta chống sự tăng lên của hiệu ứng nhà kính chứ không phải chống hiệu ứng nhà kính như một số người bấy lâu nay lầm tưởng, cho nên thuật ngữ “chống hiệu ứng nhà kính của Trái Đất” cần phải được thay thế bằng thuật ngữ “chống sự tăng lên của hiệu ứng nhà kính của Trái Đất”. 2.2.4. Nguyên nhân gây ra sự gia tăng hiệu ứng nhà kính Nguyên nhân dẫn tới hiện tượng hiệu ứng nhà kính hay sự nóng lên toàn cầu đã được các nhà khoa học trên thế giới chỉ ra là do sự gia tăng nồng độ các khí nhà kính như CO 2 , CFC, CH 4 , O 3 , NO 2 …Trong đó tỷ lệ và vai trò của các khí gây ra hiệu ứng nhà kính như sau: Cũng theo các nhà khoa học thì trong các loại khí nhà kính thì khí CO 2 đóng vai trò quan trọng nhất gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính hay sự nóng lên toàn cầu. 2.2.5. Ảnh hưởng của hiện tượng gia tăng hiệu ứng nhà kính Sự gia tăng nhiệt độ của trái đất do sự gia tăng hiệu ứng nhà kính gây ra đã tác động tới rất nhiều mặt của môi trường trái đất như sau: - Nhiệt độ trái đất tăng sẽ làm tan băng và dâng cao mực nước biển. Như vậy, nhiều vùng sản xuất lương thực trù phú, các khu đông dân cư, các đồng bằng lớn, nhiều đảo thấp có thể sẽ bị chìm dưới nước biển. - Sự nóng lên của trái đất sẽ làm thay đổi điều kiện sống bình thường của các sinh vật trên trái đất. Một số loài sinh vật thích nghi với điều kiện sống mới sẽ thuận lợi phát triển. Trong khi đó nhiều loài sẽ bị thu hẹp về không gian sống hoặc bị tiêu diệt do không kịp thích nghi với các biến đổi của môi trường sống. - Khi hậu trái đất sẽ bị thay đổi sâu sắc, các đới khí hậu có xu hướng di chuyển về hai phía cực của trái đất. Toàn bộ điều kiện sống của tất cả các quốc gia bị xáo động. Hoạt động sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy hải sản bị ảnh hưởng nghiêm trọng. - Nhiều loại bệnh tật mới đối với con người xuất hiện, các loại dịch bệnh lan tràn, sức khỏe của con người bị suy giảm. 2.3. Ứng dụng nguyên lý 2.1 giải thích hiện tượng gia tăng hiệu ứng nhà kính Nguyên nhân của sự gia tăng hiệu ứng nhà kính là do sự gia tăng nồng độ của các khí nhà kính trong khí quyển. Trong đó nguyên nhân chủ yếu gây ra sự gia tăng hiệu ứng nhà kính lớn đó là sự gia tăng lượng khí CO 2 trong khí quyển. Do đó ở đây ta chỉ tập trung giải thích sự gia tăng khí CO 2 (Các khí còn lại có thể giải thích một cách tương tự). Đầu tiên ta phải đặt câu hỏi rằng CO 2 trong khí quyển từ đâu sinh ra, nó có phải là một chất nhân tạo do các hoạt động của con người sinh ra hay không và tại sao nồng độ của CO 2 trong khí quyển lại tăng lên nhiều như vậy. . Hỡnh 3: Chu trỡnh cacbon ton cu (n v tớnh 10 9 tn) Theo nguyờn lý 2.1. vt cht l bo ton nú khụng t dng sinh ra cng khụng t dng mt i m ch chuyn t dng ny sang dng khỏc. Khớ CO 2 cng vy nú cng l mt dng vt cht cú sn trong t nhiờn, khụng phi do con ngi chỳng ta to ra. S gia tng nng CO 2 khớ quyn thc cht l do s mt cõn bng chu trỡnh cỏc bon ton cu m nguyờn nhõn ch yu l do cỏc hot ng sn xut ca con ngi nh: t nguyờn liu húa thch, khai thỏc ti nguyờn thiờn nhiờn, cht phỏ rng lm rừ vn ny ta phi i tỡm hiu chu trỡnh cỏc bon trong t nhiờn Theo hỡnh 3 thỡ Cacbon tn ti trong t nhiờn tt c cỏc quyn nh: khớ quyn (cỏc cht khớ m ch yu l CO 2 ), trong sinh quyn (l cu to c th ca ng Thực vật 562 Thực vật 562 7521 Hô hấp đồng hóa Khí quyểnLục địa Tiêu thụ Tiêu thụ Vật liệu HC chết Vật liệu HC chết Than và dầu 10.000 Than và dầu 10.000 Trầm tích 20.000.000 54 40 đồng hóa Thực vật trôi nổi Thực vật trôi nổi 20 20 Đại d ơng 97 100 20 hô hấp Tiêu thụ Tiêu thụ Vật liệu HC chết Vật liệu HC chết < 1 ớc biển 35.000 [...]... dạng tích lũy khác của cacbon trong tự nhiên cũng giảm đi điều này phù hợp với nguyên lý bảo toàn vật chất Điều này khẳng định hiện tượng gia tăng hiệu ứng nhà kính có liên quan chặt chẽ đến tình hình suy giảm các tài nguyên thiên nhiên trên trái đất 3 Giải quyết vấn đề gia tăng hiệu ứng nhà kính nói riêng cũng như giải quyết các vấn đề ô nhiễm nói chung không phải là tìm mọi cách làm biến mất hay thủ... rừng, bảo vệ các loại thực vật biển…nhằm tăng cường khả năng hấp thụ CO2 tức tăng tích lũy CO2 vào trong sinh quyển - Sử dụng tiết kiệm, hạn chế các nguyên liệu hóa thạch như dầu mỏ, than đá, sử dụng các nhiên liệu sinh học là để hạn chế chuyển Cacbon trong thạch quyển vào khí quyển… Như vậy, thực chất của việc giải quyết vấn đề gia tăng hiệu ứng nhà kính là giảm nồng độ khí CO2 trong khí quyển bằng... lý 2.1 trong việc giải quyết vấn đề gia tăng hiệu ứng nhà kính: Để hiện tượng hiệu ứng nhà kính trở về trạng thái cân bằng không phải là tìm mọi cách làm cho khí CO2 biến mất mà ta chỉ tìm mọi cách chuyển cacbon trong khí quyển ở dạng CO2 sang các dạng cacbon tích lũy trong các quyển khác và hạn chế chuyển các dạng cacbon từ thạch quyển, sinh quyển… vào khí quyển Từ đó ta có các biện pháp cụ thể như... của nguyên lý 2.1 Trên thực tế điều này cũng đã được chứng minh bằng các vấn đề môi trường riêng biệt nhưng lại có mối quan hệ rất chặt chẽ Khi nồng độ khí CO 2 trong khí quyển tăng lên thì các dạng tài nguyên như than đá, dầu mỏ, khí đốt (dạng Cacbon trong thạch quyển), diện tích rừng, cây xanh, hệ thực vật biển (dạng cacbon trong sinh quyển) cũng đồng thời bị suy giảm nghiêm trọng Ứng dụng nguyên lý. .. chuyển hóa các dạng tồn tại của chất ô nhiễm hoặc di chuyển chúng từ quyển này sang quyển khác để đạt được trạng thái cân bằng, ổn định TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Bài giảng nguyên lý khoa học môi trường – Lưu Đức Hải 2 Khoa học môi trường – Lê Văn Khoa ... KẾT LUẬN 1 Các khí nhà kính, mà tiêu biểu nhất là khí CO 2 trong khí quyển tăng lên không phải là do con người sinh ra mà chúng chỉ được con người chuyển hóa từ các dạng vật chất có trong các quyển khác của trái đất như: thủy quyển, sinh quyển, thạch quyển… 2 Khi nồng độ khí CO2 trong khí quyển tăng lên, thì đồng thời các dạng tích lũy khác của cacbon trong tự nhiên cũng giảm đi điều này phù hợp với nguyên. .. suy giảm hay nói cách khác con người đã làm giảm lượng Cacbon tích lũy trong sinh vật sang thành Cacbon trong khí quyển ở dạng khí CO2 à Nồng độ CO2 không tự dưng tăng lên mà thực chất nó được con người chuyển hóa từ dạng cacbon trong thạch quyển, khí quyển, thủy quyển…thành CO 2 trong khí quyển mà thôi à Nồng độ CO2 trong khí quyển tăng đồng nghĩa với việc dạng Cacbon trong các quyển khác cũng bị giảm. .. trên bị phá vỡ và làm gia tăng nồng độ của nó trong khí quyển Như vậy, CO2 trong khí quyển không tự sinh ra mà nó chỉ đơn thuần được chuyển từ các quyển khác sang Tuy nhiên do các hoạt động của con người nên lượng CO2 bị chuyển từ các quyển khác vào khí quyển cao hơn lượng CO 2 được hấp thụ từ khí quyển vào sinh quyển, thủy quyển hay thạch quyển Các hoạt động của con người làm gia tăng lượng CO2 trong . nhân gây ra sự gia tăng hiện tượng này. Đưa ra giải pháp giảm sự gia tăng hiệu ứng nhà kính. 1 .3. Phương pháp nghiên cứu Áp dụng phương pháp kế thừa tài liệu KẾT QUẢ 2.1. Nguyên lý bảo tồn vật. tỏa nhiệt của Trái đất (khoảng 2%) có nghĩa là toàn trái đất giữ lại lượng năng lượng tương đương 3 triệu tấn dầu đốt trong mỗi phút. Kết quả của sự trao đổi không cân bằng về năng lượng giữa trái. và lớn nhất của khí quyển đối với Trái Đất là hiệu ứng nhà kính do chính khí quyển tạo nên. 2.2 .3. Cơ chế hoạt động của hiệu ứng nhà kính Bức xạ Mặt Trời đi đến bề mặt Trái Đất có 2 dạng. Những