Bài giảng môn học Môi trường và con người

Nội dung text: Bài giảng môn học Môi trường và con người

1. - 1 - BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG §¹i häc KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÀI GIẢNG MÔI TRUỜNG VÀ CON NGƯỜI Số đơn vị học trình: 02 Bậc đào tạo: §¹i häc Năm 2007
2. - 2 - MỞ ĐẦU VỀ MÔN HỌC MÔI TRƯỜNG VÀ CON NGƯỜI I. Khái niệm về khoa học môi trường Cách đây khoảng vài thập kỷ đã xuất hiện môn khoa học liên ngành mới gọi là khoa học môi trường. Thật ra, khoa học môi trường xuất hiện từ lâu nhưng chưa được nói đến rõ ràng như hiện nay. Con người nghiên cứu để khai thác tối đa cho mình các tài nguyên thiên nhiên, xây dựng những ngôi nhà ở tốt nhất cho đời sống và sức khoẻ của mình Nhưng gần đây do xuất hiện rất nhiều vấn đề về môi trường nên khoa học môi trường mới được chú ý bởi nhiều người có nghề nghiệp khác nhau, ở các nước khác nhau thậm chí đến cả giới tính và lứa tuổi khác nhau. Những vấn đề về môi trường được nêu ra ở mọi nơi, mọi lúc như: Tài nguyên khai thác đang trở nên cạn kiệt, dân số đang bùng nổ ở nhiều nơi, nguồn năng lượng không còn dùng được bao lâu, ô nhiễm đất, nước, không khí và các chất độc hại xảy ra xung quanh chúng ta Khoa học Môi trường ở trên thế giới và ở Việt Nam Kể từ sau hội nghị quốc tế về bảo vệ môi trường ở Stockholm 1972, khoa học môi trường ở trên thế giới đã được phát triển mạnh mẽ. Nhiều viện nghiên cứu về môi trường đã được thành lập, nhiều trường đại học đã được xây dựng các khoa, các bộ môn chuyên đào tạo cán bộ khoa học công nghệ môi trường. Nhiều tạp chí về khoa học công nghệ và công nghệ môi trường đã được xuất bản. Tương tự như vậy chúng ta đã có trong tay nhiều sách giáo khoa, sách chuyên khảo về khoa học môi trường và công nghệ môi trường. Trung bình hằng năm có khoảng 30 hội nghị quốc tế có liên quan đến môi trường. Ở Việt Nam, nhận thức về sự cần thiết bảo vệ môi trường cũng đã có từ khá sớm. Giáo trình sinh thái học được giảng dạy ở đại học từ các năm 60. Vườn quốc gia Cúc Phương được thành lập từ năm 1960. Bác Hồ kêu gọi nhân dân trồng cây mỗi khi Tết đến từ những năm cuối thập kỷ 50. Hội bảo vệ thiên nhiên và môi trường ở ta được thành lập từ năm 1987. Luật bảo vệ môi trường được quốc hội thông qua năm 1993. Chương trình nghiên cứu cấp nhà nước về bảo vệ môi trường được thực hiện liên tục từ năm 1980 đến nay. Bộ khoa học công nghệ và môi trường chính thức chịu trách nhiệm chỉ đạo và quản lý môi trường từ năm 1992. Công tác bảo vệ môi trường đòi hỏi phải có: - Nhận thức đầy đủ và dẫn liệu môi trường luôn cập nhật - Một đội ngũ cán bộ khoa học và kỹ thuật giỏi về khoa học môi trường và công nghệ môi trường. - Một đường lối chính sách đúng đắn về bảo vệ môi trường. - Một sự đầu tư thích đáng về vật chất, tiền bạc và nhân lực cho công tác bảo vệ môi trường Một nước nghèo và kém phát triển như nước ta đòi hỏi phải cố gắng hết sức mới giải quyết được các vấn đề môi trường. II. Đối tượng và nhiệm vụ của khoa học môi trường Hiểu môi trường là gồm tất cả những cái bao quanh chúng ta như không khí đại dương lục địa cũng như những sinh vật sống ở đó, cũng có nghĩa môi trường là của tất cả chúng ta, của cả loài người trên Trái đất. Cần giới hạn môi trường hẹp hơn liên quan đến một cộng đồng, một điểm dân cư, một vùng, một quốc gia Sinh thái học là môn khoa học thuộc sinh học nghiên cứu mối quan hệ giữa sinh vật và môi trường bao quanh nó. Khoa học môi trường là khoa học nghiên cứu tổng thể môi trường liên quan đến đời sống phát triển kinh tế xã hội của con người. Ta có thể coi khoa học môi trường như là sinh thái học nhân văn cũng được. Tất nhiên khoa học môi trường có đầy đủ ý nghĩa hơn: Lấy tổng thể tự nhiên đất, nước, không
3. - 3 - khí, sinh vật kinh tế xã hội của con người làm đối tượng nghiên cứu của mình. Môi trường trong một giới hạn nào đấy cùng nghĩa với hệ sinh thái. Sinh thái học định nghĩa hệ sinh thái là một đơn vị tự nhiên ở đó có mối quan hệ thống nhất một quần xã sinh vật với môi trường vô sinh của nó. Nhiệm vụ của khoa học môi trường là phải tìm ra các biện pháp giải quyết về vấn đề môi trường ở thời đại ngày nay, thời đại tương ứng với xã hội công nghiệp và hậu công nghiệp. Đó là các vấn đề: - Gia tăng dân số hợp lý - Sản xuất nông lâm ngư nghiệp vùng biển - Phòng chống xử lý ô nhiễm cho các môi trường - Xây dựng các khu công nghiệp, đô thị, điểm dân cư vững bền - Khai thác hợp lý và bảo vệ các tài nguyên thiên nhiên - Quản lý tốt môi trường, phòng tránh các rủi ro của môi trường III. Mối quan hệ của khoa học môi trường với các khoa học khác Trước hết cần phân biệt khoa học môi trường và công nghệ môi trường. Công nghệ môi trường là công nghệ xử lý ô nhiễm các loại. Công nghệ môi trường có thể hiểu một cách rộng rãi hơn là các công nghệ khai thác hợp lý tài nguyên thiên nhiên, công nghệ phục hồi các hệ sinh thái, công nghệ quản lý môi trường Phải nghiên cứu đầy đủ về môi trường mới lựa chọn được công nghệ thích hợp và hiệu quả. Các phân môn của khoa học môi trường gồm sinh học môi trường, địa học môi trường, hoá học môi trường, kinh tế xã hội học môi trường, y học môi trường Khoa học môi trường là một khoa học liên (gian) ngành. Giải quyết vấn đề môi trường cần đến rất nhiều ngành khoa học khác nhau do đó khoa học môi trường cần có quan hệ chặt chẽ với nhiều ngành khoa học khác. Trước hết là mối quan hệ với các ngành khoa học tự nhiên: Sinh học là khoa học nghiên cứu về sự sống các sinh vật, sinh thái học là khoa học nghiên cứu về mối tương quan giữa sinh vật và môi trường. Các khoa học trái đất như địa lý học, địa chất học, hải dương học, thuỷ văn học là các khoa học nghiên cứu về những thành phần của môi trường tự nhiên. Tiếp đến là các ngành khoa học xã hội, kinh tế, nhân văn. Giải quyết các vấn đề môi trường không thể thiếu các khía cạnh của các ngành khoa học này. Các ngành khoa học như chính trị, pháp luật cũng được đề cập tới. Sau cùng là các ngành khoa học công nghệ, kỹ thuật cũng cần được sử dụng mỗi khi phải giải quyết vấn đề môi trường.
4. - 4 - Chương 1: Các khái niệm cơ bản về sinh thái học 1.1. Sinh vật và môi trường 1.1.1. Sinh vật Sinh vật và thế giới vô sinh xung quanh (môi trường) có quan hệ khăng khít với nhau và thường xuyên tác động qua lại lẫn nhau. Sinh vật gồm có: a) Các nhóm thực vật chính - Thực vật bậc thấp: Có tảo nước mặn và tảo nước ngọt - Thực vật bậc cao: rêu, quyết, hạt trần, hạt kín b) Động vật - Sự giống nhau giữa động vật và thực vật: Cơ thể động vật có cấu tạo tế bào, có các hoạt động sống như dinh dưỡng, hô hấp, sinh trưởng thường xuyên được diễn ra trong cơ thể như ở thực vật. - Sự khác nhau giữa động vật và thực vật: Thực vật tổng hợp được chất hữu cơ từ CO2 và H2O bằng năng lượng mặt trời còn động vật chỉ có thể dùng chất hữu cơ có sẵn lấy từ động vật và thực vật khác. Ngoài ra động vật còn có cơ quan di chuyển, có hệ thần kinh, các giác quan mà ở thực vật không có. c) Vi khuẩn, nấm và địa y - Vi khuẩn: Là những sinh vật hết sức đơn giản c¬ thể chỉ gồm một tế bào, chưa có nhân và không có chất diệp lục, chúng sống hoại sinh và kí sinh - Nấm: Nấm khác với tảo ở chỗ không có chất diệp lục nê đời sống chúng là hoại sinh hoặc kí sinh giống như vi khuẩn. - Địa y: (Là những mảng vảy màu xanh xám bám vào vỏ cây) Địa y là một dạng đặc biệt được hình thành do sự chung sống giữa một số loại tảo và nấm. Các sợi nấm hút nước và muối khoáng cung cấp cho tảo. Tảo nhờ có chât diệp lục sử dụng được những chất đó để tạo thành những chất dinh dưỡng nuôi sống cả hai bên, thành ra trong cuộc sống chung này tảo và nấm đều có vai trò nhất định, không bên nào phụ thuộc vào bên nào. Hình thức sống này được gọi là sống cộng sinh. 1.1.2. Môi trường Môi trường bao gồm tất cả những gì xung quanh sinh vật, tất cả các yếu tố vô sinh và hữu sinh có tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự sinh sống, phát triển và sinh sản của sinh vật Mỗi sinh vật đều sống trong môi trường và chịu tác động của các nhân tố sinh thái của môi trường Sinh vật có khả năng thích nghi nhất định và phong phú với các điều kiện khác nhau của môi trường. Khả năng thích nghi của sinh vật đã tạo điều kiện cho sinh vật phân bổ trong các môi trường khác nhau. - Về mặt vật lý trái đất được chia thành các quyển sau: Thạch quyển – Môi trường đất : Bao gồm vỏ trái đất có độ dày 60 – 70 km và 2- 8 km dưới đáy đại dương . Thành phần và tính chất của thạch quyển tương đối ổn định và ảnh hưởng đến sự sống trên trái đất Thuỷ quyển – Môi trường nước : Đại dương, sông ngòi, ao hồ, nước ngầm, băng tuyết, hơi nước. Thuỷ quyển đóng vai trò duy trì sự sống và cân bằng khí hậu toàn cầu.
5. - 5 - Khí quyển – Môi trường không khí: Từ mặt đất đến độ cao 100 km là lớp không khí tầng đối lưu bao quanh trái đất. Nó đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc duy trì sự sống và quyết định tính chất khí hậu và thời tiết toàn cầu - Về mặt sinh học – Môi trường sinh quyển : Bao gồm sâu 100 m trong Thạch quyển và cao 20 km trong khí quyển, sâu 8 km trong thuỷ quyển. Sinh quyển bao gồm các thành phần hữu sinh và thành phần vô sinh có quan hệ chặt chẽ và tương tác phức tạp với nhau. Trong sinh quyển, ngoài vật chất năng lượng còn có thông tin với tác dụng duy trì cấu trúc và cơ thể tồn tại phát triển của các vật sống. Dạng thông tin phức tạp và phát triển cao nhất là trí tuệ con người , có tác động ngày càng mạnh mẽ đến sự tồn tại và phát triển của trái đất. - Tuỳ theo mục đích và nội dung nghiên cứu khái niệm chung về “ môi trường của con người” được phân thành: Môi trường thiên nhiên, môi trường xã hội và môi trường nhân tạo. Môi trường thiên nhiên gồm các nhân tố thiên nhiên: vật lý, hoá học và sinh học tồn tại khách quan bên ngoài ý muốn con người hoặc ít chịu sự chi phối của con người . Môi trường xã hội bao gồm mối quan hệ giữa con người với con người Môi trường nhân tạo gồm những nhân tố vật lý, sinh học xã hội do con người tạo nên và chịu sự chi phối của con người. Ba loại môi trường này tồn tại cùng nhau, xen lẫn nhau và tương tác chặt chẽ lẫn nhau. Các thành phần của môi trường không tồn tại ở dạng tĩnh mà luôn có sự chuyển hoá trong tự nhiên , diễn ra theo chu kỳ và thông thường ở dạng cân bằng. Sự cân bằng này đảm bảo cho sự sống trên trái đất phát triển ổn định. Các chu trình phổ biến như C, N, P Khi các chu trình này không giữ được ở trạng thái cân bằng thì sự cố về môi trường sẽ xảy ra tác động đến sự tồn tại của con người và sinh vật. Môi trường gồm các nhân tố sinh thái vô sinh và hữu sinh Nhân tố vô sinh: Bao gồm tất cả các nhân tố không sống của thiên nhiên có ảnh hưởng đến cơ thể sinh vật như khí hậu, nhiệt độ, không khí, độ ẩm, ánh sáng, tốc độ gió, hướng gió, các nhân tố về thổ dưỡng, thuỷ văn, khí tượng, lưu tốc dòng chảy. Nhân tố hữu sinh: Bao gồm các sinh vật và mọi tác động của chúng lên cơ thể sinh vật. Nhân tố con người bao gồm mọi tác động trực tiếp của con người lên cơ thể sinh vật. Môi trường sống của con người – Môi trường nhân văn là tổng hợp các điều kiện vật lý, kinh tế xã hội bao quanh và có ảnh hưởng tới sự sống và phát triển của từng cá nhân và cộng đồng con người. Môi trường sống của con người là cả vũ trụ bao la, trong đó hệ mặt trời và trái đất là bộ phận có ảnh hưởng trực tiếp và rõ rệt nhất. Trong môi trường sống này luôn tồn tại sự tương tác giữa các thành phần vô sinh và hữu sinh. Ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái hữu sinh lên đời sống sinh vật Các sinh vật đều trực tiếp hay gián tiếp ảnh hưởng đến nhau. ảnh hưởng gián tiếp là ảnh hưởng thông qua các yếu tố sinh thái khác của môi trường. Ảnh hưởng trực tiếp giữa các sinh vật chủ yếu dưới dạng quan hệ về nơi ở và tổ sinh thái. Hai cá thể sống ở tự nhiên (cùng một nơi) có thể có 8 kiểu quan hệ với nhau tuỳ theo mức độ lợi hại khác nhau mà ta goi là: - Bàng quan: Khi cả hai loài không ảnh hưởng gì đến nhau. Ví dụ cây rừng và con Hổ. - Cạnh tranh: Khi cả hai loài đều bị hại. Ví dụ cá Chuối và cá Vược cạnh tranh nhau vì thức ăn. - Cộng sinh: Khi cả hai loài đều có lợi khi cần thiết phải sống bên nhau như cây Cam và con Kiến, Tảo và Nấm.
6. - 6 - - Hợp sinh: Cả hai loài đền có lợi nhưng không nhất thiết phải sống bên nhau như con Sáo và con Trâu. - Hội sinh: Khi một loài có lợi còn loài kia không có gì như cây họ đậu (có lợi) và vi khoẩn cố định đạm sống ở rễ. - Hãm sinh: Khi một loài không bị ảnh hưởng gì còn một loài bị hại như Nấm và vi khuẩn (hại) - Ký sinh: Khi một loài có lợi còn loài kia bị hại trong mối quan hệ sống bắt buộc như con sán và con lợn. - Vật ăn thịt và con mồi: Khi một loài được lợi còn loài kia bị hại như con Sáo và con Châu Chấu. Yếu tố sinh thái hữu sinh cần nói tới là các sinh vật làm thức ăn. Thức ăn (chất và lượng) ảnh hưởng quan trọng đến đời sống động vật. Động vật có thể ăn thực vật (như côn trùng, bò, ) hoặc có thể ăn động vật khác (như chim ăn côn trùng ). Thưc vật hay động vật dùng làm thức ăn lại chịu ảnh hưởng của các yếu tố vô sinh hay hữu sinh khác của môi trường nên mối quan hệ này(giữa vật đi ăn và vật bị ăn – vật ăn thịt và con mồi) rất phức tạp. Trong quá trình tiến hoá cả vật ăn thịt và con mồi đều có các thích nghi để tồn tại. Số lượng của chúng cũng vậy: Dao động lên xuống chịu hậu quả của nhau trong một trạng thái cân bằng tương đối mà ta gọi là cần bằng động. Yếu tố sinh thái hữu sinh tiếp cần nói đến là sự cạnh tranh. Sự cạnh tranh có thể là giữa các cá thể của cùng một loài hoặc các loài khác nhau. Sự canh tranh cùng loài được thể hiện như tập tính chiếm cứ lãnh thổ ăn thịt lẫn nhau như cá Vược mẹ ăn thịt cá Vược con. Mật độ quần thể càng lớn thì sự cạnh tranh trong loài càng gay gắt. Sự cạnh trạnh trong loài đưa đến sự phân hoá về tổ sinh thái và nơi ở và như vậy đã đóng góp vào sự tiến hoá của loài. Sự cạnh tranh khác loài được định nghĩa và sự cạnh tranh của hai hay nhiều loài cùng sống trong một hệ sinh thái (một nơi) để đảm bảo cho sự tồn tại của mình. Các loài càng gần nhau (về vị trí phân loại ) thì sự cạnh tranh càng gay gắt. Sự cạnh tranh khác loài có thể dẫn đến loài này bị loài kia tiêu diệt. Đó là nguyên lý huỷ diệt trong cạnh tranh. Sự cạnh tranh khác loài ảnh hưởng đến sự phân bố địa lý, sự phân hoá tổ sinh thái, nơi ở và như vậy là nguồn gốc tiến hoá của sinh vật. 1.2. Quần thể, quần xã sinh vật 1.2.1. Quần thể sinh vật Khái niệm quần thể sinh vật: Tập hợp tất cả các cá thể của cùng một loài và cùng sống chung trong một nơi gọi là quần thể sinh vật Quần thể là một nhóm cá thể của một loài, khác nhau về kích thước, lứa tuổi, giới tính phân bổ trong vùng phân bổ của loài, chúng tự giao phối với nhau để tạo nên cá thể mới. Quần thể là một tổ chức của sinh vật cao hơn cá thể có đặc trưng riêng về cấu trúc, mức sinh sản, mức tử vong, biến động về số lượng cá thể, điều chỉnh vùng phân bổ của mình. Mỗi quần thể có một kích thước (hay số lượng cá thể, sinh khối) xác định sự “cân bằng”với khả năng “ dung nạp” (chứa) của môi trường. Nghiên cứu về quần thể thì điều quan trọng nhất là phải xác định được kích thước của nó, phải tính được số lượng cá thể của nó. Mỗi quần thể có sự phân bổ theo không gian những cá thể của nó. Có 3 kiểu phân bổ: Phân bổ đều, phân bổ ngẫu nhiên, và phân bổ theo nhóm. Phân bổ theo nhóm là kiểu phân bổ phổ biến. Phân bổ đều thường xuất hiện trong điều kiện môi trường đồng nhất như ở nước, đồng cỏ hay vùng cực.
7. - 7 - Mỗi quần thể đều có cấu trúc về thành phần tuổi, về tỷ lệ giới tính riêng. Cấu trúc tuổi của mỗi quần thể phản ánh tỷ lệ của từng nhóm tuổi trong quần thể ra sao. Cấu trúc giới tính là tỷ lệ giữa số lượng cá thể đực và cá thể cái. Cấu trúc tuổi và giới tính có ảnh hưởng quan trọng đến tỷ lệ sinh tử và biến động số lượng của quần thể. Ta thường dùng tháp tuổi để biểu thị đặc trưng này. Mỗi quần thể có đặc trưng riêng về tốc độ tăng trưởng, về kích thước (số lượng) và sự biến động về số lượng cá thể theo thời gian. Sự thay đổi về số lượng cá thể phụ thuộc vào hai yếu tố: tỷ lệ sinh tức là số cá thể được sinh ra (trên một kích cỡ quần thể). Có hai yếu tố khác là số cá thể di cư sang sống ở ngoài quần thể và số cá thể từ ngoài quần thể nhập vào. Một đặc trưng nữa của quần thể là sự biến động số lượng cá thể theo mùa và theo thời gian nhiều năm. Biến động theo mùa là do mùa sinh sản nhiều, và mùa tử vong nhiều và những mùa này mang tính chất chu kỳ. Biến động theo chu kỳ nhiều năm phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường mà quần thể chịu tác động như kẻ địch, dịch bệnh, cơ sở thức ăn, thời tiết, khai thác bởi con người . Tồn tại và phát triển trong các điều kiện môi trường nhất định , mỗi quần thể đều có những thích nghi riêng. Nếu sự thay đổi về điều kiện vẫn nằm trong giới hạn thích ứng thì quần thể tồn tại và phát triển, nếu vượt ra khỏi giới hạn đó thì quần thể sẽ đi đến tiêu diệt. 1.2.2. Quần xã sinh vật Quần xã sinh vật là tổ hợp của quần thể của ít nhất hai loài phân bổ trong một nơi nhất định (mà ta gọi là sinh cảnh). Chúng tương tác với nhau và với môi trường tạo nên chu trình dòng vật chất và năng lượng. Sự thống nhất của một phức hợp động vật, thực vật và vi sinh vật trong một quần xã với môi trường vô sinh bao quanh chúng hình thành nên một hệ sinh thái. Ví dụ trong ao có quần thể cá, tôm, cua, hến, beo, - Quần xã rõ ràng là một tổ chức sinh vật cao hơn quần thể. Quần xã có các đặc trưng sau: - Cấu trúc thành phần loài và số lượng cá thể của từng loài. Đặc trưng này xác định tính đa dạng của quần xã. Những quần xã mà số lượng loài ít, thì thường số lượng cá thể các loài rất nhiều. - Cấu trúc về không gian tức là sự phân bổ theo không gian của các sinh vật trong quần xã. - Cấu trúc về dung lượng. - Theo thời gian các quần xã đều có sự biến đổi. 1.3. Hệ sinh thái 1.3.1. Định nghĩa Mỗi quần xã sinh vật (bao gồm nhiều quần thể sinh vật) cùng với khu vực sống của quần xã thường tạo thành một hệ thống tương đối ổn định và hoàn chỉnh được gọi là hệ sinh thái. Hệ sinh thái = Quần xã sinh vật + môi trường vô sinh Các hệ sinh thái được xếp vào 3 nhóm: - Nhóm hệ sinh thái trên cạn. VD: rừng nhiệt đới, sa mạc, - Nhóm hệ sinh thái nước mặn. VD: sinh thái ven biển, sinh thái vùng khơi: - Nhóm hệ sinh thái nước ngọt. VD: ao hồ, sông, suối, 1.3.2. Cấu trúc hệ sinh thái Mỗi một hệ sinh thái bao giờ cũng có 2 bộ phận cấu thành đó là: Thành phần hữu sinh (thành phần sống) và thành phần vô sinh (thành phần không sống)
8. - 8 - a. Thành phần hữu sinh - Sinh vật sản xuất: Là các sinh vật tự dưỡng, chủ yếu là cây xanh có khả năng tự tổng hợp các hợp chất hữu cơ để nuôi sống cơ thể - Sinh vật tiêu thụ: bao gồm các động vật, không có khả năng tạo ra thức ăn nuôi dưỡng chính mình mà sử dụng các cơ thể khác. Sinh vật tiêu thụ được chia ra thành các loại sau: Loài ăn cỏ – vật tiêu thụ bậc 1: là sinh vật chỉ ăn cây cỏ Loài ăn thịt – vật tiêu thị bậc 2,3, n là sinh vật tiêu thụ chỉ ăn các loài động vật Loài ăn tạp – vật tiêu thụ bậc 1 hoặc bậc 2,3, n là loài ăn cả cây cỏ và động vật - Vật phân huỷ: vi khuẩn, nấm, mốc, có khả năng phân huỷ các chât hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản b. Thành phần vô sinh: gồm các chất hoá học được chia làm 2 nhóm như sau: - Nhóm hợp chất vô cơ: C, H, CO2, O2 - Nhóm hợp chất hữu cơ đựơc sản xuất từ các cơ thể sống: Hidro cácbon, chất béo, protein Ngoài ra còn các yếu tố vật lý: nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, gió tham gia vào vòng tuần hoàn vật chất. 1.3.3. Đặc trưng cơ bản của hệ sinh thái a. Sơ đồ hệ sinh thái với vòng tuần hoàn vật chất và dòng dịch chuyển năng lượng Hệ sinh thái là đơn vị chức năng cơ bản của sinh thái học. Ta biết Hệ sinh thái bao gồm sinh vật và môi trường vô sinh, trong đó cả 2 đều có tác động qua lại với nhau, duy trì sự sống tồn tại trên trái đất. Sinh vật muốn tồn tại trên trái đất phải có đủ chất dinh dưỡng để nuôi sống cơ thể. ở thực vật có khả năng tự tổng hợp nên chất hữu cơ để nuôi dưỡng cơ thể mà động vật không có được. Quá trình tổng hợp đó là quá trình quang hợp của cây xanh. ánh sáng MT CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2 Clorphyll
9. - 9 - Dßng vËt chÊt Dßng n¨ng l­ î ng C¸c yÕu tè V« sinh ®Êt , n­ í c , H/c' VC , H/c' HC SVSX ( P ) SVTT C1 ( D ) D ( SVTT C2 Sinh vËt ph©n huû ph©n vËt Sinh SVTT Cn S¬ ®å HST ví i dßng vËt chÊt vµ dßng n¨ng l­ î ng gi÷a c¸c bËc dinh d­ ì ng Dòng dịch chuyển năng lượng: Bất kỳ hệ sinh thái nào cũng có một dòng dịch chuyển năng lượng từ ánh sáng mặt trời (dạng quang năng) vào cơ thể sinh vật, qua quá trình quang hợp + muối khoáng dưới lòng đất, chúng tạo thành năng lượng hoá năng dự trữ trong cây và nuôi dưỡng chúng. Khi sinh vật tiêu thụ ăn sinh vật sản xuất thì năng lượng trong sinh vật sản xuất được chuyển sang cho sinh vật tiêu thụ hấp thụ. Khi các sinh vật tiêu thụ chết đi, sinh vật phân huỷ thực hiện chức năng của mình là phân huỷ tạo thành một phần năng lượng nuôi dưỡng sinh vật sản xuất, phần còn lại phân tán vào môi trường. Như vậy, nhìn vào sơ đồ ta thấy, dòng năng lượng là dòng hở, một chiều, chuyển dịch từ bậc nọ sang bậc kia (từ SVSX sang SVTT).
10. - 10 - Vòng tuần hoàn vật chất: Tất cả các sinh vật đều cần những chất nhất định để tồn tại. CO2 và H2O là những chất vô cơ quan trọng cho sự quang hợp ở thực vật từ đó cung cấp năng lượng thực phẩm đến sinh vật. Dưới tác dụng của ánh sáng và diệp lục, các chất vô cơ đó tạo thành đường Glucozơ (C6H12O6) nuôi dưỡng chúng. Các SVTT ăn SVSX, các chất dinh dưỡng trong SVSX được chuyển sang cho SVTT. Khi SVTT chết đi, các vi sinh vật phân giải thực hiện chức năng phân giải các chất hữu cơ thành các chất vô cơ, trong quá trình phân huỷ chúng thải ra các chất thải của mình, các chất thải này một phần được tái tạo phục vụ cho sự tồn tại các sinh vật trên trái đất, một phần phát tán trở lại môi trường. Tóm lại: Dòng dịch chuyển năng lượng xảy ra đồng thời với dòng tuần hoàn vật chất ở hệ sinh thái. Dòng năng lượng không được sử dụng lại mà chúng phân tán, mất đi dưới dạng nhiệt (dòng năng lượng là dòng hở), còn dòng vật chất là dòng khép kín, nhiều vòng. Dòng vật chất đã nói lên Định luật bảo toàn khối lượng: “Vật chất không tự nhiên sinh ra hoặc mất đi, mà nó chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác mà thôi”. b) Chuỗi thức ăn và mạng lưới thức ăn Các thành phần của quần xã sinh vật gắn bó với nhau bằng những mối quan hệ và quan hệ dinh dưỡngcó vai trò cực kì quan trọng được thể hiện qua chuỗi thức ăn và mạng lưới thức ăn. - Chuỗi thức ăn: Là một dãy nhiều loài sinhvật có quan hệ dinh dưỡng với nhau. Mỗi loài là một mắt xích, vừa là sinh vật tiêu thụ mắt xích phía trước vừa là sinh vật bị mắt xích phía sau tiêu thụ. Trong chuỗi thức ăn thường có: sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ và sinh vật phân huỷ Ví dụ: Cỏ châu chấu rắn đại bàng vsv phân huỷ - Mạng lưới thức ăn: Mỗi loài trong quần xã sinh vật thường là mắt xích chung của nhiều chuỗi thức ăn. Các chuỗi thức ăn có nhiều mắt xích chung tạo thành mạng lưới thức ăn. VD: sâu bọ chim sẻ Cỏ châu chấu rắn đại bàng vsv phân huỷ Thỏ cáo 1.3.4. Chu trình Cacbon và chu trình Nitơ trong tự nhiên Tất cả các cơ thể đều cần những chất nhất định để sống. Cacbon đioxit và nước là vật liệu thô quan trọng cho sự quang hợp – quá trình mà qua đó tất cả các cơ thể thu được năng lượng thực phẩm. Nitro là một thành phần của chất protein, chất đặc trưng của cây cối động vật, photpho và canxi rất cần cho xương và răng. Với những chất đó có từ đâu? Mặc dù trái đất có một nguồn năng lượng liên tục –mặt trời – nhưng nó không có được nguồn vật chất vô hạn. Với tất cả mục đích thực tiễn, số lượng vật chất trên trái đất là cố định và có giới hạn. Nhưng đã hàng triệu năm nay các vật chất cần thiết cho đời sống liên tục được quay vòng và tái tuần hoàn trong hệ sinh thái của trái đất. Theo cách này, c¸c cơ thể sống không chỉ nhận được các chất dinh dưỡng cần thiết mà còn đóng vai trò chủ yếu trong việc tái tuần hoàn chung. Khác với nguồn năng lượng một chiều qua các mạng lưới thực phẩm, sự vận động của các vật chất trong hệ sinh thái được hoàn thiện qua một loạt các chu trình phụ phức tạp, liên kết với nhau và giới hạn bởi trái đất.
11. - 11 - a) Chu trình cácbon a. ®¸ v«i hoµ Ph©n CO trong không khí ®¸ 2 tan CO ®¹i huû 2 phiÕn Ph©n Gi¶i d­¬ng ®«l«mit phãng huû Hô hấp và Đốt cháy thối rữa Động vật Thối rữa và Quang hợp Than đốt cháy Động vật ăn thực vật Thực vật Phân huỷ dưới đất Ta có thể mô tả chu trình các bon trong tự nhiên như sau: Dưới tác dụng của ánh sáng, cây xanh hấp thụ khí CO2 trong khí quyển biến nó thành cacbonhydrat để cây phát triển. Động vật sống bằng thức ăn từ thực vật. Bị vùi lấp dưới dất và trong điều kiện thiếu không khí động thực vật bị phân huỷ thành than. Than gỗ khi bị đốt cháy nhả lại khí CO2 cho khí quyển. Chu trình C bao gồm nhiều chu trình phụ: - Sự trao đổi các bon giữa cơ thể và khí quyển. Các cây xanh nhận CO2 từ không khí rồi qua quá trình quang hợp nó tổng hợp C vào thực phẩm. Cả sinh vật sản xuất và sinh vật tiêu thụ chuyển một phần chất các bon này trong thực phẩm trở lại thành CO2 như một sản phẩm phụ của sự hô hấp. Chất CO2 này sau đó được thải ra khí quyển. Chất C thấm vào cây cối và động vật chết cũng được quay trở về khí quyển dưới tác dụng của vi sinh vật phân huỷ. Ngoài ra cây chết và xác động vật vùi lấp lâu năm tạo thành than đá,dầu và khí đốt. Các vật chất này khi bị đốt cháy cho năng lượng để thực hiện công việc và C có trong nhiên liệu kết hợp với oxi trong không khí tạo thành CO2 rồi đi vào khí quyển. - Sự trao đổi chất CO2 giữa khí quyển và đại dương: Sự trao đổi xuất hiện giữa bề mặt tiếp giáp nước và không khí và sự trao đổi này tăng thêm do tác động của gió và sóng biển. Tại đây nguồn CO2 xuất hiện theo hai hướng. Một sự tăng chất CO2 trong khí quyển có khuynh hướng được làm cân bằng bởi các đại dương tăng cường hấp thụ cacbon dioxit và điều này giữ mức cacbon cân bằng trong khí quyển. Ngược lại, tức là khi hàm lượng CO2 trong khí quyển giảm thì đại dương sẽ giải phóng lượng CO2 cần thiết vào khí quyển để bù lại. - Sự hình thành đá vôi, đolomit và đá phiến sét có chứa than: Qua nhiều quá trình hình thành đá, chất cacbon được kết hợp thành vôi các thành phần này của nền đá. Sau đó là các quá trình hoá học và lý học (sự phong hoá) có thể phân ly các chất đó và giải phóng CO2 vào khí quyển.
12. - 12 - b) Chu trình Nitơ - Nitơ là một thành phần của protein, chất nitơ rất cần thiết đối với tất cả các dạng của sự sống. - Các quá trình chuyển hoá nitơ tự do thành hợp chất: Dưới tác dụng của tia chớp (điện năng của sét) nitơ và oxi trong khí quyển kết hợp với nhau tạo thành các oxit rồi chuyển thành axit nitric, axit nitric theo nước mưa vào trong đất thành nitrat, dạng này được cây cối hấp thụ Nitơ tự do trong khí quyển Tổng hợp NH3 Vi khuẩn Vi khuẩn tia sét Amoniac Vi khuẩn trong đất Nitrat Tan trong nước Oxit của nitơ Thải ra Thối rữa Rễ cây hấp thụ Protein động vật ĐV ăn Protein thực vật T.Vật Một quá trình tự nhiên khác làm cho nitơ dễ bị hấp thụ bởi cây cối đó là sự hoá hợp sinh học. ở trong đất có các loại vi sinh vật đặc biệt kết hợp được khí nitơ với hydro để tạo thành NH3. Sau đó qua sự tổng hợp sinh học của một số vi khuẩn đặc biệt khác như vi khuẩn sống trong nốt sần ở cây họ đậu chất NH3 trở thành chất nitrat. Các nitrat nhanh chóng bị các rễ cây hấp thụ. Ở trong cây, nitrat được kết hợp trong các hợp chất hữu cơ khác nhau, kể cả các loại protein và trong các dạng này nitơ đi qua các mạng lưới thực phẩm. Khi cây cối động vật chết đi và phân huỷ, chất nitơ lại trở thành amoniac và trở về trái đất. Kết luận : Nói đến HST là nói đến những tác động qua lại giữa các cơ thể sống tạo nên HST đó. Nói đến năng lượng, nguồn vật chất ta phải thấy được mỗi một chu trình có ảnh hưởng và tác động đối với các chu trình khác xung quanh nó. Khi ta xác định sự ổn định của môi trường thì ta phải nghiên cứu sự cân bằng của hệ sinh thái
13. - 13 - Chương 2: Ô nhiễm không khí và bảo vệ môi trường không khí 2.1. Ô nhiễm không khí 2.1.1. Khái niệm: Khí quyển: là lớp mỏng ngoài cùng bao quanh trái đất và rất cần thiết cho sự sống: Oxy cần thiết cho sự hô hấp của động vật và thực vật; Cacbonic cần thiết cho quá trình quang hợp; Nitơ là một trong những nguyên tố cơ bản của protein và Ozon bảo vệ chúng ta tránh các tia tử ngoại có hại của ánh sáng mặt trời Tầng khí quyển có độ cao khoảng 2.000 km phía trên bề mặt trái đất và thường xuyên chịu ảnh hưởng của vũ trụ và mặt trời. Tầng khí quyển được chia thành 4 vùng chính (tầng đối lưu, bình lưu, tầng giữa và tầng nhiệt lưu) Tầng đối lưu chứa tới 90% phân tử không khí gồm 78% N2, 21% O2, 0.03 CO2 và còn lại là các khí khác. Tại vùng này, các phản ứng hoá học thường diễn ra nhanh trong đó bao gồm cả quá trình quang hợp và cố định Nitơ. Tầng bình lưu dầy khoảng 17-18 km; phần thấp của tầng này là lớp Ozon (O3). Ozon tạo thành lớp màng mỏnghấp thụ các bức xạ tử ngoại có hại của ánh sáng mặt trời, bảo vệ sự sống trên trái đất Tầng giữa Tầng nhiệt Ô nhiễm không khí: Môi trường không khí bị coi là ô nhiễm khi các thành phần bị biến đổi khác với trạng thái bình thường. Chất gây ô nhiễm là chất có trong khí quyển ở nồng độ cao hơn nồng độ bình thường của nó trong không khí hoặc chất đó thường không có trong không khí Sự ô nhiễm không khí là kết quả của việc thải ra các khí, hơi, giọt và các lượng khí khác có nồng độ vượt quá thành phần bình thường trong không khí gây nên các tác động có hại hoặc gây sự khó chịu (do mùi, do bụi ). 2.1.2. Tiêu chuẩn vệ sinh về ô nhiễm môi trường không khí Trong tiêu chuẩn vệ sinh ở nước ta thường sử dụng đơn vị đo lường nồng độ chất độc hại là số mg chất độc hại trong 1m3 không khí (mg/m3). Cách dùng đơn vị đo này rất thuận lợi,vì dù chất độc hại ở thể khí, thể lỏng hay thể rắn đếu có thể đo lường qua trọng lượng là mg. Đồng thời đơn vị đo lường này còn có thể dễ dàng đánh giá liều lựơng độc hại đưa vào cơ thể đi qua đường hô hấp. Đối với khu vực đô thị các tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí được sử dụng làm cơ sở pháp lí để Nhà nước và nhân dân kiểm tra, kiểm soát môi trường, xử lí các vi phạm môi trường và đánh giá các tác động môi trường Tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí bao gồm: - Tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí xung quanh nhà máy, xí nghiệp, giao thông, đó là chất lượng môi trường không khí xung quanh. - Tiêu chuẩn chất lượng nguồn thải (khí thải từ ống khói của nhà máy, từ ống xả của xe ) Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về nghiên cứu vệ sinh y học, người ta cũng được thiết lập các tiêu chuẩn đảm bảo cho môi trường không khí xung quanh tương đối sạch. Mức độ trong sạch của không khí được đo bằng nồng độ chất độc hại chứa trong một đơn vị trọng
14. - 14 - lượng hay thể tích không khí, đơn vị đo lường thường là trọng lượng chất ô nhiễm chứa trong 1 m3 không khí (mg/m3) hoặc tỉ lệ bách phân theo thể tích hay trọng lượng (ppm – một phần triệu). * Theo sự phân loại của Liên Xô, mức độ ô nhiễm không khí như bảng 2.1 Bảng 2.1. Tiêu chuẩn vệ sinh đối với môi trường không khí Khu vực ô nhiễm không khí Nồng độ chất ô nhiễm Bụi SO2 Trong sạch 0.25 0.011 Hơi bị ô nhiễm 1.0 0.023 Bị ô nhiễm vừa 2.0 0.03 Bị ô nhiễm nặng 3.0 0.04 Bị ô nhiễm rất nặng 5.0 0.8 Hàm lượng tối đa của bụi và SO2 trong các khu vực như sau: 3 - Trong khu vục dân cư: SO2 2500 >36 >7000 >124 Sạch < 1500 <16 <4500 <36 Bảng 2.3. Bảng tiêu chuẩn tối đa về nồng độ các chất trong không khí Chất ô nhiễm Thời gian trung bình Nồng độ NO2 1 giờ 0.1 ppm 200 g CO 12 giờ 10 ppm = 11mg/m3 1 giờ 40 ppm = 46 mg/m3 3 SO2 24 giờ 0.04 ppm = 105 g/m 1 giờ 0.5 ppm = 1310 g/m3 Bụi lơ lửng 24 giờ 100 g/m3 Chì (dạng bụi) 30 ngày 1.5 g/m3 3 H2S 1 giờ 0.03 ppm = 42 g/m CH4 3 giờ - * Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh của Việt Nam được thể hiện ở bảng 2.4
15. - 15 - Bảng 2.4. Giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh STT Thông số Trung bình 1 giờ Trung bình 8 giờ Trung bình 24 giờ 1 CO 40 10 5 2 NO2 0.4 - 0.1 3 SO2 0.5 - 0.3 4 Pb - - 0.005 5 O3 0.2 - 0.06 6 Bụi lơ lửng 0.3 - 0.2 2.1.3. Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường không khí a. Do các phương tiện giao thông có động cơ Ở các nước đang phát triển, vấn đề ô nhiễm không khí do động cơ ô tô gây ra chưa đến mức nghiêm trọng như ở các nước công nghiệp phát triển cao. Các chất gây ô nhiễm không khí do hoạt động của phương tiện xe cộ là chất oxyt cacbon và hợp chất của chì, ngoài ra còn có các khí khác như Hydrocacbon và Oxyt Nitơ. Các chất này dưới tác dụng của năng lượng mặt trời, tạo nên những chất gây thành sương mù, kích thích mắt, làm tổn hại cây cối. Động cơ ô tô còn sinh ra những chất có thể gây ung thư thực nghiệm trên động vật. Lượng khí xả ra do các phương tiện ô tô như sau: Loại khí thải Lượng chất thải kg/ngày chạy xe HCHO 0.698 10-3 CO 58 10-3 -3 CO2 5 10 -3 NO2 2.9 10 -3 SO2 0.2 10 Bụi 0.3 10-3 Bảng 2.5. Thành phần của khí thoát ra tuỳ vào từng loại trạng thái khởi động động cơ Cacbuahydro Thể tích Thể tích Thể tích Thể tích Thể tích Loại vận không cháy CO NO Hydro(%) CO (%) H O(%) hành 2 2 (1/106) (%) (1/106) Khởi động tại 750 5.2 30 1.7 9.5 13 chỗ Tàu thuỷ 300 0.8 1500 0.2 12.5 13.1 Xe tăng tốc 400 5.2 3000 1.2 10.2 13.2 nhanh Xe giảm tốc 4000 4.2 60 1.7 9.5 13.0 nhanh b. Nguồn ô nhiễm công nghiệp Từ các nhà máy điện: Nguồn chủ yếu do sự đốt than. Các hạt bụi từ quá trình đốt than bao gồm số lượng lớn là C, silicat (SiO2), nhôm (Al2O3) và Fe2O3 hoặc Fe3O2 được phát ra dưới dạng tro bay. Các chất khí đồng thời cũng được bốc ra từ quá trình đốt than.
16. - 16 - Từ công nghiệp khác: Như các nhà máy hoá chất, cơ khí, luyện kim, sản xuất vật liệu xây dựng, điện nguyên tử phát ra các chất phóng xạ Bảng 2.6. Các thành phần khí xả Chất ô nhiễm Nguồn xả Từ nhà máy điện Từ các ngành công nghiệp khác (kg/tấn than đốt) (kg/tấn than đốt) HCHO 0.023 0.023 CO 0.23 1.38 CH4 0.1 0.46 NO2 9.1 9.1 SO2 34.5 34.5 c. Ô nhiễm môi trường do sinh hoạt của con người: - Nguồn ô nhiễm này do các bếp đun nấu, các lò sưởi sử dụng nhiên liệu than, củi, dầu, khí đốt - Các khí thải xả ra từ đun nấu và sưởi bao gồm: Adehyt (HCHO) 0.005 lb/tấn than đốt = 0.002 kg/tấn than đốt CO 50 lb/tấn = 22.7 kg/tấn than đốt CH4 10 = 4.54 kg/tấn than đốt NO2 8 = 3.63 kg/tấn than đốt SO2 76 = 34.5 kg/tấn than đốt - Lượng độc hại này toả ra không nhiều song gây ô nhiễm cục bộ vì ở sát con người nên tác hại của nó lớn và nguy hiểm Với khu nhà có đông người ở (tập thể) khu bếp xen lẫn với khu ở, hệ thống thoát khí không tốt gây ảnh hưởng xấu đến con người 2.2. Tác động của ô nhiễm không khí 2.2.1. Ảnh hưởng đến khí hậu, thời tiết a. Mưa axit Bình thường nước mưa có pH khoảng 5,6 do sự có mặt của CO2 tạo thành H2CO3 trong khí quyển. Sự tạo thành mưa axit là do quá trình oxy hoá trong không khí của SO2 và NOx. Hai loại khí này hoà tan với hơi nước trong không trung thành các hạt axit sunfuric, axit nitơric và các muối kim loại. Khi trời mưa, nước mưa đem theo những hạt axit trên tạo thành mưa axit. Nước mưa có độ PH < 5,6 là mưa axit Người ta đưa ra quy định phân loại nước mưa như sau: Tiêu chuẩn chất lượng nước mưa PH nước mưa Tính chất mưa <4 Mưa axit nặng 4 – 4.9 Mưa axit 5.0 – 5.5 Mưa axit nhẹ 5.6 Trung tính 5.6 – 6.0 Mưa kiềm nhẹ 6.0 – 7.0 Mưa kiềm
17. - 17 - >7.0 Mưa kiềm cao Những trận mưa axit rơi gây nhiều hậu quả khác nhau đối với môi trường: - Các axit trong mưa hoà tan đá vôi, cẩm thạch, vữa làm các công trình kiến trúc trở nên lỗ trỗ, yếu đi về mặt cơ học - Tác động đến nông lâm nghiệp: phá hoại cây cối mùa màng, làm giảm năng suất. Tạo ra sự quá dư thừa phân bón trong đất và trong nước Do các lượng khí này quá cao trong không khí nhất là trong các thành phố công nghiệp. Sự ô nhiễm này sẽ ảnh hưởng xấu đến con người. Các nitơ oxit cũng đóng góp vào quá trình tạo ra các chất oxi hoá làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và hại cây cối thực vật, chính các nitơ oxit có thể làm cho cây cối bị cằn cỗi kếm phát triển.Sự bốc hơi amoniac từ các khu vực nông nghiệp cũng góp phần không nhỏ vào sự axit hoá môi trường . Sự axit hoá đất, nước và rừng ảnh hưởng đến sự cân bằng tự nhiên giữa các sinh vật và môi trường . Khi môi trường bị axit hoá thì các vi sinh vật phân huỷ, các thực vật sẽ không thể tồn tại được . Sự axit hoá này gây khó khăn cho việc chuyển hoá các chất dinh dưỡng và làm chậm quá trình phân huỷ các chất hữu cơ. Việc chuyển hoá các chất dinh dưỡng kém làm cho thực vật bị vàng , vi sinh vật yếu đi, nếu sự axit hoá quá thì một số loài sẽ không tồn tại. Hình 1: Một cánh rừng thông của Czech bị huỷ hoại bởi mưa axit Một môi trường đất nhiều axit cũng giải phóng ra kim loại, mà những kim loại này đang nằm trong đất. Các kim loại này có thể có một hiệu ứng độc hại với rễ cây và làm cho quá trình chuyển hoá chất dinh dưỡng khó khăn hơn. Sự biến đổi nhanh của các kim loại ở mặt đất do aixit hoá gây nên thiếu các chất dinh dưỡng tự nhiên như Ca và Mg. Thuỷ ngân nằm trong các hạt được giải phóng ra thành các loại có hoá trị cao hơn và khi sự axit hoá tăng thì có thể làm cho nồng độ thuỷ ngân trong cả ao hồ phần nào cũng tăng lên. Thuỷ ngân là một thành phần tự nhiên của trái đất nhưng ở thế kỷ trước lượng thuỷ ngân tăng do công nghiệp phát sinh. Mưa axit không phải là nguyên nhân duy nhất gây nên axit hoá. Mặt đất còn bị axit hoá do cây cối trong quá trình phát triển hấp thụ chất dinh dưỡng . Khi cây cối chết và bị phân
18. - 18 - huỷ, các hợp chất cơ bản được giải phóng ra và duy trì sự cân bằng trên trái đất. Khi thu hoạch mùa màng trên đồng ruộng và khi khai thác các cánh rừng vật chất sinh học bị mang đi nơi khác và không bị phân huỷ tại chỗ, sự cân bằng bị ảnh hưởng. Hầu hết sự axit hoá có thể giải thích bằng cái gọi là axit hoá sinh học. Sự axit hoá ở các tầng sâu hơn trong lòng đất cũng có thể giảng giải bằng quá trình mưa axit. Để giảm bớt hiệu quả của mưa axit trong một khoảng thời gian ngắn, người ta có thể cho thêm vôi xuống các hồ đầm. Nhưng về lâu dài thì vấn đề axit hoá phát sinh ra phải được giảm bớt. Từ trước tới nay việc điều chỉnh lưu lượng H2S thải ra dễ hơn việc điều chỉnh lượng nitơ oxit vì nito oxit thải ra từ các phương tiện giao thông rất nhiều. b. Hiệu ứng lồng (nhà )kính Hình 2: Sơ đồ mô phỏng hiệu ứng lồng kính Bức xạ mặt trời chiếu xuống trái đất là bức xạ sóng ngắn dễ dàng xuyên qua lớp khí quyển. Ngược lại bức xạ nhiệt từ bề mặt trái đất phản xạ lại không trung là bức xạ sóng dài bị một số khí trong khí quyển giữ lại và hấp thụ làm nhiệt độ trái đất tăng lên. hiện tượng này gọi là hiệu ứng nhà kính. Các hoạt động của con người trong thế kỷ trước đã làm tăng lượng khí lồng kính trong khí quyển. Thật khó có thể ước tính được hiệu quả của sự gia tăng này. Nhiều người đã lo lắng trước sự tăng lên rõ ràng của nhiệt độ kéo theo sự thay đổi về khí hậu. Hiệu ứng lồng kính có thể gia tăng hơn các vùng đất bỏ hoang và làm phức tạp hơn cho điều kiện trồng trọt ở nhiều nơi trên thế giới. Khắp đó đây vấn đề này là vấn đề lớn. Hệ thống sinh thái của trái đất vô cùng phức tạp và thật khó có thể thấy được những gì thay đổi trong khoảng thời gian mà ta xem xét. Lượng CO2 ngày càng cao hơn bất kỳ thời gian nào trong quá khứ.
19. - 19 - Hình 3: Băng tan do nhiệt độ bề mặt trái đất nóng lên Nhiều loại khí lồng kính khác có khả năng giữ nhiệt trong không khí tốt hơn CO2 nhưng lượng của các khí đó thấp hơn nên dẫn tới tổng hiệu ứng của các loại khí này thấp hơn. Một số loại khí lồng kinh quan trọng hơn CO2 là Metan, NO2, Ozon và CFC Một số hoạt động của con người phát sinh khí lồng kính như: - CO2, Metan: Do sự đốt cháy, than, xăng, dầu, củi và các nhiên liệu; trong nông nghiệp: sản sinh ra từ động thực vật, trồng trọt lúa. - NO2: Do phân đạm, sự đốt cháy - Ôzon: Do các phản ứng quang hoá - CFC: Do bơm nhiệt, tủ lạnh, sản xuất bột plastic Biện pháp phòng ngừa là giảm khí lồng kính trên hành tinh xuống (đến năm 2005 phải giảm khí CO2 xuống 20%) c. Sự phá vỡ tầng Ôzôn (O3) Trong tầng bình lưu ở độ cao khoảng 25km trên bề mặt trái đất có một tầng mỏng ozon , tầng khí này có tác dụng như một bộ lọc để lọc các bức xạ cực tím phát ra từ mặt trời. Phá vỡ tầng Ôzôn sẽ dẫn đến tăng bức xạ cực tím xuống trái đất. ở bề mặt trái đất khi bức xạ tăng có thể làm nhiệt độ tăng gây nên nhiều ung nhọt ở thân thể con người. Bức xạ này có thể làm hại cây cối hoa màu cũng như các loài động vật. Nếu không có tầng Ozon thì sự sống trên trái đất không thể tồn tại.
20. - 20 - Hình 4: Lỗ hổng tầng ozon ở Nam cực (ảnh chụp năm 2006) Tầng Ozon bị phá thủng bởi một số khí nhân tạo và khí tự nhiên song khí nhân tạo tác động mạnh mẽ nhất. Hầu hết các hợp chất bị clo hoá và brom hoá gây ảnh hưởng đến tầng Ozon. Hợp chất được biết nhiều nhất là CFC (Freon) . CFC như là các tác nhân làm lạnh trong máy lạnh và bơm nhiệt. Ozon là một loại khí vừa có lợi vừa có hại đối với môi trường. Ngoài chưc năng như là một bộ lọc để lọc bức xạ cực tím trong tầng bình lưu, nó còn hoạt động như là một loại khí lồng kính ở các tầng thấp hơn trong khí quyển. Lượng Ozon gia tăng cũng góp phần vào việc tăng nhiệt độ trái đất. Trên bề mặt trái đất Ozon sinh ra khí hydro cacbon và NO2 phản ứng dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Khí Ozon gây hại cho cây cối và sức khỏe con người. Khí Ozon phá huỷ các hợp chất nào lưu lại lâu dài trong khí quyển. Điều này có nghĩa là nếu như việc sản sinh các hợp chất này có thể chấm dứt hoàn toàn hôm nay thì việc phá vỡ tầng Ozon vẫn tiếp tục trong một thời gian dài. Biện pháp bảo vệ tầng Ozon. Nhiều hội nghị của các nhà khoa học có tên tuổi trên thế giới yêu cầu các quốc gia hạn chế và ngừng hẳn việc chế bán khí Freon đề ra biện pháp thu hồi phân huỷ Freon và sử dụng các khí CFC ít nguy hiểm hơn hoặc thay thế bằng các sản phẩm khác. 2.2.2. Ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người và động thực vật: a. Đối với con người: * Các loại bụi: Bụi là tập hợp nhiều hạt vật chất vô cơ hoặc hưu cơ, có kích thước nhỏ bé tồn tại trong không khí dưới dạng bụi bay, bụi lắng, hơi, khói và sương mù. Người ta thường dựa vào các đặc tính khác nhau của bụi để phân loại + Theo nguồn gốc: bụi hữu cơ, bụi vô cơ, bụi tự nhiên, bụi nhân tạo + Theo kích thước : > 10 m : bụi 0,110 m : sương mù < 0,1 m : khói + Theo tác hại của bụi: bụi gây viêm mũi, ung thư, nhiễm trùng, xơ phổi, Tác hại bụi: gây bệnh phổi, bệnh đường hô hấp, bệnh ngoài da, bệnh ở đường tiêu hoá * Các chất độc hại trong không khí : Nguồn gốc: do sản xuất công nghiệp và quá trình đốt cháy nhiên liệu thải ra môi trường không khí các chất độc hại Phân loại : Dựa vào tác dụng chủ yếu của chất độc + Nhóm 1: gây bỏng da, kích thích da Gây bỏng: nặng nhẹ do hoá chất đặc hay loãng. HNO3 gây bỏng nhanh làm cho người choáng, khó thở, sốt cao gây chết người. Gây bỏng niêm mạc: hít chất độc , hoá chất dây vào mồm, mũi mắt làm bỏng rộp, sưng đỏ niêm mạc và đau đớn. Nếu ở mắt dẫn tới giảm thị lực gây mù + Nhóm 2: chất kích thích đường hô hấp. Cl2, NH3, SO3, SO2, NO, HCl Các chất này hoà tan trong niêm dịch tạo ra axit gây phù phổi + Nhóm 3: chất gây ngạt Gây ngạt đơn thuần: CO2, CH4, C2H6
21. - 21 - Gây ngạt hoá học : CO hoá hợp chất khác làm mất khả năng vận chuyển O2 của hồng cầu làm cho hô hấp bị rối loạn +Nhóm 4: Chất tác dụng hệ thần kinh trung ương , gây mê, gây tê như các loại rượu mạnh, H2S, CS2, xăng + Nhóm 5 : chất gây độc : hidrocacbua halogen, CH3Cl, CH3Br Gây tổn thương cho hệ thống tạo máu: C6H6, Pb, As, Cd, Hg, Các chất độc hại có thể xâm nhập vào cơ thể theo đường hô hấp, đường tiêu hoá, thấm qua da, qua các tuyến mồ hôi, lỗ lông chân b. Đối với động thực vật: * Động vật: Nói chung, động vật được chăn nuôi cũng như động vật hoang dại đều rất nhạy cảm với ô nhiễm môi trường không khí lớn hơn con người. Ở một số nước công nghiệp lớn, một số loài động vật đã diệt vong vì ô nhiễm môi trường. Người ta đã biết lợi dụng tính nhạy cảm đó để phát hiện và đánh giá ô nhiễm môi trường không khí. Ví dụ như người ta đã dùng chim Bạch Yến để phát hiện khí độc hại trong mỏ than, cũng như trên tàu chở than. Các loài động vật ăn rau - cỏ còn bị bệnh vì ăn phải rau - cỏ có bám bụi hơi khí độc hại hoặc các thực vật đã bị nhiễm độc hại. Sau đó, con người sẽ bị nhiễm độc vì ăn các loài động vật và thực vật đã chứa đựng các chất ô nhiễm độc hại. Tác hại của ô nhiễm môi trường không khí đối với các loài bò sát và các loài chim rất nhạy cảm. * Thực vật: Hầu hết các chất ô nhiễm trong môi trường không khí đều có tác dụng xấu đến thực vật, gây ảnh hưởng có hại đối với nghề nông và nghề làm vườn. Biểu hiện chính của nó là làm cho cây trồng chậm phát triển, đặc biệt là sương khói quang hoá đã gây tác hại khốc liệt đối với các loại rau như rau diếp, đậu Hà Lan, lúa, ngô, các loại cây ăn quả và các loại phong lan Những thành phần ô nhiễm trong môi trường không khí như sulfurơ (SO2), hydro florua (HF), natri clorua (NaCl), các hơi, bụi từ công nghiệp luyện đồng, chì, kẽm, nhuộm. v.v đặc biệt là hơi khí bốc ra từ các lò nung vôi, nung gạch thủ công, ngay cả khi nồng độ của chúng còn thấp cũng đã làm chậm quá trình sinh trưởng của thực vật, nồng độ cao làm vàng lá, làm hoa quả bị lép, bị nứt, bị thui và mức độ cao hơn thì lá cây cũng như hoa quả đều bị rụng, bị hoại. Các loại bụi đất, đá bám vào cây là nhiều cũng ảnh hưởng đến sinh trưởng của thực vật, vì làm giảm quá trình lục diệp hoá quang hợp của cây. Những loài cây có nụ hoa quay đầu xuống dưới đất thì ít bị ảnh hưởng của ô nhiễm bụi hơn và so với các loại cây có nụ hoa hướng lên trời. Theo báo cáo điều tra của chính quyền các tỉnh Hải Hưng cũ và Quảng Ninh thì các năm 1986-1987, ô nhiễm môi trường không khí do Nhà máy xi măng Hoàng Thạch hoạt động, khi thiết bị lọc bụi tĩnh điện bị hư hỏng, đã gây ra thiệt hại làm giảm sản lượng lúa ở vùng xung quanh tới 20%. Nhà máy gạch Cầu Đuống, khi chưa có thiết bị xử lý ô nhiễm môi trường, hàng năm nhà máy phải chi hàng trục triệu đồng để đền bù nông dân vì khí SO2 và CO2 của lò nung gạch thải ra đã làm táp lúa, hoặc lúa ra đòng nhưng bị lép. Tuy vậy, cá biệt cũng có những chất ô nhiễm có tác dụng tốt đối với thực vật, có tác dụng tăng cường sinh trưởng cây, đặc biệt là đối với các loại tảo như là các chất photpho, nitơ và cacbon. 2.2.3. Các chất độc hại Loài người và tất cả loài sinh vật khác luôn luôn phải tiếp xúc với các chất độc hại. Một số chất như thuỷ ngân, chì luôn được sử dụng với lượng nhỏ. Nhưng ngày nay các quá
22. - 22 - trình công nghệ đã sử dụng chúng với mức nguy hiểm và thải chúng vào môi trường. Một số sản phẩm bao gồm thuốc diệt côn trùng và các loại hoá chất công nghiệp mà chỉ một lượng nhỏ đã gây chết người đã được tìm thấy trong không khí, nước, đất và trong thực phẩm. Rất nhiều hoá chất có tính gây ung thư, đột biến gien, quái thai Độc tính là khả năng mà hoá chất có thể gây bệnh tật và giết người. Một đơn vị đo của độc tính là LD50 liều lượng của một chất mà có thể giết chết 50% số dân thử nghiệm. Độc tính được đo bằng các đơn vị chất độc trên mỗi kg trọng lượng thân thể. Ví dụ : Loại hoá chất giết chết người có thể gây chứng ngộ độc thịt, một loại chất độc thực phẩm, có lượng LD50 là 0,0014 miligam/Kg trong các người nam giới đã trưởng thành. Có nghĩa là nếu liều lượng này chỉ là 0,14 miligam tương đương với vài hạt muối mà cho mỗi người nam giới trưởng thành ăn (mà mỗi người nặng 100 Kg), thử nghiêm 100 người thì khoảng 50 người trong số ấy sẽ chết. Các liều lượng nguy hiểm chết người tuy nhiên không phải từ các độc chất. Ngày nay các ngành công nghiệp và chính phủ đã quan tâm nhiều hơn đến các liều dùng có hại nhỏ nhất, hoặc các liều dùng theo nguồn độc tố cũng như các ảnh hưởng phụ. Độc tính tương đối của một hoá chất độc phụ thuộc và lứa tuổi, giới tính và sức khoẻ của người tiếp xúc, một liều dùng có thể gây nguy hại cho người này nhưng lại chỉ gây triệu chứng nhẹ cho người khác. Độc tính hơn nữa phụ thuộc và trường hợp chất đó thâm nhập vào cơ thể con đường nào. Nói chung các hoá chất thâm nhập qua da chậm hơn so với đường hô hấp và tiêu hoá. Vì vậy khi chất độc này dây vào da thì ít gây ốm đau hơn là khi người ta không may nuốt và hít phải. Việc tiếp xúc lâu dài với độc tố làm cho việc xác định các chỉ số độc tố phức tạp hơn . Sự tiếp xúc bộc phát là một lần tiếp xúc kéo dài từ vài giây đến vài ngày. Sự tiếp xúc lâu dài là sự tiếp xúc liên tục hoặc cách nhật nhưng kéo dài trong nhiều ngày, nhiều tuần, nhiều tháng hoặc nhiều năm. Sự tiếp xúc bộc phát thường là nguyên nhân của tai nạn bất ngờ. Ví dụ khi Clo thoát ra từ một toa xe téc bị phá vỡ và tức thì gây chết người và làm nhiều người mang bệnh suốt đời. Sự tiếp xúc đột xuất thường được mọi người biết đến nhưng sự tiếp xúc lâu dài với liều lượng nhỏ hoá chất độc hại gây hại lớn cho sức khỏe của cộng đồng nhưng lại ít được quan tâm. Ví dụ hàng triệu người dân thành phố liên tục bị tiếp xúc với mức độ thấp các chất ô nhiễm trong không khí như SO2 sinh ra do việc đốt than và dầu mỡ. Nhiều người đã chết vì bệnh phù phổi hoặc bệnh tim mạch mà những bệnh ấy có thể do tiếp xúc lâu dài với lượng nhỏ chất ô nhiễm không khí. Việc sử dụng các chỉ số độc tính để xác định mức độ an toàn cho con người tiếp xúc với độc tố hiện nay vẫn còn khó khăn: Một số viện khảo sát nghiên cứu đã được tiến hành. Các nhà khoa học phải dựa vào các thông số từ những sự tiếp xúc trực tiếp đột xuất của con người với độc tố, hoặc thường xuyên hơn dựa trên thông số từ các cuộc thử nghiệm trên súc vật Nhưng các chuyên gia y tế cũng không thể hoàn toàn tin cậy dựa vào kết quả thử nghiệm trên động vật để áp dụng cho người. Vì vậy rất khó xác định mức độ tiếp xúc an toàn cho bất kỳ hoá chất nào. Nhưng chúng ta đã chú ý các chất độc không chỉ gây ra ngộ độc trực tiếp mà còn gây ra ung thư, quái thai hoặc đột biến gen. Trong các cuộc thử nghiệm trên động vật, một số lớn chất được biết có thể gây ung thư có thể tìm thấy lẫn trong không khí, nguồn nước và thực phẩm, chúng bao gồm các sợi amiăng, kim loại cadimi, niken và các hợp chất của crôm, vinyl clorit và các tác nhân của các loại chất dẻo tổng hợp, chất “hắc ín” trong khói thuốc lá. Tia phóng xạ từ các vật liệu phóng xạ và các thiết bị phát tia X, các tia cực tím cũng có thể gây ung thư. Ngay cả ánh mặt trời cũng gây ung thư: Tia cực tím từ mặt trời được cho là nguyên nhân gây ung thư da. Sợi amiăng là khoáng chất chịu lửa được sử dụng nhiều trong công nghiệp xây dựng và ngành chế tạo các sản phẩm như các lớp đệm phanh ô tô rõ ràng là nguyên nhân gây tử vong ung thư hơn bất kì chất nào mà ta gặp ở nơi làm việc.
23. - 23 - Một số chất gây ô nhiễm môi trường không những gây ra ung thư mà còn gây quái thai, tử vong ở trẻ sơ sinh. Các tác nhân gây quái thai đựơc biết đến là thuỷ ngân metyl, các tia X và tia phóng xạ được phát ra từ các chất phóng xạ. Người mẹ mang thai mà hút thuốc cũng là nguyên nhân gây khuyết tật cho đứa con. Các hợp chất thuỷ ngân, chì, tia cực tím, các tia X và các tia phóng xạ phát ra từ những vật liệu phóng xạ là những tác nhân gây ra xảy thai, chết thai, đần độn, bệnh tim, dị dạng về xương, khớp và các khuyết tật khác. Có nhiều nỗ lực để xác định mức độ an toàn đối với các chứng ung thư, quái thai biến đổi gen, nhưng cũng gặp nhiều điều cản trở như trước đây người ta thường gặp phải khi xác định mức độ LD50. Các thí nghiệm cho ra các kết quả khác nhau phụ thuộc từng lứa tuổi, giới tính, sức khoẻ, chủng tộc và thời gian tiếp xúc cũng như con đường mà chất độc thâm nhập vào cơ thể. Một điều khó khăn lớn trong việc nghiên cứu khả năng gây bệnh ung thư là bệnh ung thư chỉ phát ra sau 10 đến 20 năm tiếp xúc với chất có tính chất ung thư 2.3. Giải pháp phòng chống ô nhiễm môi trường không khí: 2.3.1. Giải pháp qui hoạch: Việc quy hoạch đô thị nông thôn, bố trí khu công nghiệp khu dân cư nói chung, hoặc quy hoạch bố trí một công trình cụ thể có ý nghĩa quan trọng đối với việc phòng chống ô nhiễm môi trường không khí. Cần bố trí sắp xếp các công trình hợp lí theo mặt bằng, theo địa hình, theo không gian, phải đáp ứng các yêu cầu về môi trường. Một số nguyên tắc trong việc thiết lập mặt bằng chung khu công nghiệp để phòng chống ô nhiễm môi trường không khí. - Hình thành các nhà máy với các tổ hợp công nghệ độc lập - Hợp khối - Phân khu hợp lí theo các giai đoạn phát triển mở rộng. - Tập trung các đường ống công nghệ (nghĩa là: trong nhà máy: phân định rõ khu sản xuất, khu phụ trợ, kho hàng, khu hành chính Cần sắp xếp để khi mở rộng quy mô không ảnh hưởng đến sản xuất, tạo điều kiện khai thác nhà máy thuận lợi, dễ dàng tập trung các nguồn thải, các thiết bị sạch, các hệ thống xử lí không khí, các thiết bị kiểm tra kiểm soát và báo động ô nhiễm môi trường. 2.3.2. Giải pháp cách li vệ sinh làm giảm sự ô nhiễm: - Tuỳ theo công nghệ sản xuất và khối lượng chất thải gây ra ô nhiễm môi trường không khí xung quanh mà thiết kế cách li vệ sinh giữa khu nhà máy và khu dân cư. Thường thì dải cách ly ở trong khoảng 50 – 1000m. - Dải cách ly này nhằm đảm bảo để nồng độ chất độc hại ở khu vực dân cư không vượt quá nồng độ cho phép. Bảng 2.7. Khoảng cách vệ sinh theo mức độc hại của xí nghiệp công nghiệp Mức độc hại I II III IV V Chiều rộng vùng cách ly (m) 1000 500 300 100 50 2.3.3 Giải pháp công nghệ kỹ thuật Mục đích hoàn thiện công nghệ SX, sử dụng công nghệ tiên tiến hiện đại, công nghệ SX kín, giảm các khâu thủ công, áp dụng cơ giói hoá và tự động hoá trong dây chuyền SX, tăng năng suăt lao động, đảm bảo chất lượng sản phẩm, an toàn cho người lao động và vệ sinh môi trường.
24. - 24 - Với giải pháp này thì chất độc hại không toả ra hoặc toả ra rất ít vào môi trường không khí xung quanh, các khí thải được thu gom tập trung theo đường ống kín thải ra ngoài. 2.3.4 Giải pháp kỹ thuật làm sạch khí thải Căn cứ vào thành phần, tính chất, kích thước và khối lượng chất thải mà sử dụng các công nghệ làm sạch khác nhau. Ví dụ : thu gom và lọc bụi trước khi thải khí ra ngoài thì dựa vào kích thước hạt bụi , vận tốc tách các hạt bụi ra khỏi không khí ( lọc li tâm, lưới lọc kim loại ) 2.3.5. Giải pháp sinh học Mục đích là đảm bảo hệ sinh thái cân bằng quan trọng nhất là cây xanh (có tác dụng điều hoà khí hậu, ban ngày cây xanh hấp thụ nhiệt bức xạ mặt trời, hút CO2 và thải O2. Nơi có nhiều cây xanh nhiệt độ thấp, có tác dụng che nắng, giảm bớt tiếng ồn gây cảm giác thoải mái dễ chịu. Ngoài ra không khí có bụi khi đi qua lùm cây thì một số bụi bị giữ lại giúp cho không khí sạch hơn. Ngoài ra cây xanh còn có phản ứng với các chất độc hại nhanh hơn người và động vật) 2.3.6. Giải pháp quản lí, luật bảo vệ môi trường không khí : - Có luật bảo vệ môi trường, các tiêu chuẩn vệ sinh, thành lập các cơ quan kiểm tra kiểm soát quản lí về môi trường cụ thể. - Nếu đơn vị sản xuất nào không chấp hành nghiêm chỉnh luật bảo vệ môi trường thì sẽ bị ngừng sản xuất, đền bù thiệt hại. - Khuyến khích các nhà máy áp dụng công nghệ dây chuyền hiện đại - Tổ chức kiểm soát chất thải
25. - 25 - Chương 3: Ô nhiễm nước và bảo vệ môi trường nước 3.1. Nguồn nước 3.1.1. Các nguồn nước trên trái đất Nước được phát sinh từ trong lòng đất, từ các thiên thạch và lớp trên của khí quyển trái đất. Nước chủ yếu trên trái đất (nước ngọt, nước mặn và hơi nước) đều bắt đầu từ lòng đất (nước hình thành trong quá trình này là khi thoát dần ra lớp vỏ ngoài thì biến thể thành chất khí, bốc hơi cuối cùng ngưng tụ lại thành nước. Các khối nước ban đầu thoát ra và ngưng tụ lại tràn ngập tại miền trũng tạo nên đại dương và sông hồ nguyên thuỷ). Như vậy nước trong tự nhiên luôn vận động và thay đổi trạng thái. Nước trên trái đất được chia thành 3 nguồn chủ yếu: nước mặt, nước ngầm và hơi nước Nguồn nước sông, ngòi, ao hồ, chiếm thể tích rất nhỏ trong tổng số lượng nước trên trái đất nhưng là nguồn nước chính cung cấp cho đời sống hàng ngày của chúng ta. Và nguồn nước này luôn luôn được tái tạo nhờ chu trình thuỷ lực. 3.1.2. Chu trình thuỷ lực Sự vận động của nước trên mặt đất và trong khí quyển thực hiện một cách tự nhiên theo 5 dạng cơ bản: Mưa – dòng chảy – thấm bốc hơi – ngưng tụ và thành mưa. Nước vận động trong chu trình này là nhờ bức xạ sóng ngắn của mặt trời. Năng lượng mặt trời chuyển nước từ đại dương và đất liền vào khí quyển bằng 2 quá trình: bay hơi và thăng hoa + Quá trình bay hơi: Do các tia bức xạ mặt trời tới trái đất và và chúng bị hấp thụ 1 phần và chuyển đổi thành nhiệt năng làm cho khí quyển nóng lên và từ đó hâm nóng lớp nước bề mặt ở đại dương và đất liền trong các thể lỏng khác nhau làm chúng bay hơi. + Quá trình thăng hoa: là quá trình chuyển thể từ rắn sang thể hơi; đóng tuyết, băng mất dần ngay cả khi dưới nhiệt độ thành khói Như vậy nước thu nhận từ năng lượng mặt trời và bốc hơi (như ta biết: trên khí quyển có sự khác nhau về nhiệt độ các vùng tạo ra mật độ không khí không đồng đều làm cho không khí chuyển động tạo thành gió và hơi nước bốc lên với không khí nóng tới tầng cao khí quyển thì ngưng tụ lại thành trạng thái lỏng (dạng hạt nhỏ). Sau đó lại rơi xuống mặt đất và đi đến các vùng trên trái đất. 3.1.3. Tầm quan trọng của nước: - Nước là tài nguyên rất cần thiết cho sự sống trên trái đất. Được coi là nguồn “khoáng sản” đặc biệt vì tàng trữ một nguồn năng lượng lớn phục vụ cho nhu cầu nhiều mặt của con người. - Chiếm 70% trọng lượng cơ thể con người. Nước chiếm 80% của trọng lượng các cơ. - Ngày nay đã khám phá thêm nhiều khả năng to lớn của nước đảm bảo cho nền văn minh nhân loại. VD: dùng trong chế biến thực phẩm, sản xuất điện - Nước tham gia vào các mắt lưới trong lưới thức ăn. Cây hút nước từ đất. Các sinh vật tiêu thụ khác nhau đều sử dụng nước và qua quá trình trao đổi chất, một phần nước lại quay về đất hoặc khí quyển. Vì vậy nước không thể thiếu được đối với đời sống con người và sinh vật. 3.1.4. Những vấn đề về nguồn nước:
26. - 26 - * Thiếu nước ngọt: Chỉ một phần rất nhỏ từ nguồn nước phong phú trên hành tinh mà chúng ta có thể sử dụng được là nước ngọt. Có khoảng 97% là nước biển mặn chỉ còn lại khoảng 3% nước ngọt trong đó có tới 2.997% lượng nước nàybị đóng băng và chôn sâu ở các vùng Bắc cực, chỉ còn lại 0.003% của tổng thể tích nước trên Trái đất là để sử dụng. Phần này bao gồm nước ngầm, hơi nước, nước mặt từ các sông hồ và độ ẩm từ đất. Số lượng nước ngọt có thể sử dụng luôn được tuần hoàn trong chu trình hydro. Về định lượng và định tính, nước giữ vai trò chính trong việc chuyển đổi những hệ sinh thái do con người tạo ra và trong việc ổn định hoá những hệ sinh thái này. Có bốn nguyên nhân của sự khan hiếm nước ngọt: - Do khí hậu khô - Do hạn hán - Do sự làm khô hạn - Do áp lực sử dụng nước * Quá nhiều nước: Một số quốc gia có đủ nước mưa hàng năm nhưng hầu hết lại nhận được trong cùng một thời gian. Ví dụ ấn Độ, 90% cử lượng mưa hàng năm đổ xuống vào mùa mưa khoảng từ tháng bẩy đến tháng chín. Những cơn mưa kéo dài như trút xuống kéo dài làm ngập đất, lấy đi các chất dinh dưỡng của đất, làm trôi lớp đất mặt và là nguyên nhân gây ra các cơn lụt. Sự đô thị hoá làm tăng các cơn lụt là do việc thay thế cây xanh và đất bởi các công trình, đường cao tốc, điều đó dẫn đến tăng tốc độ dòng chảy của các dòng nước mưa. Nừu mực nước biển tăng trong các thế kỉtới như dự báo thì một số vùng thấp ven biển, vùng đất ẩm ướt, các vùng đất trồng sẽ bị chìm xuớng dưới mực nước biển. 3.2. Ô nhiễm nguồn nước và sự ảnh hưởng của nó tới môi trường 3.2.1. Các nguồn chủ yếu gây ô nhiễm môi trường nước a. Nguồn nhân tạo * Nguồn thành thị: Bao gồm nước thải ra từ các khu sinh hoạt của dân cư có thể đã được thu bởi hệ thống thoát nước, qua các trạm xử lý trước khi xả ra nguồn. Nguồn thành thị cũng bao gồm hỗn hợp nước thải và nước mưa chảy trực tiếp ra nguồn nước mà không qua xử lý. * Nguồn nông nghiệp: Bao gồm các loại phân hoá học, thuốc trừ sâu, diệt cỏ . Là những nguồn gây ô nhiễm đáng kể. Tổng số các chất thải nông nghiệp xả vào nguồn nước khá lớn, đặc biệt là những vùng nông nghiệp đã phát triển. b. Nguồn tự nhiên: bao gồm các loại sau: * Nước mưa: xả vào nguồn một lượng lớn các chât hữu cơ từ quá trình phân huỷ động vật và thực vật, các chất hữu cơ từ xói mòn đất. Đôi khi trong đất mùn còn chứa nhiều chất mềm và mầu. * Các sinh vật nước đồng thời cũng là nguồn tự nhiên gây ô nhiễm. Thông thường, sự phát triển của động vật và thực vật trong nước phụ thuộc vào chất dinh dưỡng có trong nguồn. Khi chất dinh dưỡng trong nguồn quá nhiều thì các sinh vật sẽ phát triển mạnh và khi chết đi gây ô nhiễm cho nguồn. 3.2.2. Các chất gây ô nhiễm môi trường nước * Các chất thải hữu cơ có nguồn gốc từ động thực vật: Là nguồn chất gây ô nhiễm chủ yếu trong các nguồn nước. Các chất này thường chiếm tỷ lệ cao trong nước thải sinh hoạt đô thị, nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm. Thành phần hữu cơ của của nước thải sinh hoạt và nước thải của một số ngành sản xuất được nêu trong bảng 3.1 và 3.2.
27. - 27 - Bảng 3.1. Thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt Nồng độ (mg/lít) Chất ô nhiễm trong nước thải Loại mạnh Loại yếu Trung bình Tổng chất rắn (TS) ≥ 1 200 350 700 Chất rắn lơ lửng (SS) ≥ 350 100 250 Nitơ tổng số ≥ 85 20 40 Nhu cầu oxy hoá (BOD5) ≥ 300 100 200 Nhu cầu oxy hoá học (COD) ≥ 1000 250 500 Phốt phát tổng số ≥ 20 6 10 Dầu, mỡ ≥ 150 50 100 - Nitơrit NO2 0 0 0 - Nitơrat NO3 0 0 0 Bảng 3.2. Thành phần nước thải của một số ngành công nghiệp Ngành công nghiệp Chất ô nhiễm trong nước thải nồng độ (mg/lít) Chế biến sữa Tổng chất rắn 4.516 Chất lơ lửng 560 Nitơ hữu cơ 73,2 BOD5 1890 Lò mổ Chất rắn lơ lửng 820 Nitơ hữu cơ 122 BOD5 996 Mổ lợn Chất rắn lơ lửng 717 Nitơ hữu cơ 122 BOD5 1045 Hỗn hợp Chất rắn lơ lửng 929 Nitơ hữu cơ 324 BOD5 2240 Thuộc da Tổng chất rắn tan 6000-8000 BOD5 9000 Các chất hữu cơ có nguồn gốc từ đọng thực vật đặc biệt là hợp chất hữu cơ chứa nitơ rất dễ bị oxy hoá sinh hoá thành CO2, H2O dưới tác dụng của các vi sinh vật hiếu khí. Sau đó
28. - 28 - tác dụng với NO3 để tạo thành N2, CO2, H2O thực hiện quá trình khử Nitrat dưới tác dụng của các vi khuẩn khử Nitơ. Sau đó là quá trình phân huỷ yếm khí tạo ra CH4, H2S gây nên sự ô nhiễm. Sự có mặt của các hợp chất chứa nitơ và phốt pho với hàm lượng lớn trong nguồn nước như mặt sông, hồ gây nên hiện tượng nở hoa của nước. Hiện tượng nở hoa của nước là sự phát triển quá mức của các loài tảo lam, tảo lục trong nước ngọt khi trong nước có quá nhiều chất hữu cơ Nitơ và phốt pho, tạo nên sự "phú dưỡng" trong các sông hồ. Sự tích luỹ các chất dinh dưỡng này sẽ khiến cho các loài tảo sinh sôi nảy nở nhanh chóng, làm cho hệ sinh thái thuỷ sinh trong nước bị phá hoại nghiêm trọng. Sau đó khi tảo chết đi, trong quá trình phân huỷ cần tới một lượng oxy hòa tan trong nước khiến cho độ thiếu hụt oxy tăng lên và nước ở trạng thái yếm khí gây mùi khó chịu. Hiện tượng nở hoa của nước không những phá hoại chất lượng nguồn nước mà còn làm ảnh hưởng tới cảnh quan mặt nước. * Các chất hữu cơ tổng hợp + Các hoá chất hữu cơ từ nước thải công nghiệp: Các tác nhân gây ô nhiễm điển hình từ nước thải các ngành công nghiệp được thể hiện ở bảng 3.3. Bảng 3.3. Các chất gây ô nhiễm điển hình từ nước thải công nghiệp Công nghiệp Chất ô nhiễm chính Chất ô nhiễm phụ Chế biến sữa Màu, tổng P, N, TOC, độ BOD, pH, SS đục, to BOD, COD, pH, SS, TDS Màu, tổng P, N, TOC, to Chế biến đồ hộp, rau quả đông lạnh Chế biến bia, rượu BOD, COD, pH, SS, chất rắn có TDS, màu, độ đục, bọt nổi thể lắng + Chế biến thịt BOD, COD, pH, SS, chất rắn có NH4 , TDS, P, màu thể lắng, dầu mỡ, độ đục Xay bột BOD, SS, to COD, pH, TOC, TDS 2- Luyện thép Clo, SO4 + - Dầu mỡ, pH, NH4 , CN , phenol, SS, Fe, Sn, Cr, Zn, to Cơ khí COD, dầu mỡ, SS, CN-, Cr, Zn, Ni, Pb, Cd Thuộc da BOD5, COD, SS, màu, kim loại N, P, TDS, tổng colirorm + nặng, NH4 , dầu mỡ, phenol, sulphua Sản xuất phân hoá học 3- 2- pH, PO , SO4 , hợp chất + - 2- NH4 , TDS, NO3 , SO4 , urê, TDS, hữu cơ, kẽm, Al, Fe, Hg, N, F, pH, P, SS Rranium
29. - 29 - Hoá chất hữu cơ BOD, COD, pH, TSS, TDS, dầu nổi độ đục, clo hữu cơ, P, kim loại nặng, phenol, to Hoá dầu + NH4 , BOD, Crom, COD, dầu, pH, Cl-, CN, Pb, N, P, TOC, phenol, SS, to Zn, độ đục Nhiệt điện Cu, Fe, TDS, Zn + NH4 , BOD, Crom, COD, dầu, pH, phenol, SS, to + Thuốc bảo vệ thực vật chiếm một vị trí độc đáo trong số những chất gây ô nhiễm môi trường. Ngược lại với những chất gây ô nhiễm khác, thuốc trừ sâu được người ta phân tán ra môi trường tự nhiên để diệt một số loài sâu hại. Người ta phân ra 3 loại sau đây: Các loại thuốc trừ sâu: Bao gồm chủ yếu: - Các hợp chất clo hữu cơ được điều chế bằng cách clo hoá các phân tử vòng thơm hoặc các phân tử dị vòng (DDT, lindan). Những chất này không tan trong nước và bền tới 10 năm. - Các hợp chất photpho hữu cơ là những este của rượu và axit photphoric (paration, malation) nhanh chóng bị phân giải sinh học trong nước. - Những cacbonat là những este của axit N-metyl cacbamic. Những loại này ít độc hại đối với các động vật máu nóng. Các loại thuốc trừ nấm: Thông dụng nhất là những loại thuốc trừ nấm thuỷ ngân hữu cơ. Chúng được dùng phối hợp với thuốc trừ sâu clor hữu cơ để bảo quản hạt giống. Các loại thuốc trừ cỏ: Những loại chính là: - Các dẫn xuất của axit phenoxy axetic. - Các triazin. Các loại thuốc trừ sâu thể hiện những tác động khác nhau lên môi trường: - Những tác dụng độc hại trực tiếp đối với các loài động vật và thực vật. - Làm giảm tiềm năng sinh vật của những loài bị nhiễm thuốc. - Làm biến mất nhiều loài và như vậy làm mất cân bằng của các quần thể đồng thời làm tăng nhanh chóng nhiều loài do mất kẻ đi săn chúng làm mồi. Hiện nay trên thế giới có tổng cộng, khoảng 31 triệu ha trồng trọt đã nhận hàng năm: -100.000 tấn chất hữu cơ tổng hợp. - 60.000 tấn lưu huỳnh. - 7.500 tấn đồng, thông qua hơn 500 chế phẩm thương mại. * Các chất vô cơ độc hại * Các vi sinh vật gây bệnh * Các chất phóng xạ * Các chất gây lắng đọng và bồi lấp dòng chảy 3.2.3. Chỉ tiêu đánh giá sự ô nhiễm nước a/ Chỉ tiêu vật lí Nhiệt độ, màu, mùi vị, độ đục, độ dẫn điện (chủ yếu đánh giá về mặt định tính độ nhiễm bẩn của nước do các loại chất thải công nghiệp) b/ Chỉ tiêu hoá học
30. - 30 - - + Độ PH, hàm lượng cặn lơ lửng, các chỉ tiêu nitơ (amoni NH4, nitơrit NO 2, nitơrat - 3- NO 3 ), chỉ tiêu phôtphat (PO4 ). Những chỉ tiêu này đánh giá mức độ phì nhưỡng của nguồn nước do nước thải sinh hoạt, công nghiệp hoặc tưới tiêu tràn vào sông hồ + Chỉ tiêu dầu mỡ, các muối kim loại nặng, các chất phóng xạ, thuốc trừ sâu Đặc biệt trong chỉ tiêu hoá học người ta hay dùng các chỉ số BOD, COD và chất lơ lửng + BOD (nhu cầu oxi sinh hoá): là lượng oxi cần thiết để oxi hoá sinh hoá (bởi vi sinh vật hiếu khí) các chất bẩn hữu cơ trong nước trong 1 khoảng thời gian nhất định + COD (nhu cầu oxi hoá học): Là lượng oxi cần thiết để oxi hoá các chất bẩn hữu cơ trong nước, với lượng oxi có trong các chất oxi hoá mạnh KMnO4, K2Cr2O7. + Chất lơ lửng: là các chất không tan trong nước được xác định bằng cách lọc mẫu nước qua giấy lọc chuẩn. Cặn thu được sấy ở 105OC cho đến khi khối lượng không đổi và đem cân xác định khối lượng chất lơ lửng đó thì ta được khối lượng chất lửng trong mẫu nước phân tích c/ Chỉ tiêu sinh học (chỉ tiêu vi khuẩn) Chỉ số Coli (coliforrms) đánh giá mức độ nhiễm bẩn các chất hữu cơ, tổng số vi khuẩn hiếu khí đánh giá khả năng phân huỷ các chất hữu cơ Như vậy: dựa trên cơ sở chất lượng nước của từng vùng để đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội, tiêu chuẩn gây hại cho con người thì mỗi quốc gia đều đưa ra bảng tiêu chuẩn chất lượng nước riêng. 3.2.4. Ảnh hưởng của việc ô nhiễm nguồn nước đến môi trường sống a. Ảnh hưởng đến chất lượng nguồn cung cấp nước * Ảnh hưởng tới chất lượng nước ngầm: Việc tưới tiêu, thuỷ lợi trong nông nghiệp đã làm cho các nguồn nước ngầm bị nhiễm bẩn bởi các loại phân hoá học, các thuốc trừ sâu diệt cỏ thấm qua đất vào từ nước tưới. Trên thế giới có khoảng 225x106 ha diện tích đất đai được tưới, và nguồn nước bẩn do tưới tiêu cũng rất đáng kể. Ngoài ra, do sự ăn ở mất vệ sinh ở các khu vực nông thôn, các nguồn phân người, rác, phân gia súc không được xử lý mà đưa thẳng ra tưới tiêu, ngấm qua đất vào nước ngầm cũng làm cho chất lượng nước ngầm bị thay đổi. Khi nước ngầm bị nhiễm bẩn, nó không có khả năng tự làm sạch như nguồn nước mặt có thể làm được nếu nguồn không bị quá tải. Dòng chảy trong nước ngầm rất chậm và không phải dòng chảy rối vì thế nên các chất bẩn gây ô nhiễm không thể bị pha loãng hay pha tán. Trong nước ngầm cũng có một số lượng nhỏ các vi sinh vật có khả năng chuyển hoá hợp chất dễ bị oxy hoá sinh hoá, tuy nhiên số lượng và chủng loài các vi sinh vật này ít hơn rất nhiều so với trong nguồn nước mặt và phản ứng phân huỷ diễn ra cũng chậm hơn. Do vậy nó sẽ tồn tại trong một khoảng thời gian rất lâu có thể tới hàng trăm năm để tự làm sạch các chất gây ô nhiễm có khả năng bị phân huỷ. * Ảnh hưởng tới chất lượng nguồn nước mặt: Theo các dòng chảy như các dòng sông, do qúa trình xáo trộn, pha loãng tốt và quá trình phân huỷ các chất gây ô nhiễm với sự tham gia tích cực của các vi sinh vật hiếu khí, hàm lượng chất bẩn được giảm xuống. Những quá trình phục hồi tự nhiên này sẽ rất có hiệu quả nếu như dòng chảy không bị quá tải các chất gây ô nhiễm, hoặc dòng chảy không bị cạn kiệt do hạn hán, do tưới tiêu. Trong các hồ, ao thì sự pha loãng thường có hiệu quả thấp hơn so với trong sông bởi vì trong hồ thường có dòng chảy tầng, dòng này rất ít bị xáo trộn theo phương đứng và vì vậy sự hoà tan oxy trong nước hồ cũng thấp hơn rất nhiều so với dòng sông đặc biệt ở tầng dưới sâu. Do đó chất lượng nước hồ, ao rất dễ bị suy thoái khi bị nhiễm bẩn bởi các chất dinh dưỡng
31. - 31 - thực vật, dầu, phân vô cơ, các kim loại nặng như thuỷ ngân, asenic, selen, chì v.v ngoài ra một số loại hoá chất rơi từ khí quyển xuống như DDT, PCBs hoặc một số đồng vị phóng xạ. Các chất này đi vào chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái thuỷ vực và gây ra những tác động nguy hại tới hệ thực vật và động vật nước. b. Ảnh hưởng tới sự biến đổi của hệ sinh thái Hoạt động của con người đã từng làm biến đổi các hệ sinh thái: Phá rừng lấy đất trồng trọt là thay đổi một hệ sinh thái phức tạp và vững chắc bằng một hệ sinh thái đơn giản và ít bền vững hơn. Việc xây kè, đắp đập cũng làm ảnh hưởng tới dòng chảy sẽ tác động đến hệ sinh thái sông, hồ và phức hệ động thực vật vùng ven, kể cả con người. Hoang mạc cũng một phần không nhỏ do tác động của con người gây ra. * Ảnh hưởng đến hệ sinh thái nông nghiệp (Hệ sinh thái đất): Sử dụng nhiều nhất trong hệ sinh thái nông nghiệp là thuốc trừ sâu. Điều này một mặt đem lại lợi ích là tăng năng suất cây trồng nhưng mặt khác chúng làm cho hệ sinh vật đất nói chung cũng bị huỷ hoại, một số các sinh vật tiêu thụ phân, rác hữu cơ, đảm bảo độ phì cho đất cũng bị tiêu diệt như các loài giun, mối, các loại vi khuẩn, tảo, nấm mốc dẫn đến làm biến đổi tính chất của đất, giảm độ phì của đất. Cùng với thuốc trừ sâu, các chất diệt cỏ cũng có tác hại không nhỏ cho những quần thể động vật mà sự sống của chúng phụ thuộc vào các loại cây cỏ bị tiêu diệt, đặc biệt đối với hệ sinh vật đất, nồng độ độc hại đã làm ức chế mọi hoạt động của chúng. * Ảnh hưởng đến hệ sinh thái sông hồ và đại dương: Môi trường nước bị ô nhiễm bởi nhiều nguồn: nước thải thành phố, công nghiệp, thuốc trừ sâu, phân bón hoá học đặc biệt đối với biển và đại dương là ô nhiễm dầu chủ yếu do những sự cố chuyên chở gây nên. Đặc biệt, phân bón hoá học với lượng đạm và phốt pho cao gây nên hiện tượng phì dưỡng. Hiện tượng phì dưỡng (Eutrophication) là hiện tượng nồng độ các chất dinh dưỡng tăng tới mức tạo ra sự phát triển bùng nổ của các loài tảo, rong trong nguồn nước. Quá trình phì dưỡng hoá đóng vai trò quan trọng trong dây chuyển thực phẩm của hệ sinh thái nước Trong nước, tảo sử dụng cacbon dioxit, nitơ vô cơ, orthophosphat và các chất dinh dưỡng khác với lượng vết để phát triển. Tảo lại là thức ăn của động vật phù du (zooplankton). Một số loại cá nhỏ ăn động vật phù du và rong tảo. Một số loại cá lớn lại ăn cá nhỏ. Như vậy năng suất của dây chuyền thực phẩm là phụ thuộc vào lượng N và P. Khi nồng độ N và P cao rong tảo phát triển mạnh tạo ra khối lượng lớn đến mức các loài động vật phù du không thể tiêu thụ hết, dẫn đến việc làm đục nước. Đặc biệt trong nguồn nước tù (ao, đầm) có thể tạo ra nước chứa đầy tảo như nước xúp. Việc phân huỷ tảo sẽ tạo mùi và tạo ra các chất cặn lắng, gây giảm oxy hoà tan trong nước, từ đó gây cản trở cho việc phát triển hầu hết các loài cá. Trong điều kiện đó chỉ có một số loài cá dữ có thể sống được. Với mật độ rong tảo, chất lượng nước sẽ bị suy giảm, gây ảnh hưởng đến công tác cấp nước sinh hoạt (lắng lọc nước rất khó khăn), ảnh hưởng mỹ quan và tạo trở ngại cho du lịch, thể thao dưới nước. Vì do sự ô nhiễm của N và P dẫn đến sự phát triển và sinh trưởng tối đa của tảo, chúng phủ trên một diện tích lớn của mặt hồ rồi chết hàng loạt, tiếp đó là sự phát triển của các vi sinh vật sống trong các tảo mục nát, tiêu thụ một lượng lớn oxy làm oxy hoà tan trong nước bị giảm nhanh chóng dẫn đến việc thiếu oxy nghiêm trọng tới các loài cá và các vi sinh vật khác.Mặt khác, tảo thối rữa lại chìm xuống đáy hồ với lớp bùn đáy ngày càng dày, lớp này chứa nhiều N và P và gây nên hiện tượng yếm khí.
32. - 32 - Không chỉ sông, hồ mà đại dương cũng bị ô nhiễm bởi các chất sản sinh ra từ đất liền như chất trừ sâu DDT làm giảm quang hợp của các thực vật phù du (tảo, diamotic), chỉ cần một lượng nhỏ 1 ppb (1/109) của DDT là đã gây ảnh hưởng rõ rệt. Thuỷ ngân cũng gây cản trở quá trình quang hợp của tảo. Ô nhiễm dầu tự nhiên phun ra từ đáy biển hoặc do các tàu chuyên chở gây ra, gây tác hại lớn đối với các sinh vật biển: Năm 1969, một àu chở dầu bị vỡ ở lãnh hải bang Maxachuxet (Hoa Kỳ) làm 95% quần thể cá, tôm bị chết. Trong nước biển, nồng độ dầu cho phép là ≤ 0,5 mg/l. Ô nhiễm môi trường nước biển gây ra bởi việc xả thải các hợp chất cacbua hydro vào môi trường biển (thuỷ triều đen). Các hợp chất cacbua hydro tồn tại dưới dạng hợp chất: - Alcan hay parafin - Naphten với 1 hay nhiều vòng 5 hoặc 6 cácbon. - Các hợp chất thơm, hàm lượng không lớn nhưng độc hại rất cao (toluen, benzen, benzopyren). Ngay sau khi được xả vào môi trường biển, cacbua hyđrô bị biến đổi dưới tác dụng của tự nhiên theo các quá trình sau: Quá trình vật lý Lan truyền - Di chuyển: Dầu mỏ lan truyền cho đến khi hình thành một màng mỏng trên bề mặt nước. Sức chống lại lan truyền tăng lên cùng thời gian và tính chất đặc trưng của dầu mỏ ( tỷ trọng, độ nhớt, sức căng bề mặt). Bay hơi: Cho phép làm giảm rất nhanh từ 30 đến 40% cacbua hydro từ dầu thô. Gió và sóng tạo ra sự hình thành những bọt khí và mang đi xa hàng trăm km. Hoà tan: Mặc dầu độ hoà tan của dầu mỏ trong nước rất ít, song một thể tích rất lớn cho phép hoà tan cacbua hydro nhẹ nhất. Trong quá trình phân giải, những dẫn xuất oxy hoá được tạo ra dễ hoà tan hơn chất ban đầu. Sự tạo ra huyền phù: Tính chất không trộn lẫn của dầu với nước tạo ra một sự phân mảnh trên mặt nước và hình thành huyền phù khi mặt biển xao động. Bọt đó có thể chứa tới 80% nước. Đó là một hỗn hợp rất bền và ít bị phân giải sinh vật. Trầm lắng: Dầu mỏ khi chuyển xuống gần đáy biển sẽ xảy ra chủ yếu quá trình hấp thụ của những giọt dầu nhỏ bởi các hạt lơ lửng trong nước (phù sa, đất sét, canxi) và làm tăng lên dần của tỷ trọng của những dầu vốn rất nhẹ ban đầu. Quá trình hoá học: Là những phản ứng oxy hoá xảy ra với tác dụng xúc tác của ánh sáng và các kim loại. Những phản ứng đó dẫn tới sự tạo thành các alđehyd, xeton, axit cacboxilic. Thêm vào đó, những hiện tượng cao phân tử hoá tham gia vào sự tạo ra những đám nhựa đường. Quá trình sinh học: Trong nước, lớp trầm tích có các vi sinh vật, nấm tấn công cacbua hydrô, biến dần chất này thành những chất đơn giản (rượu, axit, kèm theo đó là khí cacbonic và nước) bằng những quá trình oxy hoá hiếu khí. Các tác động của ô nhiễm cacbua hydro: Động vật và thực vật là những nạn nhân đầu tiên của dạng ô nhiễm đó. Nhiều cuộc quan sát tiến hành nhân dịp các vụ tai nạn khác nhau cho thấy thực vật phù du ít biểu hiện những điều bất thường nhưng còn thiếu hụt động vật phù du ban đầu rất nghiêm trọng nhưng nhanh chóng được lấp đầy. Những hư hại đối với lớp đá ( tảo, động vật) có sự trái ngược nhau: rất nhiều tảo xanh, các loài động vật ăn thực vật biến mất phần lớn Việc sử dụng những chất tẩy rửa để rửa đá đưa tới sự nhiễm chất độc đối với các loài đó. ở tầng của quần thể những loài dưới đáy, các loài cầu gai (nhím biển), những loài vỏ kén, trai, sò (đốm), sò cát.
33. - 33 - Đối với loài cá tôm cua, người ta nhận xét thấy rằng sau một loạt chết ban đầu, các quần thể đó lại phục hồi nhưng hậu quả gây lâu dài: gầy, ốm, lở loét, Sực tích tụ cacbua hydro ở lớp đáy gây ra những hậu quả nghiêm trọng trung và dài hạn. Một trong những hiện tượng bi đát nhất của sự ô nhiễm là cái chết của các oài chim bị dính vào nhựa đường, hắc ín, đặc biệt là những loài chim bổ nhào tìm mồi và những loài chim sống trên biển (chim cánh cụt, cò, vạc ). Thêm vào đó, cần phải kể tới sự mất mát các loài có vú sống ở biển (hải cẩu, cá voi, cá heo ). Cuối cùng cần phải chú ý rằng ô nhiễm cacbua hydro khối lượng lớn, trong một số trường hợp có thể gây độc hại cho người về đường hô hấp. Những hợp chất bay hơi, tan mạnh trong chất béo, tấn công vào màng phổi. Có những triệu chứng khác nhau đã được phát hiện, đặc biệt là ở những người có nhiệm vụ chống thuỷ triều đen: buồn nôn, chóng mặt 3.3. C¸c gi¶i ph¸p b¶o vÖ nguån n­íc 3.3.1.Giải pháp làm giảm ô nhiễm nước bề mặt Đối với các nguồn ô nhiễm không xác định địa điểm của nước (chủ yếu là nông nghiệp) người nông dân có thể làm giảm rõ rệt dòng chảy phân bón vào nước bề mặt và từ đó thấm xuống tầng ngậm nước nhờ việc sử dụng vừa phải lượng phân bón – và không sử dụng nếu trên các vùng đất dốc cheo leo. Người nông dân cũng có thể yêu cầu trồng các cây xanh bền vững nằm giữa vùng trồng trọt và vùng nước mặn. Các dòng chảy thuốc trừ sâu và sự thấm của nó cũng có thể được giảm bớt sự áp dụng phân bón khi cần. Nông dân cũng giảm sự cần thiết phân bón vô cơ nhờ việc sử dụng việc điều khiển sinh học hoặc quản lý đồng bộ các loại sâu bọ. Những người chăn thả có thể điều khiển các dòng chảy và sự rò rỉ của phân từ các bãi chăn và bãi nuôi nhờ việc quản lý mật độ động vật, các vùng đệm cây trồng, và bố trí các vùng chăn thả không nằm ở các vùng đất dốc gần với nước mặt. Chuyển hướng các dòng chảy vào các lưu vực sẽ cho phép lượng nước giàu chất dinh dưỡng này được lấy ra và làm phân bón cho đất trồng và đất rừng. Nói một cách khác, để giảm các nguồn ô nhiễm không xác định địa chỉ, đặc biệt với đất bị xói mòn là việc trồng rừng ở các nơi chứa nước bị nguy hiểm, bên cạnh việc giảm ô nhiễm nước do quá trình lắng đọng, trồng lại rừng sẽ giảm được xói mòn và sự khốc liệt của các con lũ, đồng thời điều này cũng là giảm hiện tượng ấm lên trên toàn cầu, và sự mất môi trường sống của nhiều loài hoang dã. Còn đối với các nguồn ô nhiễm có địa chỉ xác định thì luật pháp là công cụ tốt nhất để khống chế ô nhiễm nguồn nước. 3.3.2. Giải pháp xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp Hiện tại con người chưa thể can thiệp được vào sự cân bằng nước trong thiên nhiên. Vì khả năng tác động của con người đến lượng nước rơi trên bề mặt các lục địa còn quá nhỏ bé: 90% lượng nước rơi có nguồn gốc từ biển và chỉ 10% nhờ sự thoát hơi nước của lớp phủ thực vật và sự bốc hơi của các thuỷ vực. Vì vậy, tăng cường lớp phủ thực vật chỉ có thể làm tăng không đáng kể lượng nước rơi. Nói một cách khác, con người chưa có thể điều khiển thời tiết và khí hậu, mà mới chỉ có khả năng tác động có hiệu quả đến sự phân bố của nước rơi (do mưa) như tác động đến hệ thực vật, canh tác lớp đất mặt, tạo ra vi địa hình (mương máng), xây dựng các hồ chứa, đắp đê ngăn lũ lụt, khai thác nước ngầm. Con người chỉ có thể tạo ra các hệ thống xử lý chất thải bị ô nhiễm trước khi xả vào nguồn tiếp nhận, đảm bảo theo đúng các yêu cầu chất lượng dòng xả mà nhà nước ban hành. Mối liên quan giữa nguồn tiếp nhận, đảm bảo theo đúng các yêu cầu chất lượng dòng xả mà nhà nước ban hành.
34. - 34 - Việc xử lý nước thải là một trong những việc làm đầu tiên để bảo vệ nguồn nước, loại bỏ hoặc hạn chế những thành phần gây ô nhiễm có trong nước thải, để khi xả ra sông hồ nước thải không làm nhiễm bẩn nguồn nước. Do việc được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau nên yêu cầu về chất lượng mức độ và biện pháp xử lý cũng khác nhau. Việc lựa chọn phương pháp xử lý còn phụ thuộc vào lưu lượng, thành phần tính chất nước thải, vị trí xả nước thải so với điểm dừng nước hạ, khả năng tự làm sạch của sông hồ tiếp nhận nước thải, điều kiện tự nhiên khu vực .v.v Mặt khác, do nước thải có thành phần đa dạng, phức tạp, khả năng tự làm sạch của các loại nguồn nước khác nhau nên cũng có nhiều biện pháp xử lý nước thải khác nhau. Hiện nay, theo yêu cầu xử lý nước thải người ta chia ra các mức: Xử lý sơ bộ (bậc 1), xử lý tập trung (bậc 2), và xử lý triệt để (bậc 3). Theo bản chất quá trình làm sạch, người ta chia ra các phương pháp xử lý cơ học, phương pháp xử lý hoá lý, phương pháp xử lý sinh học.v.v Do nước thải chứa nhiều tạp chất không hoà tan và nhiều loại vi khuẩn gây bệnh, về nguyên tắc, nước thải cần phải được tách cặn và khử trùng trước khi xả ra nguồn. 3.3.3. Giải pháp cung cấp nước nhiều hơn Phương pháp điều hành nguồn nước: Một cách để điều hành nguồn nước để tăng cường cung cấp trong các vùng đặc biệt nhờ xây dựng các đập, các bể chứa, hút vào nước bể mặt ở các vùng khác, hay hút nước ngầm lên. Một hướng khác là tăng cường hiệu quả sử dụng nước. Xây dựng đập và bể chứa: Một đập hay bể chứa có những lợi điểm và yếu điểm. Lượng nước từ phía dưới thượng lưu của sông có thể được lưu giữ trong một bể nước lớn được tạo bởi các đập chắn ngang nước dòng chảy. Lượng nước này có thể được giải phóng như mong muốn để tạo điện năng tại vị trí đập, để tưới đất phía dưới đập, để điều khiển các cơn lũ lụt các vùng phía dưới bể chứa, cung cấp nước cho các thành phố nhờ các cống. Các vùng hồ chứa cũng dùng cho du lịch giải trí như bơi, câu cá, bơi thuyền. Khoảng 25%- 50% các dòng chảy ở lục địa đều được điều khiển bởi đập chắn và hồ nước, và rất nhiều dự án đang được lập kế hoạch. Hút nước ngầm: ở Mỹ 23% nguồn nước ngọt sử dụng được lấy từ nước ngầm. Khoảng một nửa nước uống ở các thành phố (96% ở các vùng làng quê , 20% ở các vùng thành phố) và 40% của nước tưới được bơm từ tầng ngầm nước. Sự lạm dụng nước ngầm có thể là lý do hay sự nổi trội của một số vấn đề: Sự cạn kiệt của tầng ngầm nước. Sự lún của tầng ngậm nước (sự lún đất khi nước ngầm được hút lên), và sự xâm nhập của nước mặn vào tầng ngậm nước. Cách để làm giảm thấp sự cạn kiệt của nước ngầm là điều chỉnh phát triển dân số, không trồng các loại cây háo nước trong các vùng khô, phát triển các loại cây yêu cầu ít nước và có khả năng chịu nhiệt cao, ít tốn nước. Khi nước ngầm nằm trong các tầng ngậm nước không bị hạn chế nó được hút lên nhanh hơn nó được bổ xung, lớp water table hạ xuống và đất nằm phía trên lớp ngậm nước có thể bị lún hay chìm xuống. Sự lún này có thể hư hại đến các đường ống, đường xá, đường xe lửa, nhà cửa. Trường hợp nước ngọt ở vùng ngậm nước nằm gần ven biển thì khi hút lên nhanh hơn, lượng nạp lại thì nước biển sẽ ngấm vào tầng ngậm nước. Sự thâm nhập này đe doạ nước uống của một số thành phố ven biển. Sự khử muối (Desalination): Sự loại bỏ muối trong nước biển hoặc trong nước ngầm hơi mặn được gọi là sự khử muối - đó là một cách để tăng nguồn cung cấp nước ngọt. Sự chưng cất và sự thẩm thấu ngược lại là hai cách sử dụng rộng rãi nhất. Sự chưng cất liên quan đến việc đun nước muối cho đến khi nó bay hơi và ngưng tụ lại ta được nước ngọt, tách muối ra ở thể rắn. Trong phương pháp thẩm thấu ngược lại, nước muối được đun ở áp suất cao qua một
35. - 35 - màng mỏng mà các lỗ của nó chỉ cho phép các phân tử nước qua nhưng không cho các phân tử muối hoà tan. Khoảng 7500 nhà máy khử muối trên 120 quốc gia cung cấp khoảng 0,1 % lượng nước sạch được sử dụng bởi con người. Sự khử muối lấy nước cũng có những mặt trái. Nó sử dụng rất nhiều điện năng, và do vậy giá của nó sẽ gấp ba đến năm lần nước từ nguồn bình thường. Việc phân phối nước từ các nhà máy ở ven biển giá rất cao. Sự khử muối sẽ tạo ra một lượng lớn muối biển có hàm lượng muối cao và các khoáng chất khác. Việc tập trung khối lượng lớn muối này gần nhà máy sản xuất có vẻ hợp lý nhưng nó sẽ làm tập trung muối cục bộ, đe doạ các nguồn thức ăn tại cửa sông. Nếu nó tập trung trên mặt đất có thể làm ô nhiễm nước mặt và nước ngầm. Việc khử muối để lấy nước ngọt có thể được sử dụng để cung cấp nước ngọt cho các thành phố ven biển của các nước khô cạn. Nhưng nó không thể rẻ tới mức có thể dùng để tưới cây, trừ trường hợp năng lượng mặt trời phát triển. Người ta ước tính rằng, trên phạm vi toàn cầu nước dùng cho sinh hoạt chiếm khoảng 6% tổng số, cho công nghiệp 21%, số còn lại dùng cho nông nghiệp. Những nhu cầu sinh học của con người và động vật về nước được quy định là 10 tấn/1 tấn tế bào sống. Còn ở thực vật, lượng nước thoát hơi phụ thuộc vào từng loài cây. Cây rừng thoát hơi khoảng 4.000 gallon/ngày hoặc 500.000 gallon cho một mùa sinh trưởng; cây gỗ sồi trưởng thành khoảng 100 gallon/ngày ( 1 US gallon = 0,8268 gallon của Anh = 3,785 lít). Trong công nghiệp, ví dụ, để sản xuất 1 tấn giấy cần 250 tấn nước; 1 tấn phân đạm cần 600 tấn nước. Còn trong nông nghiệp, để có được 1 tấn đường, hoặc 1 tấn ngô, thực vật phải sử dụng tới 1.000 tấn nước. Như vậy, trong sản xuất, nguồn nước này không chỉ lấy từ sông, hồ mà còn rút ra từ nước ngầm. Hiện nay, lượng nước ngầm được hút lên trên toàn cầu tăng hơn 35 lần so với 3 thập kỉ trước và theo dự kiến, nước ngầm được hút lên sẽ tăng thêm 30-35% vào năm 2000 (IUCN, UNEP – 1993). Sự thiếu hụt nước còn xảy ra do sự suy thoái của rừng, đất bị ô nhiễm, do hoạt động của con người.
36. - 36 - Chương 4: Ô nhiễm đất và bảo vệ môi trường đất 4.1. Đặc điểm môi trường đất và các tác nhân gây ô nhiễm: 4.1.1. Đặc điểm môi trường đất: * Sự hình thành đất: Đất là vật thể thiên nhiên cấu tạo độc lập lâu đời do kết quả của quá trình hoạt động tổng hợp của 5 yếu tố hình thành đất bao gồm: đá, thực vật, động vật, khí hậu địa hình và thời gian (Docutraiép, 1879). Sau này nhiều nhà nghiên cứu cho rằng cần bổ sung thêm một số yếu tố khác cho định nghĩa về đất, đặc biệt là con người. Chính do tác động của con người, nhiều tính chất của đất thay đổi, tạo nên những đặc tính mới. Sự hình thành đất là một quá trình phức tạp, biến đổi bởi các yếu tố nêu trên. Đá là nền móng của đất. Do đá bị phá huỷ vụn nên thành phần khoáng của đất chiếm tới 95% trọng lượng khô. Nếu đá chứa nhiều cát thì đất sẽ nhiều cát, đá nhiều kali thì dất giàu kali.v.v Chưa có sinh vật thì đá chưa tạo thành đất. Nhờ có vòng tuần hoàn sinh học đá vụn mới biến thành đất. Sinh vật chết đi, để lại chất hữu cơ, gọi là chất mùn tạo độ phì nhiêu cho đất. Chính nhờ chất mùn này mà các thế hệ thực vật kế tiếp nhau lấy chất dinh dưỡng, tồn tại phát triển và chết đi. Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong vòng tuần hoàn sinh học này. Trong mỗi gam đất có từ hàng trăm triệu đến hàng tỉ vi sinh vật các loại. Chúng tích luỹ một lượng lớn các nguyên tố dinh dương hoà tan trong quá trình phong hoá, đặc biệt là đưa vào đất nitơ phân tử (N2) từ không khí ở dạng chất hữu cơ chứa nitơ của bản thân chúng. Mặt khác chính chúng lại phân giải chất hữu cơ từ thực vật đưa vào đất rồi tổng hợp nên chất hữu cơ đặc biệt - chất mùn trong đất. Cùng với vi sinh vật, động vật nguyên sinh và các động vật không xương khác trong đất cũng góp phần quan trọng trong việc hình thành đất. Mỗi gam đất chứa tới vài chục vạn động vật nguyên sinh và động vật không xương sống. Khí hậu, đặc biệt là trị số nhiệt ẩm, ảnh hưởng lớn đến sự hình thành đất, tác động đến sinh vật và sự phá huỷ của đá. Nhờ có năng lượng ở dạng nhiệt và có vai trò của nước, sinh vật mới sinh trưởng, phát triển được và đá mới bị phá huỷ. Nước trong đất và nước ngầm có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành đất. Nước là dung môi hoà tan các chất hoá học (trong đó có chất dinh dưỡng). Và ngược lại nếu nước ra khỏi đất, nó sẽ mang theo nhiều chất khác nhau, trong đó có các chất khoáng cần thiết cho cây trồng. Địa hình đóng vai trò tái phân phối những năng lượng mà thiên nhiên cung cấp cho mặt đất. Cùng ở một nhiệt độ nghĩa là được một lượng nhiệt mặt trời cho như nhau nhưng ở núi cao thì lạnh, ở dưới đất thì nóng. Cùng một lượng mưa như nhau, vùng trũng bị lụt, vùng cao lại hạn Thời gian là một yếu tố đặc biệt. Mọi yếu tố ngoại cảnh tác động, mọi quá trình diễn ra trong đất đều đòi hỏi một thời gian nhất định. Vả lại bản thân chúng cũng biến đổi theo thời gian, khí hậu thời kì này nóng, thời kì sau lạnh, rừng thời kì này âm u thời kì sau là hoang mạcv.v Vì vậy đất cũng biến đổi, tiến hoá theo thời gian. Vai trò của con người khác hẳn các yếu tố kể trên. Qua hoạt động sống, nhờ các thành tựu khoa học, con người tác động vào thiên nhiên và đất đai một cách mạnh mẽ. Tác động này có thể là tích cực, phù hợp với quy luật tự nhiên, đem lại lợi ích cho con người như tưới nước, tiêu tưới, bón phân cho đất xấu, trồng rừng cho đồi trọc.v.v hoặc tiêu cực như làm ô nhiễm đất bởi các chất độc hoá học, phá rừng gây xói mòn đất v.v
37. - 37 - * Thành phần và tính chất của đất: Đất có chứa không khí, nước và chất rắn. Các chất vô cơ là thành phần chủ yếu của đất, chiếm 97-98% trọng lượng khô. Các nguyên tố Oxy và Silic chiếm tới 82% trọng lượng đất. Ngoài ra còn có nhôm, sắt và một số nguyên tố khác. Các nguyên tố cần thiết cho cây trồng như H.C.S.P.N chỉ chiếm 0,5% trọng lượng đất. Các chất khó hoà tan trong đất như SiO2, AL2O3 tạo nên bộ xương, phần chủ yếu của đất. Chất hữu cơ trong đất bị biến đổi theo hai quá trình: Quá trình mùn hoá - tạo nên chất mùn từ xác sinh vật và tổng hợp một số chất hữu cơ từ chất vô cơ nhờ vi khuẩn và quá trình khoáng hóa phân hủy chất hữu cơ thành các chất vô cơ như muối khoáng, NH3, H2O, CO2 v.v trong đó có những chất khoáng hoà tan, cần thiết cho cây trồng. Đất có tính hấp phụ cao nhờ các hạt nhỏ đường kính < 0,001 mm có diện tích bề mặt lớn và mang một lớp ion tích điện quanh hạt. Quan hệ giữa tính hấp phụ của đất và nồng độ ion ngoài dung dịch đất là quan hệ trao đổi. Khả năng hấp phụ của đất là khả năng giữ nước, giữ chất dinh dưỡng và điều hoà dinh dưỡng cho cây trồng. Thường thường đất nào có nhiều mùn nhiều sét thì khả năng hấp phụ cao. Độ chua của đất - kiềm, axit hay trung tính, ảnh hưởng lớn đến hoạt động sống của vi sinh vật, cây trồng và nhiều tính chất khác của đất. Khi pH < 7 là đất chua. Đất chua do nhiều nguyên nhân như do mưa cuốn trôi các chất kiềm thổ Ca, Mg chỉ còn lại các chất gây chua + 3+ 2- H , Al v.v do bón nhiều phân hoá học (NH4)2SO4; hoặc do cây hút NH4 còn lại SO4 làm chua đất; do mưa axít v.v Thành phần cơ giới của đất - cát d≥ 0,02 - 2 mm, bụi d= 0,002 - 0,02 mm và sét d< 0,002 mm - ảnh hưởng nhiều đến cây trồng và các tính chất khác như độ thấm nước, khả năng hấp phụ, độ thoáng của đất. * Vai trò của đất đối với con người: Con người và các sinh vật ở cạn đều sống ở trên hoặc trong đất. Vì vậy đất ẩm ướt hay khô ráo, đất tốt hay đất xấu, đất bẩn hay sạch đều ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến đời sống còn con người. Nếu sống ở những nơi quá ẩm ướt con người dễ bị sốt rét, giun sát, thấp khớp v.v đất thiếu iot gây bệnh bướu cổ v.v Đất là nền móng cho toàn bộ công trình xây dựng của con người. Xã hội loài người càng văn minh nhu cầu xây dựng càng lớn. Đường sá, cầu cống, đập nước, nhà cửa ngày càng nhiều tất cả các công trình này đều phải xây dựng trên đất. Đất cung cấp cho con người, trực tiếp hay gián tiếp, hầu hết các nhu cầu thiết yếu cho cuộc sống như khoáng sản, vật liệu xây dựng, lương thực v.v Đất còn có giá trị cao về mặt lịch sử, tâm lý và tinh thần với con người. "Đất là tư liệu sản xuất cơ bản và phổ biến quý báu nhất của sản xuất nông nghiệp, điều kiện không thể thiếu được của sự tồn tại và tái sinh của hàng loạt thế hệ loài người kế tiếp nhau" (Mác - Tư bản luận tập III) Tài nguyên đất của Việt Nam. Tổng số vốn đất đai tự nhiên của Việt Nam là 33 triệu ha, đứng hàng thứ 58 trên thế giới, nhưng dân số đông cho nên bình quân đất theo đầu người thấp, khoảng 0,6 ha, trở thành một trong số 40 nước có số bình quân đất trên đầu người thấp nhấp hiện nay trên thế giới. Trong tổng số vốn đất, đất vùng đồi núi, dốc, cụ thể từ đất đỏ vàng trở xuống chiếm 70%. Ở đó đất loại tốt (đất bazan) có diện tích 2,4 triệu ha chiếm 7,2% tổng diện tích. Trên vùng đồng bằng, đất phù sa là loại tốt chiếm gần 3 triệu ha (8,7% tổng diện tích). Tổng diện tích đất tốt các vùng khác nhau của nước ta khoảng 20%, còn lại là các loại đất có nhiều trở ngại cho sản xuất như quá dốc, khô cạn, úng, mặn phèn, nghèo chất dinh dưỡng, quá mỏng v.v Đánh giá chung về tài nguyên đất Việt Nam thấy rằng, đất Việt Nam phong phú và đa dạng. Do ở trong vùng nhiệt đới ẩm nên đất cho phép trồng được nhiều loại cây, một số nơi có
38. - 38 - thể trồng nhiều vụ. Cũng do khi hậu nhiệt đới ẩm đất dễ bị xói mòn, mùn dễ khoáng hoá, các chất dinh dưỡng dễ bị hoà tan và rửa trôi nên đất thoái hoá nhanh, đất xấu nhiều hơn đất tốt. Tài nguyên đất Việt Nam (đất rừng và đất nông nghiệp) là rất có hạn, vì vậy mấy năm gần đây vấn đề khai thác, sử dụng cải tạo và bảo vệ đất đã trở thành vấn đề quan tâm lớn, vấn đề chiến lược trong hoàn cảnh thiếu hụt về lương thực và nhịp độ tăng nhanh của dân số. Do quá trình đô thị hoá và sự phát triển của nền kinh tế thị trường những vùng đất phì nhiêu và thuần thục nhất thì cũng đồng thời là nơi có mật độ dân số cao và tốc độ xây dựng nhà ở lớn. 4.1.2. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường đất a. Từ các hoạt động công nghiệp Các hoạt động công nghiệp xả vào môi trường đất một lượng lớn các phế thải của chúng ta quá các ống khói, bãi rác tập trung Các phế thải này rơi xuống đất làm thay đổi thành phần của đất, pH, quá trình nitơrát hoá Hệ sinh vật trong đất sẽ bị ảnh hưởng bởi các loại phế thải này. Quá trình khai khoáng gây ô nhiễm và suy thoái môi trường đất ở mức độ nghiêm trọng nhất. Do khai thác mỏ, một lượng lớn phế thải, quặng từ lòng đất đưa lên trên bề mặt. Mặt khác thảm thực vật trong khu vực khai khoáng bị huỷ diệt, đất có thể bị xói mòn. Một lượng lớn phế thải, xỉ quặng theo khói và bụi bay vào không khí rồi lắng đọng xuống có thể làm nhiễm bẩn đất ở quy mô rộng hơn. Các loại phế thải rắn được tạo nên từ hầu hết các khâu công nghệ sản xuất và trong quá trình sử dụng sản phẩm. Các loại phế thải này được tập trung tại nhà máy hoặc vận chuyển khỏi khu vực, rồi bằng cách này hay cách khác quay trở lại môi trường đất. Theo đặc tính lý hoá, các chất thải rắn công nghiệp gây nhiễm bẩn đất được chia thành 4 nhóm sau đây: - Chất thải vô cơ từ các nhà máy, xí nghiệp mạ điện, thuỷ tinh, công nghiệp giấy, cặn xỉ các trạm xử lý nước - Chất thải khó phân huỷ: như dầu mỡ trong nước, sợi nhân tạo, phế thải công nghiệp da - Chất thải dễ cháy từ các nhà máy lọc dầu, sửa chữa xe máy, sản xuất máy lạnh, thực phẩm - Chất thải mang tính độc hại: Các chất thải mang tính ăn mòn, chất thải đồng vị phóng xạ Đặc điểm của chất thải công nghiệp gây ô nhiễm môi trường đất là đa dạng về thành phần và kích thước, không tập trung, đa nguồn gốc Vì vậy việc chọn phương pháp xử lý chúng cũng rất phức tạp. Ngoài tác động trực tiếp các hoạt động còn gây ô nhiễm gián tiếp đến môi trường đất. Việc xả các khí độc H2S, SO2 từ các ống khói nhà máy xí nghiệp là nguyên nhân gây hiện tượng mưa axit, làm chua đất, kìm hãm sự phát triển của thảm thực vật v.v Các hoạt động xây dựng công nghiệp như xây dựng bến bãi, đường sá, nhà máy Sẽ phá huỷ thảm thực vật và cảnh quan khu vực, làm thay đổi địa hình, cản trở dòng chảy, tạo điều kiện xói mòn đất v.v b. Từ sinh hoạt của con người Đất thường dùng làm chỗ tiếp nhận rác, phân và các chất thải rắn khác ở các thành phố và khu công nghiệp. Hàng ngày con người xả một lượng lớn các phế thải sinh hoạt rắn
39. - 39 - vào môi trường. Sau đó theo các con đường khác nhau như vận chuyển rác thải, hệ thống thoát nước Các phế thải sẽ tập trung trong đất. Khối lượng chất thải rắn bình quân cho một người/ngày, phụ thuộc vào đặc điểm riêng của từng đô thị dao động từ 0,4 kg/người/ngày đến 1,80 kg/người/ngày. Lượng phân xả vào môi trường theo hệ thống thoát nước tính theo hàm lượng chất lơ lửng là 65-100 g/người/ngày đêm. Thành phần rác và phế thải rắn sinh hoạt thay đổi theo mùa, đặc điểm xây dựng thành phố. Thành phần kích thước cỡ hạt phế thải rắn sinh hoạt có thể lấy như sau: 250-350mm; 4- 10%; 150-250mm; 11-15%, 100-150mm; 18-22%; 50-100mm; 30-33%; dưới 50mm; 30-40%. Trong rác và phế thải rắn sinh hoạt có phế thải thực phẩm, lá cây, vật liệu xây dựng, các loại bao bì, phân người và súc vật.v.v Trong rác, phân và phế thải sinh hoạt đô thị hàm lượng chất hữu cơ lớn, độ ẩm cao. Đó là môi trường cho các loại vi khuẩn, trong đó có nhiều loại vi khuẩn gây bệnh phát triển. c. Từ các hoạt động nông nghiệp Nguồn gây ô nhiễm môi trường đất từ các hoạt động này chủ yếu do sử dụng trong nông nghiệp những sản phẩm hoá học như phân bón và các loại chất diệt côn trùng, diệt cỏ và các chất độc hoá học trong chiến tranh. 4.1.3. Các chất gây ô nhiễm môi trường đất. * Các chất hoá học: Các chất hoá học thường thấy trong môi trường đất bao gồm các loại phân hoá học và các chất diệt côn trùng, diệt cỏ, đặc biệt trong các chất diệt cỏ chứa các sản phẩm clo của phenol khi vào đất, các chất này làm cho số lượng các trực khuẩn tích tụ phenol phát triển mạnh. Ngoài ra các hợp chất của chì, thuỷ ngân hợp thành trong đất những chất cặn lắng bền vững và truyền vào cây trồng. Đa số các loại hoá chất trừ sâu, diệt cỏ đều làm ô nhiễm cây trồng, làm các rễ cây bị cằn cỗi trong đất và cây không phát triển được. Thí dụ thuốc bảo vệ thực vật DDT sau 5 năm sử dụng vẫn còn tìm thấy 4-5% sót lại trong đất do khó bị hấp phụ vào các cấu tử của đất. DDT ở nồng độ thấp (24 mg/l) gây nên sự thay đổi sinh lý ngược của cá, làm chết các loài chim. DDT rất dễ dịch chuyển vào nước. DDT khi vào cơ thể sẽ tích tụ thành các khối u ác tính. DDT thường tích tụ trong đất, nước, không khí, sau đó rơi vào biển và được các thuỷ sinh vật hấp thụ gây ô nhiễm thực phẩm. Các chất hoá học mang tính độc hại cao đối với môi trường đất là Asen, Flo và chì. Sau khi được hấp phụ, các chất này qua con đường thực vật, sữa bò và vào đến người. Hàm lượng các chất này trong đất ở khu vực nhà máy thường cao gấp 5-6 lần so với vùng đất xa cách 500m. Các chất thải công nghiệp mang tính nguy hại: Các phế thải công nghiệp rắn tạo nên nguồn quan trọng các chất gây ô nhiễm đất do các sản phẩm hoá học độc hại gây ra. Theo ước tính, trong số 50% các phế thải công nghiệp có tới 15% có khả năng gây độc hại nguy hiểm. Ở Mỹ, gần 106 tấn chất thải bỏ không cháy, axit ăn mòn hoặc gây độc hại được xả bừa bãi ra môi trường xung quanh. Nếu tính theo đầu người là 20kg chất thải công nghiệp/năm. Những chất hoá học độc hại thường gặp ở trong đất là asen, flo, chì * Các chất phóng xạ: Các chất phóng xạ từ các vụ nổ bom hạt nhân hoặc các chất thải phóng xạ phát ra từ các trung tâm công nghiệp hoặc trung tâm nghiên cứu khoa học lắng xuống mặt đất và được tích tụ lại trong đất như các C14, Sr90, Cs Ngoài ra còn có các yếu tố vi lượng như Be, Bo, Se
40. - 40 - Các chất phóng xạ xuất phát từ những vụ nổ bom hạt nhân hoặc những chất thải phóng xạ lỏng hay rắn từ các trung tâm công nghiệp hay nghiên cứu khoa học có thể lắng xuống mặt đất và tích tụ ở đó. Các chất phóng xạ này ví dụ C14 xâm nhập vào cơ thể động vật và vào đất. C14 tham gia vào chuyển hoá cacbon ở cây cỏ * Các loại vi sinh vật gây bệnh: Gồm các trực khuẩn và nguyên sinh động vật đường ruột, các loại này làm ô nhiễm đất do việc sử dụng phân bón lấy từ các hố xí hoặc bùn hay do sự xả các chất thải sinh hoạt bừa bãi. Ngoài ra còn có các loại ký sinh trung như giun, sán, các loại nấm Các loại vi khuẩn gây bệnh có thể tồn tại phát triển trong đất bị nhiễm bẩn các phế thải hữu cơ như phân, rác, phế thải công nghiệp thực phẩm v.v Đất có thể bị ô nhiễm bởi các loại trực khuẩn lị, thương hàn, phẩy khuẩn tả hoặc amip. Các bệnh do các vi khuẩn này gây ra theo con đường tiếp xúc trực tiếp giữa người với đất bẩn, với nước bẩn hoặc do ruồi bọ Ngoài vi khuẩn gây bệnh, trong đất còn phát triển các loại côn trùng gây bệnh phụ thuộc vào lượng mưa, nhiệt độ không khí, thực vật, ánh sáng mặt trời, độ ẩm của đất Hiện nay người ta thường dùng các loại vi khuẩn Coli Aerogenes và Bact perfrigens, phát triển trong môi trường phân tươi, làm vi sinh vật chỉ thị cho độ nhiễm bẩn phân của đất. * Các chất khác: Các chất rắn vô cơ kích thước lớn như vật liệu xây dựng, phế liệu sắt thép hoặc các chất nhựa tổng hợp, Polyetilen bền vững trong đất. Chúng khó bị phân huỷ và khi thải vào đất sẽ ngăn cản sự phát triển của thảm thực vật, thay đổi cấu trúc đất và địa hình. Vì thế người ta thường tận dụng các loại này để san nền hoặc sử dụng lại. 4.2. Các biện pháp bảo vệ môi trường đất 4.2.1. Chống xói mòn đất: Xói mòn là hiện tượng lớp đât mặn màu mỡ nhất bị mất đi do gió ở vùng khí hậu và do nước chảy ở vùng khí hậu ẩm. Ở Việt Nam xói mòn chủ yếu xảy ra do nước vì lượng mưa rất lớn (nhiều vùng núi lượng mưa tới 3000 mm/năm), rừng đồi bị phá nhiều và rất dốc. Hàng năm trên những vùng đồi trọc bị xói mòn mất 200 tấn (trong đó có 6 tấn mùn) trên mỗi ha đất. Cường độ xói mòn còn phụ thuộc độ dốc, độ che phủ của cây v.v Các biện pháp chủ yếu chống xói mòn đất hiện nay là giảm độc dốc và chiều dài sườn dốc và trồng lại cây, phục hồi rừng hoặc giảm độ dốc và chiều dài sườn dốc bằng các biện pháp như san ruộng bậc thang, đào mương, đắp bờ, trồng các hàng cây để ngăn chiều dài dốc ra nhiều đoạn ngắn hơn. Các biện pháp thuỷ lợi như xây dựng đập, hệ thống tưới tiêu theo các đường đồng mức để ngăn nước, xây các đập và giếng tiêu năng tại những vị trí quá dốc là một trong những biện pháp chống xói mòn có hiệu quả cao. Việc phục hồi và trồng lại rừng được tiến hành trên các vùng đồi, rừng bị phá do khai hoang, khai thác gỗ và tại các vùng khai mỏ. Biện pháp lâm nghiệp che phủ kín mặt đất cụ thể là: - Gieo trồng theo hướng ngang với sườn dốc; - Làm luống ngang với sườn dốc; - Nếu là cây hàng thưa thì giữa hàng cây phải có dải cây nông nghiệp ngắn ngày; - Chú trọng giữ rừng ở đầu nguồn và ở chỏm đồi; - Chọn cây trồng phù hợp với đất để nâng cao năng suất cây trồng. 4.2.2. Thu gom và xử lý chất thải rắn sinh hoạt