Giáo trình Khoa học môi trường đại cương - PGS.TS. Lê Văn Thăng

119 trang phuongnguyen 6500

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Khoa học môi trường đại cương - PGS.TS. Lê Văn Thăng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_khoa_hoc_moi_truong_dai_cuong_pgs_ts_le_van_thang.pdf

Nội dung text: Giáo trình Khoa học môi trường đại cương - PGS.TS. Lê Văn Thăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ    PGS.TS. LÊ VĂN THĂNG GIÁO TRÌNH KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG ĐẠI CƯƠNG Huế, 03-2007
MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 1 Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.Khái niệm môi trường 2 1.1.1. Định nghĩa môi trường. 1.1.2. Đối tượng và nhiệm vụ của Khoa học môi trường. 1.2.Phân loại môi trường 4 1.3.Quan hệ giữa môi trường và phát triển 4 1.4.Các chức năng chủ yếu của môi trường 6 1.5.Những vấn đề môi trường thách thức hiện nay trên thế giới 9 1.5.1. Khí hậu toàn cầu biến đổi và tần suất thiên tai gia tăng 1.5.2. Sự suy giảm tầng ôzôn. 1.5.3. Hiệu ứng nhà kính đang gia tăng 1.5.4. Tài nguyên bị suy thoái. 1.5.5. Ô nhiễm môi trường đang xảy ra ở quy mô rộng 1.5.6. Sự gia tăng dân số 1.5.7. Sự suy giảm tính đa dạng sinh học trên Trái đất 1.6. Khoa học - Công nghệ và Quản lý môi trường 16 Chương 2. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÔI TRƯỜNG 2.1. Thạch quyển 17 2.1.1. Sự hình thành và cấu trúc của Trái đất 2.1.2. Sự hình thành đá và quá trình tạo khoáng tự nhiên 2.1.3. Sự hình thành đất và biến đổi của địa hình cảnh quan 2.1.4. Tai biến địa chất, xói mòn, trượt lở đất đá 2.2. Thủy quyển 23 2.2.1. Cấu tạo hình thái của thủy quyển 2.2.2. Sự hình thành đại dương 2.2.3. Đới ven biển, cửa sông và thềm lục địa 2.2.4. Băng 2.3. Khí quyển 26 2.3.1. Sự hình thành và cấu trúc khí quyển Trái đất 2.3.2. Thành phần của khí quyển 2.3.3. Ozon khí quyển và chất CFC i
2.3.4. Chế độ nhiệt, bức xạ và hoàn lưu khí quyển 2.3.5. Hiệu ứng nhà kính 2.3.6. Biến đổi khí hậu và sự nóng lên toàn cầu 2.4. Sinh quyển 33 2.4.1. Sinh quyển và sinh khối 2.4.2. Hệ sinh thái 2.4.3. Các chu trình sinh địa hóa 2.4.4. Quang hợp và hô hấp Chương 3 . CÁC NGUYÊN LÝ SINH THÁI HỌC ỨNG DỤNG TRONG KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG 3.1. Sự sống và sự tiến hóa của sinh vật 39 3.2. Cấu trúc sự sống trên Trái đất 41 3.3. Cơ chế hoạt động của hệ sinh thái 42 3.4. Dòng năng lượng và năng suất sinh học của hệ sinh thái 43 3.4.1. Dòng năng lượng 3.4.2. Năng suất sinh học của hệ sinh thái 3.5. Chu trình tuần hoàn sinh địa hóa 44 3.6. Sự tăng trưởng và tự điều chỉnh của sinh vật 48 3.7. Tương tác giữa các quần thể sinh vật 48 3.8. Sự phát triển và tiến hóa của hệ sinh thái 49 3.9. Tác động của con người lên hệ sinh thái 50 Chương 4 . TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN 4.1. Đặc điểm chung và phân loại tài nguyên 52 4.1.1. Khái niệm về tài nguyên 4.1.2. Khái niệm về tài nguyên thiên nhiên 4.1.3. Con người với tài nguyên và môi trường 4.2. Tài nguyên đất 54 4.3. Tài nguyên rừng 59 4.3.1. Khái niệm 4.3.2. Tầm quan trọng của rừng đối với môi trường 4.3.3. Hiện trạng tài nguyên rừng 4.4. Tài nguyên nước 61 ii
4.4.1. Khái niệm và tầm quan trọng của nước 4.4.2. Đặc điểm các nguồn nước 4.4.3. Các vấn đề về MT nước hiện nay 4.5. Tài nguyên khoáng sản 63 4.5.1. Khái niệm 4.5.2. Các đặc trưng của khoáng sản 4.5.3. Tác động của việc khai thác mỏ và chế biến quặng đến môi trường 4.5.4. Quản lý tài nguyên khoáng sản 4.6. Tài nguyên biển 66 4.6.1. Đặc điểm biển 4.6.2. Khai thác và sử dụng tài nguyên biển 4.7. Tài nguyên khí hậu 66 4.7.1. Khái niệm về khí hậu 4.7.2. Tài nguyên khí hậu 4.7.3. Sử dụng tài nguyên khí hậu Chương 5. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 5.1. Ô nhiễm nước 68 5.1.1. Khái niệm chung về ô nhiễm nước 5.1.2. Ô nhiễm nước mặt 5.1.3. Ô nhiễm và suy thoái nước ngầm 5.1.4. Ô nhiễm biển 5.2. Ô nhiễm không khí 71 5.2.1. Các nguồn gây ô nhiễm không khí 5.2.2. Các tác nhân gây ô nhiễm không khí và sự tác động của chúng 5.2.3. Sự lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển 5.3. Ô nhiễm môi trường đất 74 5.3.1. Hệ sinh thái đất 5.3.2. Ô nhiễm môi trường đất Chương 6 . QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG 6.1. Những khái niệm cơ bản về quản lý môi trường 82 6.1.1. Các mục tiêu chủ yếu 6.1.3. Các nguyên tắc chủ yếu 6.1.4. Nội dung công tác quản lý Nhà nước về MT của nước ta 6.1.5. Tổ chức công tác quản lý môi trường iii
6.1.6. Các công cụ quản lý môi trường 6.2. Cơ sở khoa học của công tác quản lý môi trường 86 6.2.1. Cơ sở triết học của quản lý môi trường 6.2.2. Cơ sở khoa học - kỹ thuật - công nghệ của quản lý môi trường 6.2.3. Cơ sở kinh tế của quản lý môi trường 6.2.4. Cơ sở luật pháp của quản lý môi trường 6.3. Các công cụ quản lý môi trường 87 6.3.1. Khái niệm chung về công cụ quản lý môi trường 6.3.2. Các công cụ kinh tế trong quản lý môi trường Chương 7. CÁC VẤN ĐỀ NỀN TẢNG VỀ MÔI TRƯỜNG VÀ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG CỦA XÃ HỘI LOÀI NGƯỜI 7.1. Vấn đề dân số 90 7.1.1. Tổng quan lịch sử 7.1.2. Đặc điểm của sự phát triển dân số thế giới 7.1.3. Phân bố và di chuyển dân cư 7.1.4. Các vấn đề môi trường của sự gia tăng dân số thế giới 7.1.5. Dân số Việt Nam 7.2. Vấn đề lương thực và thực phẩm của loài người 94 7.2.1. Những lương thực và thực phẩm chủ yếu 7.2.2. Sản xuất lương thực và dinh dưỡng thế giới 7.2.3. Tiềm năng lương thực và thực phẩm của thế giới 7.3. Vấn đề năng lượng 98 7.3.1. Khái niệm 7.3.2. Tổng quan lịch sử năng lượng 7.3.3. Tiêu thụ năng lượng trên thế giới 7.3.4. Các dạng năng lượng và sự biến đổi 7.3.5. Các giải pháp về năng lượng của loài người 7.4. Phát triển bền vững 106 7.4.1. Yêu cầu của phát triển bền vững 7.4.2. Các mô hình phát triển bền vững 7.4.3. Định lượng hóa sự phát triển bền vững 7.4.4. Các nguyên tắc xây dựng xã hội phát triển bền vững Tài liệu tham khảo iv
LỜI NÓI ĐẦU Thực hiện chủ trương đổi mới chương trình, giáo trình đào tạo đại học. Năm 2004, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã thống nhất chương trình đào tạo giữa các trường đại học Việt Nam có đào tạo Cử nhân Khoa học Môi trường. Theo đó, ngoài các Học phần thống nhất trong cả nước, tùy thuộc vào đặc điểm vùng miền mà các trường thiết kế một số Học phần mang tính chất đặc thù. Học phần Khoa học môi trường đại cương là một trong những Học phần thống nhất trong cả nước đối với các trường đào tạo Cử nhân khoa học môi trường. Tại Đại học Huế, dưới sự hổ trợ kinh phí của Dự án Giáo dục đại học pha 1, mức C, cùng với nhiều giáo trình được biên soạn, giáo trình Khoa học môi trường đại cương được biên soạn nhằm phục vụ cho nhiệm vụ đào tạo Cử nhân Khoa học môi trường tại Đại học Huế, ngoài ra còn là tài liệu tham khảo cho nhiều đối tượng khác có chuyên môn gần với Khoa học môi trường. Tác giả xin chân thành cảm ơn Dự án Giáo dục đại học mức C tại Đại học Huế đã tạo điều kiện cho tác giả biên soạn giáo trình này. Do điều kiện hạn chế về nhiều mặt, chác chắn giáo trình sẽ còn nhiều thiếu sót, tác giả rất mong được nhận sự góp ý của đồng nghiệp và sinh viên để giáo trình được hoàn thiện tốt hơn. Xin trân trọng cám ơn! Tác giả
Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Khái niệm môi trường 1.1.1. Định nghĩa môi trường. Thuật ngữ môi trường(MT) - Environment (Tiếng Anh), tiếng Hoa: Hoàn cảnh. MT bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật (Điều 3, Luật BVMT của VN, 2005). • Định nghĩa 1: Theo nghĩa rộng nhất thì MT là tập hợp các điều kiện và hiện tượng bên ngoài có ảnh hưởng tới một vật thể hoặc sự kiện.Bất cứ một vật thể, một sự kiện nào cũng tồn tại và diễn biến trong một MT. Theo Lê Văn Khoa,1995: Đối với cơ thể sống thì “Môi trường sống” là tổng hợp những điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng tới đời sống và sự phát triển của cơ thể. • Định nghĩa 2: MT bao gồm tất cả những gì bao quanh sinh vật, tất cả các yếu tố vô sinh và hữu sinh có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự sống, phát triển và sinh sản của sinh vật (Hoàng Đức Nhuận, 2000). Theo tác giả, MT có các thành phần chính tác động qua lại lẫn nhau: - MT tự nhiên bao gồm nước, không khí, đất đai, ánh sáng và các sinh vật. - MT kiến tạo gồm những cảnh quan được thay đổi do con người. - MT không gian gồm những yếu tố về địa điểm, khoảng cách, mật độ, phương hướng và sự thay đổi trong MT. • Định nghĩa 3: MT là một phần của ngoại cảnh, bao gồm các hiện tượng và các thực thể của tự nhiên, mà ở đó, cá thể, quần thể, loài, có quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp bằng các phản ứng thích nghi của mình (Vũ Trung Tạng, 2000). • Đối với con người, MT chứa đựng nội dung rộng. Theo định nghĩa của UNESCO(1981) thì MT của con người bao gồm toàn bộ các hệ thống tự nhiên và các hệ thống do con người tạo ra, những cái hữu hình(tập quán, niềm tin )trong đó con người sống và lao động, họ khai thác các TNTN và nhân tạo nhằm thỏa mãn những nhu cầu của mình. Như vậy, MT sống đối với con người không chỉ là nơi tồn tại, sinh trưởng và phát triển cho một thực thể sinh vật và con người mà còn là “ khung cảnh của cuộc sống, của lao động và sự vui chơi giải trí của con người”. • Như vậy, có thể nêu định nghĩa chung về MT : MT là tập hợp các yếu tố tự nhiên và xã hội bao quanh con người có ảnh hưởng tới con người và tác động
qua lại với các hoạt động sống của con người như: không khí, nước, đất, sinh vật, xã hội loài người • MT sống của con người thường được phân chia thành các loại sau: - MT tự nhiên: Bao gồm các yếu tố tự nhiên như vật lý, hóa học, sinh học, tồn tại ngoài ý muốn của con người nhưng cũng ít nhiều chịu tác động của con người. - MT xã hội: Là tổng thể các quan hệ giữa người và người tạo nên sự thuận lợi hoặc khó khăn cho sự tồn tại và phát triển của các cá nhân và cộng đồng loài người. - MT nhân tạo : Là tất cả các yếu tố tự nhiên, xã hội do con người tạo nên và chịu sự chi phối của con người. Như vậy, MT sống của con người theo nghĩa rộng là tất cả các nhân tố tự nhiên và xã hội cần thiết cho sự sống, sản xuất của con người như tài nguyên thiên nhiên, không khí, đất, nước, ánh sáng, cảnh quan, quan hệ xã hội, Theo nghĩa hẹp, thì MT sống của con người chỉ bao gồm các nhân tố tự nhiên và nhân tố xã hội trực tiếp liên quan tới chất lượng cuộc sống của con người. 1.1.2. Đối tượng và nhiệm vụ của Khoa học môi trường. MT là đối tượng nghiên cứu của một ngành khoa học liên ngành có mục đích chủ yếu là BVMT sống lâu dài của con người trên Trái đất. Vậy Khoa học MT là gì ? Khoa học MT là ngành khoa học nghiên cứu mối quan hệ và tương tác qua lại giữa con người và môi trường chung quanh. Khoa học MT là một ngành khoa học ứng dụng, một dạng của các phương án giải quyết vấn đề là sự tìm kiếm những thay thế cấu trúc đối với tổn thất MT. Khoa học MT là khoa học tổng hợp, liên ngành, nó sử dụng và phối hợp thông tin từ nhiều lĩnh vực như : sinh học, hóa học, địa chất, thổ nhưỡng, vật lý, kinh tế, xã hội học, khoa học quản lý và chính trị để tập trung vào các nhiệm vụ sau: • Nghiên cứu đặc điểm của các thành phần MT có ảnh hưởng hoặc chịu ảnh hưởng bởi con người, nước, không khí, đất, sinh vật, hệ sinh thái, KCN, đô thị, nông thôn • Nghiên cứu công nghệ , kỹ thuật xử lý ô nhiễm, bảo vệ chất lượng MT sống của con người. • Nghiên cứu tổng hợp các biện pháp quản lý về khoa học kinh tế, luật pháp, xã hội nhằm BVMT và PTBV. • Nghiên cứu về phương pháp mô hình hóa, phương pháp phân tích hóa học,vật lý, sinh học phục vụ cho 3 nội dung trên.
Về phương pháp nghiên cứu: • Các phương pháp thu thập và xử lý số liệu thực tế, các thực nghiệm • Các phương pháp phân tích thành phần MT • Các phương pháp phân tích, đánh giá xã hội, quản lý xã hội, kinh tế. • Các phương pháp tính toán, dự báo, mô hình hóa • Các giải pháp kỹ thuật, tiến bộ kỹ thuật • Các phương pháp phân tích hệ thống 1.2.Phân loại môi trường Theo chức năng, MT được chia thành 3 loại: • MT tự nhiên, bao gồm các yếu tố thiên nhiên, vật lý, hóa học, sinh học tồn tại khách quan bao quanh con người. Nó còn chia nhỏ hơn theo các thành phần: MT sinh thái, ở đó yếu tố sinh thái học chiếm vai trò chủ đạo là MT đất, không khí, nước, địa chất • MT xã hội, là tổng thể các quan hệ giữa con người với con người, tạo nên sự thuận lợi hay khó khăn cho sự phát triển của cá nhân hay cộng đồng dân cư. • MT nhân tạo, là tập hợp các yếu tố tự nhiên và xã hội do con người tạo nên và chịu sự chi phối bởi con người. Như vậy, các nội dung nghiên cứu của khoa học MT theo các hướng sau đây: • Nghiên cứu các thành phần của MT sống tự nhiên và xã hội đang tồn tại trên Trái đất trong mối quan hệ với các hoạt động của con người. • Nghiên cứu kỹ thuật và công nghệ MT, nguyên nhân và biện pháp xử lý ô nhiễm MT, các công nghệ xử lý nước thải, khí thải, rác thải, xử lý tiếng ồn • Quản lý MT, nghiên cứu các biện pháp, giải pháp kỹ thuật, kinh tế, luật pháp, chính sách để ngăn ngừa hoặc giảm thiểu ô nhiễm. 1.3.Quan hệ giữa môi trường và phát triển Có thể trình bày một cách cô đọng MT là tổng hợp các điều kiện sống của con người, phát triển là quá trình cải tạo và cải thiện các điều kiện đó. Giữa MT và phát triển có mối quan hệ rất chặt chẽ. MT là địa bàn và đối tượng của phát triển. Trong phạm vi một quốc gia, một châu lục hay trên toàn thế giới, người ta cho rằng, tồn tại hai hệ thống: “hệ thống KTXH và hệ thống MT”. Hệ thống KTXH cấu thành bởi các thành phần sản xuất, lưu thông- phân phối, tiêu dùng và tích lũy, tạo nên một dòng nguyên liệu, năng lượng, chế phẩm hàng hóa, phế thải lưu thông giữa các phần tử cấu thành hệ. Hệ thống môi trường với các thành phần MT thiên nhiên và MT xã hội. Khu vực giao giữa hai hệ tạo thành “MT nhân tạo”, có thể xem như là kết quả tích lũy mọi hoạt động tích cực hoặc tiêu cực của con người trong quá trình phát triển trên địa bàn MT. Khu vực giao này thể hiện tất cả các mối quan hệ giữa phát triển và MT. MT thiên
nhiên cung cấp tài nguyên cho hệ kinh tế, đồng thời tiếp nhận chất thải từ hệ kinh tế. Chất thải này có thể ở lại hẳn trong MT thiên nhiên, hoặc qua chế biến rồi trở về hệ kinh tế. Mọi hoạt động sản xuất mà chất phế thải không thể sử dụng trở lại được vào hệ kinh tế được xem như là hoạt động gây tổn hại đến MT. Lãng phí tài nguyên không tái tạo được, sử dụng tài nguyên tái tạo được một cách quá mức khiến cho nó không thể hồi phục được, hoặc phục hồi sau một thời gian quá dài, tạo ra những chất độc hại đối với con người và MT sống là những hoạt động tổn hại tới MT. Những hành động gây nên những tác động như vậy là hành động tiêu cực về MT. Các hoạt động phát triển luôn luôn có hai mặt lợi và hại. Bản thân thiên nhiên cũng có hai mặt. Thiên nhiên là nguồn tài nguyên và phúc lợi đối với con người, nhưng đồng thời cũng là nguồn thiên tai, thảm họa đối với đời sống và sản xuất của con người. Trong khoa học kinh tế cổ điển không thể giải quyết thành công mối quan hệ phức tạp giữa phát triển và MT. Từ đó nảy sinh lý thuyết không tưởng về “đình chỉ phát triển” ( Zero or negative growth), cụ thể là cho tốc độ phát triển bằng không hoặc âm để bảo vệ nguồn tài nguyên không tái tạo vốn hữu hạn của Trái đất. Đối với tài nguyên sinh học cũng có “ chủ nghĩa bảo vệ”, chủ trương không can thiệp, đụng chạm vào thiên nhiên, nhất là tại các địa bàn chưa được điều tra nghiên cứu đầy đủ. Chủ nghĩa bảo vệ cũng là một điều không tưởng, nhất là trong điều kiện các nước đang phát triển, nơi mà tài nguyên thiên nhiên là nguồn vốn cơ bản cho mọi hoạt động phát triển của con người. Trong phát triển kinh tế một phần đáng kể của nguồn nguyên liệu và năng lượng được tiêu thụ một cách quá mức tại các nước phát triển vốn được khai thác tại các nước đang phát triển. Bên cạnh hiện tượng “ô nhiễm do thừa thải” xảy ra tại các nước công nghiệp phát triển, gần đây tại hầu hết các nuớc đang phát triển có thu nhập thấp đã xảy ra hiện tượng “ ô nhiễm nghèo đói”. Thiếu lương thực, nước uống, nhà ở, thuốc men, vệ sinh, mù chữ, bất lực trước thiên tai là nguồn gốc cơ bản của những vấn đề MT nghiêm trọng đang đặt ra cho nhân dân các nước đang phát triển. Cần nói thêm rằng sự tiêu thụ quá mức nguyên liệu và năng lượng của các nước phát triển cũng đã làm cho các vấn đề MT ở các nước đang phát triển trầm trọng hơn. Tại Hội nghị LHQ về MT con người họp năm 1972 tại Stockholm- Thụy Điển, các nhà khoa học đã đi đến kết luận rằng, nguyên nhân của nhiều vấn đề quan trọng về MT không phải là do phát triển mà chính là hậu quả của sự kém phát triển. Tư tưởng đó đã được thể hiện trong chiến lược phát triển 10 năm lần thứ nhất của LHQ. Chiến lược đã đề cập tới mối quan hệ giữa phát triển với MT, dân số, tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ đất, bảo vệ rừng,
Các mục tiêu phát triển KTXH và BVMT phải được gắn bó với nhau trong việc xây dựng mục tiêu, xác định chiến lược kế hoạch hóa, cũng như điều hành và quản lý việc thực hiện các mục tiêu đó. 1.4. Các chức năng chủ yếu của môi trường • MT là không gian sống của con người và các loài sinh vật Mỗi một người đều cần một không gian nhất định để phục vụ cho các hoạt động sống như: nhà ở, nơi nghĩ, đất để sản xuất nông nghiệp, Mỗi người mỗi ngày cần trung bình 4 m3 không khí sạch để hít thở; 2,5 lít nước để uống, một lượng lương thực, thực phẩm tương ứng 2000-2500 calo. Tuy nhiên, hiện nay không gian này ngày càng bị thu hẹp (xem bảng 1.1) Bảng 1.1: Suy giảm diện tích đất bình quan đầu người trên thế giới(ha/người) Năm - 106 -105 -104 O(CN) 1650 1840 1930 1994 2010 Dânsố(tr.ng) 0,125 1,0 5,0 200 545 1.000 2.000 5.000 7.000 DT(ha/ng) 120.000 15.000 3.000 75 27,5 15 7,5 3,0 1,88 Bảng 1.2: Diện tích đất canh tác trên đầu người ở Việt Nam Năm 1940 1960 1970 1992 2000 Bình quân đầu người(ha/ ng) 0,2 0,16 0,13 0,11 0,10 Yêu cầu về không gian sống của con người thay đổi theo trình độ khoa học và công nghệ. Trình độ phát triển càng cao thì nhu cầu về không gian sản xuất sẽ càng giảm. Tuy nhiên, con người luôn cần một khoảng không gian riêng cho nhà ở, sản xuất lương thực và tái tạo chất lượng MT. Con người có thể gia tăng không gian sống cần thiết nhất cho mình bằng việc khai thác và chuyển đổi chức năng sử dụng của các loại không gian khác như: khai hoang, phá rừng, Có thể phân loại chức năng không gian sống của con người thành các dạng cụ thể sau đây: + Chức năng xây dựng: cung cấp mặt bằng và nền móng cho các đô thị, khu công nghiệp, kiến trúc hạ tầng và nông thôn. + Chức năng vận tải: cung cấp mặt bằng, khoảng không gian và nền móng cho giao thông đường thủy, đường bộ và đường không. + Chức năng cung cấp mặt bằng cho sự phân hủy chất thải + Chức năng giải trí của con người + Chức năng cung cấp mặt bằng và không gian xây dựng các hồ chứa + Chức năng cung cấp mặt bằng, không gian cho việc xây dựng các nhà máy, xí nghiệp
+ Chức năng cung cấp mặt bằng và các yếu tố cần thiết khác cho hoạt động canh tác nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản Không gian sống của Nơi chứa đựng các con người và các loài sinh vật nguồn tài nguyên MÔI TRƯỜNG Nơi chứa đựng các Nơi lưu trữ và cung cấp các nguồn thông tin phế thải do con người tạo ra trong cuộc sống Hình1.1: Các chức năng chủ yếu của môi trường (KHMT) • MT là nơi cung cấp tài nguyên cần thiết cho đời sống và hoạt động sản xuất của con người Trong lịch sử phát triển, loài người đã trãi qua nhiều giai đoạn. Bắt đầu từ khi con người biết canh tác cách đây khoảng 14-15 nghìn năm, vào thời kỳ đồ đá giữa cho đến khi phát minh ra máy hơi nước vào thế kỷ thứ XVIII. Xét về bản chất, mọi hoạt động của con người đều nhằm vào việc khai thác các hệ thống sinh thái của tự nhiên theo sơ đồ sau: Trí tuệ Tự nhiên Con người Vật tư công cụ (Các hệ thống sinh thái) Lao động cơ bắp Hình1.2: Hệ thống sinh thái của tự nhiên và nhân tạo. (KHMT) Mọi sản phẩm công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, của con người đều bắt nguồn từ các dạng vật chất tồn tại trên Trái đất và không gian bao quanh Trái đất.
Nhu cầu của con người về các nguồn tài nguyên không ngừng tăng lên cả về số lượng, chất lượng và mức độ phức tạp theo trình độ phát triển của xã hội. Chức năng này của MT còn gọi là nhóm chức năng sản xuất tự nhiên gồm: - Rừng tự nhiên: có chức năng cung cấp nước, bảo tồn tính ĐDSH và độ phì nhiêu của đất, nguồn gỗ củi, dược liệu và cải thiện điều kiện sinh thái. - Các thủy vực: có chức năng cung cấp nước, dinh dưỡng, nơi vui chơi giải trí và ácc nguồn thủy hải sản. - Động thực vật: cung cấp lương thực và thực phẩm và các nguồn gen quý hiếm. - Không khí, nhiệt độ, năng lượng mặt trời, gió, nước: để chúng ta hít thở, cây cối ra hoa và kết trái. - Các loại quặng, dầu mở: cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho các hoạt động sản xuất nông nghiệp, • MT là nơi chứa đựng các chất phế thải do con người tạo ra trong cuộc sống và hoạt động sản xuất của mình. Có thể phân loại chi tiết chức năng này thành các loại sau: - Chức năng biến đổi lý – hóa học - Chức năng biến đổi sinh hóa - Chức năng biến đổi sinh học • MT là nơi giảm nhẹ các tác động có hại của thiên nhiên tới con người và sinh vật trên Trái đất. Trái đất là nơi sinh sống của con người và các sinh vật nhờ các điều kiện môi trường đặc biệt như: nhiệt độ không khí không quá cao, nồng độ ôxy và các khí khác tương đối ổn định, Sự phát sinh và phát triển sự sống xảy ra trên Trái đất nhờ hoạt động của hệ thống các thành phần của MT Trái đất như khí quyển, thủy quyển, sinh quyển và thạch quyển. - Khí quyển giữ cho nhiệt độ Trái đất tránh được các bức xạ quá cao, chênh lệch nhiệt độ lớn, ổn định nhiệt độ trong khả năng chịu đựng của con người, - Thủy quyển thực hiện chu trình tuần hoàn nước, giữ cân bằng nhiệt độ, các chất khí, giảm nhẹ tác động có hại của thiên nhiên đến con người và các sinh vật. - Thạch quyển liên tục cung cấp năng lượng, vật chất cho các quyển khác của Trái đất, giảm tác động tiệu cực của thiên tai tới con người và sinh vật. • MT là nơi lưu trữ và cung cấp thông tin cho con người - Cung cấp sự ghi chép lưu trữ lịch sử địa chất, lịch sử tiến hóa của vật chất và sinh vật, lịch sử xuất hiện và phát triển văn hóa của loài người. - Cung cấp các chỉ thị không gian và tạm thời mang tính chất tín hiệu và báo động sớm các hiểm họa. - Lưu trữ và cung cấp cho con người sự đa dạng các nguồn gen.
Như vậy, có thể có các dạng vi phạm chức năng của môi trường sống như: Làm cạn kiệt nguyên liệu và năng lượng cần cho sự tồn tại và phát triển của các cơ thể sống. Làm ứ thừa phế thải trong không gian sống, Làm mất cân bằng sinh thái giữa các loài sinh vật với nhau và giữa chúng với các thành phần môi trường. Vi phạm chức năng giảm nhẹ tác động của thiên tai. Vi phạm chức năng lưu trữ và cung cấp thông tin cho con người. 1.5. Những vấn đề môi trường thách thức hiện nay trên thế giới Báo cáo tổng quan MT toàn cầu năm 2000 của Chương trình MT LHQ(UNEP) đã phân tích 2 xu hướng bao trùm khi loài người bước vào thiên niên kỷ thứ ba: - Thứ nhất, đó là các HST và sinh thái nhân văn toàn cầu bị đe dọa bởi sự mất cân bằng sâu sắc trong năng suất và trong phân bố hàng hóa và dịch vụ, sự phồn thịnh và sự cùng cực đang đe dọa sự ổn định của toàn bộ hệ thống nhân văn và cùng với nó là MT toàn cầu. - Thứ hai, thế giới đang ngày càng biến đổi, trong đó sự phối hợp quản lý MT ở quy mô quốc tế luôn bị tụt hậu so với sự phát triển kinh tế - xã hội. Những thành quả về MT thu được nhờ công nghệ và những chính sách mới đang không theo kịp nhịp độ và quy mô gia tăng dân số và phát triển kinh tế. Hiện nay thế giới đang đứng trước những thách thức MT sau: 1.5.1. Khí hậu toàn cầu biến đổi và tần suất thiên tai gia tăng Theo đánh giá của Ban Liên Chính phủ về biến đổi khí hậu toàn cầu thì có bằng chứng cho thấy về ảnh hưởng rất rõ rệt của con người đến khí hậu toàn cầu. Các nhà khoa học cho biết trong vòng 100 năm trở lại đây, Trái đất đã nóng lên khoảng 0,50C và trong thế kỷ này sẽ tăng từ 1,50C - 4,50C so với nhiệt độ ở thế kỷ XX. Hậu quả của sự nóng lên toàn cầu là: - Mực nước biển dâng cao từ 25 đến 140cm, băng tan sẽ nhấn chìm một vùng đất liền rộng lớn, theo dự báo nếu tình trạng như hiện nay thì đến giữa thế kỷ này biển sẽ tiến vào đất liền từ 5-7m độ cao. - Thời tiết thay đổi dẫn đến gia tăng tần suất thiên tai như gió, bão, hỏa hoạn và lũ lụt. Ví dụ, các trận hỏa hoạn tự nhiên không kiểm soát được vào các năm từ 1996-1998 đã thiêu hủy nhiều khu rừng ở Braxin, Canada, khu tự trị Nội Mông ở Đông Bắc Trung Quốc, Inđônêxia, Italia, Mêhicô, Liên bang Nga và Mỹ. Việt Nam tuy chưa phải là nước công nghiệp phát triển, tuy nhiên xu thế đóng góp khí gây hiệu ứng nhà kính cũng thể hiện khá rõ nét. Bảng 1.3: Kết quả kiểm kê khí nhà kính năm 1990-1993 (Tg-triệu tấn) Năm 1990 1993
Nguồn phát thải - Khu vực năng lượng thương mại (Tg CO2) 19,280 24,045 - Khu vực năng lượng phi thương mại (Tg CO2) 43,660 52,565 - Sản xuất ximăng (Tg CO2) 0,347 2,417 - Chăn nuôi (Tg CH4) 1,135 0,394 - Trồng lúa nước (Tg CH4) 0,950 3,192 - Lâm nghiệp (Tg CO2) 33,90 34,516 Với những nguyên nhân trên, thiên tai không chỉ xuất hiện với tần suất ngày càng gia tăng mà quy mô tác động gây thiệt hại cho con người cũng ngày càng lớn. 1.5.2. Sự suy giảm tầng ôzôn. Ôzôn (O3) là loại khí hiếm trong không khí gần bề mặt đất và tập trung thành lớp dày ở những độ cao khác nhau trong tầng đối lưu từ 16km đến khoảng 40km ở các vĩ độ. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy, ôzôn độc hại và sự ô nhiễm ôzôn sẽ có tác động xấu đến năng suất cây trồng. "Cửa sổ khí quyển" "Cửa sổ khí quyển" hấy ử ngoại ia t Nhìn t T Tia Tia Tia Giới hạn trên khí quyển Gamma Rơnghen Hồng Bức xạ Radio ngoại µm 101.000km-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103 104 105 106 107 108 Hình 1.3: PhổBức sóng xạ điện mặt từ trời của chiếu bức tớxại Mặt trời (từ tia gamma đến tia sóng điện Bức xạ mặt trời lọt qua hai "cửa sổ" 80km Tầng điện ly Hấp thụ tia tử ngoại λ = 0,.99 µm 40km Tầng bình lưu Hấp thụ tia tử ngoại λ = 0,13 -0,18 µm Tầng đối lưu 12 -18km Bề mặt trái đất
Hình 1.4: Tầng ôzôn - "ô bảo vệ" sự sống trên trái đất Tầng ôzôn có vai trò bảo vệ, chặn đứng các tia cực tím có ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người và các loài sinh vật trên Trái đất. Bức xạ tia cực tím có nhiều tác động, hầu hết mang tính chất phá hủy đối với con người và sinh vật cũng như các vật liệu khác, khi tầng ôzôn tiếp tục bị suy thoái, các tác động này càng trở nên tồi tệ. Bảng 1.4: Tác động của O3 đối với thực vật Loại cây Nồng độ Thời gian tác động Biểu hiện gây hại O3(ppm) - Củ cải 0,050 20 ngày (8h/ngày) 50% lá chuyển sang màu vàng - Thuốc lá 0,100 5,5h Giảm 50% phát triển phấn hoa - Đậu tương 0,050 - Giảm sinh trưởng từ 14,4-17% - Yến mạch 0,075 19h Giảm cường độ quang hợp 1.5.3. Hiệu ứng nhà kính đang gia tăng Vậy hiệu ứng nhà kính là gì? Như chúng ta đã biết, nhiệt độ bề mặt Trái đất được tạo thành bởi sự cân bằng giữa năng lượng Mặt Trời chiếu xuống Trái đất và năng lượng bức xạ nhiệt của mặt đất phản xạ vào khí quyển. Bức xạ Mặt trời là bức xạ sóng ngắn nên nó dễ dàng xuyên qua các lớp khí CO2 và tầng Ôzôn rồi xuống mặt đất, ngược lại, bức xạ nhiệt từ
mặt đất phản xạ vào khí quyển là bức xạ sóng dài, nó không có khả năng xuyên qua lớp khí CO2 và lại bị khí CO2 và hơi nước trong không khí hấp thụ, do đó nhiệt độ của khí quyển bao quanh Trái đất sẽ tăng lên tăng nhiệt độ bề mặt Trái đất (xem hình 1.), hiện tượng này được gọi là “hiệu ứng nhà kính”(green house effect), vì lớp cacbon đioxit ở đây có tác dụng tương tự như lớp kính giữ nhiệt của nhà kính trồng rau xanh trong mùa đông. M T Bức xạ Bức xạ từ nhiệt mặt từ mặt đất (sóng dài) trời Bức xạ nhiệt (sóng từ mặt đất (sóng dài) ngắn) Khí quyển A Bề mặt trái đất B A. Khi trong khí quyển có nồng độ khí CO bình thường 2 B. Khi trong khí quyển có nồng độ khí CO lớn 2 Hình1.5: Hiệu ứng nhà kính của CO 2 Tính chất nguy hại của hiệu ứng nhà kính hiện nay là làm tăng nồng độ các khí này trong khí quyển sẽ có tác dụng làm tăng mức nhiệt độ từ ấm tới nóng, do đó gây nên những vấn đề MT của thời đại. các khí nhà kính bao gồm: CO2, CFC, CH4, N2O. Hoffman và Wells (1987) cho biết, một số loại khí hiếm có khả năng làm tăng nhiệt độ của Trái đất. Trong số 16 loại khí hiếm thì NH4 có khả năng lớn nhất, sau đó là N2O, CF3Cl, CF3Br, CF2Cl2 và cuối cùng là SO2. 1.5.4. Tài nguyên bị suy thoái. - Rừng, đất rừng và đồng cỏ hiện vẫn đang bị suy thoái hoặc bị triệt phá mạnh mẽ, đất hoang bị biến thành sa mạc. Một bằng chứng mới cho thấy sự biến đổi khí hậu cũng là nguyên nhân gây thêm tình trạng xói mòn đất ở nhiều khu vực. Theo FAO, trong vòng 20 năm tới, hơn 140 triệu ha đất sẽ bị mất đi giá trị trồng trọt và chăn nuôi.Đất đai ở hơn
100 nước trên thế giới đang chuyển chậm sang dạng hoang mạc, có nghĩa là 900 triệu người đang bị đe dọa. Trên phạm vi toàn cầu, khoảng 25 tỷ tấn đất đang bị cuốn trôi hằng năm vào các sông ngòi và biển cả. - Diện tích rừng của thế giới còn khoảng 40 triệu km2, song cho đến nay, diện tích này đã bị mất đi một nửa, trong số đó, rừng ôn đới chiếm khoảng 1/3 và rừng nhiệt đới chiếm 2/3.Sự phá hủy rừng xảy ra mạnh chủ yếu ở các nước đang phát triển. - Với tổng lượng nước là 1386.106km3, bao phủ gần ¾ diện tích bề mặt Trái đất, nhưng loài người vẫn “khát”giữa đại dương mênh mông, bởi vì lượng nước ngọt chỉ chiếm 2,5% tổng lượng nước mà hầu hết tồn tại dưới dạng đóng băng và tập trung ở hai cực (chiếm 2,24%), còn lượng nước ngọt mà con người có thể sử dụng trực tiếp là 0,26%. Gần 20% dân số thế giới không được dùng nước sạch và 50% thiếu các hệ thống vệ sinh an toàn. 1.5.5. Ô nhiễm môi trường đang xảy ra ở quy mô rộng Trước tốc độ phát triển nhanh chóng của các quốc gia trên thế giới, đặc biệt là quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa. Nhiều vấn đề MT tác động ở các khu vực nhỏ, mật độ dân số cao. Ô nhiễm không khí, rác thải, chất thải nguy hại, ô nhiễm tiếng ồn và nước đang biến những khu vực này thành các điểm nóng về MT. Bước sang thế kỷ XX, dân số thế giới chủ yếu sống ở nông thôn, số người sống tại các đô thị chiếm 1/7 dân số thế giới. Đến cuối thế kỷ XX, dân số sống ở đô thị đã tăng lên nhiều và chiếm tới 1/2 dân số thế giới. Năm 1950, có 3 trong số 10 thành phố lớn nhất trên thế giới là ở các nước đang phát triển như: Thượng Hải (Trung Quốc), Buenos Aires (Achentina) và Calcuta (Ấn Độ).Năm 1990, 7 thành phố lớn nhất thế giới là ở các nước đang phát triển. Năm 1995 và 2000 đã tăng lên 17 siêu đô thị (xem bảng 1.5) Bảng 1.5: Dân số các siêu đô thị Thành phố 1995 2000 1. Tokyo, Nhật Bản 26,8 27,9 2. Sao Paulo, Braxin 16,4 17,8 3. New York, Mỹ 16,3 16,6 4. Mexico City, Mexico 15,6 16,4 5. Thượng Hải, Trung Quốc 15,1 17,2 6. Bombay, Ấn Độ 15,1 18,1 7. Los Angeles, Mỹ 12,4 13,1 8. Bắc Kinh, Trung Quốc 12,4 14,2 9. Calcuta, Ấn Độ 11,7 12,7
10. Seoul, Hàn Quốc 11,6 12,3 11. Jakarta, Inđonêxia 11,5 14,1 12. Bueros Aires, Braxin 11,0 12,8 13. Tianjin, Trung Quốc 10,7 12,4 14. Lagos, Nigeria 10,3 13,5 15. Rio de Janeiro, Braxin 9,9 10,2 16. New Dehli, Ấn Độ 9,9 11,7 17. Karachi, Pakistan 9,9 12,1 18. Cairo, Ai Cập 9,7 10,7 19. Manila, Philippin 9,3 10,8 20. Dakha, Bangladet 7,8 10,2 21. Bangkok, Thái Lan 6,6 7,3 Ở Việt Nam, trong số 621 đô thị thì chỉ có 3 thành phố trên 1 triệu dân. Trong vòng 10 năm đến, nếu không quy hoạch đô thị hợp lý thì có khả năng TP HCM và HN sẽ trở thành siêu đô thị khi đó những vấn đề MT trở nên nghiêm trọng hơn. 1.5.6. Sự gia tăng dân số Con người là chủ của Trái đất, là động lực chính làm tăng thêm giá trị của các điều kiện kinh tế - xã hội và chất lượng cuộc sống. Tuy nhiên, hiện nay đang xảy ra tình trạng dân số gia tăng mạnh mẽ, chất lượng cuộc sống thấp, nhiều vấn đề MT nghiêm trọng cho nên đã gây ra xu hướng làm mất cân bằng giữa dân số và MT. Đầu thế kỷ XIX dân số thế giới mới có 1 tỷ người, đến năm 1927 tăng lên 2 tỷ người, năm 1960 - 3 tỷ, năm 1974 - 4 tỷ, năm 1987 - 5 tỷ và 1999 là 6 tỷ.Mỗi năm dân số thế giới tăng thêm khoảng 78 triệu người. Theo dự báo đến năm 2015, dân số thế giới sẽ ở mức 6,9 – 7,4 tỷ người và đến 2025 dân số sẽ là 8 tỷ người và năm 2050 sẽ là 10,3 tỷ người, trong đó 95% dân số tăng thêm nằm ở các nước đang phát triển, do đó sẽ phải đối mặt với nhiều vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt là vấn đề MT. Nhận thức được tầm quan trọng của sự gia tăng dân số trên thế giới, nhiều quốc gia đã phát triển chương trình Kế hoạch hóa dân số, mức tăng trưởng dân số toàn cầu đã giảm từ 2% mỗi năm vào những năm trước 1980 xuống còn 1,7% và xu hướng này ngày càng thấp hơn. Sự gia tăng dân sô tất nhiên dẫn đến sự tiêu thụ tài nguyên thiên nhiên và hậu quả dẫn đến ô nhiễm MT. Ở Mỹ, hằng năm 270 triệu người sử dụng khoảng 10 tỷ tấn nguyên liệu, chiếm 30% trữ lượng toàn hành tinh. 1 tỷ người giàu nhất thế giới tiêu thụ 80% tài nguyên của Trái đất. Theo LHQ, nếu toàn bộ dân số của Trái đất có cùng mức tiêu thụ trugn bình như người Mỹ hoặc Châu Âu thì cần phải có 3 Trái đất mới đáp ứng đủ nhu
cầu cho con người. Vì vậy, mỗi quốc gia cần phải đảm bảo sự hài hòa giữa: dân số, hoàn cảnh MT, tài nguyên, trình độ phát triển, kinh tế - xã hội. 1.5.7. Sự suy giảm tính đa dạng sinh học trên Trái đất Các loài động thực vật qua quá trình tiến hóa hằng trăm triệu năm đã và đang góp phần quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng MT sống trên Traí đất, ổn định khí hậu, làm sạch các nguòn nước, hạn chế xói mòn đất, làm tăng độ phì nhiêu đất.Sự đa dạng của tự nhiên cũng là nguồn vật liệu quý giá cho các ngành công nghiệp, dược phẩm, du lịch, là nguồn thực phẩm lâu dài của con người và là nguồn gen phong phú để tạo ra các giống loài mới. Sự đa dạng về các giống loài động thực vật trên hành tinh có vị trí vô cùng quan trọng. Việc bảo vệ đa dạng sinh học có ý nghĩa đạo đức, thẩm mỹ và lòa người phải có trách nhiệm tuyệt đối về mặt luân lý trong cộng đồng sinh vật. Đa dạng sinh học lại là nguồn tài nguyên nuôi sống con người. Tuy nhiên, hiện nay vấn đề mất đa dạng sinh học đang là vấn đề nghiêm trọng, nguyên nhân chính của sự mất đa dạng sinh học là: - Mất nơi sinh sống do chặt phá rừng và phát triển kinh tế. - Săn bắt quá mức để buôn bán. - Ô nhiễm đất, nước và không khí. - Việc du nhập nhiều loài ngoại lai cũng là nguyên nhân gây mất đa dạng sinh học Hầu hết các loài bị đe dọa đều là các loài trên mặt đất và trên một nửa sống trong rừng. Các nơi cư trú nước ngọt và nước biển, đặc biệt là các dải san hô là những môi trường sống rất dễ bị thương tổn. Hộp 1.1. Nguyên nhân Ví dụ - Phá hủy nơi sinh sống - Chim di cư, các động vật thủy sinh - Săn bắn để thương mại hóa - Báo tuyết, hổ, voi - Săn bắn với mục đích thể thao - Bồ câu, chim gáy, cú - Kiểm soát sâu hại và thiên dịch - Nhiều loài sống trên cạn và dưới nước - Ô nhiễm, ví dụ: hóa chất bảo vệ thực vật, - Chim đại bàng, hải sản quý hữu cơ - Xâm nhập của các loài lạ - Ốc bươu vàng, trinh nữ, côn trùng đưa các loài vào làm thức ăn cho chim 1.6.Khoa học - Công nghệ và Quản lý môi trường • Khoa học MT nghiên cứu mối quan hệ giữa con người với MT. Từ các nghiên cứu đó, khoa học MT đề xuất các mô hình sinh thái hợp lý, đảm bảo sự cân bằng sinh thái giữa con người và MT.
• Công nghệ MT là tổng hợp các biện pháp vật lý, hóa học, sinh học nhằm ngăn ngừa và xử lý các chất độc hại phát sinh từ quá trình sản xuất và hoạt động của con người. • Quản lý MT là tổng hợp các biện pháp luật pháp, kỹ thuật, chính sách, kinh tế nhằm hạn chế tác động có hại của phát triển kinh tế xã hội đến MT Ba nội dung trên của ngành khoa học MT không thay thế cho nhau mà chỉ hổ trợ và bổ sung cho nhau, đảm bảo cho MT sống luôn trong lành và thích hợp với con người.
Chương 2. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MÔI TRƯỜNG 2.1. Thạch quyển 2.1.1. Sự hình thành và cấu trúc của Trái đất Trái đất là một hành tinh trong hệ Mặt trời, vào thời điểm sau khi hình thành (cách đây khoảng 4,5 tỷ năm), Trái đất là một quả cầu lạnh, không có khí quyển, tự quay xung quanh Mặt trời. Sự phân hủy của các chất phóng xạ làm cho quả cầu Trái đất nóng lên dần, dẫn đến sự phân dị của vật chất bên trong và thoát khí, hơi nước, tạo nên khí quyển nguyên sinh gồm CH4, NH3 và hơi nước. Các chất rắn trong lòng Trái đất phân dị, phần nặng nhất gồm Fe, Ni tập trung tạo thành nhân Trái đất. Các phần nhẹ hơn gồm các hợp chất MgO, FeO, SiO2, tạo nên Manti. Phần nhẹ nhất gồm các kim loại Al, Si tập trung ở lớp ngoài. Dần dần, lớp ngoài Trái đất nguội dần trở nên đông cứng và tạo nên Vỏ Trái đất. Thành phần và cấu trúc của khí quyển, thủy quyển thay đổi theo thời gian cho đến hiện nay. Bảng 2.1: Các đặc trưng chủ yếu của Thái Dương hệ Thiên thể Bán kính Thể tích Khối lượng Tỷ trọng Nhiệt độ Chất khí (km) (Trái (Trái đất riêng cực đại bề trong khí đất=1) =1) (g/cm3) mặt quyển (oC) Mặt trời 695.000 1.300.000 332.000 1,41 5.500 nhiều Sao Thủy 2.400 0,05 0,05 5,33 350 không có Sao Kim 6.100 0,87 0,81 5,15 460 CO2 Trái đất 6.371 1,0 1,0 5,52 60 Nhiều Sao Hỏa 3.400 0,15 0,11 3,97 - 55 CO2,H2O Sao Mộc 69.000 1.320 318 1,35 -138 CH4,NH3 Sao Thổ 57.500 736 95,3 0,71 -153 CH4,NH3 Thiên Vg 23.700 51 14,5 1,56 -184 CH4 HảiVươg 21.500 39 17,2 2,47 -200 CH4 Diêm Vg 2.900 0,1 0,03 2 - 220 - Vỏ Trái đất (Thạch quyển) là một lớp vỏ cứng rất mỏng, có cấu tạo hình thái rất phức tạp, có thành phần không đồng nhất, có độ dày thay đổi theo vị trí địa lý. Vỏ Trái đất được chia làm 2 kiểu: vỏ lục địa và vỏ đại dương. Vỏ đại dương có thành phần chủ yếu là các đá giàu CaO, FeO, MgO, SiO2 trải dài trên tất cả các đáy của các đại dương với chiều dày trung bình 8 km. Vỏ lục địa gồm 2 lớp vật liệu chính là đá bazan dày 10- 20km ở dưới và các loại đá khác như granit, sienit giàu SiO2, Al2O3 và đá trầm tích ở bên
trên. Vỏ lục địa thường rất dày, trung bình 35km, có nơi 70-80km như ở vùng núi cao Hymalaya. Ở vùng thềm lục địa, nơi tiếp xúc giữa đại dương và lục địa, lớp vỏ lục địa giảm còn 15-20km. Thành phần hóa học của Trái đất bao gồm các nguyên tố hóa học có số thứ tự từ 1-92 trong bảng hệ thống tuần hoàn Menđeleep. Bảng 2.2: Các nguyên tố hóa học phổ biến trong vỏ Trái đất Nguyên tố % trọng lượng toàn vỏ % thể tích so với toàn vỏ O 46,60 93,77 Si 27,72 0,86 Al 8,13 0,47 Fe 5,0 0,43 Mg 2,09 0,29 Ca 3,63 1,03 Na 2,83 1,32 K 2,59 1,83 Vỏ Trái đất Áp suất 8 nguyên tố hóa học phổ biến trên chiếm 99% trọng lượng thạch(K.Bar) quyển. Cấu trúc bên trong của Trái đất 0được trình bàyManti ở hình trên sau: 1 36 10 Đới chuyển tiếp 16 400 0 45 100 Manti dưới 0 0 290 1400 0 Nhân Trái đất 627 350 1 0 Tâm Trái đất Hình 2.1: Cấu tạo bên trong của Trái đất
2.1.2. Sự hình thành đá và quá trình tạo khoáng tự nhiên Đất đá và các khoáng vật tự nhiên được tạo ra trên Trái đất nhờ 3 quá trình địa chất: macma, trầm tích và biến chất . Ba loại đá macma, biến chất và trầm tích có quan hệ nhân quả chặt chẽ với nhau trong vỏ Trái đất Nhiệt mặt trời Đá macma Đá macma Phong hóa Trầm tích Đá macma Đá trầm tích Biến chất Đá biến chất Hình 2.2: Chu trình biến đổi các loại đá chính trong vỏ Trái đất Nhiệt phóng xạ Các tính toán của các nhà Địa chất cho thấy: trọng lượng các đá trong vỏ Trái đất có tỷ lệ phân bố như sau: macma 65%, biến chất 25% và trầm tích 10%. Phù hợp với các quá trình địa chất trên, các khoáng vật ở vỏ Trái đất được thành tạo trong các quá trình trầm tích, biến chất và macma.Hai quá trình sau gọi là quá trình nội sinh. 2.1.3. Sự hình thành đất và biến đổi của địa hình cảnh quan Đất là lớp ngoài cùng của thạch quyển, bị biến đổi tự nhiên dưới tác động tổng hợp của nước, không khí, sinh vật. Các thành phần chính của đất là chất khoáng, nước, không khí, mùn và các loại sinh vật từ vi sinh vật cho đến côn trùng, chân đốt, Thành phần chính của đất được trình bày ở hình sau: Không khí Humic 5% 20% Các hạt khoáng chất 40% Nước 35%
Hình 2.3: Các thành phần chính của đất Đất có cấu trúc phân lớp rất đặc trưng, xem xét một phẩu diện đất có thể thấy sự phân tầng cấu trúc từ trên xuống dưới như sau: • Tầng thảm mục và rễ cỏ được phân hủy ở mức độ khác nhau • Tầng mùn thường có mầu thẩm hơn, tập trung các chất hữu cơ và dinh dưỡng của đất • Tầng rữa trôi do một phần vật chất bị rửa trôi xuống tầng dưới • Tầng tích tụ chứa các chất hòa tan và hạt sét bị rửa trôi từ tầng trên • Tầng đá mẹ bị biến đổi ít nhiều nhưng vẫn giữ được cấu tạo của đá • Tầng đá gốc chưa bị phong hóa hoặc biến đổi. Các nguyên tố hóa học trong đất tồn tại dưới dạng hợp chất vô cơ, hữu cơ, có nguồn gốc chủ yếu từ đá mẹ. Hàm lượng các nguyên tố hóa học của đất không cố định, biến đổi phụ thuộc vào quá trình hình thành đất. Theo hàm lượng và nhu cầu dinh dưỡng đối với cây trồng, các nguyên tố hóa học của đất được chia thành 3 nhóm: - Nguyên tố đa lượng: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, K, P, S, N, C, H. - Nguyên tố vi lượng: Mn, Zn, Cu, B, Mo, Co, - Nguyên tố hiếm và phóng xạ: Br, In, Ra, I, Hf, U, Th, Địa hình mặt đất và cảnh quan là kết quả tác động tương hỗ đồng thời, ngược với nhau và liên tục của hai nhóm quá trình nội sinh và ngoại sinh. Địa hình phát triển qua nhiều giai đoạn khác nhau trên các cấu trúc địa chất rất khác nhau, nên rất đa dạng. sự phân loại địa hình theo hình thái và trắc lượng hình thái được thể hiện qua bảng sau: Bảng 2.3: Phân loại địa hình theo hình thái và trắc lượng hình thái (Alan E. kêhew, 1998)
Tính chất địa hình Độ cao tuyệt đối(m) Đặc điểm hình thái Đồng bằng - Trũng Dưới mực nước biển Gợn sóng, chia cắt yếu, có gò thấp, chỗ trũng - Thấp 0-200 Độ chia cắt sâu hoặc dao động độ cao dưới - Cao 200-500 10m - Trên núi 500-2500 Đồi Dao động độ cao 10-100m - Đồi ở vùng thấp 0-200 - Đồi thấp, tỷ cao 10-25m - Đồi ở vùng cao 200-500 - Đồi trung bình thấp, tỷ cao 25-50m - Đồi ở vùng núi 500-2500 - Đồi lớn, tỷ cao 50-75m - Đồi rất lớn, tỷ cao 75-100m - Có dạng bát úp, dạng nón, dạng vách dốc Núi Dao động độ cao trên 100m - Thấp 600-900 Giá trị độ chia cắt sâu: - Trung bình thấp 700(900)-1200 - Nhỏ 100-250 - Trung bình 1200-2500 - Trung bình 250-500m - Cao vừa 2500-3000 - Lớn 500-750m - Cao 3000-5000 - Rất lớn 750-1000m - Rất cao >5000 Sườn dốc, thung lũng sâu, đường sống núi có thể sắc nét hoặc mềm mại, xếp thành nhóm, dải hoặc hệ thống các dải núi 2.1.4. Tai biến địa chất, xói mòn, trượt lở đất đá 1. Khái niệm tai biến môi trường. Tai biến MT là điều kiện, yếu tố, hiện tượng, quá trình xảy ra trong MT sống, gây nguy hiểm và tổn hại cho tính mạng, sức khỏe, tài sản, hoạt động của con người và các chức năng của MT. Với cách hiểu này, nhiều khi nói đến khái niệm tai biến người ta ngụ ý là tai biến MT. Tai biến MT là quá trình gây hại vận hành trong hệ thống MT. Quá trình tai biến phản ánh tính nhiễu loạn, tính bất ổn của hệ thống và thường gồm 3 giai đoạn. Với mỗi giai đoạn của quá trình tai biến sẽ có những chiến lược ứng phó thích hợp và cần phải cân nhắc trong quá trình ra quyết định: - Giai đoạn nguy cơ hay hiểm họa: Đã tồn tại các yếu tố gây hại nhưng chưa gây mất ổn định cho hệ thống. - Giai đoạn phát triển: Tập trung và gia tăng các yếu tố tai biến, xuất hiện trạng thái mất ổn định, nhưng chưa vượt qua ngưỡng an toàn của hệ thống MT.
- Giai đoạn sự cố: Trạng thái mất ổn định đã vượt qua ngưỡng an toàn của hệ thống, gây ra các thiệt hại không mong đợi cho con người đwocj gọi là thiên tai hoặc sự cố MT. Là thiên tai nếu thiệt hại gây ra do quá trình tự nhiên, là sự cố nếu thiệt hại được gây ra do cả quá trình tự nhiên hoặc nhân tạo. 2. Nguyên nhân - Quá trình tự nhiên (hạn hán, lũ lụt, động đất, ) - Hoạt động nhân sinh (khai thác quá mức, xả thải chất ô nhiễm, can thiệp thô bạo vào HST, ) - Hỗn hợp của hoạt động nhân sinh và quá trình tự nhiên – loại tai biến thường xảy ra. 3. Phân loại tai biến MT. Dựa vào bản chất có thể phân biệt được 4 nhóm tai biến MT sau đây: • Các tai biến vật lý là tai biến tuân theo quy luật vật lý • Các tai biến hóa học liên quan tới sự phát tán và tập trung các nguyên tố hóa học vượt ngưỡng sinh thái trong các hợp phần MT • Tai biến sinh học như bệnh dịch nguy hiểm, nổ bom sinh học, nạn côn trùng phá hoại mùa màng • Các tai biến kinh tế - xã hội bao gồm phá sản, tham ô làm thất thoát tài sản, ma túy, các tệ nạn xã hội khác và do coi thường pháp luật, thiếu việc làm, khủng hoảng tinh thần, sai sót về điều hành, 4. Một số tai biến thường gặp. Tai biến địa chất, xói mòn, trượt lở đất đá là các hiện tượng tự nhiên tham gia tích cực vào quá trình biến đổi địa hình bề mặt thạch quyển. Tai biến địa chất là một dạng tai biến MT phát sinh trong thạch quyển. Các dạng tai biến như là : phun núi lửa, động đất, nứt đất, lún đất. Chúng thường liên quan tới các quá trình địa chất xảy ra trong lòng Trái đất. Trên bề mmặt Trái đất, hoạt động của nước và gió gây ra sự xói mòn. Xói mòn do mưa là dạng xói mòn phổ biến nhất. Lượng đất xói mòn do mưa hằng năm trên một đơn vị diện tích có thể xác định theo công thức lý thuyết: A = R.K.L.S.C.P. R- khả năng xói mòn do mưa K- tính chất dễ xói mòn của đất L- chiều dài sườn dốc S- độ dốc của sườn dốc C- thảm thực vật
P- hiệu quả của các biện pháp chống xói mòn. Trượt lở đất là một dạng biến đổi bề mặt Trái đất khác. Tại đây, một khối lượng đất đá khác theo các bề mặt đặc biệt, bị trọng lực kéo trượt xuống các địa hình thấp. Hiện tượng trượt lở đất thường xuất hiện một cách tự nhiên trong các vùng núi, vào thời kỳ mưa nhiều hằng năm. Hình 2.4: Xói mòn đất đồi núi 2.2. Thủy quyển 2.2.1. Cấu tạo hình thái của thủy quyển Khoảng 71 % với 361 triệu km2 bề mặt Trái đất được bao phủ bởi mặt nước.Cho nên đã có nhà khoa học gọi Trái đất là “Trái nước”.Thủy quyển là lớp vỏ lỏng không liên tục bao quanh Trái đất gồm: nước ngọt, nước mặn ở cả 3 trạng thái cứng, lỏng và hơi. Thủy quyển bao gồm: Đại dương, biển, ao hồ, sông ngòi, nước ngầm và băng tuyết. Khối lượng của thủy quyển khoảng 1,4. 1018 tấn, tương đương với 7 % trọng lượng thạch quyển. Hiện nay người ta chia thủy quyển làm 4 đại dương, 4 vùng biển và 1 vùng vịnh lớn. Bảng 2.4: Diện tích các Đại dương và các Biển chính Đại dương, biển Diện tích(triệu km2) Phần trăm
Thái Bình Dương 165,242 46,91 Đại Tây Dương 82,362 23,38 Ấn Độ Dương 73,556 20,87 Bắc Băng Dương 13,986 3,97 Biển Malaixia 8,143 0,80 Biển Caribbe 2,756 0,71 Biển Địa Trung Hải 2,505 0,64 Biển Bering 2,269 0,58 Vịnh Mexico 1,544 0,39 Tổng 252,36 100 2.2.2. Sự hình thành đại dương Sự đông cứng lớp vỏ Trái đất được coi là sự bắt đầu lịch sử địa chất, các dấu hiệu địa chất thu được cho thấy, sự kiện này xảy ra cách đây khoảng 4,5 tỷ năm. Sự đông cứng lớp vỏ Trái đất liên quan đến sự nguội đi do sự phát xạ năng lượng lớn vào không gian. Đồng thời, Trái đất cũng mất một phần các khí bao bọc. Quá trình này diễn ra phức tạp, song có thể thấy các khí nhẹ như hyđrô, heli bị mất vào không gian vũ trụ, còn các khí khác nặng hơn như oxy, nitơ vẫn được Trái đất giữ lại. Vào thời kỳ này, núi lửa vẫn hoạt động rất mạnh, phát thải ra nhiều loại khí hình thành nên khí quyển với thành phần khác xa với khí quyển hiện tại. Khí quyển lúc này chứa một hàm lượng oxy tự do nhỏ còn phần lớn là CO2 và hơi nước.Với sự lạnh dần đi của Trái đất làm cho hơi nước ngưng kết lại rơi xuống bề mặt Trái đất. Trái đất tiếp tục bị lạnh đi làm cho hơi nước tích lũy ngày một dày tạo nên các đại dương đầu tiên trên Trái đất. Chính sự bốc hơi (mất nhiệt), ngưng kết (tỏa nhiệt) của hơi nước với nhiệt dung lớn lại làm gia tăng quá trình lạnh đicủa bề mặt Trái đất qua thoát nhiệt vào các đám mây vũ trụ. Vì vậy, có thể nói hơi nước tự bản thân nó quyết định sự tồn tại của mình trên bề mặt Trái đất. Từ khi hình thành, khoảng 3,8 tỷ năm về trước, diện mạo của đại dương đã có những thay đổi lớn. Sự thay đổi này biểu hiện qua độ mặn của nước biển, mực nước biển, quá trình hình thành và tạo những khối băng khổng lồ, địa hình đáy biển và đặc biệt là sự phân bố giữa đại dương và đất liền. Để có hình dạng lục địa và đại dương như hiện nay, đã có nhiều giả thuyết về sự hình thành, có thể nêu ra các giả thuyết sau: trôi dạt lục địa, nới rộng đáy biển và kiến tạo mảng. 2.2.3. Đới ven biển, cửa sông và thềm lục địa - Đới ven biển là nơi gặp nhau giữa đất liền và biển, được đánh dấu bằng những nét chung của hệ thống lục địa-đại dương. Là khu vực chịu sự chi phối của 3 quyển chính: thạch quyển, thủy quyển và khí quyển.
Đây được coi là hệ thống mở, luôn diễn ra các tương tác lý hóa với ảnh hưởng của văn hóa. Đới ven biển có năng suất sinh học cao. Đới ven biển còn là nơi diễn ra nhiều hoạt động mạnh mẽ như xói mòn, bão lũ, bất ổn định, ngoài ra còn có tranh chấp lợi nhuận liên quan tới hoạt động của con người như gây ô nhiễm, khai thác tài nguyên và phát triển không bền vững. Vùng ven biển bao gồm nhiều thành phần như : • Vách: là phần lục địa giáp biển, có độ dốc cao • Bãi biển: là phần cát sỏi, bùn do sông đưa ra • Bờ sau: được giới hạn bởi vách và mực nước biển khi thủy triều cao • Bờ trước: là miền giữa 2 đường bờ ứng với mực nước thủy triều cao và thấp • Bờ : bao gồm bờ trước, bờ sau và kéo dài tới rìa nước cuối cùng khi thủy triều thấp Ở nhiều nơi, bờ trước có khoảng cách lớn, cấu tạo bởi phù sa các sông và là nơi rừng ngập mặn phát triển tốt, với HST rất đa dạng, phong phú. Ngoài khơi Ven bờ Đường triều Vách Rìa thấp nước Bờ trước Bờ sau Mức triều cao thấp Cồn cát Mức triều thấp Hình 2.5: Đới ven bờ và các thành phần của nó - Vùng cửa sông là cửa của một con sông, nơi nước chảy ra biển. Các điều kiện vùng cửa sông phụ thuộc nhiều vào quá trình xảy ra trong đại dương và biển, đặc biệt là sự trộn lẫn nước ngọt của sông và nước mặn của biển và ảnh hưởng của thủy triều. HST vùng của sông là HST nhạy cảm và chịu nhiều ảnh hưởng của độ mặn nước biển. Phần lớn sinh vật cửa sông là sinh vật biển, năng suất sinh học thuộc diện cao nhất, tới gần 2.000g/m2/năm. Do đa dạng về MT sống và nhiều chất dinh dưỡng nên vùng cửa sông khá đa dạng về loài động vật, như loài chim, bò sát, cá, thân mềm, Hiện nay việc khai thác vùng ven biển nói chung và vùng cửa sông nói riêng đã làm nảy sinh nhiều vấn đề MT.
- Thềm lục địa có thể coi là vùng biển nông, gần bờ với đáy biển tương đối bằng phẳng.Thềm lục địa với phạm vi rộng lớn xuất hiện ở vùng bờ biển ít chấn động địa chất và hoạt động của núi lửa.Thềm lục địa thường rộng cỡ vài trăm km tới 1.500km. Độ dốc đáy biển ở đây rất nhỏ chỉ trong vòng vài độ. Thềm lục địa được giới hạn xa bờ có độ dốc đáy biển tăng đột ngột. 2.2.4. Băng Băng là một thành phần quan trọng của thủy quyển, tập trung chủ yếu ở 2 cực Trái đất. Theo các số liệu hiện nay, khối lượng băng trên Trái đất chiếm trên 75% tổng lượng nước ngọt và gần 2% khối lượng thủy quyển. Khối lượng băng trên Trái đất thay đổi theo thời gian địa chất, phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của Trái đất. Trong những năm gần đây, sự gia tăng của nhiệt độ của khí quyển toàn cầu (khoảng 0,3-0,60C trong 100 năm) bởi hiệu ứng nhà kính, đang làm cho tốc độ tan băng ở 2 cực và mực nước biển tăng lên. Với tốc độ tăng này, vào cuối thế kỷ XXI, sự tan băng ở vùng cực và núi cao sẽ làm cho mực nước biển dâng cao từ 65-100m. 2.3. Khí quyển 2.3.1. Sự hình thành và cấu trúc khí quyển Trái đất Khí quyển là lớp vỏ ngoài của Trái đất, với ranh giới dưới là bề mặt thủy quyển, thạch quyển và ranh giới trên là khoảng không giữa các hành tinh. Khí quyển Trái đất được hình thành do sự thoát hơi nước, các chất khí từ thủy quyển và thạch quyển. Thời kỳ đầu, khí quyển chủ yếu gồm hơi nước, amoniac, metan, các loại khí trơ và hydro. Dưới tác dụng phân hủy của tia mặt trời, hơi nước bị phân hủy thành oxy và hydro. Oxy tác động với amoniac và metan tạo ra khí N2 và CO2. Quá trình tiếp diễn, một lượng H2 nhẹ mất vào khoảng không vũ trụ, khí quyển còn lại chủ yếu là hơi nước, Nitơ, CO2, một ít Oxy. Khí quyển Trái đất có cấu trúc phân lớp với các tầng đặc trưng từ dưới lên trên như sau: tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung gian, tầng nhiệt, tầng điện ly.( xem hình 2.3) - Tầng đối lưu (Troposphere): là tầng thấp nằm ngay trên mặt đất, chiếm khoảng 70% khối lượng khí, ở tầng này càng lên cao nhiệt độ càng giảm, có nhiệt độ thay đổi giảm dần từ +400C ở lớp sát mặt đất tới -500C ở trên cao. Tầng đối lưu có chiều cao thay đổi từ 7- 8km ở các đới cực và khoảng 16-18km ở đới xích đạo. Số lượng các khí ở tầng này khoảng 4,12 x 1015 tấn so với tổng khối lượng khí là 5,15.1015 tấn. Tầng đối lưu là nơi tập trung nhiều hơi nước nhất, bụi và các hiện tượng thời tiết chính như mây, mưa, tuyết, mưa đá, bão, - Tầng bình lưu (Stratosphere): có một vùng thấp hơn với độ cao trên 25km và có nhiệt độ gần như không đổi, trong khi đó tầng trên của nó nhiệt độ tăng cùng với tăng độ cao. Không khí ở tầng bình lưu loãng hơn, ít chứa bụi và các hiện tượng thời tiết. Ở độ cao
khoảng 25km trong tầng bình lưu, tồn tại một lớp không khí giàu khí ôzôn thường được gọi là tầng ôzôn. - Tầng trung quyển (Mesosphere): nằm bên trên tầng bình lưu cho đến độ cao 80km. Nhiệt độ tầng này giảm theo độ cao, từ -20C ở phía dưới giảm xuống -920C ở lớp trên. - Tầng nhiệt quyển (Thermosphere): có độ cao từ 80km đến 500km, ở đây nhiệt độ không khí có xu hướng tăng dần theo độ cao, từ -920C đến +12000C. Nhiệt độ không khí ban ngày rất cao và ban đêm thấp. - Tầng ngoại quyển (Exosphere): bắt đầu từ độ cao 500km trở lên. Tầng này là nơi xuất hiện cực quang và phản xạ các sóng ngắn vô tuyến. Cấu trúc tầng của khí quyển được hình thành do kết quả của lực hấp dẫn và nguồn phát sinh khí từ bề mặt Trái đất, có tác động to lớn trong việc bảo vệ và duy trì sự sống trên Trái đất. 2000 km Khoảng không giữa các hành tinh Các ion Tầng ngoại quyển 500 km Không khí rất loãng Tầng nhiệt quyển 80 km Không khí loãng Tầng trung quyển 50 km Tầng bình lưu Khí ôzôn 15 - 18 km Tầng đối lưu 0km Nhiệt độ không khí Hình 2.6 : Cấu trúc của khí quyển theo chiều thẳng đứng 2.3.2. Thành phần của khí quyển Thành phần khí quyển Trái đất khá ổn định theo phương nằm ngang và phân dị theo phương thẳng đứng. Phần lớn khối lượng 5.1015 tấn của toàn bộ khí quyển tập trung
ở tầng thấp: đối lưu và bình lưu. Mặc dù chỉ chiếm khoảng 0,05% khối lượng thạch quyển, khí quyển Trái đất có vai trò rất quan trọng đối với đời sống Trái đất. Thành phần không khí của khí quyển thay đổi theo thời gian địa chất, cho đến nay khá ổn định, bao gồm chủ yếu là nitơ, ôxy và một sô loại khí trơ. Bảng 2.5: Hàm lượng trung bình của khí quyển Chất khí % thể tích % trọng lượng Khối lượng ( n. 1010tấn) N2 78,08 75,51 386.480 O2 20,91 23,15 118.410 Ar 0,93 1,28 6.550 CO2 0,035 0,005 233 Ne 0,0018 0,00012 6,36 He 0,0005 0,000007 0,37 CH4 0,00017 0,000009 0,43 Kr 0,00014 0,000029 1,46 N2O 0,00005 0,000008 0,4 H2 0,00005 0,0000035 0,02 O3 0,00006 0,000008 0,35 Xe 0,000009 0,00000036 0,18 2.3.3. Ozon khí quyển và chất CFC Bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng chủ yếu để duy trì sự sống trên Trái đất. Bức xạ đó khi truyền xuống Trái đất với một phổ sóng rất rộng. Bầu khí quyển Trái đất có tác dụng khuếch tán, hấp thụ và lọc một phần các tia BXMT, không cho chúng chiếu toàn bộ xuống bề mặt Trái đất. Vì vậy, khí quyển không phải là nơi cung cấp không khí cho hoạt động sống của sinh vật mà còn là màn chắn đối với các tác động có hại của tia sáng mặt trời. Cấu trúc của phổ BXMT và độ rộng của các cửa sổ khí quyển được trình bày ở hình sau: Cửa số ánh sáng nhìn thấy Cửa số vô tuyến
Màn chắn khí quyển Bước sóng ánh sáng Mặt Trời µm -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 2 3 4 5 6 7 8 10 10 10 10 10 10 10 1 0 10 10 10 10 10 10 10 10 Hình 2.7: Cấu trúc phổ bức xạ Mặt Trời và màn chắn khí quyển Như vậy, khí quyển Trái đất chỉ để lọt xuống bề mặt Trái đất các tia sóng vô tuyến có bước sóng từ 104 đến 106 µm và ánh sáng trong phạm vi từ 10-1 đến 10 µm. Cơ chế hấp thụ tia tử ngoại của tầng Ôzon có thể trình bày theo các phương trình phản ứng sau: O2 + Bức xạ tia tử ngoại O + O O + O2 O3 O3 + Bức xạ tia tử ngoại O2 + O Các phản ứng trên liên tục xảy ra trong khí quyển, dẫn tới sự ổn định và tồn tại tầng Ôzon của Trái đất. Trong thực tế, chiều dày và nồng độ của tầng ôzon trong lớp ôzon của Trái đất liên tục suy thoái bởi các nguyên nhân xuất phát từ hoạt động của con người trên mặt đất. Một trong các tác nhân quan trọng nhất đó là khí CFC, mêtan, các khí oxít nitơ (NO,N2O). Các khí trên có khả năng tác dụng với Ôzon biến nó thành O2. Cơ chế tác động của khí CFC có thể trình bày theo sơ đồ sau: Tia tử ngoại CFC + O2 ClO + O2 ClO + O3 2O2 + Cl Cl + O3 ClO + Cl Các phản ứng dây chuyền trên diễn ra liên tục, cho tới khi nguyên tử Cl hóa hợp được với H2 có trong khí quyển thành HCl và gây mưa axit. Sự suy thoái tầng ôzon trên phạm vi toàn cầu đòi hỏi phải hạn chế việc phát sinh khí CFC,CH4, ôxit nitơ, Theo dự đoán của các nhà khoa học, đến năm 2030 sự suy thoái tầng ôzon trên phạm vi toàn cầu là 6,5% và 16% ở các nước vĩ độ từ 600 trở lên. Trong trường hợp chương trình ôzon hoạt động có hiệu quả, thì sự suy thoái tầng ôzon vẫn còn ở mức 2% trên phạm vi TG và 8% ở các vĩ độ cao hơn 600.
2.3.4. Chế độ nhiệt, bức xạ và hoàn lưu khí quyển Trái đất tiếp nhận năng lượng từ vũ trụ, chủ yếu là năng lượng mặt trời. Theo tính toán, dòng năng lượng đến từ mặt trời ở tầng cao khí quyển là 2 Cal/cm2/phút, nhưng 30- 40% bị khí quyển phản xạ vào vũ trụ, 60% - 70% bị khí quyển hấp thụ. Hằng năm,Trái đất nhận được 1,4.1013Kcal năng lượng từ Mặt Trời, khoảng 1-2% số lượng đó ứng với bước sóng 6.700- 7.350A được cây xanh sử dụng để tạo ra sinh khối. Trái đất hoàn trả lại vũ trụ một phần năng lượng từ mặt trời dưới dạng bức xạ nhiệt sóng dài. Phần còn lại được tích lũy dưới dạng nhiên liệu hóa thạch hoặc sinh khối.Quá trình tiếp nhận và phân phối dòng năng lượng từ Mặt Trời đến Trái đất thông qua khí quyển, sinh quyển, thạch quyển và thủy quyển đạt trạng thái cân bằng trong suốt thời gian gần 2 tỷ năm trở lại đây. Do đó nhiệt độ trên bề mặt Trái đất hầu như không có thay đối đáng kể theo thời gian. Dòng nhiệt từ Mặt Trời phân bố không đồng đều trên bề mặt Trái đất. Do chuyển động tự quay quanh Mặt Trời, trên Trái đất có hiện tượng ngày đêm và biến đổi mùa. Do ánh sáng Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái đất theo những góc độ khác nhau, nên lượng nhiệt ở các khu vực trên Trái đất hấp thụ cũng khác nhau.Tất cả các hiện tượng trên làm cho nhiệt độ bề mặt Trái đất thay đổi theo chu kỳ ngày đêm, theo mùa và giữa các vùng có vĩ độ khác nhau. Bề mặt Trái đất tiếp nhận nhiều năng lượng Mặt Trời bị nung nóng lên kéo theo sự nóng lên của toàn bộ khối khí nằm trên. Dòng khí nóng trở nên nhẹ hơn không khí xung quanh, hướng lên các tầng cao của khí quyển. Không khí ở các vùng lạnh hơn có xu hướng chuyển tới khu vực nóng để thay thế cho không khí nóng bay đi, xuất hiện chuyển dịch của các khối không khí dưới dạng gió.Quá trình trên diễn ra liên tục, theo xu hướng san bằng sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất không khí ở các đới khí hậu, các khu vực cục bộ trên Trái đất. Không khí nóng, khi bay lên trên hoặc chuyển động ngang, mang theo nhiều hơi nước tạo ra mưa. Do vậy, quá trình hoàn lưu của khí quyển luôn đi kèm với chu trình tuần hoàn nước trong tự nhiên. Sự chênh lệch về tính chất của các khôí không khí theo chiều ngang tạo nên gió, bão và các hiện tượng thời tiết khác.Năng lượng và hơi nước đi kèm với các hiện tượng thời tiết trên góp phần đáng kể điều hòa nhiệt độ và khí hậu của các vùng khác nhau trên Trái đất. Bão, giông, vòi rồng là những hiện tượng đặc biệt của quá trình hoàn lưu khí quyển. Hoàn lưu khí quyển và chu trình hoàn lưu nước trong tự nhiên là các nguyên nhân cơ bản tạo nên đặc điểm khí hậu, thời tiết, chúng tác động mạnh mẽ tới chất lượng MT không khí và điều kiện sống của sinh vật, con người. 2.3.5. Hiệu ứng nhà kính
Nhiệt độ bề mặt Trái đất được tạo nên do sự cân bằng giữa năng lượng Mặt trời đến bề mặt Trái đất và năng lượng bức xạ của Trái đất vào khoảng không gian giữa các hành tinh. Năng lượng Mặt Trời chủ yếu là các tia sóng ngắn dễ dàng xuyên qua cửa sổ khí quyển. Trong khi đó, bức xạ của Trái đất với nhiệt độ bề mặt trung bình + 160C là sóng dài có năng lượng thấp, dễ dàng bị khí quyển giữ lại. Các tác nhân gây ra sự hấp thụ bức xạ sóng dài trong khí quyển là khí CO2, bụi, hơi nước, khí mêtan, khí CFC, “ Kết quả của sự trao đổi không cân bằng về năng lượng giữa Trái đất với không gian xung quanh, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ của khí quyển Trái đất. Hiện tượng này diễn ra theo cơ chế tương tự như nhà kính trồng cây và được gọi là Hiệu ứng nhà kính” Sự gia tăng tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch của loài người đang làm cho nồng độ khí CO2 của khí quyển tăng lên. Sự gia tăng khí CO2 và các khí nhà kính khác trong khí quyển Trái đất làm nhiệt dộ Trái đất tăng lên. Theo tính toán của các nhà khoa học, khi nồng độ CO2 trong khí quyển tăng gấp đôi, thì nhiệt độ bề mặt Trái đất tăng lên khoảng 3 0C. Các số liệu nghiên cứu cho thấy nhiệt độ Trái đất đã tăng 0,50C trong khoảng thời gian từ 1885 đến 1940 do thay đổi của nồng độ CO2 trong khí quyển từ 0,027% đến 0,035%. Dự báo, nếu không có biện pháp khắc phục hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ Trái đất sẽ tăng lên 1,5-4,50C vào năm 2050. Vai trò gây nên hiệu ứng nhà kính của các chất khí được xếp theo thứ tự sau: CO2 => CFC=> CH4 => O3 => NO2. Sự gia tăng nhiệt độ Trái đất do hiệu ứng nhà kính có tác động mạnh mẽ tới nhiều mặt của MT Trái đất: • Nhiệt độ Trái đất tăng sẽ làm tan băng và dâng cao mực nước biển. Như vậy, sẽ có nhiều vùng bị ngập • Sự nóng lên của Trái đất làm thay đổi điều kiện sống bình thường của các sinh vật trên Trái đất. • Khí hậu Trái đất sẽ bị biến đổi sâu sắc, các đới khí hậu có xu hướng thay đổi. Toàn bộ các điều kiện sống của tất cả các quốc gia bị xáo động. • Nhiều loại bệnh tật mới xuất hiện, dịch bệnh lan tràn. 2.3.6. Biến đổi khí hậu và sự nóng lên toàn cầu Nguyên nhân của sự nóng lên của Trái đất bao gồm các nguồn nhân tạo và tự nhiên. Sự biến đổi khí hậu Trái đất là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thủy quyển, sinh quyển, thạch quyển bởi các nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo. Các biểu hiện của sự biến đổi khí hậu Trái đất gồm: • Sự nóng lên của khí quyển và Trái đất nói chung • Sự thay đổi thành phần và chất lượng khí quyển có hại cho MT sống của con người và các sinh vật trên Trái đất
• Sự dâng cao mực nước biển do tan băng dẫn tới sự ngập úng của các vùng đất thấp, các đảo nhỏ trên biển • Sự di chuyển của các đới khí hậu tồn tại hàng nghìn năm trên các vùng khác nhau của Trái đất dẫn tới nguy cơ đe dọa sự sống của các loài sinh vật, các hệ sinh thái và hoạt động bình thường khác của con người • Sự thay đổi cường độ hoạt động của quá trình hoàn lưu khí quyển, chu trình tuần hoàn nước trong tự nhiên và các chu trình sinh địa hóa khác • Sự thay đổi năng suất sinh học của các hệ sinh thái, chất lượng và thành phần của thủy quyển, sinh quyển, các địa quyển. Nguyên nhân chính của sự biến đổi khí hậu Trái đất là sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ và bể chứa khí nhà kính như: sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác. Trước nguy cơ của sự biến đổi khí hậu Trái đất đối với nhân loại và sự sống trên hành tinh, các quốc gia trên thế giới đã họp tại New York ngày 9/5/1992, thông qua Công ước khung về thay đổi khí hậu của LHQ. Với mục tiêu: ổn định các nồng độ khí quyển ở mức có thể ngăn ngừa được sự can thiệp của con người đối với hệ thống khí hậu. Mức phải đạt nằm trong một khung thời gian, đủ để các HST thích nghi một cách tự nhiên với sự thay đổi khí hậu, bảo đảm việc sản xuất lương thực không bị đe dọa và tạo khả năng cho sự phát triển kinh tế tiến triển một cách bền vững. Hình 2.8: Ống khói nhà máy gây nên ô nhiễm không khí 2.4. Sinh quyển 2.4.1. Sinh quyển và sinh khối
Các khái niệm hiện đại về sinh quyển đã xuất hiện trong các công trình của nhà tự nhiên vĩ đại người Pháp J.B.Lamac vào đầu thế kỷ XIX. Năm 1875, nhà Địa chất nổi tiếng người Aïo E.Zins (1831-1914) đã tách sinh quyển thành 1 quyển độc lập của Trái đất. Học thuyết về sinh quyển (biosphere) được nhà Địa hóa người Nga V.N.Vernatxki đưa ra năm 1926. Theo học thuyết này, sinh quyển là toàn bộ dạng vật chất sống tồn tại ở bên trong, bên trên và phía trên Trái đất hoặc là lớp vỏ sống của Trái đất, một hệ thống động vô cùng phức tạp với số lượng lớn các yếu tố ngẫu nhiên và nhiều quá trình mang đặc điểm xác suất. Đây là một hệ thống động và rất phức tạp. Nhờ hoạt động của các HST mà năng lượng ánh sáng Mặt trời đã bị biến đổi cơ bản để tạo thành vật chất hữu cơ trên Trái đất. Sự sống trên bề mặt Trái đất được phát triển nhờ sự tổng hợp các mối quan hệ tương hổ giữa các sinh vật với MT tạo thành dòng liên tục trong quá trình trao đổi vật chất và năng lượng. Như vậy, trong sự hình thành sinh quyến có sự tham gia tích cực của các yếu tố bên ngoài như năng lượng Mặt trời, sự nâng lên và hạ xuống của vỏ Trái đất, các quá trình tạo núi, băng hà, Các cơ chế xác định tính thống nhất và toàn diện của sinh quyển là sự di chuyển và tiến hóa của thế giới sinh vật; vòng tuần hoàn sinh địa hóa của các nguyên tố hóa học; vòng tuần hoàn nước tự nhiên. Sinh quyển tồn tại trên Trái đất trong mối cân bằng động với các hệ tự nhiên khác.Với sự xuất hiện và phát triển mạnh mẽ của loài người, bên trên sinh quyển hình thành một quyển đặc biệt là Trí tuệ quyển (Noosphere). 2.4.2. Hệ sinh thái Hệ sinh thái (HST) là tập hợp của quần xã sinh vật và sinh cảnh. Quần xã và sinh cảnh là hai thành phần của một khối thống nhất tạo thành một hệ thống tương đối ổn định, bền vững. Có thể minh họa bằng công thức sau: Quần xã Môi trường Nănglượng Hệ sinh Sinh vật + xung quanh + Mặt trời = thái Sinh quyển được duy trì và phát triển trong những hệ thống tác động tương hỗ giữa sinh vật và MT vô sinh xung quanh, như một thực thể khách quan, xác định trong không gian và thời gian, được gọi là HST. Theo độ lớn, HST có thể chia thành: HST nhỏ (bể nuôi cá), HST vừa (một thảm rừng, một hồ chưa nước), HST lớn (đại dương). Tập hợp tất cả các HST trên bề mặt Trái đất thành một HST khổng lồ là sinh thái quyển(sinh quyển).
Trong HST, tồn tại hai thành phần : vô sinh (abiotic) như nước, không khí, và sinh vật ( biotic). Giữa 2 thành phần trên luôn có sự trao đổi chất, năng lượng và thông tin. Sinh vật trong HST được chia làm 3 loại chủ yếu: • Sinh vật sản xuất, thông thường là tảo hoặc thực vật, có chức năng tổng hợp chất hữu cơ từ vật chất vô sinh dưới tác động của ánh sáng Mặt Trời. • Sinh vật tiêu thụ, gồm các loại động vật ở nhiều bậc khác nhau. Bậc 1 là động vật ăn thực vật. Bậc 2 là động vật ăn thịt, • Sinh vật phân hủy gồm các vi khuẩn, nấm, phân bố ở khắp mọi nơi, có chức năng chính là phân hủy xác chết sinh vật, chuyển chúng thành các thành phần dinh dưỡng cho thực vật. Trong HST liên tục xảy ra quá trình tổng hợp và phân hủy vật chất hữu cơ và năng lượng. Các HST đều có nhu cầu về nguồn năng lượng bên ngoài, nhất là ánh sáng mặt trời để hoạt động. Những yếu tố vô cơ cần thiết cho đời sống của sinh vật đều được sử dụng và tái sử dụng theo chu trình trong HST. 2.4.3. Các chu trình sinh địa hóa Thực vật tổng hợp hydratcacbon trực tiếp từ khí oxit cacbon, nước, các khoáng chất tan trong đất và nước để tạo ra các tế bào của mình. Động vật ăn cỏ sử dụng các chất hữu cơ do thực vật tổng hợp. Động vật ăn thịt sử dụng động vật ăn cỏ làm thức ăn.Tất cả thức ăn thừa, xác chết của động vật được vi khuẩn và nấm phân hủy thành các hợp chất đơn giản làm chất dinh dưỡng cho thực vật. Các chất dinh dưỡng theo chu trình tuần hoàn trên chuyển vận từ đất, nước, không khí, đá và các cơ thể sống nhờ nguồn năng lượng được cung cấp từ Mặt Trời. Trong thành phần của tế bào sống có mặt hầu hết các nguyên tố hóa học quan trọng của sinh quyển. Hàm lượng của các nguyên tố hóa học chứa trong các tế bào sống sắp xếp theo trật tự từ cao xuống thấp như sau: C-H-O-N-P-C-Cl-Cu-Fe-Mg-K-Na-S-Al- B-Br-Cr-Co-F-Ga-I-Mn-Mo-Se-Si-Sn-Ti-V-Zn. Nồng độ của các nguyên tố trên trong các loài sinh vật thay đổi và phụ thuộc vào từng loại và đặc điểm MT sống của các cá thể. Chu trình dinh dưỡng của nguyên tố hóa học tham gia vào thành phần của các cơ thể sống có thể trình bày dưới dạng sơ đồ sau: 1. Chu trình nước. Nước là thành phần quan trọng cần thiết cho sự sống và cơ thể sống của sinh vật. Nước tồn tại trên Trái đất ở 3 dạng: rắn, lỏng và hơi tùy thuộc vào nhiệt độ của bề mặt Trái đất. Ở trong biển và đại dương, nước chiếm 97,5%. Nước vận chuyển trong các quyển, hòa tan và mang theo nhiều các chất dinh dưỡng khoáng và một số chất khác rất cần thiết cho sinh vật.
Nước từ bề mặt đại dương, ao, hồ, nhờ NLMT, bốc hơi vào khí quyển, ở đó hơi nước ngưng tụ rồi rơi xuống bề mặt Trái đất. Nước chu chuyển trên phạm vi toàn cầu, tạo nên các cân bằng nước và tham gia vào sự điều hòa khí hậu. 2. Chu trình cacbon. Protêin, cacbon hydrat và nhiều phân tử chứa cacbon khác rất cần thiết cho cơ thể 2- - sống. Cacbon chứa ở dạng khí CO2 hòa tan như cacbonat (CO 3 ) và bicacbonat(HCO 3) trong đá vôi. Thực vật hấp thụ CO2 trong quá trình quang hợp và chuyển hóa thành những hợp chất hữu cơ trong sinh vật sản xuất. (xem hình 2.5) Khí quyển Động vật Đất Thực vật Đốt nhiên liệu Sinh vật đất Nước Sinh vật nước Đá Trầm tích Hình 2.9: Chu trình dinh dưỡng của Cacbon Bảng 2.6: Cacbon trong sinh quyển (tỷ tấn)(Bolin et al, 1979) - Khí quyển 692 - Nước đại dương 35.000 - Trong trầm tích >10.000.000 - Cơ thể sinh vật 3.432 (đang sống 529 và chết 1840) - Nhiên liệu hóa thạch > 5.000 + Tổng cacbon hữu cơ 8.432 + Tổng cacbon vô cơ 10.035.692 3. Chu trình nitơ. Khí nitơ chiếm 78% thể tích khí quyển mà phần lớn động thực vật không sử dụng - được. Nếu nitơ biến đổi hòa tan trong nước dưới dạng hợp chất chứa NO 3 thì được rễ
- cây hấp thụ như là một phần của chu trình nitơ. Thực vật biến đổi NO 3 thành phân tử chứa nitơ như protein, axit nucleic cần thiết cho sự sống. Khi động vật và thực vật chết, + vi sinh vật phân hủy các phân tử N2 thành khí NH3 và các muối chứa ion NH 4. Khí quyển Nông nghiệp Thực vật và động vật Công nghiệp và giao thông Sinh vật đất Nước Sinh vật nước Đá Trầm tích Hình 2.10: Chu trình dinh dưỡng của Nitơ 4. Chu trình photpho. P là thành phần quan trọng của chất nguyên sinh. Hàm lượng photpho trong cơ thể thường lớn hơn so với môi trường bên ngoài. Vì vậy, photpho trở thành nhân tố sinh thái vừa mang tính giới hạn, vừa mang tính chất điều chỉnh. Trong tự nhiên, photpho có nhiều trong các loại đá, đặc biệt là apatit. Quá trình phong hóa đá và khoáng hóa các hợp chất hữu cơ, photpho được giải phóng ra và tạo thành các muối của axit photphoric được các rễ cây hấp thụ. Một số lớn photpho đi theo chu trình nước vào đại dương và làm giàu cho nước mặn, làm thức ăn cho sinh vật phù du và phân tán vào các chuỗi thức ăn. 2.4.4. Quang hợp và hô hấp Từ khi Trái đất được hình thành thì quá trình tổng hợp và phân hủy các chất bằng con đường hóa học cũng diễn ra, quá trình này gọi là “Vòng tuần hoàn địa chất”. vào thời kỳ tiền Cambri, những sinh vật đơn bào đầu tiên đã xuất hiện và song song với vòng đại tuần hoàn địa chất là sự ra đời của “Vòng tuần hoàn sinh học”. Sinh quyển ra đời và tiến hóa dưới ảnh hưởng của 2 nhóm yếu tố: - Yếu tố bên ngoài: điều kiện MT thay đổi, các biến cố thiên nhiên và biến đổi địa lý.
- Yếu tố bên trong: sự thay đổi của các thành phần sinh vật bên trong các HST. Bằng con đường chọn lọc tự nhiên và đột biến trong điều kiện MT thay đổi, nhiều lòa bị mất đi, nhiều loài lại phát triển. Dần dần thực vật quang hợp xuất hiện, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trên Trái đất về phương diện biến đổi vật chất. Mối quan hệ giữa 2 vòng tuần hoàn trên được minh họa theo hình sau: Dòng đến bức xạ Dòng đi bức xạ sóng ngắn sóng dài Năng lượng mặt trời Mưa Bốc hơi O 2 sinh học Bay hơi CO 2 Năng lượng thải do hô hấp Chất dinh dưỡng và nước Đất Biển - Đá Đại Rửa trôi Nước ngầm Năng lượng địa chất Chuyển vận nước Giới hạn của vòng đại tuần hoàn địa chất Dòng năng lượng Dòng vật chất Giới hạn của vòng tiểu tuần hoàn sinh vật học Hình 2.11: Quan hệ giữa vòng đại tuần hoàn địa chất và vòng tiểu tuần hoàn sinh học Quang hợp và hô hấp là 2 khía cạnh của quá trình chuyển hóa năng lượng bên trong sinh vật và sinh quyển.
Quang hợp là tổ hợp phức tạp các phản ứng khác nhau về bản chất.Trong quá trình này xảy ra sự tái tạo các mối liên kết trong các phần tử CO2 và H2O, từ các mối liên kết cũ kiểu cacbon - oxy và hydro - oxy, xuất hiện một kiểu liên kết hóa học mới cacbon - hydro và cacbon - cacbon ; Kết quả các biến đổi trên, xuất hiện phân tử cacbon nguồn tích lũy năng lượng trong tế bào. Phương trình tổng quát quá trình quang hợp có thể biểu diễn như sau: Ánh sáng Mặt Trời 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6+ 674 kcal/mol Chu trình tuần hoàn năng lượng trong sinh quyển bởi quang hợp và hô hấp được trình bày trong hình sau: Năng lượng ban đầu 1. Phóng xạ 2. Mặt trời 25.1020kcal Quang hợp Tích lũy dạng hóa thạch Oxy hóa các hữu cơ Tạo ra 170 tấn C Than, dầu, khí đốt, Hô hấp, lên men 4000 tỷ tấn hữu cơ than bùn phân hủy 120 tỷ tấn oxy Hình 2.12: Dòng năng lượng trong sinh quyển
Chương 3 . CÁC NGUYÊN LÝ SINH THÁI HỌC ỨNG DỤNG TRONG KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG 3.1. Sự sống và sự tiến hóa của sinh vật Theo các tư liệu khoa học được biết hiện nay, Trái đất là nơi duy nhất có sự sống phát triển cao và con người. Sự hình thành và phát triển sự sống trên Trái đất liên quan chặt chẽ với quá trình hình thành Trái đất nói riêng và toàn bộ Thái Dương hệ và cũng như vũ trụ nói chung. Bảng 3.1, minh họa cho sự sống trên Trái đất Sự sống có 5 đặc thù cơ bản sau: • Khả năng tái sinh - tạo ra các vật thể giống mình • Khả năng trao đổi chất - tiếp nhận, phân giải và tổng hợp vật chất mới và nguồn năng lượng cần thiết cho vật sống • Khả năng tăng trưởng theo thời gian • Khả năng thích nghi để phù hợp với điều kiện MT sống • Sự tiến hóa của các cá thể và quần thể sinh vật. Sự tiến hóa của sinh vật được hình thành theo 2 cơ chế: Biến dị di truyền và chọn lọc tự nhiên. Theo mức độ tiến hóa sinh vật trên Trái đất có thể chia thành 5 giới : - Giới đơn bào(Monera) xuất hiện khoảng 3 tỷ năm trước đây như tảo lam, vi khuẩn. - Giới đơn bào (Protista) như lỵ, amip. - Giới nấm như nấm, men, mốc có chức năng phân hủy xác chết, biến chúng thành chất dinh dưỡng. - Giới thực vật có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ ánh sáng mặt trời và các chất chất vô cơ, tích lũy năng lượng mặt trời. - Giới động vật có chức năng tiêu thụ năng lượng sinh khối và khả năng tự di chuyển trong môi trường.
Bảng 3.1: Sự hình thành và phát triển vật chất và sự sống trên Trái đất Thời điểm Hiện tượng địa chất và sự sống Đặc điểm (cách HT) của giai đoạn triệu năm Khí quyển Thủy quyển Thạch quyển 15.000 - Vụ nổ lớn trong vũ trụ (big bang) Tiến hóa - Hình thành các tinh vân vật lý 4.800 - Hình thành ngân hà 4.600 - Hình thành Thái dương hệ - Hình thành Trái đất - Xuất hiện khí quyển CH4, NH3
4.400 -Hình thành các Tiến hóa sinh đại dương học -Xuất hiện các tế bào sống đơn sơ 3.500 Xuất hiện oxy do quang hợp 2.000 Hình thành khí quyển chứa Quang O2,CO2,N 1.000 Xuất hiện cơ hợp thể sống dạng và đơn bào dinh 600 Xuất hiện các dưỡng đa bào, nhuyễn dùng thể, sâu bọ oxy 450 Xuất hiện & phát triển thực vật cạn 400 Động vật biển 60 Động vật phát triển trên mặt Xuất đất hiện 3,5 Cá voi, cá heo thực vật trở lại đại dương 2,0 -Xuất hiện vượn người -Xuất hiện người nguyên thủy Xuất hiện người 3.2. Cấu trúc sự sống trên Trái đất Các sinh vật trên Trái đất liên quan chặt chẽ với nhau, gắn bó với nhau trong một hệ thống phức tạp và nhiều bậc. Mức độ cao nhất là sinh quyển sinh đới Hệ sinh thái quần xã quần thể sinh vật cá thể sinh vật.
Sinh quyển đuợc chia thành những vùng đặc thù về khí hậu, hệ động thực vật và kiểu đất gọi là sinh đới. Mỗi kiểu sinh đới có diện tích rộng hàng triệu km2. Trên Trái đất có khoảng 12 sinh đới (biom). Không gian của các sinh đới được xác định bởi nhiệt độ, lượng mưa và sự phong phú các loài động thực vật.Trong mỗi sinh đới, tồn tại các hệ sinh thái ổn định tương tác phức tạp với nhau. Đặc điểm chủ yếu của các sinh đới trên Trái đất như sau: • Sinh đới tundra (đồng rêu vùng cực) có các đặc điểm sau: - Phân bố ở vùng cực thuộc Bắc cực và Nam cực - Nhiệt độ sinh đới thường lạnh quanh năm - Thực vật nghèo nàn, gồm rêu, địa y và cây bụi thấp hỗn hợp - Động vật nghèo nàn gồm cáo xanh, hươu, tuần lộc, hươu kéo xe, chim cánh cụt, gấu trắng, chim vãng lai, bò sát và ếch nhái rất hiếm • Sinh đới đỉnh núi cao có đặc điểm sau: - Phân bố trên các đỉnh núi cao, lạnh và áp suất thấp - Thực vật phân bố thành đai thẳng đứng, theo độ cao và hướng về phía ánh sáng mặt trời. - Động vật đa dạng, phân bố theo các đai thảm thực vật và độ cao. Chom thú hiếm gặp, các loài động vật khác rất phong phú, được phân bố theo sự phân bố của thực vật. • Sinh đới rừng có đặc điểm sau: đặc trưng của các sinh đới rừng là cấu trúc phân tầng với ba tầng chính là cây bụi, cây gỗ và cỏ. Độgn vật rất đa dạng, đặc biệt là động vật sống trong đất. Sinh đới rừng có hai kiểu chính là rừng ôn đới và rừng rậm nhiệt đới. - Rừng ôn đới: phân bố ở vùng có khí hậu ôn đới, thực vật khá đa dạng, động vật rừng sinh đới rất đa dạng, gồm các loài thú ăn cỏ, thú ăn thịt, thú sống trên cây, thú gậm nhấm, chim các loại, côn trùng. - Rừng nhiệt đới: phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới, động thực vật rất phong phú và đa dạng, tổng sinh khối rất lớn • Sinh đới thảo nguyên thường phân bố ở vùng có mùa khô kéo dài, lượng mưa nhỏ, thực vật gồm các loài có kích thước bé, động vật chủ yếu là loài ăn cỏ, tổng sinh khối nhỏ. • Sinh đới savan phát triển chủ yếu ở vùng nhiệt đới có lượng mưa nhỏ, thực vật tương đối phong phú, động vật khá phong phú với các loài ăn cỏ và ăn thịt. • Sinh đới sa mạc phát triển và phân bố ở các vùng có khí hậu khô hạn, động thực vật rất nghèo nàn.
• Các sinh đới vùng nước và các sinh đới thủy bao gồm sinh đới thủy vực nước ngọt, thềm lục địa, đáy biển, thường có những đặc trưng riêng, nhân tố sinh thái chủ yếu quyết định đặc điểm của sinh đới là tốc độ dòng chảy, thành phần trầm tích đáy, hàm lượng khí O2 hòa tan, áp suất, hàm lượng chất dinh dưỡng và độ mặn. 3.3. Cơ chế hoạt động của hệ sinh thái HST là hệ thống các quần thể sinh vật và các thành phần của MT sống bao quanh, trong một quan hệ chặt chẽ và tương tác với nhau. Trong HST có 2 loại nhân tố : nhân tố vô sinh và nhân tố hữu sinh . Xét về mặt cấu trúc, HST có 4 thành phần cơ bản: các yếu tố MT, sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ và sinh vật phân hủy. Sinh vật sản xuất là thực vật và các vi khuẩn có khả năng tổng hợp chất dinh dưỡng từ các chất vô cơ và ánh sáng mặt Trời. Sinh vật tiêu thụ lấy chất dinh dưỡng từ sinh vật sản xuất thông qua tiêu hóa thức ăn. Sinh vật tiêu thụ bậc 1 là động vật ăn cỏ; sinh vật tiêu thụ bậc 2 là động vật ăn thịt bậc 1; sinh vật tiêu thụ bậc 3 là động vật ăn thịt bậc 2, Sinh vật phân hủy gồm vi khuẩn và nấm có chức năng phân hủy xác chết và thức ăn thừa, chuyển chúng thành các yếu tố MT. Giữa các thành phần trên luôn có sự trao đổi vật chất, năng lượng và thông tin. Quan hệ dinh dưỡng giữa các thành phần trên trong HST được thực hiện thông qua chuỗi thức ăn.Có 2 chuỗi thức ăn: chuỗi thức ăn thực vật và chuỗi thức ăn phân hủy.Tập hợp các chuỗi thức ăn cùng tồn tại trong một HST tạo thành mạng hoặc lưới thức ăn. HST có khả năng tự duy trì và tự điều chỉnh để giữ nguyên tính ổn định của mình.HST không tĩnh, nhưng luôn luôn duy trì tính ổn định . Chúng duy trì và tự điều chỉnh tính ổn định của mình nhờ 3 cơ chế: điều chỉnh tốc độ dòng năng lượng đi qua hệ; điều chỉnh tốc độ chuyển hóa vật chất ben trong hệ và điều chỉnh bằng tính đa dạng sinh học của hệ. Tốc độ chuyển hóa vật chất bên trong HST được điều chỉnh bằng tốc độ phân hủy xác động thực vật, tốc độ của vòng tuần hoàn sinh địa hóa. Nhờ các cơ chế trên, các HST tự nhiên duy trì tính ổn định trong suốt một quá trình lâu dài trước các thay đổi của MT và tự nhiên. 3.4. Dòng năng lượng và năng suất sinh học của hệ sinh thái 3.4.1. Dòng năng lượng Các HST ở cạn tồn tại và phát triển chủ yếu nhờ nguồn năng lượng vô tận của mặt trời. Sự biến đổi của năng lượng mặt trời thành hóa năng trong quá trình quang hợp là điểm khởi đầu của dòng năng lượng trong các HST. Bức xạ mặt trời gồm gần như toàn bộ các bước sóng ngắn và 98% là các bước sóng từ 0,15-3,0 m. Khi bức xạ mặt trời tới mặt đất, được mặt đất hấp thụ một phần, còn một phần bị phản xạ trở lại khí quyển ở dạng bức xạ sóng ngắn và được định lượng bằng chỉ số Albedo.
Nhiệt năng Nhiệt năng Dòng Sinh vật tiêu Sinh vật sản Mặt trời năng lượng Năng lượng thụ, phân xuất bức xạ Hoá học huỷ Cơ năng Hình 3.1: Dòng năng lượng đi qua HST 3.4.2. Năng suất sinh học của hệ sinh thái Nguồn năng lượng duy trì các hoạt động bình thường của các HST là năng lượng Mặt trời và năng lượng bên trong lòng Trái đất.Sự phân bố năng lượng Mặt Trời tới Trái đất được trình bày ở sơ đồ hình 3.2. Theo sơ đồ này chỉ có một phần rất nhỏ _< 1% năng lượng Mặt trời tạo nên nguồn năng lượng cho sự hoạt động của HST. Phân bố của dòng năng lượng sinh thái trong một bậc của chuỗi thức ăn có dạng hình như sau: ND E P R Hình 3.2: Sơ đồ dòng năng lượng sinh thái trong một bậc thức ăn I - Năng lượng đầu vào ND - Năng lượng không tiêu hóa P - Năng lượng được tiêu hóa R - Năng lượng dùng cho hô hấp E - Năng lượng bị bài tiết G - Năng lượng tăng trưởng I = ND + R + E + G G/I <_ 10% năng lượng đầu vào Theo sơ đồ, dòng năng lượng sinh thái theo chuỗi thức ăn ngày càng bé đi do bị phát tán vào MT xung quanh. Sự thu nhỏ của dòng năng lượng sinh thái theo sự phát triển của chuổi thức ăn, tạo nên tháp sinh thái hoặc tháp năng lượng sinh thái. Mô hình về tháp năng lượng sinh thái có thể lấy theo ví dụ tháp sinh thái của ao, hồ VN của Tác giả Vũ Trung Tạng Cá lớn 4 Kcal/m2/năm 40 Kcal/m2/năm Cá béï 2 Động vật trôi nổi 400 Kcal/m /năm 2 Thực vật trôi nổi 400 Kcal/m /năm
Hình 3.3: Tháp sinh thái của ao hồ Việt Nam Năng suất sinh học của HST là khả năng chuyển hóa năng lượng Mặt trời hoặc năng lượng chứa trong thức ăn ban đầu thành sinh khối. 3.5. Chu trình tuần hoàn sinh địa hóa Dòng năng lượng đi qua HST chỉ theo một chiều, không hoàn nguyên. Ngược lại, vật chất tham gia tạo thành các cơ thể sống luôn vận động, biến đổi trong nhiều chu trình từ các cơ thể sống vào MT vật lý không sống và ngược lại. Chu trình này được gọi là chu trình sinh địa hóa.(xem hình 3.4) Như vậy, chu trình sinh địa hóa là chu trình vận động có tính chất tuần hoàn của vật chất trong sinh quyển từ môi trường bên ngoài chuyển vào trong cơ thể sinh vật, rồi từ cơ thể sinh vật lại chuyển trở lại MT. Ánh sáng Thực vật Xác Môi trường chết đất, nước, Động vật ăn cỏ động không khí thực vật Động vật ăn thịt Sinh vật phân hủy
Hình 3.4: Sơ đồ tổng quát chu trình sinh địa hóa tự nhiên của Trái đất Chu trình tuần hoàn sinh địa hóa là vòng tuần hoàn khép kín về vật chất và vòng tuần hoàn hở về năng lượng, được biểu diễn bằng sơ đồ tổng quát ở hình vẽ trên(hình 3.4) Chu trình sinh địa hóa của các nguyên tố hóa học được chia làm 2 loại: - Chu trình sinh địa hóa chủ yếu : C,P,N,S, nước. - Các chu trình còn lại là chu trình thứ yếu. • Chu trình cacbon. Chu trình cacbon bắt đầu từ phản ứng quang hợp của thực vật, thực hiện dưới tác động của ánh sáng Mặt trời với chất xúc tác là các hạt diệp lục( clorophyll) và kết thúc bằng việc tạo ra các hợp chất hữu cơ theo phản ứng: Ánh sáng Mặt Trời CO2 + H2O C6H12O6 + O2 + Q Clorophyll Trong phản ứng quang hợp trên,Q là năng lượng sơ cấp thô chứa trong sinh khối thực vật, có giá trị bằng 674 kcal/kg, tồn tại dưới dạng năng lượng liên kết H-C-O của cacbuahydro C6H12O6. Cùng với việc tổng hợp C6H12O6, quá trình quang hợp còn tạo ra oxy cần thiết để duy trì sự sống trên Trái đất.(xem hình 3.5) Ánh sáng Môi trường Quang hợp C6H12O6 CO H O, 2, 2 TV khí quyển Động vật ăn cỏ Xác chết Hô hấp động thực Động vật ăn thịt bậc 1 vật Động vật ăn thịt bậc cao Sinh vật phân hủy
Hình 3.5: Chu trình cacbon hữu cơ của Trái Đất Bảng 3.2: Cacbon trong sinh quyển (tỷ tấn)(Bolin et al, 1979) - Khí quyển 692 - Nước đại dương 35.000 -Trong trầm tích >10.000.000 - Cơ thể sinh vật 3.432 (đang sống 529 và chết 2840) - Nhiên liệu hóa thạch >5.000 + Tổng cacbon hữu cơ 8.432 + Tổng cacbon vô cơ 10.035.692 • Chu trình Nitơ Chu trình Nitơ có vai trò quan trọng trong đời sống của Trái đất, vì N là nguyên tố cấu thành nên các prôtit, axit amin, AND,ARN (xem hình 3.6) Động vật Động vật Khí quyển Thực vật Thực vật N 2 Khí quyển Vi khuẩn cố Cây cỏ Bài tiết định đạm Vi khuẩn cố định đạm N2 trong cây họ xác chết đậu NH 3 Phân giải yếm khí N O 2 Ôxy hóa NO Vi khuẩn khử 2 Ôxy hóa NO NO2 3 Vi khuẩn Nitrobacter
Hình 3.6: Chu trình Nitơ tự nhiên trên Trái Đất • Chu trình P Photpho là thành phần quan trọng của chất nguyên sinh. Hàm lượng photpho trong cơ thể thường lớn so với MT bên ngoài. Trong tự nhiên phtopho chứa nhiều trong các loại đá, đặc biệt là apatit. Chu trình P thường bắt đầu từ việc khai thác các muối photpho trong thạch quyển dưới dạng photphat (apatit và photphorit), sau khi tham gia vào sự chuyển hóa trong sinh quyển cuối cùng quay trở về thủy quyển và thạch quyển. • Chu trình nước Chu trình nước bao gồm việc bốc hơi nước từ các đại dương, tạo ra mưa, các dòng chảy mặt, ngầm và kết thúc ở các đại dương. Chu trình nước có vai trò cực kỳ quan trọng trong đời sống của Trái đất ở các khía cạnh: tạo ra nguồn nước ngọt cho động thực vật và con người, thực hiện sự tái phân bố nhiệt độ bề mặt Trái đất, vận động dòng chuyển dịch của không khí và nước trên Trái đất. 3.6. Sự tăng trưởng và tự điều chỉnh của sinh vật Các quần thể sinh vật luôn biến động về số lượng cá thể Gọi N là lượng cá thể của quần thể tại thời điểm t Nn là số lượng cá thể sinh trong khoảng thời gian t Nm là số lượng cá thể chất trong khoảng thời gian t Ta có : dN là tốc độ thay đổi số lượng cá thể đối với một cá thể dt dN là tốc độ thay đổi số lượng cá thể đối với một cá thể N.dt Ba = N n là tỷ lệ sinh tuyệt đối của quần thể t Ba = Nn là tỷ lệ sinh tương đối của quần thể N t
Tương tự ta có : Mn là tỷ lệ chết tuyệt đối, Ms là tỷ lệ chết tương đối của quần thể: Mn = Nm , Ms = Nm t N t 3.7. Tương tác giữa các quần thể sinh vật Tương tác giữa các quần thể sinh vật trong HST về nguyên tắc là tổ hợp tương tác của các cặp quần thể. Xét tương tác giữa 2 quần thể trên một ma trận tương tác, có thể đưa ra 8 loại quan hệ tương tác sau: Bảng 3.3 : Ma trận tương tác giữa 2 quần thể sinh vật Tác động của quần Tác 1 đến quần động của thể 2 0 + quần thể 2 đến quần thể 1 0 Trung lập Lợi một bên Hạn chế + Lợi một bên Cộng sinh Thú dữ-con mồi Hạn chế Ký sinh Cạnh tranh Dấu ký hiệu 0: không có dấu hiệu tác động tới sự tăng trưởng + : tác động tích cực tới sự tăng trưởng : tác động tiêu cực tới sự tăng trưởng Quan hệ trung lập : xác lập mối quan hệ của các loài sinh vật sống bên cạnh nhau, nhưng loài này không làm lợi hoặc gây hại cho sự phát triển số lượng loài kia. Quan hệ lợi một bên : hai loài sinh vật sống chung trên 1 địa bàn, loài thứ nhất lợi dụng điều kiện do loài thứ hai đem lại nhưng không gây hại cho loài thứ nhất. Quan hệ ký sinh: quan hệ của loài sinh vật sống dựa vào cơ thể sinh vật chủ với vật chủ, có thể gây hại và giết chết vật chủ như giun, sán trong cơ thể động vật và người Quan hệ thú dữ con mồi : quan hệ giữa một loài là thú ăn thịt và loài kia là con mồi của nó, như giữa sư tử, hổ và các loài động vật ăn cỏ sống trên đồng cỏ Quan hệ cộng sinh : quan hệ của 2 loài sinh vật sống dựa vào nhau, loài này đem lại lợi ích cho loài kia và ngược lại. Ví dụ tảo và địa y,
Quan hệ cạnh tranh: quan hệ giữa 2 hay nhiều loài sinh vật, cạnh tranh với nhau về nguồn thức ăn và không gian sống. Sự cạnh tranh mạnh mẽ của chúng có thể dẫn tới việc loài này tiêu diệt loài kia Quan hệ hạn chế: quan hệ giữa 2 loài sinh vật, loài thứ nhất đem lại lợi ích cho loài kia và loài thứ hai khi phát triển lại hạn chế sự phát triển của loài thứ nhất. 3.8. Sự phát triển và tiến hóa của hệ sinh thái Sự phát triển của các quá trình tự nhiên thông thường được xem xét theo nguyên lý nhiệt động 2. Trong các hệ tự nhiên, các quá trình tự diễn biến là quá trình tăng entropia (ds ≥ 0), hay nói cách khác là quá trình tăng trạng thái vô trật tự, phân bố đều năng lượng và vật chất, ngược lại với quá trình trật tự hóa và hình thành các cấu trúc trật tự ( ds 1 và P/B >0. • Tác động vào sự cân bằng của các chu trình sinh địa hóa tự nhiên
Con người sử dụng năng lượng hóa thạch, tạo thêm một lượng lớn khí CO2, SO2, Thí dụ , mỗi năm con người tạo thêm 550 tỷ tấn CO2 do đốt các loại nhiên liệu hóa thạch. Nguồn chất thải bổ sung vào khí quyển trên đang làm thay đổi cân bằng sinh thái tự nhiên của Trái đất , dẫn tới việc thay đổi chất lượng và quan hệ của các thành phần MT tự nhiên. Thay đổi và cải tạo các HST tự nhiên. - Chuyển đất rừng thành đất nông nghiệp làm mất đi nhiều loài động thực vật quý hiếm, tăng xói mòn đất, thay đổi khả năng điều hòa nước và biến đổi khí hậu, - Cải tạo đầm lầy thành đất canh tác, làm mất đi các vùng đất ngập nước có tầm quan trọng đối với MT sống của nhiều loài sinh vật và con người - Chuyển đất rừng, đất nông nghiệp thành các khu công nghiệp, khu đô thị, tạo nên sự mất cân bằng sinh thái khu vực và ô nhiễm cục bộ - Gây ô nhiễm MT ở nhiều dạng hoạt động kinh tế xã hội khác nhau • Tác động vào cân bằng sinh thái Tác động của con người vào cân bằng sinh thái thể hiện trong một số thí dụ như sau: - Săn bắn quá mức, đánh bắt quá mức, gây ra sự suy giảm thậm chí làm biến mất một số loài và gia tăng sự mất cân bằng sinh thái - Săn bắt các loài động vật quý hiếm như : hổ, tê giác, voi, có thể dẫn đến sự tiệt chủng nhiều loại động vật quý hiếm - Chặt phá rừng tự nhiên lấy gỗ, làm mất nơi cư trú của động thực vật - Lai tạo các loài sinh vật mới làm thay đổi cân bằng sinh thái tự nhiên - Đưa vào các HST tự nhiên các hợp chất nhân tạo mà sinh vật không có khả năng phân hủy • Các biện pháp hạn chế tác động tiêu cực của con người. - Đầu tư nghiên cứu và đánh giá đầy đủ các đặc điểm của HST - Điều tra và đánh giá điều kiện tự nhiên, hiện trạng và xu hướng phát triển KTXH của khu vực - Xây dựng mô hình phát triển dựa trên việc bảo vệ và phát triển hợp lý 4 loại HST (HST bảo vệ, HST sản xuất, HST đô thị và KCN, HST phụ trợ) - Xây dựng các chiến lược, chính sách, kế hoạch và các biện pháp quản lý và BVMT quốc tế, quốc gia khu vực và vùng lãnh thổ thực hiện mục tiêu PTBV
Chương 4 . TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN 4.1. Đặc điểm chung và phân loại tài nguyên 4.1.1. Khái niệm về tài nguyên. Nhiều ngưới cho rằng, tài nguyên bao gồm tất cả các nguồn nguyên liệu, năng lượng, thông tin có trên Trái đất và trong không gian vũ trụ liên quan mà con ngưới có thể sử dụng được để phục vụ cho cuộc sống và sự phát triển của mình. Ngưới ta có thể phân loại tài nguyên thiên nhiên gắn liền với các nhân tố thiên nhiên và tài nguyên nhân văn gắn liền với các nhân tố hoạt động của con ngưới và xã hội. Trong thực tế sử dụng tài nguyên còn được phân theo các dạng của nó như tài nguyên đất, tài nguyên khí hậu, tài nguyên sinh vật, tài nguyên nước, tài nguyên lao động, tài nguyên thông tin, tài nguyên trí tuệ Dựa vào khả năng tái tạo, tài nguyên được phân thành tài nguyên tái tạo được và tài nguyên không tái tạo được. Tài nguyên tái tạo được là những tài nguyên dựa vào năng lượng được cung cấp hầu như liên tục và vô tận từ vũ trụ vào Trái đất, dựa vào trật tự thiên nhiên, nguồn thông tin vật lý và sinh học đã hình thành và tiếp tục tồn tại, sinh sôi; chỉ mất đi khi không còn nguồn năng lượng và thông tin nói trên. Tài nguyên tái tạo được cũng có thể định nghĩa một cách đơn giản hơn, đó là các tài nguyên có thể tự duy trì hoặc tự bổ sung một cách liên tục nếu được quản lý một cách khôn ngoan (Jorgensen S.E, 1981). Nước, giờ, tài nguyên sinh vật là những tài nguyên tái tạo được. Tài nguyên không tái tạo được tồn tại một cách hữu hạn sẽ mất đi hoặc hoàn toàn bị biến đổi, không còn giữ được tính chất ban đầu sau quá trình sử dụng. Các khoáng sản, nhiên liệu, các thông tin di truyền bị mai một không giữ lại được cho đời sau là những tài nguyên không tái tạo được. Trên lý thuyết thì với thời gian hàng triệu năm các tài nguyên này cũng có khả năng được tái tạo một cách tự nhiên, nhưng xét theo tuổi thọ của con ngưới hiện nay thì phải xem là không tái tạo được. Như vậy, dưới sự phát triển mạnh mẽ như vũ bão của công cuộc cách mạng khoa học và công nghệ, khái niệm tài nguyên được mở rộng ra nhiều lĩnh vực hoạt động của con ngưới. Vậy tài nguyên bao gồm tất cả các nguồn nguyên liệu, nhiên liệu, năng lượng, thông tin, có trên Trái đất và trong không gian vũ trụ mà con người có thể sử dụng cho mục đích tồn tại và phát triển của mình. Dưới đây sẽ trình bày sơ đồ phân loại tài nguyên như sau:
TÀI NGUYÊN Tài nguyên thiên nhiên Tài nguyên xã hội Tài nguyên quy mô - Di sản văn hoá Tài nguyên Tài nguyên hành tinh: không - Cơ sở pháp luật xã tái tạo không tái tạo khí nước hội, làng xóm, nhà nước Nước Khoáng Gien di Sinh vật Đất Năng lượng Hình 4.1: Sơ đồ phânngọt loại tài nguyên sản truyền tái sinh (gió , thuỷ triều, khí hậu 4.1.2. Khái niệm về tài nguyên thiên nhiên. Tài nguyên thiên nhiên là nguồn của cải vật chất nguyên khai được hình thành và tồn tại trong tự nhiên mà con người có thể sử dụng để đáp ứng các nhu cầu trong cuộc sống. Mỗi loại tài nguyên có đặc điểm riêng, nhưng có 2 thuộc tính chung : • Tài nguyên phân bố không đồng đều giữa các vùng trên Trái đất và trên cùng một lãnh thổ có thể tồn tại nhiều loại tài nguyên, tạo ra sự ưu đãi của tự nhiên với từng vùng lãnh thổ, từng Quốc gia. • Đại bộ phận các nguồn tài nguyên thiên nhiên có giá trị kinh tế cao được hình thành qua quá trình lâu dài của tự nhiên và lịch sử. 4.1.3. Con người với tài nguyên và môi trường. Con người khi sinh ra là có nhu cầu về tiêu thụ tài nguyên, tuy nhiên dân số ngày càng tăng và chất lượng cuộc sống con người luôn cải thiện, do đó, các công cụ và
phương thức sản xuất được cải tiến để khai thác và sử dụng TNTN được nhiều hơn tất yếu dẫn đến suy thoái MT lớn hơn. Giữa con người, tài nguyên và môi trường có mối quan hệ với nhau theo hình sau Nhu cầu tiêu dùng và phát triển Công cụ và phương thức Con Sinh thái và sản xuất người môi trường Tài nguyên thiên nhiên Hình 4.2: Mối quan hệ giữa con người, TNTN và MT 4.2. Tài nguyên đất Con người được sinh ra trên mặt đất , sống và lớn lên nhờ vào đất và khi chết lại trở về với đất . Tuy nhiên không ít người có thái độ thờ ơ với thiên nhiên nên không biết đất là gì, đất sinh ra từ đâu, đất quý giá thế nào và vì sao chúng ta cần bảo vệ nguồn tài nguyên đất. Cho đến nay có rất nhiều định nghĩa khác nhau về đất. Vào1897, nhà thổ nhưỡng học người Nga Docutraep định nghĩa: “ Đất là một vật thể tự nhiên, cấu tạo độc lập, lâu đời do kết quả của quá trình hoạt động tổng hợp của 5 yếu tố hình thành đất gồm có : đá địa hình, khí hậu, nước, sinh vật và thời gian “. Đây là định nghĩa đầu tiên khá hoàn chỉnh về đất. Sau này một số nhà nghiên cứu cho rằng cần bổ sung thêm nột số yếu tố khác, đặc biệt là vai trò của con người, chính con người khi tác động vào đất đã làm thay đổi khá nhiều khi đã tạo ra hẳn một loại đất mới chưa hề có trong tự nhiên, đó là đất lúa nước . Nếu biểu thị định nghĩa trên dưới dạng một công thức toán học thì ta có thể coi đất là hàm của một số yếu tố hình thành đất theo thời gian: Đ = f ( Đa , Đh, Kh, N, SV, CN) t Trong đó : Đ : đất Đa : đá Đh : địa hình Kh : khí hậu N : nước
SV : sinh vật CN : hoạt động của con người t : thời gian Thành phần cấu tạo của đất gồm: các hạt khoáng 40%, hợp chất humic 5%, không khí 20% và nước 35%. Thành phần hóa học trung bình của đất được thể hiện trong bảng 4.1. Bảng 4.1: Hàm lượng trung bình của các nguyên tố hóa học trong đá và đất tính theo % trọng lượng ( Nguồn Vinograđôp, 1950) Nguyên tố Đá Đất O 47,2 49,0 Si 27,6 33,0 Al 8,8 7,13 Fe 5,1 3,8 Ca 3,6 1,37 Na 2,64 0,63 K 2,6 1,36 Mg 2,1 0,46 Ti 0,6 0,46 H 0,15 - C 0,10 2,0 S 0,09 0,08 P 0,08 0,09 N 0,00 0,10 [Nguồn: 10] DT đất toàn cầu và quy mô sử dụng đất trên Trái đất như bảng 4.2 và 4.3 Bảng 4.2: Diện tích và sử dụng đất trên Trái đất TT Hệ sinh thái Diện tích ( x 106 km2) 1 Rừng mưa nhiệt đới 7,11 2 Rừng nhiệt đới theo mùa 7,105
3 Rừng thường xanh vùng khí hậu ôn hòa 7,306 4 Rừng rụng lá vùng khí hậu ôn hòa 6,834 5 Rừng Taiga 7,013 6 Rừng cây gỗ, cây bụi 7,173 7 Savan 10,695 8 Đồng cỏ nhiệt đới 2,115 9 Đồng cỏ vùng khí hậu ôn hòa 10,467 10 Sa mạc, bán sa mạc 12,001 11 Sa mạc khắc nghiệt 12,575 12 Đất canh tác 15,776 13 Đất lúa 1,45 14 Đầm lầy, đầm phá 2,101 15 Tundra 6,947 16 Pha tạp 15,210 Tổng số 130.428 Nguồn : Bouwman,1988 Bảng 4.3: Tỷ lệ % diện tích các loại đất trên thế giới (FAO,1990) Loại đất Tỷ lệ% - Tuyết, băng, hồ 11,5 - Đất hoang mạc 8,7 - Đất núi 16,3 - Đất đài nguyên 4,0 - Đất podzon 9,2 - Đất nâu rừng 3,5 - Đất đỏ 17,1 - Đất đen 5,2 - Đất màu hạt dẻ 8,9 - Đất xám 9,4 - Đất phù sa 3,9 - Các loại đất khác 3,2 Qua bảng trên cho thấy, những loại đất quá xấu (4 loại đầu) chiếm tới 40,5%. Hiện trạng sử dụng đất của thế giới theo FAO như sau: - 20% diện tích đất ở vùng quá lạnh, không sản xuất được - 20% diện tích đất ở vùng quá khô, hoang mạc cũng không sản xuất được - 20% diện tích đất ở vùng quá dốc không canh tác nông nghiệp được - 20% diện tích đất đang làm đồng cỏ - 10% diện tích đất ở vùng có tầng đất mỏng (núi đá, đất bị xói mòn mạnh) - 10% diện tích đang trồng trọt
Tài nguyên đất thế giới như sau: Tổng diện tích : 14.777 triệu ha; Đất đóng băng : 1.527 triệu ha; Đất không phủ băng : 13.251 triệu ha. Trong đó : 12 % DT đất canh tác, 24% DT đất đồng cỏ, 32% DT đất rừng và 32% DT đất cư trú, đầm lầy. DT đất có khả năng canh tác là 3.200 triệu ha, hiện mới khai thác 1.500 triệu ha. Hiện nay tài nguyên đất thế giới đang bị suy thoái nghiêm trọng do xói mòn, rửa trôi, bạc màu, nhiễm mặn, nhiễm phèn và ô nhiễm đất, biến đổi khí hậu. Trong đó, 10% đất có tiềm năng nông nghiệp đang bị sa mạc hóa. Bảng 4.4: Tỷ lệ % của các yếu tố đóng góp vào việc làm suy thoái đất trên TG Những nguyên Châu Bắc Trung Nam Châu Châu Châu Toàn nhân gây thoái Âu Mỹ Mỹ Mỹ Phi Á Đại Thế Dương hóa đất giơí - Do mất rừng 39 4 22 41 14 40 12 30 - Do khai thác - - 18 5 13 7 - 7 rừng quá mức - Do gặm cỏ quá 23 30 15 28 49 26 80 34 mức - Do hoạt động 29 66 45 26 24 27 8 28 nông nghiệp - Do hoạt động 9 - - - - - - - công nghiệp Nguồn : Viện Tài nguyên thế giới, 1995 Bảng 4.5: Sự suy giảm diện tích đất bình quân đầu người ở Việt Nam Năm Dân số ( tr người) Diện tích đất NN (tr.ha ) Bình quân/ng ( ha/ng ) 1940 20,2 5,2 0,26 1955 25,1 4,7 0,19 1975 47,6 5,6 0,12 1980 53,7 7,0 0,13 1985 59,7 6,8 0,11 1990 65,7 7,1 0,105
1995 74,0 7,0 0,095 Nguồn : Lê Thạc Cán Bảng 4.6: Hiện trạng sử dụng đất đến hết năm 1998 Vùng Đất đang sử dụng Đất chưa sử dụng Diện tích % so với % so với Diện tích % so với % so với (ha) đất tự đất đang (ha) đất tự đất đang sử nhiên của sử dụng nhiên của dụng của vùng của cả vùng cả nước nước Toàn 22.226.830 68,83 100,0 10.667.577 33,04 48 quốc Trung du 5.017.720 48,62 22,58 5.301.838 51,38 23,85 MNPB Đồng bằng 1.076.464 85,01 4,84 198.790 15,00 0,85 BB Khu IV cũ 3.069.138 59,82 13,81 2.061.316 40,18 9,27 DHMT 2.923.147 66,11 13,15 1.498.563 33,89 6,74 Tây 4.437.714 81,57 19,97 1.002.908 18,43 4,51 Nguyên ĐNB 2.174.720 92,49 9,87 176.666 7,51 0,80 ĐBSCL 3.528.818 88,99 15,88 436.496 11,69 1,96 Nguồn : Tổng cục Địa chính, 1999 4.3. Tài nguyên rừng 4.3.1. Khái niệm. Rừng là thành phần quan trọng nhất của sinh quyển và có ý nghĩa lớn trong sự phát triển KTXH, sinh thái và MT. Theo quan điểm học thuyết sinh thái học, rừng được xem là HST điển hình trong sinh quyển (Tenslay,1935; Vili, 1957; Odum, 1966). Rừng là sự thống nhất trong mối quan hệ biện chứng giữa sinh vật - trong đó thực vật với các loại cây gỗ giữ vai trò chủ đạo, đất và môi trường. Việc hình thành các kiểu rừng có liên quan chặt chẽ giữa sự hình thành các thảm thực vật tự nhiên với vùng địa lý và điều kiện khí hậu. Sự phân bố của thảm thực vật rừng là sự đồng nhất tương đối về địa lý, sinh thái và được hiểu như là một đơn vị địa lý thực vật độc lập, chúng kết hợp với nhau theo vĩ độ và theo độ cao thành nhũng đai rừng lớn trên Trái đất.