MỞ ĐẦU
Chuyên
đề mối quan hệ giữa các quyển thạch quyển và khí quyển được thực hiện dựa trên
những tài liệu tham khảo và nguồn internet nhằm cập nhập về một lĩnh vực của
khoa học Trái Đất. Hàng ngày chúng ta sống trong môi trường , chịu những tác động
vô hình hay hữu hình của các quyển nhưng chúng ta không hề hay biết. Đặc biệt
là các tác động qua lại giữa thạch quyển và khí quyển. Ngoài ra bài tiểu luận
còn giúp các bạn sinh viên xác định rõ các
khái niệm cơ bản về Khoa học Trái đất, đối tượng và phương pháp nghiên cứu cũng như các ứng dụng của Khoa học
Trái đất. Mô tả về vị trí của Trái đất trong Hệ Mặt trời, hình dạng, các tính
chất vật lý - hóa học, cấu tạo, nguồn gốc và tuổi của Trái đất.Trình bày về
thành phần, tính chất các hợp phần của Trái đất và giải thích các hiện tượng tự
nhiên xảy ra trong các quyển cũng như các quy luật tương tác giữa các quyển của
Trái đất. Áp dụng kiến thức để hiểu về tương tác giữa hoạt động của con người
và các quá trình động lực đang diễn ra trên Trái đất. Ứng dụng các kiến thức này để hỗ trợ nhằm đạt
hiệu quả cao trong học tập và nghiên cứu chuyên môn chính.
Xuất phát từ những lý do trên nhóm đã lựa chọn chủ đề tiểu
luận : “ Mối quan hệ giữa các quyển thạch
quyển và khí quyển” từ đó có thể chứng
minh và giải thích các hiện tượng đã, đang sẽ sảy ra giữa hai quyển này tương
tác lẫn nhau và nó có tác động như thế nào đến Trái Đất.
1.1. Giới thiệu
về khoa học Trái Đất
1.1.1. Lịch sử hình thành
Các nhà khoa học Trái Đất chuyên nghiên cứu các dự án khoa học
liên quan đến Trái Đất với mục đích cơ bản
nhằm hiểu được sự tồn tại của thế giới xung quanh. Gần đây ngành Khoa học Trái
đất đã có một chỗ đứng quan trọng trong giáo dục. Ngành học này ra đời vào những
thập niên 50 và 60, khi các trường học tại New York và liên bang Pensylvania
quyết định tổ chức các lớp học Khoa học Trái đất, bao gồm các môn Khí tượng học,
Khoa học không gian, Khoa học địa chất và Địa lý. Trong những năm qua, việc
nghiên cứu của ngành Khoa học Trái đất đã trở nên phổ biến trong cộng đồng sinh
viên và ngày càng cần thiết hơn. Chính tình hình suy kiệt các nguồn tài nguyên
thiên nhiên trên thế giới đã khiến ngành học này càng trở nên cấp thiết hơn bao
giờ hết.
1.1.2. Khái niệm
Khoa học Trái Đất hay Các Khoa học về Trái Đất (tên tiếng
Anh là “Geosciences” hay “Earth Sciences”) là ngành khoa học đa lĩnh vực bao gồm
tất cả các khoa học liên quan đến hành tinh Trái Đất. Đối tượng của Khoa học
Trái Đất bao gồm địa quyển (trên mặt đất và sâu trong lòng đất, đồng thời được
chọn làm trọng tâm), khí quyển, sinh quyển, thủy quyển và mối tương tác với quyển
nhân sinh. Các môn khoa học cơ bản như Vật Lý, Toán Học, Hóa Học và Sinh Học và
Tin học… được tích hợp trong nghiên cứu Khoa Học Trái Đất nhằm xây dựng một sự
hiểu biết định lượng về các yếu tố chính (hay còn gọi là quyển) của Trái Đất và
sự tương tác giữa chúng.
1.1.3.
Vị trí của ngành khoa học Trái Đát so với
các ngành khoa học khác
Một
số ngành thuộc Khoa Học Trái Đất được đầu tư và khuyến khích phát tiển tương đối
cao như các ngành thăm dò và khai thác khoáng sản, dầu khí, ngành công nghệ môi
trường...
Đối với các nước
luôn bị đe dọa bởi thiên tai như Nhật Bản, Hoa Kỳ thì việc đầu tư cho ngành
Khoa học Trái đất được đưa lên rất cao vì ứng dụng thực tiễn của nó trong việc
dự báo, phòng chống và giảm thiểu thiên tai như động đất, núi lửa, bão lụt,
sóng thần...
Tại Việt Nam, ứng
dụng của Khoa học Trái Đất vào thăm dò dầu khí và khoáng sản đang được đặt lên
hàng đầu, tiếp sau đó là các ứng dụng trong việc dự báo bão lụt, hạn hán và một
số các ứng dụng quan trọng khác trong việc sử dụng và qui hoạch đất đai trong
nông nghiệp... Ở Việt nam, các nhà nghiên cứu Khoa Học Trái Đất có thể làm các
công việc nghiên cứu lý thuyết đến áp dụng thực tiễn ví dụ như nghiên cứu lịch
sử phát triển của một vùng đất, khai thác thăm dò tài nguyên, dự báo về những
thay đổi của tự nhiên trong tương lai hay có thể tham gia vào các hoạt động quản
lí và hoạch định chính sách đất đai. Đặc biệt là khả năng hợp tác cùng nghiên cứu
với các nhà nghiên cứu Khoa học Trái đất trên toàn thế giới đã giúp cho các nhà
nghiên cứu Khoa Học Trái Đất ở Việt Nam có nhiều cơ hội làm việc và cộng tác
hơn. Trong thời điểm đang thực thi công nghiệp hóa hiện đại hóa gắn liền với
phát triển bền vững , thì việc sử dụng chất xám của các nhà nghiên cứu Khoa học
trái đất đang rất cần thiết để phát triển và xây dựng đất nước.
1.1.4. Các ngành khoa học thuộc KHTĐ
Các ngành khoa học
trái đất rất đa dạng, về mặt lý thuyết lẫn ứng dụng nhằm xây dựng một sự hiểu
biết định lượng về các yếu tố chính (hay còn gọi là các quyển) của Trái Đất và
sự tương tác giữa chúng.
Khí quyển học: Khí quyển học là ngành khoa học
nghiên cứu về thành phần, cấu trúc và hành vi của khí quyển, hỗn hợp dạng khí
xung quanh Trái Đất và chịu sức hút của Trái Đất, các quá trình vận động của
khí quyển cũng như tương tác qua lại của khí quyển và các quyển khác như địa
quyển, thủy quyển…
Địa chất học: Địa
chất học là khoa học nghiên cứu hành tinh Trái Đất, các thành phần vật chất cấu
tạo nên nó, các quá trình hình thành, biến đổi của các vật chất trong đó: đá,
khoáng vật, sông suối, thung lũng, núi, khí hậu, sự sống... dưới góc độ các quá
trình biến đổi vật lý, hóa học, sinh học. Đồng thời, Địa chất học nghiên cứu lịch
sử phát triển của Trái Đất.
Môi trường học: Là ngành khoa học nghiên cứu
các yếu tố xung quanh một thành phần cụ thể của Trái Đất và mối tương tác, ảnh
hưởng qua lại (tất cả các thành phần xung quanh vật thể đó) thông thường đề cập
đến phần vỏ trên cùng của Trái Đất, nơi chịu tác động mạnh nhất từ con người.
Địa vật lý: Địa vật lý là phương pháp nghiên cứu
gián tiếp vô cùng hiệu quả cấu trúc sâu lẫn nông của Trái Đất thông qua các
phép đo đạc vật lý và các mô hình toán học để khám phá và minh giải cấu trúc và
động lực của Quả Đất rắn cùng với lớp vỏ lưu quyển bao quanh nó..
Địa Lý: Địa lý học là khoa học nghiên cứu tất
cả các yếu tố bề mặt Trái Đất bao gồm các yếu tố tự nhiên và cả các yếu tố xã hội:
sự tập trung và phân dị của các diện tích bề mặt; ảnh hưởng qua lại của các yếu
tố nhân sinh đối với môi trường... Khoa học Địa lý tự nhiên và khoa học Địa chất
cùng nghiên cứu về Trái Đất. Tuy nhiên, Khoa học Địa lý đề cập chủ yếu đến các
yếu tố hình học của bề mặt Trái Đất trong khi Khoa Học Địa chất quan tâm nhiều
hơn đến thành phần vật chất.
Hải dương học: Là môn khoa học nghiên cứu về động
lực các dòng biển, sóng biển, mối tương tác giữa biển và các lục địa, hệ sinh
thái biển…. Nghiên cứu sự liên quan mật thiết giữa sự vận động của các đại
dương với sự thay đổi khí hậu toàn cầu.
1.1.5. Ứng dụng của KHTĐ
Sử dụng tài
nguyên: Đánh giá, khai thác và giữ gìn các nguồn tài nguyên: đánh giá trữ lượng,
chất lượng và khai thác khoáng sản, bảo vệ nguồn tài nguyên nước sạch, phát triển
du lịch sinh thái, sử dụng tài nguyên trong các lĩnh vực công nghệ… Phát triển
bền vững: Đánh giá, quản lý, quy hoạch và đưa ra các giải pháp phát triển bền vững:
các vấn đề về môi trường, quy hoạch đô thị và nông thôn, xây dựng các công
trình nhân sinh... Hạn chế rủi ro: Dự báo, đánh giá các hiểm họa thiên nhiên: động
đất, núi lửa, bão lụt… cũng như những rủi ro do hậu quả của hành vi nhân sinh:
ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí... Và nâng cao sự hiểu biết của chúng
ta về Trái Đất
1.1.6. Một số thành tựu đạt được
Vẽ lại bức tranh
thế giới cổ đại: Khoa Học Trái Đất mô tả quá trình hình thành và vận động của vỏ
trái đất từ cách đây 4-5 tỉ năm cho đến cấu tạo bình ổn hiện nay chứng minh sự
hội tụ và di chuyển các mảng thạch quyển là nguyên nhân dẫn đến quá trình hình
thành các hoạt động tạo núi, tạo sông, phát sinh núi lửa, động đất… Thế giới cổ
đại đã từng có những loài sinh vật nào từng tồn tại - các nhà Cổ sinh vật học
đã, đang và sẽ trả lời qua việc nghiên cứu các hóa thạch (hóa đá của các sinh vật).
Các nền văn minh của con người đều phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, điều kiện
sinh thái mà phát triển hoặc suy thoái, vì vậy, các kết quả nghiên cứu cổ sinh
thái khí hậu đã làm sáng tỏ bức tranh tiến hóa của con người.
Nghiên cứu & Dự
báo sự biến đổi của khí hậu: Biến đổi khí hậu, sự ấm dần lên của Trái Đất và ô
nhiễm môi trường đang là những chủ đề thu hút sự quan tâm của toàn nhân loại.
Các nhà khoa học Trái Đất đang nỗ lực để tìm ra nguyên nhân và biện pháp khắc
phục, dự báo xu thế biến đối để giúp con người kịp thời ứng phó với biến đổi khắc
nghiệt của thiên nhiên.
Nghiên cứu và dự
báo thiên tai: Việc lắp đặt và phân tích các thông tin thu nhận từ hàng trăm trạm
địa chấn đặt khắp nơi trên thế giới đã giúp con người ngày càng hiểu rõ hơn về
nguyên nhân của những thiên tai khủng khiếp như động đất, núi lửa và sóng thần.
Kết hợp với việc phân tích các dữ liệu từ các nguồn đo đạc và quan trắc Trái Đất
khác như GPS (hệ thống định vị toàn cầu), địa hóa... con người đang cố gắng
tăng dần khả năng dự đoán chính xác thiên tai, từ đó đưa ra các biện pháp dự
phòng thích hợp để hạn chế đến mức tối đa thiệt hại về người và của. Thăm dò
tài nguyên & khoáng sản: Các chuyên ngành KHTĐ như địa vật lý, địa hóa và địa
chất được sử dụng rất rộng rãi trong việc thăm dò tài nguyên và khoáng sản. Các
phương pháp địa vật lý như địa chấn khúc xạ và phản xạ, các phương pháp từ và
trọng lực... là công cụ đắc lực giúp con người tìm ra các nguồn nguyên liệu cơ
bản như dầu khí, than đá, các khoáng sản như vàng, đồng, đá quý... trên đất liền
cũng như ngoài khơi.
Khảo
sát, quy hoạch công trình, du lịch sinh thái: Tại mọi nơi từ đồi núi, đồng bằng
hay trên biển, đại dương, mọi hoạt động của con người đều dựa trên nền tảng hạ
tầng cơ sở. Hơn ai hết những người nghiên cứu, làm việc trong các ngành Khoa học
Trái Đất hiểu rõ tính chất và đặc điểm của môi trường để từ đó vạch ra được những
kế hoạch phát triển mang tính khoa học và bền vững. Từ việc xây dựng các công
trình nhà ở, nhà máy, thủy điện, đê sông, đê biển, hải cảng, bến tàu, giàn
khoan dầu, ống dẫn dưới lòng biển…, đến việc quy hoạch vùng khai thác nước ngọt,
khai thác thủy sản, vùng du lịch và bảo tồn sinh thái …
GIS: Hệ thống
thông tin địa lý (Geographic Information System, viết tắt là GIS) sử dụng các ứng
dụng của tin học để tích hợp, phân tích, minh họa dữ liệu; nhận dạng mối quan hệ,
mô hình, xu hướng và tìm ra các giải pháp giải quyết một vấn đề nào đó. Hệ thống
GIS được thiết kế nhằm nhập dữ liệu, cất giữ, cập nhật, quản lý, tính toán,
phân tích và hiển thị kết quả ở dạng địa lý hay là các bản đồ kết quả. Viễn
Thám: Công nghệ Viễn thám (Remote Sensing RS) giúp thu thập và phân tích các
thông tin về môi trường và bề mặt Trái Đất thông qua các ảnh số thu thập được từ
các vệ tinh, máy bay, các cảm biến mặt đất. Dữ liệu thu thập được từ các thiết
bị trên thường được lưu trữ dưới dạng số, hoặc thể hiện năng lượng bức xạ hoặc
phản xạ của vật thể trên bề mặt Trái Đất hoặc năng lượng bức xạ hoặc phản xạ của
tầng khí quyển; hoặc thể hiện tín hiệu được truyền từ vệ tinh sau đó phản xạ lại.
1.2. Vai trò của khoa học
Trái Đất
Môn học sẽ cung cấp những kiến thức tổng
quát nhất về Trái Đất, bao gồm những đặc điểm chung, các quy luật vận động và
phân hóa tự nhiên trên Trái đất, lịch sử hình thành và phát triển sự sống, đặc
biệt là con người, tác động của con người đến Trái đất, góp phần nâng cao nhận
thức về bảo vệ môi trường. Người học sẽ được lĩnh hội những kiến thức cơ bản về
vị trí của Trái đất trong không gian, cấu trúc và đặc điểm của các quyển trên
trái đất: thạch quyển, thủy quyển, khí quyển, thổ quyển và sinh quyển, cũng như
các quy luật vận động của các quyển trên và hệ quả của chúng là sự phân đới tự
nhiên trên Trái đất. Người học cũng được trang bị kiến thức về lịch sử hình
thành và phát triển sự sống cũng như tác động của con người lên Trái đất và môi
trường sống, những vấn đề mới nhất về biến đổi khí hậu, các tai biến thiên
nhiên và các giải pháp ứng phó, thích ứng.
2.1. Phương pháp
thu thập tài liệu
Thu thập số liệu là một việc quan trọng
với mục đích để làm cơ sở lý luận khoa học hay luận cứ chứng minh giả thuyết,
hay các vấn đề mà nghiên cứu đã đặt ra. Phương pháp này dựa trên nguồn thông
tin thhu thập được từ những tài liệu tham khảo có sẵn để xây dựng coq sở luận cứ
cứ để chứng minh giả thuyết.
Tìm kiếm các tài liệu liên quan nhất
tới nội dụng bài tiểu luận , đưa ra chứng cứ, lý lẽ thuyết phục và đáng tin cậy.
Thu thập tài liệu tổng hợp về Khoa học
Trái Đất, Thạch Quyển và Khí Quyển qua các tài liệu:
- Giáo trình Khoa Học Trái Đất (Lưu Đức
Hải –Trần Nghi)
- Giáo trình cơ sở địa lý tự nhiên
(Nguyễn Vi Dân)
- Giáo trình Khoa học môi trường (Lê
Văn Khoa)
2.2. Phương pháp
điều tra phỏng vấn
Đây
là phương pháp điều tra thực tế tại khu vực nghiên cứu sử dụng phiếu điều tra
các sinh viên các lớp ĐH5QM qua đó tiếp nhận , khai thác thông tin cần thiết phục
vụ cho đề tài tiểu luận. Là một loạt các câu hỏi mà người nghiên cứu đưa ra để phỏng
vấn người trả lời. Số liệu thu thập được bằng cách người điều tra và ghi chép
trực tiếp vào phiếu hỏi. Hình thức đặt câu hỏi có câu hỏi dóng , câu hỏi mở nhằm mục đích đưa ra thông tin cho người được
phỏng vấn để dễ tiếp ận nhất .
Để
điều tra tiểu luận, nhóm đã thực hiện:
Điều
tra khảo sát tại 3 lớp ĐH5QM
- Hình
thức: Phiếu điều tra;
-
Đối
tượng: Sinh viên ĐH5QM
-
Nội
dung: 15 câu hỏi, Liên quan đến đề tài;
-
Số
lượng: 15 phiếu/lớp , tổng số 45 phiếu
-
Mục
đích: đánh giá sự hiểu biết của sinh viên về khí quyển, thạch quyển và mối quan
hệ giữa khí quyển và thạch quyển.
2.3. Phương pháp khảo sát thực
địa
Phương pháp này
giúp quan sát tình hình thực tế, có cái nhìn khách quan trong quá trình nghiên
cứu và bổ xung những nội dung , thông tin mà các nghiên cứu mà trên các tài liệu,
các báo cáo chưa phản ảnh hết được.
Quan
sát, tìm hiểu sự hình thành của một số loại đá ngoài tự nhiên tại Bãi đá Sông Hồng
và Rừng quốc gia Ba Vì.
2.4. Phương pháp xử lý số
liệu
Là
một trong các bước cơ bản của quá trình nghiên cứu, bao gồm việc xác định các vấn
đề nghiên cứu , thu thập số liệu, xử lý số liệu và báo cáo kết quả . Xác định
rõ vấn đề nghiên cứu giúp việc thu thập số liệu hanh chóng và chính xác hơn. Để
có cơ sở phân tích số liệu tốt thì trong quá trình thu thấp số liệu phải xác định
trước các yêu câu phân tích để có thể
thu thập và đo lường đúng số liệu như mong muốn.
- Xử lý phân tích số liệu từ phiếu điều
tra bằng các phần mềm Microsoft Office Excel, phần mềm soạn thảo văn bản
Microsoft Word.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ
3.1. Giới thiệu về thạch
quyển
Thạch
quyển là lớp vỏ ngoài cùng của Trái đất ,bao gồm vỏ Trái Đất và phần trên của manti.
Vật liệu tạo thạch quyển có đặc điểm vừa
rắn chắc vừa mềm dẻo. Nói đúng hơn, các đá tạo nên thạch quyển có khả năng chịu
áp lực cao tới vài trăm bar mà không bị chảy dẻo. Chiều dày thạch quyển đạt tới
100km, chúng nằm dưới quyển nước và quyển
khí và nằm trên quyển mềm{4}
Theo
lý thuyết kiến tạo mảng, thạch quyền gồm vỏ và tầng Mantia, bị vỡ ra thành 12 mảng
di chuyển chậm theo phương nằm ngang trên bề mặt Trái Đất. Sự di chuyển của các
mảng thực hiện trên nền Quyển mềm nằm ngay dưới thạch quyển. Ranh giới của các mảng
này có thể là phân kỳ, hội tụ hoặc biến đổi. Tại ranh giới phân kỳ, ví dụ tại sống
núi giữa Đại Tây Dương, nơi hai mảng tiếp xúc có xu hướng tách giãn ra xa nhau thạch
quyển mới sẽ được hình thành bằng dung nham của hoạt động núi lửa. Tại ranh giới
hội tụ, ví dụ vùng núi Hymalaya, hai mảng chuyển động ngược chiều nhau làm cho một
trong hai mảng chúi xuống dưới. Tại ranh giới biến đổi, các mảng trươt qua nhau
dọc theo ranh giới.
Hàm
lượng của 8 nguyên tố hóa học phổ biến chiếm 99% trọng lượng vỏ Trái Đất được trình
bày trong bảng 3.1.Nếu cộng thêm với 4 nguyên tố nữa là H, Ti, C, Cl thì dãy 12
nguyên tố đó chiếm 99.67% trọng lượng vỏTrái Đất. Còn 80 Nguyên tố hóa học tự nhiên
còn lại của bảng tuần hoàn, chỉ chiếm
0.33% trọng lượng vỏ Trái Đất. Cấu trúc Trái Đất và các quá trình hóa lý phức tạp
xảy ra trong lòng Trái Đất vẫn còn đang chứa đựng nhiều điều bí ẩn với con người
{1}
|
Nguyên tố
|
%
trọng lượng so
toàn vỏ
|
%
thể tích so
với toàn vỏ
|
|
O
|
46.6
|
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
|
a. Khoáng vật
Khoáng vật là một hợp chất hóa học tự
nhiên thường ở dạng rắn. Chúng tồn tại trong vỏ Trái Đất khi riêng rẽ, đơn độc,
sông phổ biến nhất là thanh những tổ hợp đông đúc cộng sinh với nhau gọi là đá.
Trong vỏ Trái Đất có khoảng 3000
khoáng vật khác nhau. Hầu như chúng ở trạng thái rắn, ngoại trừ thủy ngân là ở
trạng thái lỏng.
Có thể nói khoáng vật là “tếbào” cấu thành
vỏ Trái Đất. Chúng có vai trò hết sức quan trọng đối với Trái Đất và đời sống
con người. Hiện nay, khoảng 10% khoáng vật của vỏ Trái Đất được con người khai thác,
sử dụng trong hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và đời sống hằng ngày. {4}
Các khoáng vật có nhiều về số lượng và
rất khác nhau về thành phần hóa học và các tính chất vật lý. Theo thành phần hóa
học người ra chia khoáng vật thành 8 lớp:
1.
Lớp nguyên tố tự nhiên: Au, Ag, Cu…
2.
Lớp Sunphua: PbS, ZnS, CuFeS2,
HgS…
3.
Lớp oxit:
SiO2, Fe2O3, Al2O3…
4.
Lớp halogen: NaCl, KCl, CaF2…
5.
Lớp sunphat:
BaSO4, CaSO4.2H2O…
6.
Lớp photphat:
apatit, photphric…
7.
Lớp silicat:
K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O…
8.
Lớp cacbonat:
CaCO3, Na2CO3.10H2O…
b. Thành phần thạch học
trong thạch quyển
Đá là một thể địa chất, bao gồm tập hợp của một
hay nhiều khoáng vật được tạo thành trong một điều kiện địa chất nột hoặc ngoài
sinh nhất định trong lịch sử phát triển của vỏ thạch quyển {4}
Vỏ Trái Đấy có 3 loại
đá cơ bản:
- Đá magma: do đông cứng hoặc kết tinh
của dung thể silicat nóng chảy.
- Đá trầm tích: là sản phẩm
bở rởi hoặc gắn kết của vật liệu trầm tích do phong hóa đá gốc, hoạt động của sinh
vật và núi lửa, lắng đọng trong đáy biển, đại dương…
- Đá biến chất: là sản phẩm
biến đổi của đá trầm tích và đá magma trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao
do hoạt động địa chất nội sinh
,
3.2. Giới thiệu
về khí quyển
3.2.1. Cấu trúc của khí quyển
Khí quyển chính là lớp khí bao quanh Trái Đất, mở rộng ra khoảng không gian
xung quanh và được giữ lại bởi lực hấp dẫn của Trái Đất. Nó bao gồm những
chất khí như nitơ (chiếm 78,1% thể tích), là oxi khoảng 20,9%, ngoài ra nó còn
là các chất khí khác như agon, cácbon điôxít, là hơi nước… Khí quyển Trái Đất
có ý nghĩa vô cùng quan trọng, nó bảo vệ sự sống Trái Đất bằng cách hấp thụ các
tia bức xạ cực tím độc hại của Mặt Trời và cân bằng sự thay đổi nhiệt độ giữa
ngày và đêm ở khắp mọi nơi trên bề mặt Trái Đất. Khí quyển không đồng nhất theo cả
phương ngang lần phương thẳng đứng. Tuy nhiên sự khác biệt thể hiện rõ nét hơn
theo phương thẳng đứng, đặc biệt là sự khác biệt về chế độ nhiệt. Ngoài ra còn
có sự khác biệt theo khí áp, tính ion hóa.
Theo
phương thẳng đứng có thể chia khí quyển thành 5 tầng : đối lưu, bình lưu, trung
lưu, nhiệt quyển và ngoại tuyến
Tầng
đối lưu nằm ở độ cao 10-15km dưới cùng của khí quyển, tập trung 4/5 khối lượng
không khí của khí quyển. Đặc điểm chính của tầng đối lưu là giảm nhiệt độ theo
chiều cao, trung bình ͌ 0,6 °C /100m ; xáo trộn mạnh theo chiều thẳng đứng ( đối lưu) , đặc biệt là có sự
chao đổi với mặt đệm ; trong tầng này tập trung hầu như toàn bộ lượng hơi nước
của khí quyển , ở đây cũng sảy ra các quá trình thời tiết chủ yếu Độ cao tầng
đối lưu thay đổi phụ thuộc vào vĩ độ, thời gian, tính chất cả mặt đệm. Tính
trung bình năm , độ cao tầng đối lưu ở cực khoảng 9km, ở miền ôn đới
khoảng 10-12km , ở miền nhiệt và xích
đạo khoảng 16-17km . Lớp không khí dưới cùng của tầng đối lưu với chiều dài từ
vài mét đến vài chục mét tiếp xúc trực tiếp với mặt đất là lớp không khi sát
đất. Do ở sát mặt đất ,nên quá trình vật lý sảy ra trong lớp này rất đặc biệt.
Tại đây sự biến đổi nhiệt độ trong quá trình ngày đêm đặc biệt rõ nét, nhiệt độ
ban ngày giảm nhanh theo chiều cao, ban đêm nhiệt độ tăng theo chiều cao do mặt
đất bị phản xạ mất nhiệt nên có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ không khí. Tầng từ
mặt đất cao từ 1-1,5km gọi là tầng ma sát, trong tầng này gió yếu so với tầng
trên, càng gần mặt đất gió càng yếu.
Tầng bình lưu nằm trên tầng đối lưu
ở độ cao 50-60km. Đặc trưng của tầng này là nhiệt độ trung bình tăng theo chiều
cao. Lớp chuyển tiếp giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu gọi là đỉnh tầng đối
lưu ( đối lưu hạn ) . Phần dưởi tầng đối lưu ít nhiều có tính đẳng nhiệt. Song
từ độ cao khoảng 25km nhiệt độ trong tầng bình lưu bắt đầu tăng nhanh theo
chiều cao tới độ cao khoảng 50km thì nhiệt độ đạt giá trị cực đại. Sự tăng
nhiệt độ ở đây là do quá trình hấp thụ bức xạ Mặt trời của ozon tại các độ cao
này. Do nhiệt độ tăng theo chiều cao nên
loạn lưu ở đây say ra rất yếu và chuyển động không khí chủ yếu sảy ra
theo chiều ngang cũng vì vậy tầng này được gọi là tầng bình lưu. Lượng hơi nước
trong tầng bình lưu rất nhỏ. Trong tầng bình lưu, ở độ cao từ 18-25km có mặt
một lượng lớn khí ozon tạo nên tầng “ tầng ozon” có vai trò hấp thụ phần lớn
tia tử ngoại ngăn không cho chúng xuyên tới bề mặt trái đất. Vai trò bảo vê sự
sống của tầng ozon có ý nghĩa đặc biệt đối với loài người và các sinh vật trên
Trái Đất.
Tầng trung lưu nằm trên tầng bình
lưu cho tới độ cao khoảng 80km .Trong tầng trung gian này chế độ nhiệt thay đổi
từ chế độ nhiệt giảm dần theo độ cao ở phần sát với tầng bình lưu dần sang chế
độ tăng dần theo chiều cao ở phần tiếp xúc trên. Do nhiệt độ giảm nhanh theo
chiều cao, nên trong tầng khí quyển giữa hiện tượng loạn lưu phát triển mạnh.
Tầng nhiệt quyển nằm ở độ cao từ
50-500km, có bề dày lớn nhất, nhiệt độ trong tầng này tăng liên tục theo độ cao
và phụ thuộc trực tiếp vào bức xạ của Mặt trời. Trong tầng này sảy ra quá trình
hấp thụ bức xạ Mặt trời của phần tử oxi để phân ly thành nguyên tử oxi .
Tầng ngoại quyển nằm ở độ cao hơn
500km , kéo dài tới 2000km .Nhiệt độ của tầng ngoại tuyến không thay đổi theo
chiều cao hoặc chút ít . Trong tầng này tốc độ chuyển động của các hạt khí,
nhất là các hạt nhẹ có thể đạt tốc độ rất lớn do không khí ở độ cao này rất
loãng , do đó sảy ra hiện tượng các chất khí bay khỏi khí quyển vào không gian
vũ trụ. Phần lớn các phân tử trong tầng này tồn tại dưới dạng ion , trong một
số trường hợp người ta còn gọi phần thấp của tầng này là tầng ion.
3.2.2. Thành phần và nguồn gốc của khí quyển
Khí quyển cấu tạo bởi
hỗn hợp một số khí gọi là không khí. Ngoài ra trong khí quyển còn có các loại
chất lỏng và chất rắn ở trạng thái lơ lửng . Khối lượng của các hạt này nhỏ so
với toàn bộ khối lượng của khí quyển. Ở mặt đất không khí khí quyển chủ yếu là
không khí ẩm, tức là ngoài các loại khí khác còn có nước ở trạng thái hơi. Khác
với thành phần khí khác, lượng hơi nước trong không khí biến đổi rất lớn , đó
là do trong điều kiện khí quyển, hơi nước có thể chuyển sang trạng thái rắn hay
lỏng ngược lai nó thâm nhập vào khí quyển do quá trình bốc hơi từ mặt đất và
mặt biển. Không khí chứa hơi nước này chưa bão hòa hơi nước được gọi là không
khí khô.
Bầu khí quyển ngày nay đôi khi vẫn được gọi là "bầu khí
quyển thứ ba" trong sự so sánh về thành phần hóa học so với hai bầu khí
quyển trước đây. Bầu khí quyển nguyên thủy chủ yếu là heli và hiđrô; nhiệt (từ lớp vỏ Trái Đất khi đó vẫn nóng chảy và từ Mặt Trời)
đã làm tiêu tan bầu khí quyển này.
Khoảng 3,5 tỷ năm trước, bề mặt Trái Đất nguội dần đi để tạo
thành lớp vỏ, chủ yếu là các núi lửa phun
trào nham thạch, điôxít cacbon và amôniắc. Đây
là "bầu khí quyển thứ hai"; nó chứa chủ yếu là CO2 và hơi nước, với một ít nitơ nhưng vẫn chưa có ôxy.
Bầu khí quyển thứ hai này có thể tích khoảng ~100 lần khí quyển hiện nay. Nhìn
chung, người ta tin rằng hiệu ứng nhà kính, sinh ra bởi mật độ cao của điôxít cacbon đã
giữ cho Trái Đất không bị đóng băng.
Trong vài tỷ năm tiếp theo, hơi nước ngưng tụ để tạo thành mưa và các đại dương để hòa tan điôxít cacbon. Khoảng 50% điôxít cacbon
có lẽ đã bị hấp thụ bởi các đại dương. Một trong những dạng vi khuẩn có
mặt sớm nhất trên Trái Đất là vi khuẩn lam.
Các chứng cứ hóa thạch đã chỉ ra rằng các vi khuẩn này có mặt khoảng 3,3 tỷ năm
trước và là những sinh vật sinh sống bằng quang hợp để
sản xuất ra ôxy. Chúng là những sinh vật đầu tiên chuyển đổi khí quyển từ trạng
thái không ôxy sang trạng thái có ôxy.
Cây cối quang hợp tạo ra nhiều sự tiến hóa và chuyển đổi
được nhiều hơn điôxít cacbon thành ôxy. Theo thời gian,
lượng cacbon dư thừa tạo thành các nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày nay
cũng như đá trầm tích nhất là đá vôi và các
lớp động vật. Ôxy được giải phóng tương tác với amôniắc để tạo ra nitơ; ngoài
ra vi khuẩn cũng có thể chuyển đổi amôniắc thành nitơ.
Khi cây cối xuất hiện nhiều hơn thì lượng ôxy tăng lên một
cách đáng kể (trong khi lượng điôxít cacbon giảm đi). Đầu tiên ôxy tương tác
với các nguyên tố khác như sắt chẳng hạn, nhưng cuối cùng chúng tích tụ trong khí quyển —
là kết quả của sự tiêu hủy hàng loạt cũng như các tiến hóa trong một thời gian
dài. Với sự xuất hiện của lớp ôzôn, các loại
hình sinh vật sống được bảo vệ tốt hơn trước bức xạ tử ngoại. Bầu
khí quyển chứa ôxy-nitơ này là "bầu khí quyển thứ ba".
3.3. Mối quan hệ thạch quyển
và khí quyển
Trái đất của chúng ta hình thanh cách
đây khoảng 4.5 đến 5 tỉ năm. Khi đó, khí quyển sơ sinh rất nghèo nàn, không có hơi
nước, oxi và nhiều khí khác như bây giờ mà chỉ cóc hủ yếu là H, He và bụi vũ trụ.
Quá trình địa chất xảy ra do các tác nhân từ bên trong vỏ Trái Đất (Hoạt động địa
chất nội sinh: chuyển động kiến tạo, hoạt động núi lửa và động đất) đã làm thoát
ra từ Mantia nhiều loại khí như: HBr, HI, HCl, HF, S, SO2, H2S,
CH4, CO2, CO và hơi nước… Có thể nói, hoạt động kiến tạo
các mảng thạch quyển là nguyên nhân của mọi nguyên nhân.
Bên
cạnh đó, quá trình phong hóa vật lý và hóa học là một trong những hoạt động địa
chất ngoại sinh xảy ra do các tác nhân bên ngoài vỏ Trái Đất như nắng, mưa, nhiệt
độ khí quyển, hoạt động của khí O2, CO2 và nước. Kết quả
là phá hủy đá gốc theo phương thức vật lý và hóa học, biến đá thành những vật liệu mới (vụn cơ học) và vật liệu
keo (dung dịch thật) được các dòng chảy cuốn đi và lắng đọng ở các vị trí khác nhau
từ sườn tích, lũ tích, bãi bồi, long sông, châu thổ và biển. {4}
a. Các vòng đai
nhiệt
Quy luật cơ bản của phân
bố nhiệt trên Trái Đất là tính đới. Chí tuyến và các vòng cực không thể coi là
giới hạn tự nhiên, bời sự phân bố nhiệt độ không chỉ do hình dạng và vị trí của
Trái Đất so với Mặt Trời quyết định mà còn chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố: sự
phân bố của lục địa và biến, các dòng biển nóng và lạnh…
Vòng đai nhiệt là cơ sở của
các vòng đai khí hậu. Trong mỗi vòng đai, nhiệt độ đa dạng do phụ thuộc vào mặt
đệm. Trên lục địa, địa hình ảnh hưởng nhiều đến chế độ nhiệt. Ở mỗi vòng đai,
nhiệt độ biến đổi trong phạm vi 100m theo chiều cao không giống nhau. Gradien
nhiệt nằm dưới 1km của tầng đối lưu biến đổi từ 00 ở trên mặt băng
hà châu Nam cực, tới 0.80C ở
hoang mạc chí tuyến vào mùa hè. Nhiệt độ biến thiên theo chiều cao là nguyên
nhân hình thành đai cao của khí hậu.
Để hiểu quy luật của hệ thống khí hậu
cần phải chú ý đến sự tác động qua lại giữa khí quyển với thủy quyển và lục địa
{1}
Qua đây có thể nhận thấy thạch quyển
làm thay đổi tính chất vật lý của khí quyển và cụ thể ở đây là nhiệt độ.
b. Nước trong khí quyển
Khí quyển
của Trái Đất chứa khoảng 11.000km3 hơi nước. Nước tồn tại trong khí
quyển chủ yếu do bốc hơi từ bề mặt Trái Đất (bốc hơi vật lý). Quá trình bốc hơi
vật lý là các phân tử nước có vận tốc nhanh, thắng được lực liên kết, thoát khỏi
mặt nước bay vào không khí. Bốc hơi phụ thuộc vào độ thiếu ẩm và tốc độ gió.
Quá trình bốc hơi làm mất nhiệt. Bốc hơi trên đại dương ở mọi vĩ đỗ đều lớn hơn
trên lục địa và giảm từ xích đạo đến cực, phù hợp với hướng giảm của nhiệt độ.
Hơi nước trong khí quyển ngưng kết, được các dòng không khí đưa đi và rồi lại
rơi xuống bề mặt Trái Đất. Nước thực hiện một chu trình liên tục nhờ tồn tại ba
trạng thái (rắn, lỏng và hơi ) được chuyển liên tục từ nơi này đến nơi khác{1}
c. Sol khí
Sol khí là một thành phần quan trọng
khác của khí quyển Trái Đất, đó là các hạt bụi và các hạt lơ lửng. Đường kính của
sol khí dao động từ 10-6 đến 10-1 mm, tương ứng với kích
thước các phân tử cho tới kích thước của các hạt bụi lắng. Các hạt này sinh ra
trong các quá trình tự nhiên của nhân tạo của Trái Đất và chính các hạt sol khí
có kích thước xấp xỉ µm là nguyên nhân làm giảm độ trong suốt của khí quyển
Trái Đất và là tác nhân ảnh hưởng mạnh mẽ tới thời tiết và khí hậu.
Sol khí là một trong những thành phần
của khí quyển mà thể hiện rõ ràng mối tác động từ thạch quyển và khí quyển. Sol
khí có nguồn gốc một phần từ thạch quyển và nó làm thay đổi độ bụi và các hạt
lơ lửng trong không khí. Ngoài ra chúng còn là nguyên nhân gây ô nhiễm khí quyển,
làm mất cân bằng sinh thái và là nguồn gốc gây ra sương mù, cản trở phản xạ của
tia mặt trời.
d. Chế độ nhiệt, hoàn lưu khí quyển
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 theo những góc độ khác nhau, cho nên lượng nhiệt của các khu vực trên Trái
Đất hấp thụ được cũng khác nhau. Tất cả các hiện tượng trên làm cho nhiệt độ bề
mặt Trái Đất thay đổi theo chu ký ngày đêm, theo mùa và giữa các vùng có vĩ độ
khác nhau.
Bề mặt
Trái Đất tiếp nhận nhiều NLMT bị nung nóng lên, kéo theo sự nóng lên của toàn bộ
khối khí nằm trên, làm giảm áp suất không khí ở các lớp sát mặt đất. 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 khống khí nóng bay đi. Kết quả là xuất hiện sự 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 ứng với 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 {3}
Các hoàn lưu của khí quyển dưới dạng
gió có thể phân biệt theo quy mô địa phương (gió bờ ri, gió phơn, gió núi-
thung lũng) hoặc hoàn lưu quy mô toàn cầu (gió tín phong, gió tây…)
Gió phơn là loại
gió nóng thổi từ trên phía núi cao xuống dưới chân núi. Gió phơn có thể xuất
hiện ở bất kỳ hệ thống núi cao nào, khi các dòng không khí phải vượt qua đường
phân thủy của dãy núi. Khi hai bên dãy núi cao có sự chênh lệch về áp suất
không khí, thì xuất hiện gió chuyển động phía áp suất cao về nơi thấp hơn. Ở
sườn đón gió, dòng không khí đi lên sẽ lạnh dần đi cùng với quá trình ngững kết
hơi nước để tạo thành mưa. Các dòng không khí khi vượt qua sống núi cao đã trở
nên khô và lạnh, sẽ tiếp tục hướng xuống chân núi. Trong quá trình hạ thấp độ
cao, dòng không khí khô sẽ liên tục nóng lên để tạo thành gió phơn. Loại gió
tây ở các tỉnh miền Trung Việt Nam vào mùa hè có thể xem là gió phơn.
Gió núi – thung
lũng có chu kỳ hoạt động ngày đêm đặc trưng. Ban ngày gió thổi từ trung tâm
thung lũng theo các sườn núi đi lên. Ban đêm thổi từ đỉnh núi xuống các thung
lũng và khu vực đồng bằng. Nguyên nhân tạo ra loại gió này là sự chênh lệch
nhiệt độ ở cùng độ cao của không khí ở sườn núi và trên thúng lũng. Qúa trình
hình thành nhiệt, chế độ hoàn lưu khí quyển thể hiện mối tác động từ thạch
quyển đến khí quyển biểu hiện ở việc thay đổi nhiệt độ, lượng mưa.
e. Các loại khí hậu
trên Trái Đất
Khí hậu trên Trái Đất
được chia thành nhiều loại và phân bố thành đới theo vĩ độ. Trong các đới lại
có những khí hậu bờ đông, bờ tây, khí hậu hải dương và lục địa.
Các yếu tố nhiệt độ,
khí áp, gió, độ ẩm, mưa ở mỗi nơi trên Trái Đất kết hợp với nhau thành khí hậu
của nơi ấy.
Trong một số khu vực,
khí hậu có đới tính, ta thấy có những nét khác nhau khá lớn giữa bờ Tây và bờ
Đông các lục địa, những nét ấy là do tuần hoàn của nước và của khí quyển đem đến
làm phát sinh các loại khí hậu phi đới tính, bất chấp sự phân bố các yếu tố khí
hậu theo vĩ độ, chẳng hạn như khí hậu gió mùa, khí hậu Địa Trung Hải, khí hậu
ôn đới hải dương. Mỗi khí hậu phi đới tính lại tùy theo khu vực gần hay xa đại
dương mà có các kiểu khí hậu đại dương hay lục địa. Khí hậu các vùng cũng là một
trong những biểu hiện của sự tác động của thạch quyển đến khí quyển. Mỗi dạng địa
hình ở các khu vực khác nhau lại thể hiện một kiểu hí hậu khác nhau trên Trái Đất.
3.3.2. Tác động giữa khí quyển đến thạch quyển
a. Khí
quyển làm thay đổi hình dạng của thạch quyển
Tác động của khí quyển đến thạch quyển
làm thay đỏi hình dạng được thể hiện ở các quá trình phong hóa.. Phong hóa là
quá trình phá hủy đá gốc dưới tác dụng của các yếu tố vật lý, hóa học ( nhiệt độ
, nước, O2, CO2 …) và hoạt động của các sinh vật trong điều
kiện bình thường trên bề mặt Trái Đất. Mặc dù các thành phần của Khí quyển chỉ
chiếm một phần các yếu tố dẫn đến quá trình phong hóa xong nếu không có các yếu
tố này quá trình phong hóa không thể diễn ra được. Có 3 loại phong hóa và ứng với
đó là các yếu tố trong khí quyển tác động lên làm biến đổi thạch quyển.
Ø Phong
hóa vật lý
Phong hóa vật lý là quá trình phá hủy
đá gốc bằng phương thức vật lý tiếp theo quá trình phá hủy kiến tạo và không hề
làm thay đổi thành phần khoáng vật, thành phần hóa học của đá. Kết quả của quá
trình phong hóa vật lý là biến các khối đá lớn thành những tập hợp mảnh vụn có
kích thước từ nhỏ đến lớn. Trong phong hóa vật lý có rất nhiều yếu tố , trước
tiên phải kể đến phong hóa do nhiệt độ.
Phong hóa nhiệt thê hiện rõ rệt nhất
trong những vùng hoang mạc khô nóng với sự chênh lệch lớn vể nhiệt độ giữa ngày
và đêm. Tại những vùng này, lượng mưa rất thấp, nhiệt độ ban ngàv có thê lên tới
70 - 80°c nhưng ban đêm có thể xuống tới -40°C. Do quá trình truyền nhiệt
được thực hiện tử ngoài vào bên trong khối đá, nên vào ban ngày các lớp ngoài của
khối đá được nung nóng và giãn nở ra, còn phần bên trong vẫn còn nguội lạnh.
Vào ban đêm, nhiệt độ giảm xuống, lớp ngoài của đá bị co lại. Trải qua một thời
gian dài, lớp ngoài của khối đá bị bong ra tạo nên hiện tượng phong hóa bóc vỏ .
Sự dao động nhiệt cũng làm cho các khoáng vật tạo đá bị co giãn liên tục. Do hệ
sô giãn nở nhiệt của các khoáng vặt khác nhau, nên dẩn dẩn liên kết cơ học giữa
chủng bị phá vờ, khe nứt xuât hiện, càng ngày càng rộng và ăn sâu vào bên trong
khối đá. Kết qủa là khối đá bị nứt vỡ ra, ban đâu là những tảng lớn, tiếp đến
là những dăm cục nhỏ hơn và cuối cùng là cát, bột. Trong một khối đá lớn ẩn chứa
vô số khe nứt kiến tạo rất nhỏ mà mắt thường không nhìn thấy,tuy nhiên đó chính
là tiền đề để phong hóa vật lý phát triển mạnh mẽ khi có sự thay đổi nhiệt độ đột
ngột. Qúa trình đó rất dễ nhận thấy ở các vùng có khí hậu khắc nhiệt như ở
Trung Á và các miền sa mạc.
Theo Clarke, hệ sô giãn nở của các khoáng vật
tạo đá rât khác nhau, ví dụ hệ số giãn nở của thạch anh là 3 1 0 . 1 0
orthoclas - 170.10'6, hornblend - 284.ÌO*6 và calcit - 200.10 '’. Do vậy, các
đá có thành phẩn đa khoáng dễ bị phá huy hơn các đá thành phần đơn khoáng. Ngay
trong cùng một khoáng vật, hệ số giãn nở cùng không đổng nhất theo các phương
khác nhau. Ví dụ, trong các khoáng vật thạch anh và calcit, hệ sô giàn nà theo
phương vuông góc vái trục bậc ba thường cao hơn khoang 2 lần theo phương song
song với trục đó. Do đỏ, các đá đơn khoáng nhu quartzit, đá hoa, v.v... dề bị nứt
vỡ, dập nát do tác dụng phong hóa do nhiệt. Màu sắc khoáng vật cũng là một yếu
tố quan trọng đối với phong hỏa nhiệt. Khoáng vật sâm màu như olivin, pyroxen,
amphibol, biotit có khá năng hâp phụ nhiệt lớn và dê bị phá hủy hơn những
khoáng vặt sáng màu hấp phụ nhiệt kém nhu thạch anh, muscovit. Cuối cùng các
khối đá nguyên khối tưởng là “ bất khả sâm phạm” trở thành sản phẩm vụn nát
hoàn toàn bằng phương thức vật lý {2}
Ø Phong hóa hóa
học
Phong hóa hóa học là quá trình phá hủy , biến đổi cả
thành phần khoáng vật và thành phần hóa học của đá gốc dưới tác dụng của các yếu
tố như O2 , nước, CO2 và axit hữu cơ . Tuy nhiên ở đây
chúng ta chỉ đề cập đến các yếu tố của khí quyển bao gồm : O2 , CO2
.
Quá trình biến
đổi do O2 là quá trình biến đổi quan trong trong quá trình phong
hóa. Tác dụng của oxi là quá trình oxi hóa các nguyên tố hóa trị thấp thành
nguyên tố có hóa trị cao hơn, bền vững trong điều kiện trên mặt. Oxi trong
không khí chiếm tới 21% và oxi hòa tan trong nước chiếm đến 30-35% , là nhân tố
phong hóa quan trọng chỉ sau nước. Ví dụ :
2FeS2 +4H2O
+7O2 -> 2FeSO4.H2O + 2H2SO4
Trong môi trường giàu nước , sunfat sắt được ngậm
nhiều nước hơn:
2FeSO4.H2O
+ 4H2O ó 2FeSO4.5H2O
và
FeSO4.5H2O
+ 4H2O ó FeSO4.7H2O
4FeSO4.5H2O
+ 2H2SO4 + O2 ó 2Fe2(SO4)3.7H2O
4FeSO4.5H2O
+ H2O + O2 ó 2Fe2(OH/SO4)3.9H2O+
H2O
Sunfat bị thỷ phân tạo thành hidroxit sắt ba:
Fe2(SO4)3.7H2O
ó 2Fe(OH)3
+ H2O +3H2SO4
Hay: Fe2(SO4)3 +6
H2O ó 2Fe(OH)3 + 3H2O
và Fe(OH)3 -> Fe2O3.nH2O
( limonit, gowtit) -> Fe2O3(hemantit)
Trong tự nhiên O2 chỉ phân bố trong một
giới hạn nhất định. Mặt giới hạn dưới gọi là mặt giới hạn oxi hóa khử , mặt này
thay đổi phụ thuộc vào tính chất của từng loại đá, địa hình, khí hậu và độ sâu
của mực nước ngầm.Ví dụ vùng đầm lầy mặt giới hạn là mặt đất, còn vùng khô phá
hủy kiến tạo mạnh khe nứt phát triển có thể sâu hàng kilomet. Mức độ oxi hóa khử
của môi trường đối với các hợp chát được thể hiện bằng trị số thế năng oxi hóa
khử ( Eh) Eh thay đổi từ +200mV đến +500m V.Trị số dương
càng cao thì tính oxi hóa càng mạnh và ngược lại. Tóm lại có thể khái quát chiều
hướng biến đổi do oxi hóa của các hợp chất như sau:
Sunfat -> Sunfat Fe+2 ->
Sunfat Fe+3 -> thủy phân oxi Fe+3 ngậm nước -> oxit
Fe+3
Keo Hidroxit Fe+2 -> hidroxit Fe+3
-> oxit Fe+3 ngậm nước -> oxit Fe+3
Màu sắc của các sản phẩm bị oxi hóa bị biến đổi so với
màu nguyên thủy như sau:
+Khoáng vật silicat có màu xám , màu lúc biến thành
màu vàng , màu nâu, màu đỏ. Đó là màu đặc trưng của vỏ phong hóa laterit và mũ
sắt.
+ Vật chất hưu cơ có màu xám đen và đen biến thành
xám nhạt và iari phóng CO2
Tiếp đến là quá trình biến đổi do CO2
. Cùng với nước O2 và CO2 trở thành nhân tố tích cực
trong quá trình phong hóa . CO2 chiếm 0,03% trong không khí, đồng thời cũng là
thành phần khí hòa tan trong nước và được tạo ra từ hoạt động của sinh vật và
hoạt động núi lửa. Trong môi trường nước CO2 tác dụng với nước để tạo
thành axit carbonic : CO2 + H2O -> H2CO3 . Đồng thời axit yếu bị phân ly như sau : H2CO3
ó H++HCO3-
nhờ vậy nước trở nên hoạt động tích cực hơn. Khi nhiệt độ thấp nhưng áp suất
cao thì hàm lượng hòa tan CO2 trong nước tăng lên và ngược lại. Sự thay đổi
hàm lượng CO2 cũng làm thay đổi quá trình phá hủy khoáng vật của đá
gốc và tạo khoáng vật mới. Ví dụ như :
Axit carbonic ( CO2+H2O) có
khả năng ăn mòn theo phản ứng sau:
4KalSi3O8 + 2CO2 +
4H2O -> 2K2CO3+Al4(Si)10(OH)8
+ 8SiO2
Fenspatkali kaolinit
Đối vơi carbonat , CO2 đóng vai trò khử
carbonat và tạo ra carbonat mới
CaCO3 + CO2 +H2O ó Ca(HCO3)2 .
Nhìn chung khí quyển tác động đến thạch quyển chủ yếu
thể hiện ở quá trình phong hóa và qua các giai đoạn như sau:
Giai đoạn thứ
nhất : Giai đoạn vỡ vụn chủ yếu là do phong hóa cơ học phá vỡ các đá mẹ thành vụn
đá . Nơi khí hậu ẩm và nóng , giai đoạn này sảy ra nhanh.
Giai đoạn thứ hai : Giai đoạn Sialit thường sảy ra ở
vung khí hậu khô, phong hóa hóa học là chính . Các silicat và alumosilicat bị
phá hủy phân hủy thành các cation. Các kim loại kiềm và kiềm thổ kết hợp với
dung dịch để tao thành môi trường kiềm . Dần hình thành một số khoáng vật trung
gian của nhóm montmorilorit và một phần của nhóm hidromica , các muối CaCO3
ít tan được trở thành các trầm tích đá vôi.
Giai đoạn ba: Giai đoạn Silicat sảy ra trong môi trường
nóng ẩm có tác động mạnh của khí quyển và rửa trôi nhanh . Tiếp tục sự phân hủy
tách các Cation và phá hủy từng phần SiO2 chuyển từ môi trường kiềm
sang môi trường axit, Khoáng vật sét trung gian bị phá hủy tạo ra kaolin. CaCO3
không còn lắng đọng nữa vì Ca bị hòa tan
Giai đoạn bốn : Xảy ra trong môi trường của khí hậu
nhiệt đới , á nhiệt đới . Tiếp tục phân hủy các khoáng có trước để đi đến dạng
bền vững trên bề mặt trái đất , các hydroxit của Al, Fe , Si dưới dạng keo.
Có thể nhận thấy tầm quan trọng của khí quyển trong
quá trình phong hóa qua các giai đoạn trên. Khí quyển được ví như là môi trường,
chất xúc tác không thể thiếu trong các quá trình {4}
b.
Khí quyển làm thay đổi bề mặt cảnh quan của thạch
quyển
Tác động của khí quyển đến thạch quyển còn phải kể đến
quá trình trầm tích gió . Quá trình trầm tích gió có liên quan đến hoạt động của
gió trong địa lý và thời tiết , cụ thể là khả năng của gió để tạo hay thay đổi
bề mặt của trái đất. Những cơn gió có thể làm xói mòn, di chuyển và làm lắng đọng
vật chất, ngoài ra còn là những tác nhân hiệu quả ở những vùng mà có thảm thực
vật thưa thớt , thiếu độ ẩm của đất và một lượng lớn trầm tích không ổn định.
Dù rằng nước gây xói mòn mạnh hợn gió , nhưng các quá trình trầm tích gió lại
khá quan trọng ở các môi trường khô cằn chẳng hạn như các hoang mạc
Gió làm xói mòn bề mặt Gió làm xói
mòn bề mặt trái đất bằng cách thổi mòn (làm mất đi các cấu tử mịn và lỏng lẻo
bởi hoạt động nhiễu loạn của gió) và bởi sự mài mòn (làm mòn đi bề mặt và ảnh
hưởng bởi sự phun cát do các cát được gió đưa đi ).
Những vùng mà chịu ảnh hưởng bởi sự xói mòn dữ dội và kéo dài
được gọi là vùng bị thổi mòn. Hầu hết các vùng bị thổi mòn bởi gió đều gồm có
các vùng lát đá hoang mạc, đó là một bề mặt phẳng có các mảnh đá còn lại sau
khi gió và nước đã làm mất đi các hạt cát mịn. Gần một nửa bề mặt các hoang mạc
trên trái đất là các vùng thổi mòn đầy đá. Lớp đá này bảo vệ cho các vật chất
nằm bên dưới khỏi bị thổi mòn.
Lớp phủ bóng tối màu, óng ánh thường được tìm thấy trên bề mặt
của một vài tảng đá mà có bề mặt tiếp xúc với tự nhiên trong một khoảng thời
gian dài. Các khoáng chất như Mangan , oxit sắt , hiroxit, và khoáng vật
sét hình thành hầu hết các lớp phủ bóng và tạo nên sự óng ánh. Lòng chảo
thổi mòn (còn gọi là blowout) là các vùng trũng tạo nên bởi sự mất đi các hạt
mịn bởi gió. Các lòng chảo này thường là nhỏ, nhưng đường kính đôi khi có thể
lên đến vài km.
Những hạt cát được gió thổi sẽ bào mòn địa hình. Sự mài mòn bởi
cát mang đi trong gió tạo nên các đường mòn và chỗ lõm. Đá bị gió cát bào mòn
là những tảng đá mà bị cắt và đôi khi được đánh bóng bởi hoạt động bào mòn của
gió.
Những địa hình được điêu khắc, còn được gọi là yardang, có thể
cao đến 10 m và dài hàng km và là những dạng mà được tạo thành theo kiểu khí
động học bởi những con gió hoang mạc.
Ngoài những tác nhân của gió gây bào mòn bề mặt Trái Đất(
thạch quyển) ngoài ra gió còn có khả năng lắng tụ . Các vật chất lắng tụ bởi gió có những manh mối về cường độ
và hướng gió ở quá khứ cũng như hiện tại. Những điểm nổi bật này giúp chúng ta
hiểu được khí hậu hiện tại và những gì tạo nên nó. Những khối cát lắng tụ bởi
gió xuất hiện dưới dạng bãi cát, cát gợn sóng và gợn sóng. Những bãi cát thường
phẳng, uốn lượn nhẹ ở bề mặt vì các hạt cát quá lớn nên không thể nhảy được.
Chúng hình thành khoảng 40% các bề mặt lắng tụ bởi gió. Bãi cát Selima, chiếm
khoảng 60000 km vuông ở phía Nam Ai Cập và phía bắc Sudan , là một
trong những bãi cát lớn nhất thế giới. Bãi cát này phẳng lặng tuyệt đối ở một
số nơi, còn ở những nơi khác, các cồn cát di chuyển liên tục. Trầm tích mà tích
tụ lại bị gió thổi đến các gò, lằn gợn, hay cồn cát mà có dốc thấp ở bên phía
đón gió. Phần xuôi chiều gió của cồn cát, phần khuất gió, thường là dạng dốc
nằm nghiêng như tuyết lở, tương tự mặt dưới cồn cát. Cồn cát có thể có nhiều
hơn một mặt bên dưới. Độ cao tối thiểu của mặt bên dưới là khoảng 30 cm {2}
c.
Khí quyển làm thay đôi tính chất thành phần của
thạch quyển
Sự thay đổi tính chất thành phần của thạch quyển do khí quyển
biểu hiện qua sự thay đổi độ ẩm trên bề mặt thạch quyển. Thay đổi độ ẩm của đất
phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố của khí quyển như : nhiệt độ, khí hậu, độ ẩm
không khí. Những vùng có khí hậu nhiệt đới ẩm đồng nghĩa với việc lượng mưa
trung bình cao từ đó độ ẩm trong đất tại các vùng khí hậu này rất cao và ngược
lại những nơi có khí hậu khô cằn độ ẩm sẽ rất thấp. Ngoài ra yếu tố nhiệt độ
cũng rất quan trọng, khi nhiệt độ cao ví dụ như ở các hoang mạc thì đổ ẩm đất
trên bề mặt gần như bằng không vì quá trình bốc hơi nước xảy ra rất nhanh và
mạnh vì như ta đã biết độ ẩm trong đất là lượng nước có trong đất.
Ngoài ra nhờ sự cân bằng độ ẩm trong đất do khí quyển mà sự sống
của các sinh vật, thực vật trong đất càng phát triển. Khi lượng sinh, động thực
vật phát triển càng nhiều thì sẽ là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cho đất càng
cao.
d.
Khí quyển bảo vệ thạch quyên
Lớp ôzôn là một lớp của khí quyển trên bề mặt trái đất , nó nằm
ở tầng bình lưu của khí quyển . Tầng ôzôn bảo vệ Trái Đất chống lại các tia cực
tím của Mặt Trời và cũng được tạo ra từ Mặt Trời. Phân
tử ôzôn được cấu thành từ 3 nguyên ôxi và cấu tạo này không bền vững, tuy nhiên
nó cần rất nhiều năng lượng mới được tạo thành. Khi tia cực tím đến Trái Đất và
va chạm với phân tử ôxi, nó sẽ tách phân tử ôxi thành hai nguyên tử ôxi. Khi
mỗi nguyên tử ôxi này gặp các phân tử ôxi khác, nó sẽ kết hợp lại và tạo thành
một phân tử ôzôn.Quá trình này gọi là chu trình ôxi – ôzôn, và nó giúp chuyển
năng lượng của tia cực tím thành nhiệt năng, từ đó giúp ngăn ngừa tác dụng có
hại của tia cực tím đến con người. Như vậy có thể thấy tầng ôzôn
có tác dụng bảo vệ thạch quyển và các thực thể trên đó
3.4.
Đánh giá hiểu biết của sinh viên về mối quan hệ giữa thạch quyển và khí quyển
Qua cuộc điểu tra tại cả 3 lớp ĐH5QM nhóm đã tổng hợp
phiếu điều tra và đưa ra được các kết qua như sau :
Hình
3.5 Kết quả phiếu điều tra 2
Dễ dàng nhận thấy phần lớn kết quả
phiếu đều chọn thành phần của thạch quyển bao gồm phần trên của lớp Manti và lớp
vỏ Trái đất ( 34 phiếu- 75,6% ) . Chỉ một phần nhỏ nghĩ rằng thạch quyển bao gồm
vỏ lục địa và đại dương ( 7 phiếu- 15,6%). Còn lại các kết quả còn lại không
đáng kể chỉ chiếm 8,8 % còn lại.
Tương tự như sự hiểu biết về thạch
quyển thì sự hình thành của khí quyển cũng nhận được kết quả rất khả quan. 32
phiếu tương đương 71,1 % và 24 phiếu tương đương 53,3% là các kết quả cho rằng
sự sinh ra của khí quyển lần lượt là từ sự thoát hơi nước và hoạt động của núi
lửa. Đây chính là hai trong số các hoạt động chính tạo nên các khí trong khí
quyển.
Mối quan hệ qua lại giữa thạch quyển
và khí quyển là rất rõ ràng khi thể hiện trên các phiếu kết quả . Chiếm 34 phiếu
tương đương 75,6% kết quả mà ta nhận được khi cho rằng thạch quyển và khi quyển
có mối quan hệ tương hỗ với nhau. Chỉ một số ít hiểu nhầm mối quan hệ này chỉ
theo một chiều chỉ có khí quyển tác động đến thạch quyên ( 11 phiếu chiếm 24,4%
).
Tác nhân khí quyển đến thạch quyển dựa
vào yếu tố sự thay đổi nhiệt độ đột ngột được coi là tác nhân chính trong việc
tạo nên các vết nứt ,bong tróc bề mặt đá tại các hoang mạc chiếm 32 phiếu với tỷ lệ tương ứng 71,1% . Nổi bật ngay sau
nguyên nhân đó là hoạt động của núi lửa chiếm
15 phiếu . Kết quả cho thấy nhiều đối tượng điều tra đã chọn cả hai
phương án trên. Còn lại các tác nhân khác chiếm tỷ lệ không đáng kể.
Tác động của khí quyển
đến thạch quyển không thể kể đến quá trình phong hóa. Trên đây kết quả thể hiện
CO2 tham gia vào quá trình
phong hóa hóa học. Chiếm tới 32 phiếu tương ứng 71,1% . Còn lại các yếu tố khác
như nhiệt độ, O2 , gió không
được lựa chọn cao.
Với các tỷ lệ kết quả như bảng trên
đã thể hiện được tác động của thạch quyển đến khí quyển . Hầu hết các kết quả đều
lựa chọn cả 3 tính chất bị thay đổi của khí quyển do thạch quyển. Tỷ lệ tương đối
là ngang nhau : Hình dạng luồng khí ( 20 phiếu ) , Độ bụi ( 13 phiếu ) , Nhiệt
độ ( 14 phiếu )
Qua các kết quả nhận xét trên đây có
thể thấy mức độ hiểu biết cũng như kiến thức của các sinh viên các lớp ĐH5QM về
mối quan hệ giữa thạch quyển và khí quyển rất tốt. Hầu hết các câu hỏi trong
phiếu điều tra đều được các sinh viên trả lời đúng với tỷ lệ rất cao.
KẾT LUẬN
Bài tiểu luận : “Mối quan hệ giữa các
quyên thạch quyển và khí quyển” đã mang
lại một cái nhìn tổng quát nhất về Khoa học Trái Đất và mối quan hệ tương hỗ giữa
các quyển trong Trái Đất. Đặc biệt hiểu rõ mối quan hệ giữa Thạch quyển và Khí
quyên. Thạch quyển và khí quyển có mối quan hệ tượng tác qua lại với nhau. Khí
quyển được tạo thành từ sự thoát hơi nước và các chất khí từ các hoạt động núi
lửa của thạch quyển và một phần từ thủy quyển. Khí quyển giúp duy trì sự sống
trên thạch quyển, bảo vệ thạch quyển và các sinh vật, thực vật trên đó bằng tầng
ôzôn làm giảm các tia tử ngoại từ Mặt Trời. Khí quyển còn tác động đến quá
trình phong hóa làm thay đổi hình dạng, tính chất, thành phần của thạch quyển.
Mặt khác thạch quyển lại là yếu tố quan trọng tạo nên khí quyển, do vậy nó có
thể làm thay đổi tính chất của khí quyển như tính vật lý hóa học sinh học. Tính
vật lý được thể hiện như sự thay đổi các luồng khí , nhiệt độ, độ bụi. Hóa học
như là sự thay đổi tính chất đặc trưng của khí. Sinh vật là các loại sinh vật sống
trên thạch quyển. Ngoài ra thạch quyển còn trao đổi động lượng , nhiệt lượng
không khí với khí quyển, làm thay đổi khí hậu , nhiệt độ , lượng mưa.