Môi trường nước không tồn tại cô lập với môi trường khác, nó
luôn tiếp xúc trực tiếp với không khí, đất và sinh quyển. Phản ứng hóa học
trong môi trường nước có rất nhiều nét đặc thù khi so sánh với cùng phản ứng đó
trong phòng thí nghiệm hay trong sản xuất công nghiệp. Nguyên nhân của sự khác
biệt đó là tính không cân bằng nhiệt động của hệ do đó là một “hệ mở” tiếp xúc
trực tiếp với khí quyển, thạch quyển, sinh quyển và số tạp chất trong nước cực
kỳ đa dạng. Giữa chúng luôn có sự trao đổi chất, năng l ượng (nhiệt, quang, cơ
năng), xảy ra sôi động giữa bề mặt phân cách pha. Ngay trong lòng nước cũng xảy
ra các quá trình xa lạ với quy luật cân bằng hóa học: quá trình giảm entropi,
sự hình thành và phát triển của các vi sinh vật. Nước là một hợp chất liên quan
trực tiếp và rộng rãi đến sự sống trên trái đất, là cơ sở của sự sống đối với
mọi sinh vật. Đối với thế giới vô sinh, nước là thành phần tham gia rộng rãi
vào các phản ứng hóa sinh, nước là dung môi và môi trường tàng trữ các điều
kiện để thúc đẩy hay kìm hãm các quá trình hóa sinh. Đối với con người, nước là
nguyên liệu chiếm tỷ trọng lớn nhất. Nước rất cần thiết cho hoạt động sống của
con người cũng như các sinh vật. Con người có thể không ăn trong nhiều ngày mà
vẫn sống, nhưng sẽ bị chết chỉ sau ít ngày (khoảng 3 ngày) nhịn khát, vì cơ thể
người có khoảng từ 70 – 75 % là nước, nước mất 12% nước cơ thể sẽ bị hôn mê và
có thể chết. Con người cần nước ngọt cho ăn uống, sinh hoạt hàng ngày và cho
sản xuất. Mỗi người một ngày ăn uống chỉ cần 2,5 lít nước, nhưng tính chung cho
cả nước sinh hoạt thì ở các nước phương Tây mỗi người cần khoảng 300 lít nước
mỗi ngày. Với các nước đang phát triển, số lượng nước đó thường được dùng cho
một gia đình 5 – 6 người. Nhu cầu nước cho sản xuất công nghiệp và nhất là nông
nghiệp rất lớn. Để khai thác một tấn dầu mỏ cần có 10 m 3 nước , muốn chế tạo
một tấn sợi tổng hợp cần có 5600 m3 nước, một trung tâm nhiệt điện hiện đại với
công suất 1 triệu kW cần đến 1,2 – 1,6 tỉ m3 nước trong một năm. Tóm lại, nước
có một vai trò quan trọng không thể thiếu được cho sự sống tồn tại trên trái
đất, là máu sinh học của trái đất nhưng nước cũng là nguồn gây tử vong cho con
người. Vì vậy nói đến nước là nói đến việc bảo vệ rừng, trồng rừng, phát triển
để tái tạo nguồn nước, hạn chế cường độ dòng lũ lụt, để sử dụng nguồn nước làm
thủy điện, để cung cấp nước sạch. Phải sử dụng hợp lý nước sinh hoạt và sản
xuất đi đôi với việc chống ô nhiễm nguồn nước đã khai thác sử dụng, phải xử lý
nước thải sản xuất và sinh hoạt.
. Thành phần hóa sinh của nước. Thành phần hóa học của nước
thiên nhiên Nước tự nhiên chiếm 1% tổng lượng nước trên trái đất, gồm nước chứa
ở sông, hồ, nước bề mặt, nước ngầm. Thành phần của nước tự nhiên có hòa tan các
chất rắn, lỏng, khí phụ thuộc vào đ ịa hình mà nó đi. Các nguồn nước tự nhiên
không nối liền với nhau nên không có sự hòa trộn để có thành phần khá đồng đều
như nước biển và thành phần của chúng lại có thể thay đổi ngay trên dòng. Nước
biển trong các đại dương được nối với nhau nên thành phần của nước gần như
nhau. Nước biển chứa hàm lượng muối tan lớn gấp khoảng 2000 lần so với các
nguồn nước bề mặt. Nước biển có thể gọi là dung dịch chứa muối NaCl 0.5 M,
MgSO4 0.05 M và vi lượng của tất cả các chất trong toàn cầu. Các chất rắn hòa
tan trong nước chủ yếu là các muối hòa tan, hàm lượng NaCl trong nước quyết
định độ mặn của nước. Các khí hòa tan trong nước: nói chung các chất khí có
trong khí quyển đều có mặt trong nước do kết quả của hai quá trình cơ bản là
khuếch tán và đối lưu. Trong đó khí CO2 và O2 trong nước có ý nghĩa quan trọng
đối với quá trình quang hợp và hô hấp của các sinh vật sống dưới nước. - Oxi
trong nước: oxi là loại khí ít tan trong nước và không tác dụng với nước về mặt
hóa học, nhưng oxi có ý nghĩa l ớn đối với quá trình tự làm sạch của nước. Độ
hòa tan của oxi trong nước phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và áp suất môi trường.
Mức độ bão hòa oxi hòa tan trong nước ngọt vào khoảng 14 – 15 ppm (0oC, 1 atm),
8 ppm (25oC, 1 atm), 7 ppm (35oC, 1 atm). Nồng độ oxi giảm dần theo chiều sâu
của lớp nước. Nếu nước bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ có khả năng oxi hóa bằng
phản ứng sinh học với oxi thì hàm lượng oxi trong nước còn giảm do bị tiêu hoa
bởi hoạt động của các vi khuẩn. Khi lượng oxi trong nước quá ít < 2 ppm, các
vi khuẩn sẽ lấy oxi của các chất chứa oxi để oxi hóa: SO 42- à H2S à S… nước vùng
đó trở thành vùng yếm khí. - Khí cacbonic trong nước: khí cacbonic hòa tan
trong nước tan ra các ion HCO3-, CO32- và quá trình chuyển hóa CO32- thành CO2
trong nước đóng vai trò rất quan trọng cho các quá trình cân bằng hóa học trong
nước. Quá trình đó, không chỉ làm ổn định pH trong nước mà còn ảnh hưởng tới sự
tạo phức với các ion kim loại của nước, tham gia vào hoạt động của thực vật và
lắng đọng các trầm tích cacbanat trong nước. Các phản ứng của khí CO2 vào nước:
Khi pH >= 8.3, CO2 trong nước chủ yếu tồn tại ở dạng CO32- ; khi pH
Quá trình này dẫn tới sự thay đổi pH của môi trường. - Các
chất hữu cơ trong nước: Dựa vào khả năng phân hủy của vi sinh vật có thể chia
làm hai nhóm: + Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học: các chất đường,
protein, chất béo, dầu mỡ động thực vật, vi sinh vật phân hủy tạo ra khí
cacbonic và nước. + Các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học: hợp chất clo hữu
cơ, andrin, policlor biphenyl (PCB), hợp chất đa vòng ngưng tụ (pyren,
naphtalen, antraxen, đioxin…) là những hợp chất khá bền trong môi trường nước
và có độc tính cao cho động thực vật và con người. 2.2 Thành phần sinh học của
nước Trong môi trường nước, các sinh vật sống (vùng sinh vật – biota) có thể
phân loại thành cả sinh vật đẳng tuyến (autotropic) và sinh vật dị tuyến
(heterotropic). Vùng sinh vật đẳng tuyến sử dụng năng lượng mặt trời hoặc năng
lượng hóa học để biến các vật chất đơn giản không có sự sống thành các phân tử
sống có chứa các sinh vật sống. Các sinh vật sống đẳng tuyến dùng năng lượng
mặt trời để tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ được gọi là các sinh
vật sản xuất (producer). Các sinh vật dị tuyến sử dụng các chất hữu cơ do các
sinh vật đẳng tuyến tạo ra như nguồn năng lượng và nguyên liệu cho quá trình
tổng hợp chất hữu cơ sinh học (biomass) của chúng. Các sinh vật phân hủy là một
phân lớp của sinh vật dị tuyến và bao gồm chủ yếu các loại vi khuẩn, nấm; các
sinh vật này phân hủy chất sinh học thành các hợp chất đơn giản mà các hợp chất
này trước hết sẽ được các sinh vật đẳng tuyến xử lí. Các vi sinh vật trong nước
là một nhóm rất đa dạng của sinh vật có khả năng tồn tại như các đơn bào vốn
chỉ có thể quan sát thấy qua kính hiển vi. Các vi sinh vật, đơn bào nhỏ bé chỉ
có thể nhìn thấy qua kính hiển vi bao gồm vi khuẩn, nấm và tảo đóng vai trò cực
kỳ quan trọng trong môi trường nước với những lý do sau: + Thông qua khả năng
xử lý cacbon vô cơ, tảo và các vi khuẩn quang hợp là các sinh vật sản xuất chủ
yếu sinh khối, cung cấp phần còn lại của chuỗi thức ăn trong môi trường nước. +
Là các tác nhân xúc tác cho các phản ứng hóa học dưới nước, vi khuẩn làm trung
gian cho hầu hết các chu trình oxi hóa – khử trong nước. + Bằng việc phân hủy
sinh khối và các chất khoáng hóa quan trọng, đặc biệt là nitơ và photpho, các
vi sinh vật dưới nước đóng vai trò quan trọng trong chu trình dinh dưỡng.
Các vi sinh vật dưới
nước cũng rất cần thiết cho các chu trình sinh hóa. + Các vi khuẩn dưới nước
đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy và giải độc rất nhiều chất ô nhiễm
(xenobiotic) trong môi trường thủy quyển. Theo quan điểm của hóa học môi
trường, kích thước nhỏ bé của các vi sinh vật đặc biệt quan trọng, bởi vì kích
thước này cho phép các vi khuẩn trao đổi nhanh các chất dinh dưỡng và các sản
phẩm metan với môi trường xung quanh, kết quả là tạo ra nhiều phản ứng metan.
Việc tăng trưởng theo cấp số nhân của các đơn bào bằng quá trình sinh sản nhân
đôi ở pha lỏng, cho phép các vi sinh vật nhân lên nhanh chóng trên các chất nền
hóa học môi trường như là các hợp chất hữu cơ có thể phân hủy được. Các vi sinh
vật đóng vai trò như các chất xúc tác sống cho phép hàng loạt các chu trình hóa
học diễn ra trong môi trường nước và đất. Phần lớn các phản ứng hóa học diễn ra
trong đất và nước đều là các phản ứng liên quan đến các chất hữu cơ và các quá
trình oxi hóa – khử xuất hiện thông qua khâu trung gian có xúc tác vi khuẩn.
Tảo là vi sinh vật sản xuất chủ yếu các chất hữu cơ sinh học trong nước. Tảo là
vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành các chất cặn và chất
khoáng; chúng cũng có vai trò cực kỳ quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải
thứ cấp. Các vi sinh vật phải được loại bỏ khỏi nguồn nước dể tạo nguồn nước
sạch cho con người. Tảo có thể được coi là các vi sinh vật siêu nhỏ tồn tại
trên các vật chất dinh dưỡng vô cơ và sản sinh ra chất hữu cơ từ cacbondioxit
thông qua quá trình quang hợp. Ở dạng rất đơn giản, quá trình sản xuất ra các
chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp của tảo được mô tả bằng phản ứng sau:
CO2 + H2O à {CH2O} + O2
Trong đó, nhóm {CH2O} là một đơn vị cacbohydrat. Nấm là các vi sinh vật không
quang hợp. Cấu trúc của nấm có nhiều loại và thường được phân loại theo cấu
trúc sợi. Nấm là các vi sinh vật ưa khí, thường chịu được môi trường nhiều axit
và có nồng độ các ion kim loại nặng cao hơn vi khuẩn. Mặc dù nấm không phát
triển mạnh trong môi trường nước nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong việc
quyết định thành phần của nước tự nhiên và nước thải do một lượng lớn các chất
do nấm phân hủy từ xenlulose trong gỗ và các loại thực vật khác thâm nhập vào
nguồn nước. Để làm được điều này các tế bào nấm tiết ra enzim ngoại bào
xenlulaza. Một tác dụng phụ quan trọng là đối với môi trường của việc phân hủy
các chất từ thực vật của nấm là các chất mùn. . Những đặc điểm của nước
Nước là một trong số các chất lỏng dị thường nhất. Khối lượng
phân tử của nước ở 20oC nhỏ hơn nhiều so với bất kỳ chất lỏng nào khác ở cùng
nhiệt dọ này (trừ HF). Đây là một tính chất dị thường vì ở điểm sôi xu hướng
các phan tử chất lỏng muốn thoát ra để chuyển động tự do trong không gian, tức
là dạng khí, nước lại bằng xu hướng của phân tử muốn tạo thành chất lỏng. Xu
hướng chuyển thành dạng khí có liên quan chủ yếu đến khối lượng phân tử: nếu
các phân tử chất lỏng đều nhẹ hơn thì chúng có thể chuyển động trong không gian
dễ dàng hơn các phân tử nặng hơn ở một nhiệt độ nào đó. Xu hướng các phân tử ở
dạng khí tạo thành pha lỏng có liên quan chủ yếu đến tương tác giữa các phân tử
với nhau trong pha lỏng. Khối lượng của phân tử nước bằng 18 nên phân tử nước
là một phân tử nhẹ, nhưng điểm sôi của nước là 100 oC. Nếu so sánh nước với
metan trên quan điểm này thì khối lượng phân tử của metan bằng 16 nhưng điểm
sôi chỉ có – 161,5oC. Còn nếu so sánh với neon có khối lượng phân tử bằng 20
nhưng điểm sôi là – 245,9oC. Những số liệu này cho thấy điểm sôi của nước cao
hơn rất nhiều so với các chất có khối lượng phân tử tương đương. Khi nước đá
nóng chảy thành nước thì thể tích giảm và tiếp tục giảm đến khi có nhiệt độ
bằng 3,98oC. Ta biết rất rõ là nước đá nhẹ hơn nước. Hiện tượng này là rất khác
với đa số các chất rắn khác vì thường các chất rắn đều nặng hơn dạng lỏng và bị
chìm vào dạng lỏng trong quá trình nóng chảy. Nhiệt dung riêng của nước cũng
lớn hơn rất nhiều so với nhiều chất lỏng khác. Nước có nhiệt nóng chảy và nhiệt
hóa hơi cũng rất lớn. Ngoài ra nước có hằng số điện môi lớn, có khả năng hòa
tan được nhiều chất điện li hơn so với nhiều dung môi khác. Nước có được những
tính chất vật lý đặc biệt đó là do giữa các phân tử nước tồn tại một loại liên
kết đặc biệt, được gọi là liên kết hydro. Phân tử nước H2O là phân tử phân cực
cao. Các phân tử không tồn tại riêng rẽ mà tạo thành từng nhóm phân tử bởi liên
kết hidro. Mỗi phân tử nước đá được bao quanh bởi 4 phân tử nước đá khác tạo
thành cấu trúc hình tứ diện. 4. Sự tạo phức trong nước tự nhiên và nước thải
Các ion kim loại trong nước thường liên kết với các phân tử nước dưới dạng các
ion hydrat biểu thị bằng công thức chung là M(H2O)xn+, để đơn giản H2O thường
được bỏ qua. Các phân tử khác nước có thể liên kết với các ion kim loại mạnh hơn
phân tử nước. Đặc biệt, một ion kim loại trong nước có thể kết hợp với một ion
hoặc một hợp chất có cung cấp các electron cho ion kim loại. Những hợp chất như
trên được gọi là chất cho điện tử, hay base 7
lewis. Là một phối tử, nó liên kết với một ion kim loại để
tạo nên một phức hợp hay một hợp chất phối trí. Các phức chất với kim loại đều
ảnh hưởng tới tính chất của nước. Có thể ở nồng độ thấp (vi lượng) chúng có lợi
cho dinh dưỡng, song ở nồng độ cao chúng lại gây đọc trong nước. Các phức với
kim loại còn ảnh hưởng tới quá trình oxy hóa – khử, cân bằng hóa học và cân
bằng sinh học trong nước. Ở đây người ta thường quan tâm đến các phức chất của
axit humic và axit fulvic. Các phức này đã được các nhà hóa học phát hiện từ
năm 1800, nhưng cấu trúc và đặc tính hóa học đến nay vẫn chưa được xác định
chính xác. Chúng được tạo nên do quá trình phân hủy thực vật, xuất hiện như một
chất lắng trong đầm lầy hoặc lớp trầm tích của nước. Sự tạo phức bởi các chất
humic (mùn) Nhóm tạo các hợp chất quan trọng nhất có trong tự nhiên là các chất
mùn. Các chất mùn là những hợp chất không bị thoái biến trong quá trình phân
hủy các thực vật, là các chất lắng đọng trong đất, đáy các đầm lầy, than bùn,
than non, hay ở bất cứ nơi nào có chứa lượng lớn thực vật bị thối rửa. Các chất
này thường được phân loại theo độ hòa tan. Một hợp chất có chứa mùn được tách
ra bằng base mạnh và dụng dịch còn lại được axit hóa, sẽ cho các sản phẩm sao:
+ Bã thực vật không thể tách rời được gọi là humin + Một chất kết tủa từ phần
tách ra bị axit hóa, được gọi là axit humic. + Một hợp chất hữu cơ còn lại
trong dung dịch bị axit hóa gọi là axit fulvic. Do tính chất phức hợp, hút ẩm,
axit và base mà cả hợp chất tan lẫn không tan đều có ảnh hưởng lớn đến tính
chất của nước. Thông thường axit fulvic tan trong nước và phát huy ảnh hưởng
của mình như các chất tan. Axit humic và humin không và ảnh hưởng đến chất
lượng của nước thông qua việc trao đổi, như trao đổi cation hay các chất hữu cơ
với nước. Các hợp chất humic là hợp chất cao phân tử, có trọng lượng phân tử
lớn. Trọng lượng phân tử dao động từ một vài trăm đối với axit fulvic đến hàng
chục ngàn đối với axit humic và các hợp chất humin. Liên kết của các ion kim
loại bằng các chất mùn là một trong những tính chất môi trường quan trọng nhất
của chất mùn. Liên kết này có thể tồn tại như một chelat giữa một nhóm cacboxyl
và một nhóm hydroxyl của phenol. Các chất phức của axit fulvic với kim loại
cũng đóng vai trò quan trọng trong môi trường nước tự nhiên. Chúng có thể lưu
giữ 8
một số ion kim loại như sắt, các hợp chất màu vàng trong nước
được gọi là Gelbstofe và thường gắn liền với sắt tan. Người ta đã đặt biệt chú
ý đến các hợp chất mùn sau khi phát hiện ra trihalogenmetan (THM) như clorofom
hay dibromclometan trong các nguồn cung cấp nước. Ngày nay người ta thấy rằng,
các chất gây ung thư còn nhiều nghi ngờ này có thể được hình thành với sự xuất
hiện của các hợp chất mùn trong quá trình tẩy uế nguồn nước uống của các đô thị
bằng clo. Các hợp chất mùn tạo ra THM qua phản ứng với clo. Có thể giảm bớt sự
hình thành của THM bằng cách loại bỏ càng nhiều càng tốt chất mùn trước khi khử
trùng nước bằng clo. Như vậy, dựa vào độ tan của axit humic và axit fulvic
người ta phân loại: + Humin là những sản phẩm gốc thực vật không chiết được. +
Axit humic là những sản phẩm kết tủa trong quá trình axit hóa. + Axit fulvic là
những chất hữu cơ còn lại trong dung dịch axit. Các axit humic và axit fulvic
có ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của nước như: tính tạo phức, tính hấp phụ,
tính base. Axit humic và axit fulvic là các đại phân tử, có phân tử lượng từ
vài ngàn tới 300 ngàn, có cấu trúc không ổn định, chứa đồng thời nhiều nhóm
chứa axit yếu: cacbonyl, cacboxyl, hydroxyl, phenol. Một trong những tính chất
khá đặc thù của axit humic và fulvic là khả năng tạo phức với kim loại tạo
thành hợp chất có đ ộ tan thấp.
. Độ pH Độ pH là một trong những chỉ tiêu cần xác định đối
với chất lượng nước. Giá trị đo pH cho phép chúng ta quyết định xử lý nước theo
phương pháp thích hợp hoặc điều chỉnh lượng hóa chấ trong quá trình xử lý nước.
Sự thay đổi pH trong nước có thể dẫn tới những thay đổi về thành phần các chất
trong nước do quá trình hòa tan hoặc kết tủa, hoặc thúc đẩy hoặc ngăn chặn
những phản ứng hóa học, sinh học xảy ra trong nước. Xác định pH bằng các máy đo
pH. Các máy đo pH hiện nay đều là các máy hiện số. Độ chính xác của các máy này
thường là 1% đơn vị pH. 2. Nhiệt độ Nhiệt độ của nước là một chỉ tiêu cần đo
khi lấy mẫu nước. Nhiệt độ của nước ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình sinh
hóa xảy ra trong nước. Nhiệt độ của nước phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời
tiết hay môi trường khu vực. Riêng nhiệt độ của nước ngầm, các lớp 9
nước tầng đáy sâu của hồ… ít phụ thuộc vào môi trường hơn.
Nhiệt độ nước thải công nghiệp đặc biệt là nước thải của nhà máy nhiệt điện,
nhà máy điện hạt nhân thường cao hơn từ 10 – 25 oC so với nước thường. Nước
nóng có thể gây ô nhiễm hoặc có lợi tùy theo mùa và vị trí địa lý. Vùng có khí
hậu ôn đới nước nóng có tác dụng xúc tiến sự phát triển của vi sinh vật và các
quá trình phân hủy. Nhưng ở những vùng nhiệt đới, nhiệt độ cao của nước ở sông
hồ sẽ làm thay đổi quá trình sinh hóa và hóa lý bình thường của hệ sinh thái
nước, giảm lượng oxi hòa tan vào nước và tăng nhu cầu oxi của cá lên 2 lần. Một
số loài sinh vật không chịu được nhiệt độ cao sẽ chết hoặc phải di chuyển đi
nơi khác, nhưng có một số loài khác lại phát triển mạnh ở nhiệt độ thích hợp.
Chỉ tiêu nhiệt độ cần đo ngay tại nơi lấy mẫu bằng nhiệt kế hay bằng các máy đo
nhiệt độ. 3. Màu sắc Nước sạch trong suốt và không màu. Nếu bề mặt đáy của nước
rất lớn ta có cảm giác nước màu xanh nhẹ, đó là do sự hấp thụ chọn lọc các bước
sóng nhất định của ánh sáng mặt trời. Nước bẩn của nước là do các chất bẩn
trong nước gây nên. Màu sắc của nước ảnh hưởng đến thẩm mỹ khi sử dụng nước,
ảnh hưởng đến chất lượng nước khi sử dụng trong sản xuất. Mùa của nước là do
những nguyên nhân sau: + Màu của các chất hữu cơ: màu này rất khó xử lý bằng
các phương pháp đơn giản. Nước có màu xanh đậm hoặc có váng trắng chứng tỏ
trong nước có nhiều chất phú dưỡng hoặc các thực vật nổi phát triển quá mức và
sản phẩm phân hủy thực vật đã chết. Sự phân hủy các chất hữu cơ làm xuất hiện
axit humic và fulvic hòa tan làm nước có màu vàng. + Các chất vô cơ là những
hạt rắn, gây ra màu sắc trong nước. Màu này xử lý đơn giản hơn. Các hợp chất
của Fe3+ không tan làm cho nước có màu nâu đỏ. Nước thải sinh hoạt hay nước
thải công nghiệp có nhiều màu sắc khác nhau. Thường là màu xám hay màu tối. Khi
nước bị ô nhiễm có màu sẽ cản trở sự truyền ánh sáng mặt trời vào nước, làm ảnh
hưởng tới hệ sinh thái nước. Nếu là màu do hóa chất gây nên sẽ rất độc đối với
sinh vật sống trong nước. 4. Mùi vị Nước sạch không có mùi, vị. Nước có mùi vị
khó chịu là nước bị ô nhiễm. Nguyên nhân của sự ô nhiễm là do sản phẩm phân hủy
các chất hữu cơ trong nước hoặc do nguồn nước thải có chứa những chất khác
nhau, ví dụ: mùi phân C8H5NHCH3, mùi trứng thối 10
H2S, mùi hôi của mercaptan (CH3SH, CH3(CH2)3SH, mùi cá ươn
của amin (CH3NH2, (CH3)2NH, (CH3)3N), mùi thịt thối của diamin NH2 – (CH2)4 –
NH2… 5. Độ đục Nước tự nhiên sạch thường không chứa các chất rắn lơ lửng nên
trong suốt và không màu. Độ đục do các chất lơ lửng gây ra, chúng có kích thước
rất khác nhau, từ dạng những hạt keo đến những thể phân tán thô. Những hạt vật
chất gây đục thường hấp phụ những kim loại nặng, cùng các vi sinh vật gây bệnh.
Nước đục còn ngăn cản quá trình chiếu sáng của mặt trời xuống đáy thủy vực làm
giảm quá trình quang hợp và nồng độ oxi hòa tan trong nước. Đơn vị chuẩn của độ
đục là sự cản quang bởi 1 mg SiO 2 hòa tan trong 1 lít nước cất gây ra được gọi
là 1 đơn vị độ đục. Đo độ đục của nước bằng các máy đo độ đục. Độ đục càng lớn
có nghĩa là độ nhiễm bẩn của nước càng cao và phải có biện pháp xử lý thích
hợp. 6. Độ mặn Độ mặn của nước là tổng lượng các muối hòa tan trong nước. Mỗi quần
thể sinh vật trong nước sẽ thích nghi với một khoảng độ mặn nhất định của nước.
Độ mặn thường được ký hiệu là S‰. Độ mặn của nước có thể tính qua hàm lượng Cl-
có trong nước biển theo công thức: S‰ = 0.030 + 1.805.[Cl-] Đo độ mặn của nước
bằng các máy đo độ mặn. 7. Chất rắn trong nước Gồm hai loại là chất rắn lơ lửng
và chất rắn hòa tan. Tổng hai loại chất rắn trên gọi là tổng chất rắn trong
nước. Chất rắn lơ lửng: phần chất rắn không bị hòa tan có kích thước tử 0.01 –
0.1 μm như khoáng sét, bùn, than, mùn… Các chất rắn l ơ lửng làm cho nước đục,
thay đổi màu sắc và các tính chất khác. Hàm lượng chất rắn lơ lửng được xác
định bằng lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi
lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 103 – 105 oC tới khi khối lượng
không đổi. Đơn vị tính là mg/l. Ngoài ra hàm lượng chất rắn lơ lửng có thể xác
định bằng máy quang phổ hấp thụ. Chất rắn hòa tan: mắt thường không thể nhìn
thấy được, làm cho nước có mùi, vị khó chịu, đôi khi cũng làm cho nước có màu. Đó
là chất khoáng vô cơ, hữu cơ như các muối clorua, cacbonat, nitrat, photphat…
Nguồn nước có hàm lượng chất rắn cao không dùng được trong công nghiệp và trong
sinh hoạt. 8. Chất rắn bay hơi 11
Hàm lượng chất rắn bay hơi là lượng mất đi khi nung lượng chất
rắn huyền phù ở 550oC trong một khoảng thời gian nhất định. Thời gian này phụ
thuộc vào loại nước cần xác định (nước thải, bùn, nước uống…). Đơn vị tính là
mg/l. Hàm lượng chất rắn bay hơi trong nước thường biểu thị cho hàm lượng chất
hữu cơ trong nước. 9. Chất rắn có thể lắng Chất rắn có thể lắng là thể tích
phần chất rắn của một lít nước mẫu đã lắng xuống đáy phễu sau một thời gian xác
định (khoảng 1 giờ). Đơn vị đo là ml/l. 10. Độ kiềm toàn phần Được định nghĩa
là hàm lượng các chất có trong nước có khả năng phản ứng với axit mạnh. Độ kiềm
rất quan trọng trong việc xử lý nước và trong môi trường hóa sinh của các loại
nước tự nhiên. Thông thường người ta cần phải xác định được nồng độ kiềm để
tính toán khối lượng các hóa chất cần thêm vào khi xử lý nước. Nước có tính
kiềm cao thường có độ pH cao và chứa lượng chất rắn hòa tan cao. Tính chất này
của nước có thể có hại đối với các dụng cụ đun nước, việc sản xuất thức ăn và
các hệ thống nước ở thành phố. Độ kiềm có tác dụng như một dung dịch đệm và là
nguồn cung cacbon vô cơ, vì vậy góp phần quyết định khả năng của nước trong
việc trợ giúp cho sự phát triển của tảo và các loài sinh vật sống dưới nước
khác. Các nhà sinh học cũng sử dụng độ kiềm làm thước đo chất lượng của nước.
Nhìn chung, các khoáng chất chính quyết định tính kiềm trong nước là ion
bicacbonat, ion cacbonat và ion hidroxit. Ngoài ra còn có các hóa chất khác ảnh
hưởng đến độ kiềm của nước là ammoniac và các base liên hợp của photphoric,
silicic, boric và các axit vô cơ. Cũng cần phải phân biệt giữa độ base cao, đ
ược xác định bằng độ pH tăng, và độ kiềm cao xác định bằng khả năng nhận H+.
Trong khi pH chỉ cường độ thì độ kiềm chỉ khả năng. Việc dùng phèn nhôm
Al2(SO4)3.18H2O làm chất kết tụ là một ví dụ cho tầm quan trọng của tính kiềm
trong việc xử lý nước. Ion nhôm hidrat là một axit khi có nước sẽ kết hợp với
base tạo ra nhôm hidroxit kết tủa. Phản ứng này khử kiềm trong nước. Đôi khi
cũng cần bổ sung thêm kiềm để ngăn chặn việc nước trở nên quá axit. Độ kiềm có
đơn vị là CaCO3 mg/l dựa theo phản ứng trung hòa axit. Trọng lượng tương đương
của canxi cacbonat bằng ½ trọng lượng theo công thức của nó vì chỉ cần ½ phân
tử CaCO 3 để trung hòa một ion H+. Tuy nhiên thể hiện độ kiềm bằng mgCaCO3/l có
thể dẫn đến nhầm lẫn với mđương lượng/l là đơn vị thường dùng trong hóa học. 12
Đối với nước tự nhiên, độ kiềm của nước phụ thuộc chủ yếu vào
hàm lượng các muối cacbonat, hidrocacbonat của kim loại kiềm và kiềm thổ, trong
trường hợp này pH của nước thường >= 8.3. 11. Độ axit Đối với các nguồn nước
tự nhiên, độ axit được định nghĩa là hàm lượng của các chất có trong nước có
khả năng tham gia phản ứng với kiềm mạnh. Nước axit thường rất ít gặp trừ
trường hợp bị ô nhiễm nặng. Độ axit của nước thường do sự có mặt của các axit
như: H2PO4-, CO2, H2S, các protein, các axit béo và các ion kim loại có tính
axit, đặc biệt là ion Fe 3+. Độ axit khó xác định hơn độ kiềm, lý do là hai hợp
chất chủ yếu tác động đến tính axit là CO2 và H2S đều là chất tan dễ bay hơi và
biến mất trong mẫu thử. Cất và lưu giữ các mẫu nước đại diện để phân tích của
khí này thường rất khó. Thuật ngữ axit vô cơ tự do được dùng cho các axit mạnh
trong nước như H2SO4 và HCl. Nước axit trong các hầm mỏ có chứa nhiều axit vô
cơ. Trong khi nồng độ axit được xác định bằng việc chuẩn độ với base đến điểm
cuối của phenolphthalein(pH = 8.3, khi cả axit mạnh và axit yếu đều được trung
hòa), thì axit vô cơ tự do được xác định bằng việc chuẩn độ với base đến điểm
cuối methyl da cam (pH = 4.3, khi chỉ có axit mạnh được trung hòa). Độ axit của
một số ion hydrat kim loại cũng có thể làm tăng tính axit của nước. Để ngắn
gọn, ion H3O+ được viết tắt đơn giản hơn thành H+. Độ axit của nước có nguồn
gốc khác nhau do quá trình thủy phân, oxi hóa khoáng vật và chất hữu cơ, hoạt
động vi sinh, l ắng đọng từ khí quyển, nước thải từ các hoạt động công nghiệp,
sự hòa tan của khí CO2. Trong đó, khí CO2 hòa tan vào nước là nguồn chính đóng
góp vào độ axit của nước. 12. Độ cứng của nước Trong các cation có trong hầu
hết các hệ thống nước sạch, ion canxi thường có nồng độ cao nhất và có ảnh
hưởng lớn nhất đ ối với hóa học môi trường nước, cũng như việc sử dụng và xử lý
nước. Tính chất hóa học của canxi, mặc dù khá phức tạp, nhưng vẫn đơn giản hơn
tính chất hóa học của các ion kim loại chuyển tiếp trong nước. Canxi là nguyên
tố quan trong các quá trình địa hóa. Các khoáng chất tạo thành các nguồn ion
canxi chủ yếu trong nước. Các khoáng chất chủ yếu góp phần tạo ra ion canxi là
thạch cao CaSO4.2H2O, CaSO4, dolomite CaMg(CO3)2, aragonite, vốn là các dạng
khác nhau của CaCO3. Canxi xuất hiện trong nước là do sự cân bằng giữa canxi và
các hợp chất magie cacbonat cùng với CO2 tan trong nước, khí này từ không khí
hay các chất hữu cơ bị thối rữa trong các chất cặn. Nước 13
chứa lượng lớn cacbon dioxit sẽ hòa tan nhanh chóng canxi từ
các hợp chất cacbonat. Nồng độ CO2 trong nước quyết định độ hòa tan của canxi
cacbonat. Lượng cacbon dioxit mà nước có được nhờ vào sự cân bằng với không khí
không đủ để tạo ra canxi hòa tan trong nước tự nhiên, đặc biệt là nước ngầm.
Thay vào đó, hoạt động hô hấp của các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có
trong nước, trong các chất cặn và đất sẽ cung cấp lượng CO2 cần thiết để hòa
tan CaCO3 trong nước. Đây là một yếu tố hết sức quan trọng trong các chu trình
hóa học môi trường nước và các quá trình chuyển hóa địa hóa. Ion canxi, cùng
với ion magie, đôi khi là ion sắt II, quyết định độ cứng của nước. Minh họa
điển hình nhất về độ cứng của nước là kết tủa vón cục của phản ứng giữa xà
phòng với ion canxi trong nước cứng. Nhiệt độ tăng có thể làm cho phản ứng này
xảy ra bằng cách giải phóng khí CO2 và chất kết tủa trắng của canxi cacbonat có
thể hình thành trong nước sôi có độ cứng tạm thời. Do có sự có mặt của các
muối, chủ yếu là các muối canxi và muối magie, nước cứng không gọi là nước ô
nhiễm vì không gây hại cho sức khỏe con người. Nhưng độ cứng của nước lại có
ảnh hưởng lớn đến sản xuất công nghiệp như đóng cặn trong nồi hơi do tạo kết
tủa với các ion Ca 2+, Mg2+; pha chè không ngấm, làm giảm tác dụng của hợp chất
tạo bọt của xà phòng. Độ cứng của nước được chia làm thành hai loại: + Độ cứng
tạm thời: do các muối hydrocacbonat của canxi và magie tạo nên, khi đun nước
sôi độ cứng tạm thời sẽ mất, do tạo kết tủa CaCO3 và MgCO3. + Độ cứng vĩnh cửu:
do các muối sunfat, clorua của canxi và magie tạo nên. Ngoài ra một số các
cation kim loại khác như: Al3+, Fe3+,… cũng làm tăng độ cứng của nước, độ cứng
vĩnh cửu thường rất khó loại trừ. Độ cứng của nước được biểu thị bằng hàm lượng
của CaCO3, đơn vị là mg/l. Có thể phân loại độ cứng của nước như sau: Độ cứng
của nước Hàm lượng CaCO3 (mg/l) Nước mềm < 50 Nước cứng trung ≈ 150 bình
> 300 Nước quá cứng 13. Hàm lượng oxi hòa tan trong nước(DO: dissolved
oxygen) Cùng với trị số pH, khí oxi hòa tan là yếu tố thủy hóa quan trọng xác
định cường độ hàng loạt quá trình sinh hóa xảy ra trong môi 14
trường nước.
Với khả năng hoạt động hóa học mạnh, oxi hòa tan trong nước là một hợp phần rất
linh động, sự phân bố theo không gian và biến đổi theo thời gian của nó chịu
tác động của hàng loạt hiện tượng và quá trình, trong đó đáng kể nhất là quá
trình tương tác của nước, khí quyển, hoạt động của thủy sinh vật, mức độ ô
nhiễm của nước…Chính vì vậy oxi hòa tan trong nước được xem là một trong những
yếu tố chỉ thị cho khối nước, cho nhiều quá trình lý hóa xảy ra trong đó, đồng
thời nó còn được sử dụng như một chỉ tiêu cơ bản để đánh giá mức độ ô nhiễm môi
trường, nhất là ô nhiễm chất hữu cơ. Tất cả các sinh vật đều phụ thuộc vào oxi
dưới dạng nào đó để duy trì quá trình trao đổi chất đáp ứng sinh sản và phát
triển. Lượng oxi hòa tan trong nước rất ít, với nước sạch, độ hòa tan của oxi ở
0oC, 1atm là 14.6 ppm. Chỉ số DO thấp có nghĩa là nước có nhiều chất hữu cơ,
nhu cầu oxi hóa tăng nên tiêu thụ nhiều oxi trong nước. Chỉ số DO cao chứng tỏ
nước có nhiều rong tảo tham gia quá trình quang hợp giải phóng oxi, thậm chí
đạt trên mức bão hòa (nếu đạt giá trị 200% được gọi là siêu bão hòa). Về mặt
hóa học, oxi không tham gia phản ứng với nước, độ hòa tan oxi vào nước phụ
thuộc vào nhiệt độ. Ngoài ra còn phụ thuộc vào tiêu hao oxi do quá trình phân
hủy sinh học chất hữu cơ do vi khuẩn hiếu khí, sự bổ sung oxi do quá trình
quang hợp, hao hụt oxi do quá trình hô hấp của động vật trong nước và chiều sâu
của nước. Chỉ số DO trong nước ở áp suất 1atm Và các nhiệt độ khác nhau Nhiệt
độ o C 0 5 10 15 20 25 30 Nước ngọt 14.6 12.8 11.3 10.2 9.2 8.4 7.6 (ppm) Nước
biển 11.3 10.0 9.0 8.1 7.1 6.7 6.1 (ppm) 14. Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD:
biochemical oxygen demand) Nhu cầu sinh hóa là lượng oxy mà sinh vật đã sử dụng
trong quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong nước. Đơn vị tính theo mg/l. vi
khuẩn Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + tế bào mới Oxi cần cho quá trình này là oxi
hòa tan trong nước. Quá trình oxi hóa sinh học xảy ra rất chậm và kéo dài. 15
Chỉ số BOD chỉ
ra lượng oxi mà vi khuẩn tiêu thụ trong phản ứng oxi hóa các chất hữu cơ trong
nước ô nhiễm, chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân
hủy sinh học trong nước ô nhiễm càng nhiều. Trong thực tế không thể xác định
lượng oxi cần thiết để vi sinh vật oxi hóa hoàn toàn chất hữu cơ có trong nước,
chỉ xác định được lượng oxi cần thiết để vi sinh vật oxi hóa các hợp chất hữu
cơ trong 5 ngày ở nhiệt độ 20oC trong buồng tối, kết quả được biểu thị bằng
BOD5. 15. Nhu cầu oxi hóa học (COD: chemical oxygen demand) Trong nước thường
tồn tại những hợp chất vô sinh có khả năng tiêu thụ oxi hòa tan bằng các phản
ứng hóa học. Nguồn gốc và hàm lượng các hợp chất này trong nước mặt và nước
thải rất khác nhau, bản chất và tính chất hóa học của chúng cũng rất khác nhau.
Theo quan hệ hóa học giữa chúng với oxi hoặc với một số chất khác thì đại đa số
trong chúng có tính khử, một số lại có tính oxi hóa. Tuy nhiên, dù mang đực
trưng nào thì những hợp chất này cũng vẫn có khả năng tiêu thụ một lượng oxi
hòa tan trong nước. Tập hợp những chất và hợp chất có khả năng tiêu thụ oxi hòa
tan trên tạo nên “nhu cầu oxi hóa hóa học” của nước (tức là khả năng tiêu thụ
oxi trong các phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong nước). Những hợp phần có khả
năng tiêu thụ oxi trong nước bằng con đường hóa học như đã nêu trên, thường có
nguồn gốc là các hợp chất hữu cơ, chủ yếu là các hợp chất phức tạp và đa dạng
của cacbon. Như vậy, nhu cầu oxi hóa học của nước được tạo nên chủ yếu do hợp
phần hữu cơ có trong nước. Do đó có thể dùng COD để đặc trưng định lượng cho
hàm lượng của hợp phần này. Nguồn cung cấp các chất hữu cơ cho nước tự nhiên
còn chủ yếu do sự phân hủy tàn tích hữu cơ và các sản phẩm của quá trình hoạt
động sống của động vật, các xác động thực vật…Ngoài ra, chất hữu cơ còn được
cung cấp từ các nguồn nước thải công nghiệp và sinh hoạt. Chính vì vậy COD của
nước còn được coi là một chỉ tiêu của ô nhiễm môi trường. Tóm lại, COD là nhu
cầu oxi cần thiết cho quá trình oxi hóa toàn bộ các chất hữu cơ trong mẫu nước
thành CO 2 và H2O bằng các tác nhân oxi hóa mạnh. 16. Hàm lượng sắt và mangan
trong nước Khi trong nước có chứa các ion sắt và mangan, chúng sẽ gây nên độ
đục và màu trong nước: Fe2+ oxy hóa Fe3+ màu nâu đỏ Mn2+ oxy hóa Mn4+ màu đen
16
Các ion này có
tính chất duy trì sự phát triển của một số vi khuẩn gây thối rửa trong hệ thống
phân phối nước. Nước có hàm lượng sắt > 0.3 mg/l và mangan > 0.05 mg/l sẽ
gây mùi tanh, khó chịu, làm nước có màu. Khi bị oxi hóa chúng chuyển thành các
hợp chất sắt và mangan hóa trị cao gây keo hoặc kết tủa làm tắc các đường ống
dẫn nước. 17. Hàm lượng photpho Photpho có thể tồn tại trong nước dưới các dạng
H2PO4-, HPO42-,PO43-, các poly photphat như Na3(PO3)6 và phopho hữu cơ. Đây là
nguồn dinh dưỡng cho các thực vật dưới nước, chúng gây ô nhiễm và góp phần thúc
đẩy hiện tượng phì dinh dưỡng ở các ao, hồ. 18. Hàm lượng sunfat Hàm lượng
sunfat trong nước cao sẽ ảnh hưởng tới việc hình thành H2S gây mùi khó chịu,
nhiễm độc với cá, ngoài ra còn gây hiện tượng đóng cặn cứng trong nồi đun, gây
hiện tượng xâm thực ăn mòn đường ống dẫn. vi khuẩn SO42- + hợp chất hữu cơ S2-
+ H2O + CO2 yếm khí S2- + 2H+ H2S 19. Hàm lượng nitơ Hợp chất nitơ trong nước
tự nhiên là nguồn dinh dưỡng cho thực vật. Trong nước nitơ tồn tại ở nhiều dạng
khác nhau như: NO3-, NO2-,… Hàm lượng các hợp chất chứa nitơ cũng là một chỉ
tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước. Hàm lượng NH3 cao gây nhiễm độc cho các sinh
vật sống trong nước; hàm lượng NO2-, NO3- cao sẽ kết hợp với hồng cầu tạo thành
chất không vận chuyển oxi gây bệnh xanh xao thiếu máu. 20. Hàm lượng kim loại
nặng: Pb, Cu, Ni, Cd… Các kim loại nặng thường có trong nước thải đô thị hoặc
nước thải công nghiệp. Những kim loại này ở các pH khác nhau tồn tại ở các dạng
khác nhau gây ô nhiễm nước, độc hại với sinh vật. 21. Hàm lượng chất dầu mỡ
Chất dầu mỡ trong nước có thể là chất béo, axit hữu cơ, dầu, sáp… Chúng có thể
gây khó khăn cho quá trình vận chuyển nước, ngăn cản oxy hòa tan trong nước và
tạo lớp phân cách bề mặt với khí quyển.
Trong nước
thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo và các đơn bào.
Chúng xâm nhập vào nước từ các môi trường xung quanh hoặc sống trong nước. Có
thể chia làm hai loại: + Loại vi sinh có hại là các vi khuẩn gây bệnh từ các
nguồn rác thải, bệnh của người và các động vật như tả, thương hàn, bại liệt… Vi
khuẩn E – coli là vi khuẩn đặc trưng cho mức độ nhiễm trùng nước. + Các loại
rong tảo làm nước có màu xanh, khi thối rửa làm tăng hàm lượng chất hữu cơ
trong nước. Các chất hữu cơ này phân hủy sẽ tiêu thụ oxi, gây hiện tượng thiếu
oxi và làm ô nhiễm nước.
1. Ảnh hưởng của
nước thải đối với nguồn nước tiếp nhận Nước đã tạo nên văn minh của nhân loại.
Nhân loại ở thế kỷ 20 đã đứng trước nguy cơ căng thẳng về nguồn năng lượng và vấn
đề ô nhiễm môi trường. Vậy thế kỷ 21 nhân loại có thể đứng trước nguy cơ gì lớn
hơn nữa? Nguy cơ nước sạch. Đó là nhận thức chung của các chuyên gia trên toàn
thế giới. Nguy cơ thiếu nước có tính chất toàn cầu là do nguồn nước thải ngày một
tăng đã ảnh hưởng trực tiếp đến nguồn nước tiếp nhận. Dưới đây là một số ảnh hưởng
chính do nước thải gây ra đ ối với nguồn nước tiếp nhận:
Xuất hiện
các chất nổi trên mặt nước hoặc có cặn lắng: các hiện tượng nhiễm bẩn này thường
do nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm hoặc nước thải sản xuất của
các xí nghiệp có chứa dầu mỡ và sản phẩm dầu mỡ. Chúng tạo nên lớp màng dầu, mỡ
nỗi trên mặt nước và nếu cặn nặng thì lắng xuống đáy. Chúng làm cho nước có mùi
vị đặc trưng và làm giảm lượng oxi trong nước nguồn. Với hàm lượng dầu 0.2 –
0.4 mg/l sẽ làm cho nước có mùi dầu. Khử mùi dầu là một việc làm khó khăn. Tôm
cá trong nước bị nhiễm bẩn do các sản phẩm dầu mỡ có tốc độ sinh trưởng chậm,
thậm chí không sinh trưởng được và thịt của chúng có mùi dầu.
Thay đổi tính chất lý học: nguồn nước tiếp nhận
nước thải sẽ bị đục, có màu, có mùi do các chất thải đưa vào hoặc do sự phát
triển của rong, rêu, tảo, sinh vật phù du… tạo nên.
Thay đổi
thành phần hóa học: tính chất hóa học của nguồn nước tiếp nhận sẽ bị thay đổi
phụ thuộc vào loại nước thải đổ vào. Nguồn nước thải mang tính axit hoặc kiềm
hoặc chứa nhiều loại hóa chất làm thay đổi thành phần và hàm lượng các chất có
sẵn trong thủy vực. Lượng oxy hòa tan
trong nước giảm: hàm lượng oxy hòa tan trong nguồn nước tiếp nhận bị giảm là do
tiêu hao oxy để oxy hóa các chất hữu cơ do nước thải đổ vào. 19
Hiện tượng
giảm oxy hòa tan ( < 4 mg/l) trong nước sẽ gây ảnh hưởng xấu cho các loài
thủy sinh vật. 1.5 Xuất hiện hoặc làm tăng các loại vi khuẩn gây bệnh: nước
thải kéo theo các loài vi khuẩn gây bệnh vào nguồn nước tiếp nhận làm suy chất
lượng nước cấp cho các mục đích sử dụng, trong đó đặc biệt là dùng trong sinh
hoạt và sản xuất. Tóm lại, nước thải nếu bị lưu đọng xử lý chưa đạt yêu cầu sẽ
gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt đối với nguồn nước tiếp nhận, hậu quả kéo theo
gây tác động xấu đến vệ sinh môi trường và sức khỏe con người. 2. Nguồn gốc và
thành phần gây ô nhiễm nước Sự ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành
phần và tính chất của nước gây ảnh hưởng tới hoạt động sống bình thường của con
người, sinh vật, đến sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và thủy sản.
Ở nước ngoài, vị trí của ngành Khoa học Trái đất là ở đâu so với các
ngành khoa học khác? Còn ở Việt Nam thì sao? 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 nước ta, các nhà nghiên cứu Khoa Học Trái Đất có thể làm những công
việc gì? 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. Những tố chất
quan trọng để theo học ngành Khoa Học Trái đất? Đối với một ngành học, ngành
nghiên cứu đều cần đến sự yêu thích và niềm say mê tìm hiểu, ngành Khoa học
Trái Đất cần ở người học, nghiên cứu, làm việc tình yêu thiên nhiên, say mê tìm
hiểu các hiện tượng diễn ra trên chính Trái Đất. Bên cạnh đó, ngành Khoa học về
Trái đất là ngành khoa học tổng hợp nên nó đòi hỏi sự tổng hợp các kiến thức
của các khoa học cơ bản khác như Toán học, Vật lý, Hóa học và Tin học... để
phân tích và minh giải các vấn đề liên quan. Làm sao tôi có thể biết mình có
năng khiếu về Khoa Học Trái Đất? Nếu bạn luôn tự đặt các câu hỏi "tại
sao", “như thế nào” về những hiện tượng thiên nhiên luôn xảy ra xung quanh
bạn như: đồi núi, sông ngòi đã được hình thành như thế nào, tại sao lại có
những thiên tai, tại sao đá lại nhiều màu, những khoáng sản được tích tụ và
phát hiện ra sao... thì bạn đã có thể khẳng định phần nào sự yêu thích và năng
khiếu về Khoa học Trái Đất của bạn.. Từ chính niềm yêu thích tìm hiểu thiên
nhiên này, cùng với kiến thức của các môn khoa học tự nhiên và xã hội cần thiết
(Toán học, Vật lý, Hóa học...) sẽ giúp bạn giải đáp những câu hỏi trên. Khoa
học Trái Đất.
Khoa học Trái đất. Thế giới tự nhiên phong phú và đa dạng vô
cùng nên những gì học được trên giảng đường chỉ là một phần nhỏ trong hành
trang kiến thức. Việc tổ chức đi thực tập là một trong những nhiệm vụ hàng đầu
của nhà trường, có thể là đi thực tập ngoài thiên nhiên, thực tập tại các cơ
quan, viện nghiên cứu, trung tâm nghiên cứu với các ngành, chuyên ngành tương
ứng. Sinh viên cũng có thể chủ động liên hệ nơi thực tập. Tốt nghiệp các ngành
Khoa học về Trái Đất, có thể làm gì và ở đâu? (Hướng nghiệp Khoa học Trái Đất?)
* Nghiên cứu khoa học, giảng dạy các ngành, chuyên ngành thuộc Khoa học Trái
Đất tại các trường Đại học có các ngành, chuyên ngành tương ứng. Công tác
nghiên cứu khoa học tại các Trung tâm, các Viện nghiên cứu tương ứng trong cả
nước. * Tìm kiếm, phát hiện, đánh giá, khai thác và giữ gìn các nguồn tài
nguyên, giúp tăng trưởng kinh tế và đồng thời bảo vệ lợi ích lâu dài cho con
người --> Tổng cục Dầu khí, các công ty khai thác khoáng sản và dầu khí,
Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam (DGMV), Tổng cục quản lí tài nguyên
nước, Tổng cục Du lịch… * Quy hoạch, quản lý và bảo vệ môi trường --> Bộ Tài
nguyên thiên và môi trường và các Sở KHCN tại tỉnh, thành phố gồm: Cục bảo vệ
môi trường (NEA) và các đơn vị trực thuộc, Tổng Cục Đo đạc và Bản đồ, Tổng cục
Bảo vệ Môi trường, Tổng cục quản lí tài nguyên nước, Trung tâm Khoa học và Công
nghệ Quốc gia, Tổng cục Địa chính, Tổng cục Du lịch, các công ty phát triển du
lịch sinh thái... * Xây dựng và qui hoạch công trình, qui hoạch và phát triển
đô thị, nông thôn: Tổng cục Đo đạc và Bản đồ; Sở Địa chính và các đơn vị trực
thuộc; Vụ khảo sát thiết kế xây dựng - Bộ xây dựng và các đơn vị trực thuộc. *
Nghiên cứu, dự báo, đánh giá các hiểm họa thiên nhiên: --> Cục phòng chống
thiên tai và các đơn vị trực thuộc; Tổng cục Khí tượng thủy văn, Trung tâm dự
báo khí tượng thủy văn Trung ương (KTVN) và các trạm khí tượng phân vùng...
Ngoài các ví dụ tổng quát trên, tốt nghiệp một ngành, chuyên ngành thuộc Khoa
học Trái Đất có thể tìm các cơ hội công tác, làm việc tại rất nhiều đơn vị cơ
quan, xí nghiệp với nhu cầu kiến thức tương ứng, ví dụ cử nhân chuyên ngành
Ngọc học có thể làm việc tại bộ phận kiểm định đá quý thuộc một công ty vàng
bạc và đá quý... Tốt nghiệp cử nhân ngành Sư phạm Địa lý có thể giảng dạy môn
Địa lý tại các trường Phổ thông Cơ sở và Phổ thông Trung học Chọn khối thi nào
để thi vào các ngành Khoa học về Trái Đất? Khoa học Trái đất có rất nhiều
chuyên ngành khác nhau, vì vậy có thể học các khối A, B, C, D tùy theo yêu cầu
của mỗi chuyên ngành riêng. Ví dụ: để theo học ngành địa chất, môi trường phải
thi khối A hoặc B; theo học ngành địa lí du lịch phải thi khối C, D... Các cơ
sở đào tạo các ngành Khoa học về Trái Đất bậc cao đẳng và đại học ở Việt Nam? -
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (Hanoi University of
Science - Vietnam National University, Hanoi) với các ngành Địa lý, Địa chất,
Địa chính, Địa kỹ thuật - Địa môi trường, Khí tượng - Thuỷ văn - Hải dương học,
Thổ nhưỡng, Khoa học Môi trường, Công nghệ Môi trường.
1.3 THẠCH QUYỂN
(Lithosphere):
1.3.1. Cấu trúc của vỏ Trái Đất
Vỏ Trái đất hay thạch quyển, là một
lớp vỏ cứng rất mỏng cấu tạo hình thái rất phức tạp, có thành phần không đồng
nhất, có độ dày thay đổi theo vị trí địa lý khác nhau. Theo các nhà địa chất,
vỏ Trái đất được chia làm hai kiểu: vỏ lục địa và vỏ đại dương. Vỏ đại dương có
thành phần chủ yếu là các đá giàu CaO, FeO, MgO, SiO2 (đá bazan) trải dài trên
tất cả các đáy của các đại dương với chiều dày trung bình 8km. Thực ra, vỏ đại
dương có thể chia ra làm các phụ kiểu:
-
Vỏ miền nền đại
dương đặc trưng cho phần lớn diện tích đáy đại dương và là loại vỏ đại dương
điển hình, có chiều dày 3-17km.
-
Vỏ đại dương mìên
tạo núi, phát triển trên các cung đảo và núi ở giữa đáy đại dương, có chiều dày
10-25km.
-
Vỏ đạic dương
vùng đại máng đặc trưng cho các biển ven rìa có cung đảo chắn (biển Nhật Bản,
biển Java,…) với bề dày của lớp đá bazan 5-20km, đôi chỗ còn thấy di tích lớp
đá granit.
-
Vỏ đại dương
trong các vực thẳm với bề dày trung bình 8-10km.
-
Vỏ đại dương ở
các biển nội địa có chiều dày lớp đá
trầm tích khá dày, đạt 10-12km ở biển Hắc Hải, 20-40km ở biển Caxpiên.
Vỏ lục địa, gồm 2 lớp vật liệu chính
là đá bazan dày 10-20km ở dưới và các loại đá khác: granit, sienit giàu SiO2,
Al2O3 và đá trầm tích ở bên trên. Vỏ lục địa thường rất dày, trung bình 35 km,
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. Vỏ lục địa thường
phân chia thành 3 phụ kiểu:
-
Vỏ lục địa mìên
nền, thường gặp trên các miền đại lục, phần trên của sườn lục địa và đáy biển
nội địa với lớp granit có chiều dày thay đổi.
-
Vỏ lục địa miền
tạo núi đại lục, thường gặp tại các phần cao của lục địa (vùng núi có độ cao
dưới 4000m) và trên các đảo (Mađagasca, Kalimanta, Tân Ghinê,…). Ở loại này
chìêu dày lớp granit và bazan đều lớn hơn phụ kiểu trên.l
-
Vỏ lục địa mìên
tạo núi trẻ và mạnh (Hymalaya), đặc trưng cho vùng núi cao trên 4000m trên các
đại lục, với bề dày của vỏ trên 60km, cho tới 80km.
Có nhiều lý thuyết đề cập tới quá trình phát triển có định hướng của vỏ
Trái đất như thuyết địa máng và thuyết kiến tạo mảng. Theo lý thuyết địa máng
thì khuynh hướng chủ yếu trong lịch sử phát triển của vỏ Trái đất là sự quá độ
chuyển hóa từ cấu trúc vỏ nền đại dương thành các đai địa máng hoạt động mạnh,
và cuối cùng thành các địa máng nội địa. Khi các đại dương này khép lại thì
diện tích lục địa mở rộng, còn diện tích đại dương thu hẹp. Trong quá trình
biến chất và uốn nếp, xảy ra hiện tượng “granit hóa” lớp vỏ bazan vốn có của vỏ
đại dương thành lớp granit của vỏ lục địa. Khi chế độ địa máng kết thúc thành
các mìên nền thì quá trình granit hóa cũng kết thúc.
Theo lý thuyết kiến tạo mảng, thạch
quyển gồm vỏ và tầng mantia trên, bị vỡ ra thành 12 mảng di chuyển chậm theo
phương nằm ngang trên bề mặt Trái đất. Sự di chuyển các mảng thực hiện trên nền
một quyển mềm (Asthenosphere) nằm ngay dưới thạch quyển. Ranh giới giữa các
mảng này có thể là phân kỳ, hội tụ hoặc biến đổi. Tại ranh giới phân kì, ví dụ
tại sống núi giữa Đại Tây Dương, nơi hai mảng tiếp xúc có xu hướng tách giãn 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 trượt qua nhau dọc theo ranh giới.
Hình 1 Trái đất cắt
ngang từ lõi đến khí quỷên
Bảng 1 Các nguyên tố
hóa học phổ bíên 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
|
Như vậy, 8 nguyên tố hóa học phổ biến
trên chiếm 99% trọng lượng vỏ Trái đất.. Nếu cộng thêm với 4 nguyên tố hóa học
nữa là H, Ti, C, Cl thì dãy 12 nguyên tố đó chiếm 99,67% trọng lượng vỏ Trái
đất. 80 nguyên tố hóa học tự nhiên còn lại của bảng tuần hoàn chỉ, chỉ chiếm
0,33% trọng lượng vỏ Trái đất. Nói cách khác, con người hiện đang sống trong
một phần rất mỏng manh, có thành phần phức tạp và rất linh động của Trái đất là
vỏ Trái đất. Cấu trúc Trái đất và các quá trình hóa lý phức tạp xảy ra trong
lòng Trái đất vẫn đang chứa đựng nhiều điều bí ẩn với con người.
1.3.2.
Sự hình thành đá, cấu trúc địa chất và khoáng sản
Đá là một thể địa chất, bao gồm tập
hợp của 1 hay nhìêu khoáng vật được tạo thành trong một điều kiện địa chất nội
hoặc ngoại sinh nhất định trong lịch sử phát trỉên của vỏ thạch quyển.
Đất đá và và các khoáng vật tự nhiên,
được tạo thành trên trái đất nhờ 3 quá trình địa chất chính: macma, trầm tích
và biến chất.Các loại đá hình thành do sự nguội đi của dung thể macma hoặc tác
động trực tiếp của dung thể đó gọi là đá macma. Các loại đá được hình thành
trên bề mặt Trái đất hoặc lắng đọng trong đáy biển, đại dương, các bồn
nước,…được gọi là đá trầm tích. Đá macma hoặc đá trầm tích bị biến đổi dước áp
suất và nhiệt độ cao thành đá biến chất. Ba loại đá macma, biến chất, 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 trầm tích
Đá trầm tích
Đá
Biến chất
Nhiệt phóng xạ
Hình
2 Chu trình
biến đổi các loại đá chính trong vỏ Trái Đất.
Phù hợp với các quá trình địa chất
trên, các khoáng vật ở vỏ Trái đất cũng được tạo thành trong các quá trình
tương ứng: trầm tích, biến chất và macma. Hai quá trình sau thường xảy ra trong
lòng Trái đất được gọi là quá trình nội sinh.Khoáng vật hình thành trên bề mặt
Trái đất (trầm tích hoặc biến chất) thường gọi khoáng vật ngoại sinh. Tương tự
như vậy, các tích tụ khoáng vật hoặc nguyên liệu khoáng ở vỏ Trái đất dưới dạng
các khoáng sản, cũng được gọi tên theo các quá trình hình thành chúng như: Các
mỏ nguồn gốc macma, biến chất hoặc trầm tích. Ví dụ:
-
Các khoáng sản
như kim cương, kim loại quý, quặng sunfur, các quặng thường gặp trong đá macma.
-
Các khoáng sản
nhiên liệu (như than, dầu khí), bauxit, kaolin, muối mỏ,…được tạo ra nhờ các
quá trình trầm tích và thường gặp trong các đá trầm tích.
-
Một số loại khác
như apatit, quặng sắt, ngọc rubi và safia thường gặp trong đá biến chất.
Bảng 1 Thuật
ngữ khoáng chất
|
Khoáng chất
|
Các nguyên tố,
các hợp chất hình thành một cách tự nhiên trong vỏ Trái đất. Khoáng chất có
thể là kim loại hay á kim.
|
|
Đá
|
Hỗn hợp các
khoáng có hàm lượng hóa học thay đổi.
|
|
Quặng
|
Đá chứa hàm
lượng cao một khoáng chất điển hình có lợi để khai thác hoặc tuỷên khoáng.
Các quặng giàu chứa hàm lựong cao những khoáng chất mong muốn, các quặng
nghèo thì ngược lại.
|
|
Kim loại
|
Các khoáng có
tính dẻo, óng ánh và dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Ví dụ: vàng, đồng và sắt.
|
|
Á kim
|
Các khoáng không
có tính dẻo, không óng ánh và dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Ví dụ: cát, muối và
photphat.
|
1.1.3. Sự hình thành đất và sự biến đổi
của vỏ 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 chiếm 40%, nước chiếm 35%,
không khí chiếm 20%, còn lại là mùn và các loại sinh vật từ vi sinh vật cho đến
côn trùng, chân đốt,…
Đất có cấu trúc phân lớp rất đặc
trưng, xem xét phẫu 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 màu thẫm hơn, tập trung các chất hữu cơ và dinh dưỡng của đất.
-
Tầng rửa 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 giữa được cấu tạo của đá.
-
Tầng đá gốc chưa
bị phân hóa hoặc biến đổi.
Các loại đất phát sinh trên cùng loại
đá, trong điều kiện thời tiết và khí hậu tương tự nhau, đều có cùng một kiểu
cấu trúc, phẫu diện và độ dày.
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 của đất không cố định, biến đổi phụ thuộc vào quá trình hình thành
đất. Thành phần hóa học của đất và đá mẹ ở giai đoạn đầu của quá trình hình
thành đất có quan hệ chặt chẽ với nhau. Về sau, thành phần hóa học của đất phụ
thuộc nhiều vào sự phát triển của các nhân tố khí hậu thời tiết; các quá trình
hóa, lý, sinh học xảy ra trong đất và sự tác động của con người. 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, 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,…
Hàm lượng các nguyên tố trên dao động
trong phạm vi rộng, phụ thuộc vào loại đất và các quá trình sử dụng đất.
Địa
hình mặt đất và cảnh quan là kết quả tác động tương hổ đồng thời, ngược với
nhau và liên tục của 2 nhóm quá trình nội sinh (sự nâng lên của bề mặt) và
ngoại sinh ( tác động bào mòn và san bằng của dòng chảy và khí hậu bề mặt). Sự
tranh giành ưu thế của 2 nhóm yếu tố nội sinh và ngoại sinh trong việc ảnh
hưởng tới đại hình sẽ bắt đầu khi một khu vực nào đó của Trái đất nhô lên khỏi
mặt nước biển. Như vậy, địa hình dương chỉ hình thành khi nội lực chiếm ưu thế,
còn địa hình âm khi quá trình sụt lún lớn hơn quá trình bồi tụ. Địa hình phát
triển qua nhìêu giai đoạn khác nhau trên các cấu trúc địa chất rất khác nhau,
nên rất đa dạng. Để thuận tiện cho nghiên cứu người ta tiến hành phân loại địa
hình theo các tiêu chí khác nhau: phân loại địa hình theo tương quan với bề mặt
nằm ngang, phân loại địa hình theo độ phức tạp của địa hình, phân loại địa hình
theo kích thước, phân loại địa hình theo hình thái và trắc lượng hình thái,phân
loại địa hình theo nguồn gốc phát sinh.
|
Tính
chất địa hình
|
Độ
cao tuyệt đối (m)
|
Đặc
điểm hình thái
|
|
Đồng
bằng
- Trũng
- Thấp
- Cao
- Trên núi
|
Dưới mực nước biển
0-200
200-500
500-2500
|
Gợn
sóng, chia cắt yếu, có gò thấp, chổ trũng.
Độ
chia cắt sâu hoặc dao động độ cao dưới 10m.
|
|
Đồi
-
Đồi ở vùng thấp
-
Đồi ở vùng cao
-
Đồi ở vùng núi
|
0-200
200-500
500-2500
|
Dao
động độ cao 10-100m
-
Đồi thấp, tỷ cao 10-25m
-
Đồi trung bình thấp, tỷ cao 25-50m
-
Đồi lớn, tỷ cao 50-70m
-
Đồi rất lớn, tỷ cao 75-100m
-
Có dạng bát úp, dạng nón, dạng vách dốc
|
|
Núi
-
Thấp
-
Trung bình thấp
-
Trung bình
-
Cao vừa
-
Cao
-
Rất cao
|
600-900
700(900)-1200
1200-2500
2500-3000
3000-5000
>5000
|
Dao
động độ cao trên 100m
Gía
trị độ chia cắt sâu:
-
Nhỏ 100-250m
-
Trung bình 250-500m
-
Lớn 500-750m
-
Rất lớn 750-1000m
Sưởn
dốc, thung lũng sâu, đường sống núi có thể sắc nét hoặc mềm mại, xếp thành
nhóm, dải hoặc hệ thống các dải núi
|
1.2. Thủy quyển ( Hydrosphere)
Khoảng 71% với 361 triệu km2 bề mặt trái
đất được bao phủ bởi mặt nước.Vì vậy, đã có nhà khoa học đề nghị thay vì gọi
Trái đất bằng trái nước. Nước được coi là dạng thức vật chất cần cho tất cả các
sinh vật sống trên Trái đất và là môi trường sống của rất nhiều loài.Nước tồn
tại trên Trái đất ở cả 3 dạng: rắn, lỏng, khí.Trong trạng thái chuyển động
(sông suối) hoặc tương đối tĩnh (hồ, ao, biển).Toàn bộ nước trên Trái đất tạo
nên thủy quyển. Phần lớn lớp phủ nước trên Trái đất là biển và đại dương.Hiện
nay, người ta chia thủy quyển làm 4 đại dương, 4 vùng biển và 1 vùng vịnh lớn.
1.2.1. Sự hình thành đại
dương
Sự hình thành Trái đất cùng các quyển được các nhà khoa học quan tâm và
nghiên cứu rất nhiều.Tuy nhiên, do sự kiện xảy ra cách thời đại chúng ta rất
lâu nên việc nghiên cứu gặp nhiều khó khắn. Với sự sáng tạo không ngừng, với
trình độ công nghệ tiến bộ, con người đã dần hé mở được bức màn bí mật, ít
nhiều khám phá được sự hình thành ngôi
nhà chung của các loài, trong đó có sự hình thành đại dương. Hiện nay,
nhiều luận cứ vẫn còn ở dạng lý thuyết, giả thuyết, cần phải được làm sáng tỏ.
Sự đông cứng lớp vỏ Trái đất được coi là sự
bắt đầu lịch sử đại chất, các dấu hiệu địa chất thì được cho thấy, sự kiện này
xảy ra cách đây 4.5 tỷ năm.Sự đông cứng lớp vỏ Trái đất liên quan đến sự nguôi
đi do sự phát xạ năng lượng lớn vào không gian. Đồng thời, Trái đất cũng mất đi
một phần các khí bao bọc. Quá trình này diễn ra phức tạp, song có thể thấy các
khí nhẹ như hydro, heli bị mất vào không gian vũ trụ còn các khí nặng hơn như
oxy, nito vẫn được giữ lại. Vào thời kỳ này, núi lửa hoạt động rất mạnh, phát
thải ra nhiều loại khí hình thành nên khí quyển với thành phần khác xa khí
quyển hiện tại. Khí quỷên lúc này chứa một hàm lượng oxy tự do nhỏ còn phần lớn
là CO2 và hơi nước. Với sự 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 đi của bề mặt Trái đất qua thoát nhiệt vào các đám mây vũ trụ.Vì
vậy, có thể nói hơi nước 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 tọa những khối băng khổng lồ, địa hình đáy biển và đặc biệt là sự phân bố
giữa các đại dương và đất liền.
Khi mới hình thành, nước
biển không mặn như bây giờ. Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, độ mặn của
nước biển là do quá tình hòa tan và tích tụ các muối. Quá trình hòa tan và tạo
băng liên quan tới các điều kiện khí hậu ở các thời đại khác nhau. Nhiều khi,
quá trình tạo băng hà lại có nguyên nhân từ vũ trụ, đặc biệt khi có sự va chạm
của các khối thiên thạch lớn tạo nên lớp bụi khổng lồ, ngăn bức xạ tới bề mặt
trái đất làm lạnh đáng kể bề mặt nước,
tạo điều kiện hình thành các khối băng. Khi trái đất nóng lên (do tăng khí nhà
kính) thì khối băng, có thể tan làm dâng mực nước biển dẫn đến làm ngập nhiều
vùng địa hình thấp ven biển. Ngày nay, khi con người tác động mạnh vào thiên
nhiên, một số quá trình có khả năng xảy ra mạnh hơn và đây là vấn đề nhân loại
phải cân nhắc kỹ để tránh hậu quả.
Để có được hình dạng lục
địa và đại dương như hiện nay, đã có nhiều giả thuyết về sự hình thành.Có thể
nêu ra một số học thuyết chính như: thuyết trôi dạt lục địa, thuyết nới rộng
đáy biển và thuyết kiến tạo mảng.
Theo học thuyết kiến tạo
mảng, do hoạt động nội sinh trong lòng Trái đất, biểu hiện qua những vành đai
núi lửa, lớp vỏ cứng trên bề mặt trái đất, kể cả trên đất liền lẫn dưới đáy đại
dương được chia thành nhiều mảng. Ngay trong thời đại hiện nay, các mảng này đã
được xác định.
Nhà khoa học Đức Alfred
Wegener đã dựa trên theo học thuyết này để giải thích sự phân bố lục địa đại
dương thời xa xưa. Thuyết của Alfred Wegener đã được đưa ra năm 1912 và bị phê
phán khá gay gắt. Theo ông, cách đây khoảng 200 triệu năm, toàn bộ lục địa còn
là một khối, được gọi là Pangaea vào khoảng 180 triệu năm trước đây, khối lục địa bắt đầu bị nạn rứt, tách thành mảng
và di chuyển. Quá trình di chuyển này rất chậm chạp và tồn tại đến ngày nay.
Những nhà khoa học sau này đã phát triển thêm và cố gắng chứng mình học thuyết
này. Họ đã chỉ ra những vết rạn nứt lớn tạo thành các châu lục như hiện nay.
1.2.2.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
nhất lục địa- đại dương.
Đây được coi là hệ thống
mở, luôn diễn ra các tương tác lý hóa với ảnh hưởng của văn hóa. 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 đến hoạt động của con người như
gây ô nhiễm, khai thác tài nguyên và phát triển không bền vững. Rất nhiều nước
đã nhận thức được tầm quan trọng của đới ven biển về sinh thái và môi trường, văn hóa và cảnh quan. Những công việc cần
tiến hành là điều tra, khảo sát nắm vững quy luật tự nhiên, tài nguyên khu vực
đó quyết định phương thức phát triển phù hợp vừa cho hiệu quả kinh tế cao vừa
bảo tồn, gìn giữ được môi trường, hệ sinh thái ven biển.
Vùng ven biển bao gồm
nhiều thành phần như :
Vách: phần lục
địa giáp biển, có độ dốc cao
Bãi biển: phần
cát sỏi, bùn do sông đưa vào
Bờ sau: được giới
hạn bởi vách và mực nước biển khi thủy triều cao
Bờ trước: miền
giữa hai 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 hệ sinh thái đa dạng, phong phú. Ở nhiều nơi khác lại được cấu tạo bởi
cát sỏi, rất sạch nên thuận tiện cho việc tắm biển , nghỉ mát.
Ở nhiều khu vực, khi mùa
mưa đến, nhiều vùng đất ven biển bị ngập, rất khó xác định ranh giới đới ven
bờ. Vùng đồng bằng sông Cửu Long nước ta là một ví dụ.
Vùng cửa sông: cửa của
một con sông, nơi nước chảy ra biển. Có thể coi đây là cánh tay vươn dài của
biển cả vào đất liền. 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 nươc ngọt của sông và
nước mặn của biển, ảnh hưởng của thủy triều.
Ở nhiều vùng cửa sông xảy
ra hiện tượng lấn biển với tốc độ khá nhanh. Quá trình lấn biển chủ yếu do quá
trình lắng đọng phù sa và vật liệu (bùn cát) do thủy triều đưa vào. Ở nước ta,
sông Hồng và sông Cửu Long đều mang phù sa nhưng do sông Hồng có hệ thống đê
nội địa nên sự lấn biển của vùng cửa sông Hồng mạng hơn so với sông Cửu Long.
Quá trình này diễn ra theo quy luật và có chu kỳ. Lúc đầu là sự hình thành các
cồn cát ngay trước cửa sông, buộc dòng chảy phân tán ra hai ngách dọc bờ. Khi
cồn cát này phát triển sẽ chắn dòng chính làm thay đổi dòng chảy cửa sông cho
đến khi dòng chính có động năng đủ mạn ( thường vào mùa lũ) sẽ tách cồn này
thành hai cồn riêng biệt, khi đó tốc độ hai dòng gần bờ chậm lại, phù sa bồi tụ
sẽ nối đất liền với cồn cát. Thảm thực vật cũng biến đổi tương ứng với quá
trình lấn biển, đầu tiên là thảm rừng ngập mặn phát triển ở vùng triều lầy, sau
đó là quá trình ngọt hóa, vùng ven bờ sẽ phát triển các cây cối , lau , sậy và
cuối cùng con người có thể cải tạo để trồng lúa.
Hệ sinh thái vùng cửa sông
là hệ sinh thái nhạy cảm và chịu nhiều ảnh hưởng của độ mặn nước biển. Phần lớn
hệ sinh thái cửa sông là sinh vật biển, năng suất sinh học thuộc diện cao nhất
tới 2000g/m2/năm do nguồn dinh dưỡng phong phú. Do đa dạng về môi
trường sống và nhiều chất dinh dưỡng nên vùng cửa sông khá đa dạng về loài động vật., chim , 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
môi trường. Do đào bới đắp đầm nuôi tôm đã làm giảm diện tích rừng ngập mặn,
nơi sinh sống, cư trú, sinh nở của nhiều loài. Kết quả đa đạng loài bị suy
giảm, các chức năng hỗ trợ cuộc sống của rừng ngập mặn ( chắn sóng, bảo vệ đê,
nơi cư trú loài…) cũng bị giảm theo. Đây là vấn đề đã được các nhà khoa học
cảnh báo nhưng vẫn diễn ra ở nhiều nơi, trong đó có nước ta.
Nghiên cứu xa hơn về phía
biển, các nhà khoa học đã đưa ra khái niệm thềm lục địa. Đây có thể coi là vùng
biển nóng gần bờ với đáy biển tương đối bằng phẳng. Thềm lục địa với phạm vi
rộng cỡ vài trăm kilomet tới 1.500 km. 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.
Việt Nam là nước có thềm lục địa tương đối rộng lớn, ở vùng chứa đựng nhiều tài
nguyên quý giá, đặc biệt là dầu khí.
1.2.3.Băng và gian băng:
Nước là dạng vật chất có
nhiệt hóa hơi, đóng băng và nhiệt bốc hơi, ngưng kết tương đối gần nhau. Vì
vậy, nước tồn tại ở 3 dạng: rắn, lỏng, hơi. Việt Nam là nước nằm ở vùng nhiệt
đới nên dạng rắn của nước tự nhiên không tồn tại. Lớp phủ băng có kích thước
thay đổi theo mùa rõ rệt. Mùa đông ở bán cầu nào thì độ dày lớp băng ở đấy sẽ
tăng lên. Hiện nay, người ta đã xác định được những vùng có băng tuyết phủ kín
quanh năm, đó là hai cực của Trái đất và vùng núi cao.
Do sự hình thành lớp phủ
băng phụ thuộc nhiều vào thời tiết, khí hậu, nên trong lịch sử trái đất đã có
nhiều thời kỳ có khí hậu lạnh được hình thành nên những lớp phủ băng rộng lớn
kéo dài xuống cả vùng có vĩ độ thấp. Thời kỳ này được gọi là kỳ băng hà. Theo
những dấu hiệu địa chất ghi nhận được thì trong vòng 4.000 triệu năm trở lại
đây có tới 10% thời gian trái đất ở vào thời kỳ băng hà. Theo kết quả nghiên
cứu, trong vòng 1.000 triệu năm trở lại đây, các thời kỳ băng hà xuất hiện với
chu kỳ khoảng 150 triệu năm và kéo dài trong vòng vài triệu năm. Vào thời kỳ
băng hà mạnh, lớp phủ băng có thể mở rộng ra cả vùng Nam Mỹ, Châu Phi, Ấn Độ và
Úc.
Thời kỳ băng hà gần đây
nhất – thời kỳ Pleistoxen thuộc kỷ thú tư, có tác động mạnh mẽ và kéo dài tới
cảnh quan môi trường vùng độ cao và vùng vĩ độ trung bình. Con người biết về thời kỳ băng hà này tương
đối rõ vì có nhiều dấu hiệu, vết tích còn sót lại đến ngày nay.
Thời kỳ Pleistoxen gồm một
số pha tăng băng gắn với sự hình thành và tích lũy băng khí hạu lạnh đi. Giữa
các pha băng là giai đoạn tan băng (hay còn gọi là gian băng) khi khí hậu ấm
lên. Hiện vẫn còn nhiều tranh cãi về số lần tăng băng và gian băng trong thời
kì này và vùng chịu ảnh hưởng của các giai đoạn này. Nhiều dấu tích địa chất
cho thấy có 4 giai đoạn tăng băng và giữa chúng là ba giai đoạn gian băng. Hiện
chúng ra đang ở gian băng thứ 4. Những nghiên cứu gần đây cho thấy đa số bwang
thời kỳ Pleistxen đã bị tan vào thời kỳ Holoxen cách đây khoảng 10.000 năm. Tuy
nhiên, lớp phủ băng vẫn còn ở hai bán cầu trên các núi cao và vùng có vĩ độ
cao.
Giai đoạn tăng băng gần
đây nhất còn in đậm dấu vết lên cảnh quan hiện nay , đặc biệt ở vùng vĩ độ cao.
Nếu không có giai đoạn này , có lẽ chúng ta không có nguồn tài nguyên di lịch
phong phú với nhiều môn thể thao và trò chơi trên băng tuyết. Nơi đây cũng là
địa bàn sinh sống của các động thực vật ưu lanh, nơi tồn trữ nguồn tài nguyênn
nước ngọt lớn.
Đã có nhiều công trình
nghiên cứu về nguyên nhân xảy ra quá trình tăng băng và tan băng trên phạm vi
toàn cầu. Hiện nay, nhiều nhà khoa học cho rằng, sự tan băng hay gian băng chủ
yếu do nhiệt độ trái đất nóng lên hay lạnh đi. Những nhân tố đóng vai trò quan
trọng đối với sự lạnh đi của trái đất là những thay đổi trong bức xạ mặt trời,
thay đổi quỹ đạo trái đất, thay đổi albedo mặt đệm và khí quyển.
1.3. Khí quyển
1.3.1.Định nghĩa
Khí quyển là lớp vỏ ngoài của trái đất, với ranh
giới dưới là bề mặt thủy quyển,thạch quyển và ranh giới tên là khỏang 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 hidrô. Dưới tác dụng của ánh sáng,
nước bị phân hủy thành oxy và hydro.Ôxy tác động với amoniac và metan tạo ra 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, N2, CO2,
một ít O2..Thực vật xuất hiện trên Trái đất cùng với quá trình quang
hợp, đã tạo nên một lượng ôxy và làm giảm đáng kể nồng độ CO2 trong
khí quyển.Sự phát triển mạnh mẽ của động thực vật trên trái đất cùng với sự gia
tăng bài tiết, phân hủy xác động thực vật, phân hủy yếm khí của vi sinh vật đã
làm cho nồng độ khí N2 trong khí quyển tăng lên nhanh chóng, để đạt
tới thành phần khí quyển hiện nay.
1.3.2.Thành phần không khí
của khí quyển
Thành phần khí quyển hiện
nay của Trái đất khá ổn định theo phương nằm ngang và phân dị theo phương thẳng
đứng về mật độ. Phần lớn khối lượng 5.1015 tấn của toàn bộ khí quyển
tập trung ở tầng thấp: tầng đối lưu và tầng bình lưu.Mặc dù chỉ chiếm khoảng
0,05% khối lượng của thạch quyển, khí quyển Trái đất có vai trò rất quan trọng
đối với đời sống sinh vật trên 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: N2,
O2 và khí trơ. Mật độ của không khí thay đổi mạnh mẽ theo chiều cao,
trong khi tỷ lệ các thành phần chính của không khí không thay đổi
Bảng 2 hàm lượng trung bình của không khí
|
Chất khí
|
% thể tích
|
% khối lượng
|
Khối lượng (n.1010tấn)
|
|
N2
O2
Ar
CO2
Ne
He
CH4
Kr
N2O
H2
O3
Xe
|
78,08
20,91
0,93
0,035
0,0018
0,0005
0,00017
0,00014
0,00005
0,00005
0,00006
0,000009
|
75,51
23,15
1,28
0,005
0,00012
0,000007
0,000009
0,000029
0,000008
0,0000035
0,000008
0,00000036
|
386.480
118.410
6.550
233
6,36
0,37
0,43
1,46
0,4
0,02
0,35
0,18
|
1.3.3.Cấu trúc thẳng đứng của khí quyển
Khí quyển TĐ có cấu trúc
phân lớp,với các tầng đặc trưng từ dưới lên như sau: tầng đối lưu, tầng bình
lưu, tầng trung quyển, tầng nhiệt quyển và tầng ngoại quyển.
|
Khoảng không
giữa các hành tinh
Các ion
Tầng ngọai quyển
|
|
Không khí rất loãng
Tầng nhiệt quyển
|
|
Không khí loãng
Tầng trung quyển
|
|
Tầng bình lưu
Khí ôzôn
|
|
Tầng đối lưu
|
2000km
500km
80km
50km
15-18km
0km
Hình. Cấu trúc của khí quyển theo chìêu
thẳng đứng
Tầng
đối lưu (Troposphere): là tầng thấp nhất của khí quyển chiếm khoảng 70% khối
lượng của khí quyển,có nhiệt độ thay đổi giảm dần từ +400C ở lớp sát
mặt đất tới -500C ở trên cao.Tầng đối lưu là nơi tập trung nhiều
nhất hơi nước,bụi và các hiện tượng thời tiết chính như mây, mưa, bão…Đánh dấu
cho ranh giới của tầng đối lưu và tầng bình lưu la một lớp có chiều dài khoảng
1km.ở đó có sự chuyển đổi từ xu hướng giảm nhiệt theo chiều cao theo xun hướng
tăng nhiệt độ không khí lên cao. Lớp này gọi là lớp đối lưu hạn.
Tầng bình lưu
(Tratosphere): nằm trên tầng đối lưu, với ranh giới trên dao động khoảng độ cao
50km. Nhiệt độ không khí của tấng bình lưu có xu hướng tăng theo chiều cao,từ
-560C ở phía dưới len-20C ở trên cao. Không khí tầng bình
lưu loãng hơn ít chứa bụi và các hiện tượng thời tiết. Ở độ cao 25km trong tầng
bìn lưu,tồn tại lớp không khí giàu ozôn thườn được gọi là tầng ozôn.Tầng ozôn
có chức năng như một lá chắn khí quyển,bảo vệ cho TĐ khỏi những ảnh hưởng độc
hại của tia tử ngoại từ mặt trời chiếu xuống.
Tầng trung quyển
(mesosphere): nằm ở trên tầng bình lưu cho đến độ cao 80km. Nhiệt độ tầng này
gaỉm dần theo độ cao,từ -20C ở phìa dưới xuống -920C ở
phía trên.Tầng trung quyển ngăn cách với tầng bình lưu bằng một lớp không khí
mỏng (khoảng 1km) ở đó sự biến thiên nhiệt độ của khí quyển chuyển từ dương sang âm gọi là bình lưu hạn.
Tầng nhiệt quyển
(thermosphere): có độ cao từ 80km toi 500km. Ở đây nhiệt độ không khí có xu
hứong tăng dần -92oC tới +12000C Tuy nhiên,nhiệt độ không
khí cũng thay đổi theo thời gian này. Ban ngày thường rất cao ban đêm thấp. Lớp
chuyển tiếp giửa trung quyển và nhiệt quyển gọi là trung quyển hạn.
Tầng ngoại quyển
(exosphere): bắt đầu từ độ cao 500km trở lên. Nhiệt độ của tầng ngoại quyển
nhìn chung có xu hướng cao và thay đổi theo thời gian trong ngày. Thành phần
khí quyển trong tầng có chứa nhiều các ion nhẹ như He+,H+,O2-.
Giới hạn bên ngoài của khí quyển rất khó xác định, thông thường người ta ước
định vào khoảng 1000km tới 2000km.
Cấu trúc tầng khí quyển
được dình 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 TĐ. Hiện nay do hoạt động của
con người, lớp khí quyển ôzôn có xu hướng mỏng dần, sự sống con người và sinh
vật trên Trái đất đang bị đe dọa.
Hình 3 thể hiện vị trí tầng của khí quyển
1.3.4.Ôzôn 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 bức xạ mặt trời, không cho chúng chiếu
toàn bộ xuống bề mặt.
Khí quyển chỉ để lọt
xuống bề mặt các tia sóng co bước sóng từ 104 đến 106
micromet .
Cơ chế hấp thụ tia tử
ngoại của tầng ôzôn có thể trình bày theo các phương trình phản ứng sau:
O2 + Bức
xạ tử ngoại
O+ O
O + O2
O3
O3 + Bức xạ tử ngoại O2 +O
Trong thực tế hiện nay,
chiều dày và nồng độ ôzôn trong lớp ôzôn của Trái đất bởi các nguyên nhân xuất
phát từ hoạt động của con người. Một
trong các tác nhân quan trọng đó là khí
clorofluorocacbon (CFC), metan (CH4), các khí oxit nitơ. Cơ chế tác động của
CFC “dưới tác động của tia tử ngoại”:
CFC +O3 O2 +
ClO
ClO +O3 2O2 +
Cl
Cl +O3 ClO + O2
Các phản ứng dây truyền
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.
Khí CFC thường được sử dụng trong kỹ thuật lạnh để chạy máy điều hòa,tủ lạnh và các hệ thống lạnh công nghiệp trên thế giới.
Khí CFC thường được sử dụng trong kỹ thuật lạnh để chạy máy điều hòa,tủ lạnh và các hệ thống lạnh công nghiệp trên thế giới.
Sự suy thoái tầng ôzôn trên phạm vi
toàn cầu đòi hỏi phải hạn chế việc làm phát sinh ra trong khí quyển các loại
khí như : CFC, CH4, oxit
nitơ…Trong đó việc hạn chế CFC là việc làm hàng đầu. Quá trình suy thoái tầng
ôzôn thường diễn ra mạnh mẽ ở các vĩ độ lớn,nơi tập trung các nước phát
triển.Vì vậy, chương trình ôzôn đang được sự ủng hộ mạnh mẽ về tài chính của
các nước phát triển.
1.3.5. Sol khí
Sol khí là
một thành phần quan trọng khác của khí quyển Trái đất, đó là các hạt bụi, đường
kính của Sol khí dao dộng 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 và nhân tạo của Trái đất. Thời gian tồn tại
của các hạt sol khí trong tầng trung quyển là 5-10 năm,trong tầng bình lưu là
0,5-5 năm, trong tầng đối lưu là 0,01-0,1 năm. Chính các hạt sol khí có kích
thước xấp xỉ micromet là nguyên nhân làm độ trong suốt của khí quyển Trái đất
và là tác nhân ảnh hưởng mạnh mẽ tới thời tiết và khí hậu.