Bài giảng môi trường và con người: Môi trường và sinh thái

5 Ch−ơng 1: Môi tr−ờng vμ sinh thái 1.1. Môi tr−ờng 1.1.1. Khái niệm Môi tr−ờng có thể đ−ợc định nghĩa nh− sau: Môi tr−ờng là tập hợp (aggregate) các vật thể (things), hoàn cảnh (conditions) và ảnh h−ởng (influences) bao bọc quanh một đối t−ợng nào đó". Định nghĩa này cho thấy, khi nói về môi tr−ờng ta phải đứng trên một đối t−ợng nhất định và đối t−ợng này chịu tác động của các thành phần môi tr−ờng bao quanh nó, đối t−ợng này không nhất thiết là con ng−ời (loài ng−ời, cá thể ng−ời hoặc cộng đồng loài ng−ời) mà có thể là bất cứ một vật thể, hoàn cảnh, hiện t−ợng nào đó tồn tại trong không gian có chứa các yếu tố tác động tới sự tồn tại và phát triển của nó. Với cách nhìn này, có thể làm chúng ta lầm t−ởng mỗi đối t−ợng chỉ tiếp nhận chỉ tiếp nhận những tác động của các yếu tố khác ở xung quanh. Thực ra bản thân đối t−ợng đó cũng cũng có những tác động ng−ợc lại các yếu tố xung quanh và chính nó trở thành một yếu tố của môi tr−ờng đối với một yếu tố khác đ−ợc xem là đối t−ợng của môi tr−ờng. Vì vậy môi tr−ờng có thể còn đ−ợc định nghĩa nh− sau: Môi tr−ờng là khoảng không gian nhất định có chứa các yếu tố khác nhau, tác dụng qua lại với nhau để cùng tồn tại và phát triển. Khi nói tới môi tr−ờng, ng−ời ta nghĩ ngay đến mối quan hệ của những yếu tố xung quanh tác động tới đời sống của sinh vật mà trong đó chủ yếu là con ng−ời. Quan điểm về môi tr−ờng nhìn từ góc độ sinh học là những quan điểm phổ biến, sau đây là một số định nghĩa - Môi tr−ờng là tập hợp các yếu tố vật lý, hoá học, sinh học, kinh tế - xã hội bao quanh và tác động tới đời sống và sự phát triển của một cá thể hoặc một công đồng ng−ời (theo Liên hiệp quốc - UNEP ch−ơng trình môi tr−ờng của Liên hiệp quốc, 1980). - Môi tr−ờng là tất cả các hoàn cảnh bên ngoài tác động lên một cơ thể sinh vật hoặc một cơ thể nhất định đang sống, là mọi vật bên ngoài một cơ thể (theo G. Tyler Miler -Environmental Science, USA, 1988). - Môi tr−ờng là hoàn cảnh vật lý, hoá học sinh học bao quanh các sinh vật (Encyclopedia of Environmental Science, USA, 1992). - Môi tr−ờng là tất cả các hoàn cảnh hoặc điều kiện bao quanh một hay một nhóm sinh vật hoặc môi tr−ờng là tổng hợp các điều kiện xã hội hay văn hoá ảnh h−ởng tới cá thể hoặc cộng đồng. Vì con ng−ời vừa tồn tại trong thế giới tự nhiên và đồng thời tạo nên thế giới văn hoá, xã hội và kỹ thuật, và tất cả đều là thành phần môi tr−ờng sống của con ng−ời. Qua các định nghĩa trên, môi tr−ờng đ−ợc xem nh− là những yếu tố bao quanh và tác động lên con ng−ời (cá thể hay cộng đồng) và sinh vật. Thật vậy nếu một môi tr−ờng nào đó có những yếu tố hoàn toàn không liên quan tới sự sống và con ng−ời sẽ chẳng ai quan tâm. Với cách nhìn trên dễ làm cho ng−ời ta ngộ nhận rằng mối quan hệ giữa con ng−ời và môi tr−ờng là mối quan hệ một chiều: Môi tr−ờng tác động tới con ng−ời và con ng−ời nh− là một trung tâm tiếp nhận các tác động đó. Thực ra, mỗi con ng−ời lại là một tác nhân tác động đến các yếu tố chính trong môi tr−ờng mà nó đang tồn tại. 6 Trong những năm gần đây, ng−ời ta có cái nhìn toàn diện hơn về mối quan hệ giữa con ng−ời và môi tr−ờng: - Con ng−ời sống trong môi tr−ờng không phải chỉ tồn tại nh− một sinh vật, mà con ng−ời là một sinh vật biết t− duy, nhận thức đ−ợc môi tr−ờng và biết tác động ng−ợc lại các yếu tố môi tr−ờng để cùng tồn tại và phát triển. - Mối quan hệ giữa môi tr−ờng là mối quan hệ t−ơng tác (tác động qua lại), trong đó bao gồm cả những t−ơng tác giữa các cá thể ng−ời, các cộng đồng con ng−ời. - Con ng−ời sống trong môi tr−ờng không phải chỉ nh− một sinh vật, một bộ phận sinh học trong môi tr−ờng mà còn là một cá thể trong cộng đồng xã hội con ng−ời. Con ng−ời ở đây vừa có ý nghĩa sinh học, vừa có ý nghĩa xã hội học. Chính vị vậy những vấn đề về môi tr−ờng không thể giải quyết bằng các biện pháp lý- hoá- sinh, kỹ thuật học mà còn phải đ−ợc xem xét và giải quyết d−ới các góc độ khác nhau nh− kinh tế học, pháp luật, địa lý kinh tế - xã hội ... Luật bảo vệ môi tr−ờng của Việt Nam nêu rõ " Môi tr−ờng bao gồm các yếu tố tự nhiên (bao gồm thạch quyển, thuỷ quyển và khí quyển) và các yếu tố vật chất nhân tạo (đồng ruộng, v−ờn t−ợcn công viên, thành phố, các công trình văn hoá, các nhà máy sản xuất công nghiệp ...), quan hệ mật thiết với nhau bao quanh con ng−ời, có ảnh h−ởng trực tiếp tới đời sống sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con ng−ời và thiên nhiên" 1.1.2. Sự tiến hoá của môi tr−ờng Lịch sử trái đất đ−ợc đanh dấu bởi hai mốc cơ bản là xuất hiện sự sống và xuất hiện loài ng−ời. a) Tr−ớc khi sự sống xuất hiện - Khí quyển nguyên thuỷ: là một khối cô đặc gồm hydro (H) và Helium (He). khi hành tinh nóng lên (cách đây khoảng 4,5-5 tỷ năm), H và He biến mất. - Khí quyển chuyển hoá: xuất hiện các khí trên hành tinh gồm: hơi n−ớc (85%), CO2 (10-15%), nitơ và dioxit l−u huỳnh (1-3%). Các thành phàn này giống nh− các thành phần khí do núi lửa phun. - Hành tinh lạnh: đại d−ơng đông lại ... quan trọng cho sự tiến hoá của sự sống D−ới mặt đóng băng không bị đông, các tia cực tím không xuyên qua đ−ợc nên sự sống có thể tồn tại. Trên khí quyển, O2 rất ít nên không ngăn chặn đ−ợc sự xâm nhập các tia có hại vì thế sự sống không thể tồn tại (bất cứ sinh vật nào muốn lên bờ đều đều bị chết bởi các tia cực tím). Địa cầu ban đầu tồn tại với các điều kiện hoạt động phi sinh vật. Môi tr−ờng bao gồm địa chất, đất,n−ớc, khí, bức xạ mặt trời. Trong quá trình tồn tại hàng tỷ năm, quả đất và môi tr−ờng bao quanh đã sản sinh ra một sản phẩm đó là oxy với l−ợng không lớn lắm, là kết quả của quá trình hoá học hoặc lý hoá đơn thuần. Sau đó ozone đ−ợc tạo thành dần dần. Lớp ozone dày lên có tác dụng ngăn cản sự xân nhập các tia tử ngoại bức xạ mặt trời lên bề mặt trái đất, vì vậy sự sống xuất hiện và tồn tại. b) Từ khi xuất hiện sự sống Khi xuất hiện sự sống đầu tiên, môi tr−ờng toàn cầu chuyển sang một giai đoạn mới. Môi tr−ờng gồm hai thành phần, tuy lúc đầu ch−a phân biệt rõ lắm đó là phần vô 7 sinh và phần hữu sinh. Các sinh vật đầu tiên sống trong điều kiện vô cùng khắc nghiệt, chủ yếu là các vi khuẩn kỵ khí (3,5 tỷ năm). Lúc này ch−a có quá trình hô hấp của các sinh vật mà chủ yếu thông qua bằng con đ−ờmg sinh hoá lên men để cung cấp năng l−ợng cho các hoạt động sinh vật. Sinh vật phát triển thông qua chọn lọc tự nhiên, b−ớc đầu là các sinh vật sơ khởi có diệp lục đơn giản (tảo lam đã xuất hiện cách đậy 2,5 tỷ năm) nên có khả năng quang hợp, hấp thụ CO2, H2O và thải ra khí O2. Nhờ quá trình quang hợp đã tạo ra sự biến đổi sâu sắc về môi tr−ờng sinh thái địa cầu, O2 đ−ợc tạo ra nhanh chóng. từ đó, kéo theo sự xuất hiện hàng loạt các vi sinh vật khác. L−ợng O2 tăng lên đáng kể đủ để tạo ra ozone (O3), l−ợng O3 từ từ tăng lên tạo thành lớp ozone. Lớp ozone dày lên dày lên đủ để bảo vệ sự sống trên trái đất sinh sôi nảy nở. Cùng với quá trình này, nhiệt độ trái đất ấm dần lên, sự phát triển nhanh của sinh vật về chủng loại và số l−ợng. Mặc dù trải qua hàng chục quá trình thay đổi địa chất, mối quan hệ phụ thuộc giữa các yếu tố của môi tr−ờng ngày càng chặt chẽ. Sự phát triển hệ gen của sinh vật cũng theo đó ngày càng đa dạng và phong phú cả trên cạn lẫn d−ới n−ớc. Trên trái đất dần dần hình thành các quyển: Khí quyển, thuỷ quyển, địa quyển (còn gọi là thạch quyển) và sinh quyển. Sau đó xuất hiện loài ng−ời, quá trình tiến hoá loài đã làm cho môi tr−ờng sinh thái địa cầu có sự phong phú v−ợt bậc về số l−ợng lẫn chủng loại. Bên cạnh chọn lọc tự nhiên đã xuất hiện hệ sinh vật phát triển theo chọn lọc nhân tạo. Loài ng−ời đ−ợc xem nh− là một loài sinh vật siêu đẳng không những chỉ phụ thuộc vào môi tr−ờng tự nhiên mà còn có thể cải tạo môi tr−ờng, bắt môi tr−ờng phục vụ cho cuộc sống của mình. Từ đây môi tr−ờng không chỉ vô sinh và hữu sinh mà còn có con ng−ời và các hoạt động sống của con ng−ời. Từ đó xuất hiện các dạng môi tr−ờng dân số xã hội, môi tr−ờng nhân văn, môi tr−ờng đô thị, môi tr−ờng nông thôn, môi tr−ờng ven biển.v.v.. các loại môi tr−ờng này đều lấy con ng−ời làm trung tâm, các thành phần vật chất và môi tr−ờng khác liên quan chặt chẽ với sự sinh tồn và phát triển của loài ng−ời. 1.1.3. Thành phần môi tr−ờng Môi tr−ờng nói chung bao gồm tập hợp tất cả các thành phần của thế giới vật chất bao quanh có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của mọi sinh vật. Môi tr−ờng sống của con ng−ời bao gồm các thành phần môi tr−ờng tự nhiên, môi tr−ờng xã hội, môi tr−ờng nhân tạo. - Môi tr−ờng tự nhiên: bao gồm các yếu tố tự nhiên nh− vật lý, hoá học, sinh học tồn tại khách quan, ngoài ý muốn con ng−ời hoặc ít chịu tác động chi phối của con ng−ời. - Môi tr−ờng nhân tạo: gồm các yếu tố vật lý, sinh học, xã hội .v.v.. do con ng−ời tạo dựng và chịu sự chi phối của con ng−ời. - Môi tr−ờng xã hội: gồm mối quan hệ giữa con ng−ời với con ng−ời (con ng−ời ở đây với t− cách là cá thể, cá nhân và nhân cách nghĩa là quan hệ giữa con ng−ời với con ng−ời, con ng−ời với cộng đồng, cộng đồng với cộng đồng. Ba thành phần môi tr−ờng này cùng tồn tại, xen lẫn vào nhau và t−ơng tác chặt chẽ với nhau. Các thành phần môi tr−ờng luôn chuyển hoá và diễn ra theo chu kỳ, thông 8 th−ờng là ở dạng cân bằng động. Sự cân bằng này đảm bảo cho sự sống trên trái đất phát triển ổn định. Các chu trình tuần hoàn phổ biến th−ờng gặp là: chủ trình tuần hoàn các bon, nitơ, l−u huỳnh, phospho ... gọi chung là chu trình sinh địa hoá học. Sinh vật và môi tr−ờng xung quanh luôn có quan hệ t−ơng hỗ lẫn nhau về vật chất và năng l−ợng thông qua các thành phần về môi tr−ờng nh− khí quyển, thuỷ quyển, địa quyển và sinh quyển, cùng các hoạt động của hệ mặt trời. Sống là ph−ơng thức tồn tại với những thuộc tính đặc biệt của vật chất trong điều kiện nhất định của môi tr−ờng. Trong quá trình xuất hiện, phát triển, tiến hoá, sự sống luôn gắn chặt với môi tr−ờng mà nó tồn tại - không hề có sự sống tồn tại ngoài môi tr−ờng và ng−ợc lại, cũng không có môi tr−ờng không có sự sống. Không hề có sự sống trong môi tr−ờng mà nó tồn tại mà lại không thích ứng. Con ng−ời vừa là một thực thể sinh học, vừa là một thực thể văn hoá - môi tr−ờng sống của con ng−ời (còn gọi là môi tr−ờng nhân văn), là tổng hợp các điều kiện vật lý, hoá học, sinh học, kinh tế, chính trị, xã hội, văn hoá bao quanh và có ảnh h−ởng đến sự sống và phát triển của từng cá nhân và của các cộng đồng ng−ời. 1.1.4. Các quyển trên trái đất a) Khí quyển (Atmosphere) + Cấu trúccủa khí quyển Khí quyển hay môi tr−ờng không khí là hỗn hợp các khí bao quanh bề mặt trái đất, có khối l−ợng khoản 5,2x1015 tấn (0,0001% khối l−ợng trái đất). Khí quyển đóng vai trò quyết định trong việc duy trì cân bằng nhiệt của trái đất, thông qua quá trình hấp thụ bức xạ hồng ngoại từ mặt trời và tải phản xạ khỏi trái đất. Khí quyển đ−ợc chia thành nhiều tầng khác nhau theo sự thay đổi của chiều cao và chênh lệch nhiệt độ, bao gồm: - Tầng đối l−u (Troposphere): cao đến 10km tính từ mặt đất. Nhiệt độ và áp suất của tầng này giảm theo chiều cao. Trên mặt đất có nhiệt độ trung bình là 150C, lên đến độ cao 10km chỉ còn -50 đến -800C. - Tầng bình l−u (Stratosphere): ở độ cao từ 10-50km. Đặc điểm của tầng bình cl−u là nhiệt độ và áp suất của tầng này tăng theo chiều cao. Các nhà khoa học giải thích rằng sự gia tăng nhiệt độ là do càng lên cao càng gần với lớp ozone. Lớp ozon là lớp khí trong đó có hàm l−ợng khí ozone rất cao, có khả năng hấp thụ tia cực tím của mặt trời. Lớp ozone xuất hiện ở độ cao từ 18-30km. Nồng độ ozone cao nhất ở độ cao 20-25km, cao hơn 1000 lần so với ở tàng đối l−u. - Tầng trung l−u (Mesosphere): ở độ cao từ 50-90km. Đặc điểm của tầng trung l−u là nhiệt độ giảm dần từ đỉnh của tầng bình l−u (50km) đến hết tầng trung l−u (90km). Nhiệt độ giảm nhanh hơn ở tầng đối l−u có thể đạt nhiệt độ -1000C. - Tầng khí quyển (Thermosphere), và tầng ngoài (Exosphere). Đặc điểm của tầng khí quyển là nhiệt độ tăng lên rất nhanh và rất cao. Mật độ phân tử khí ở đây rất loãng. + Thành phần khí ở tầng đối l−u: Khí quyển gồm các thành phần sau: Các khí không thay đổi nh− O2 (20,95%), N2 (78,08%), Ar (0,93%), và một số khí khác nh− Ne (18,18ppmV), He (5,24 ppmV), Kr(1,14 ppmV), Xe (0,087 ppmV); Các khí thay đổi nh− hơi n−ớc (1- 4%, thay đổi tuỳ theo nhiệt 9 độ) và CO2 (0,03%, thay đổi tuỳ theo mùa); các dạng vết nh− O3, NO, SO, CO các khí này th−ờng thay đổi có hàm l−ợng rất thấp và th−ờng là các chất ô nhiễm trong không khí. + Vai trò của khí quyển Khí quyển cung cấp oxy (cần thiết cho sự sống trên trái đất), CO2 (cần thiết cho quá trình quang hợp của thực vật), cung cấp nitơ cho vi khuẩn cố định nitơ và các nhà máy sản xuất amoniac để tạo chất nitơ cần thiết cho sự sống. Khí quyển còn là ph−ơng tiện vận chuyển n−ớc từ các đại d−ơng tới đất liền nh− một chu trình tuần hoàn n−ớc. Khí quyển có nhiệm vụ duy trì và bảo vệ sự sống trên trái đất. Nhờ khí quyển hấp thụ hầu hết các tia vũ trụ và phầm lớn bức xạ điện từ của mặt trời không tới đ−ợc mặt đất. Khí quyển cchỉ truyền các bức xạ cận cực tím, cận hồng ngoại (3000-2500nm) và các sóng radi (0,1-0,4 micron), đồng thời ngăn cản bức xạ cực tím có tính chất huỷ hoại mô (các bức xạ d−ới 300nm). b) Thuỷ quyển (Hydrosphere) Thuỷ quyển bao gồm mọi nguồn n−ớc, ở đại d−ơng, biển, các sông hồ, băng tuyết, n−ớc d−ới đất, hơi n−ớc, khối l−ợng thuỷ quyển −ớc chừng 1,3818 tấn (0,03% khối l−ợng trái đất) trong đó: 97% là n−ớc mặn, có hàm l−ợng muối cao, không thích hợp cho sự sống của con ng−ời; 2% d−ới dạng băng ở hai đầu cực trái đất; 1% đ−ợc con ng−ời sử dụng (30% dùng cho t−ới tiêu, 50% dùng để sản xuất năng l−ợng, 12% dùng cho sản xuát công nghiệp và 7% dùng cho sinh hoạt của con ng−ời). N−ớc là yếu tố không thể thiếu đ−ợc của sự sống và đ−ợc con ng−ời sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau. Tuy nhiên, hiện nay n−ớc mặt và n−ớc ngầm đang bị nhiễm bẩn bởi các loại thuốc trừ sâu, phân bón có trong n−ớc thải vùng sản xuất nông nghiệp, các loại n−ớc thải sinh hoạt và công nghiệp. Các bệnh tật đ−ợc mang theo n−ớc thải sinh hoạt đã từng gây tử vong hàng triệu ng−ời. Bảng 1.1: Thể tích các khí trong không khí và trong đại d−ơng Khí Trong không khí (%) Trong đại d−ơng (%) Nitơ (N2) 78,08 48 Oxy (O2) 20,95 36 Dioxid Cacbon (CO2) 0,035 15 c) Thạch quyển (Lithosphere) Thạch quyển, còn gọi là môi tr−ờng đất, bao gồm lớp vỏ trái đất có độ dày khoảng 60-70km trên mặt đất và 2-8km d−ới đáy biển. đất là hỗn hợp phức tạp các hợp chất vô cơ, hữu cơ, không khí, n−ớc và là bộ phận quan trọng nhất của thạch quyển. Thành phần vật lý, tính chất hoá học của thạch quyển nhìn chung t−ơng đối ổn định và có ảnh h−ởng lớn đến sự sống trên địa cầu. Đất trồng trọt, rừng, khoáng sản là những tài nguyên đang đ−ợc con ng−ời khai thác triệt để, dẫn đến những nguy cơ cạn kiệt. d) Sinh quyển (Biosphere). Sinh quyển là nơi có sự sống tồn tại, bao gồm các phần của thạch quyển có độ dày từ 2-3 km (kể từ mặt đất), toàn bộ thuỷ quyển và khí quyển (độ cao đến 10km - đến tầng ozone). Các thành phần trong sinh quyển luôn tác động t−ơng hỗ lẫn nhau (ví dụ: khí O2 và CO2 phụ thuộc vào mức độ sinh tồn của thực vật và mức độ hoà tan của chúng trong môi tr−ờng n−ớc). 10 Sinh quyển có các cộng đồng sinh vật khác nhau từ đơn giản đến phức tạp, từ d−ới n−ớc đến trên cạn, từ xích đạo đến các vùng cực (trừ những miền khắc nghiệt) Sinh quyển không có giới hạn rõ rệt vì chúng nằm cả trong các quyển vật lý và không hoàn toàn liên tục vì chỉ tồn tại và phát triển trong những điều kiện môi tr−ờng nhất định. Trong sinh quyển ngoài vật chất, năng l−ợng còn có thông tin với tác dụng duy trì cấu trúc và cơ chế tồn tại, phát triển của các vật thể sống. Dạng thông tin phức tạp và cao nhất là trí tuệ con ng−ời, có tác dụng ngày càng mạnh mẽ đến sự tồn tại và phát triển trên trái đất. 1.1.5. Chu trình sinh địa hoá học a) Khái niệm Là chu trình vận động các chất vô cơ trong hệ sinh thái theo đ−ờng từ ngoại cảnh chuyển vào trong cơ thể sinh vật, rồi đ−ợc chuyển lại vào môi tr−ờng. Chu trình vận động các chất vô cơ ở đây khác với sự chuyển hoá năng l−ợng đi qua các bậc dinh d−ỡng ở chỗ nó đ−ợc bảo toàn và không bị mất đi một phần nào d−ới dạng năng l−ợng và không sử dụng lại Nguồn vật chất Môi tr−ờng Cơ thể sống Trong hơn 90 nguyên tố đ−ợc biết trong thiên nhiên có khoảng 30-40 nguyên tố cần thiết cho cơ thể sống. Một số nguyên tố nh− Cácbon, Oxy, Nitơ, Hydro, Phosho ... cơ thể đòi hỏi với số l−ợng lớn, một cố nguyên tố khác cơ thể đòi hỏi một l−ợng nhỏ, có khi cực nhỏ (vi l−ợng), nh−ng hết sức cần thiết nh−: Đồng, Mangan, cần cho phản ứng oxy hoá - khử. Chu trình sinh địa hoá hoá học là một trong những cơ chế cơ bản để duy trì sự cân bằng trong sinh quyển và đảm bảo sự cân bằng này th−ờng xuyên, ng−ời ta phận loại hai chu trình sinh địa hoá học: - Chu trình hoàn hảo: Chu trình của những nguyên tố nh− Cácbon, Nitơ mà giai đoạn ở dạng khí, chúng chiếm −u thế trong chu trình mà khí quyển là nơi dự trữ chính của những nguyên tố đó, mặt khác từ cơ thể sinh vật chúng trở lại ngoại cảnh t−ơng đối nhanh. - Chu trình không hoàn hảo: Chu trình của những nguyên tố nh− Phospho, L−u huỳnh, những chất này trong quá trình vận chuyển bị đọng lại thể hiện qua chu kỳ lắng đọng trong hệ sinh thái khác nhau của sinh quyển. Chúng chỉ có thể vận chuyển đ−ợc d−ới tác động của những hiện t−ợng xảy ra trong thiên nhiên (sự sói mòn), hoặc d−ới tác động của con ng−ời b) Chu trình tuần hoàn n−ớc + Vai trò của n−ớc trong môi tr−ờng sinh thái N−ớc rất quan trọng cho sự sống, tất cả sinh vật và con ng−ời đều cần đến n−ớc. N−ớc giúp cho quá trình trao đổi vận chuyển thức ăn, tham gia vào các phản ứng sinh hoá học và các mối liên kết cấu tạo trong cơ thể ng−ời, động vật, thực vật. ở đâu có n−ớc thì thì ở đó đã và sẽ có sự sống và ng−ợc lại ở đâu có sự sống thì ở đó tất yếu phải có n−ớc. Trong cơ thể ng−ời, n−ớc chiếm 65%, khi mất n−ớc 6-8% con ng−ời cảm giác mệt mỏi, nếu mất n−ớc 12% sẽ hôn mê và có thể tử vong. Trong cơ thể động vật có 70% là n−ớc, ở thực vật đặc biệt ở d−a hấu có thể đến 90% là n−ớc. Ngoài ra n−ớc còn cần cho sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, trong y học, giao thông vân tải, du lịch ... 11 Bảng 1.2: Các dạng tồn tại của n−ớc Dạng n−ớc Thể tích (km3x106) Tỷ lệ (%) Đại d−ơng 507,2 97,22 Đá băng 11,2 2,15 N−ớc ngầm 3,2 0,61 Hồ ao n−ớc ngọt 0,048 0,009 Biển nội địa 0,04 0,008 Độ ẩm của đất 0,025 0,005 Hơi n−ớc trong không khí 0,005 0,001 Sông, lạch 0,0005 0,0001 Bảng 1.3: Thời gian tồn đọng của các dạng n−ớc trong tuần hoàn n−ớc Địa điểm Thời gian l−u trữ n−ớc Khí quyển 9 ngày Các dòng sông 2 tuần Đất ẩm 2 tuần đến 1 năm Các hồ lớn 10 năm N−ớc ngầm nông 10-100 năm Tầng pha trộn của các đại d−ơng 120 năm Sông, lạch 300 năm N−ớc ngầm sâu đến 10.000 năm Chóp băng nam cực 10.000 năm Hình 1.1: Sơ đồ chu trình tuần hoàn n−ớc Trong chu trình tuần hoàn n−ớc: n−ớc vận chuyển không đổi giữa thuỷ quyển, khí quyển và sinh quyển nhờ năng l−ợng mặt trời và trọng lực. Tổng l−ợng n−ớc chảy tràn hàng năm từ đất liền ra đại d−ơng khoảng 10,3x1015gallon. N−ớc luôn chuyển đổi liên tục qua nhiều trạng thái, phần lớn qua các dạng nh−: băng tuyết; bay hơi; sự thoát hơi n−ớc ở thực vật; động vật; con ng−ời ; m−a. 12 + Tác động của con ng−ời Tổng khối l−ợng n−ớc trên trái đất là không đổi, nh−ng con ng−ời có thể làm thay đổi chu trình tuần hoàn n−ớc: - Dân số tăng làm mức sống, sản xuất công nghiệp, kinh tế đều tăng, tăng nhu cầu của con ng−ời đối với môi tr−ờng tự nhiên có tác động đến tuàn hoàn n−ớc. - Nhu cầu n−ớc cho sinh hoạt, n−ớc cho sản xuất công nghiệp, nông nghiệp tăng làm giá n−ớc tăng lên. - Các thành phố lớn, khu đô thị, nguồn n−ớc sạch càng khan hiếm. - Đô thị hoá cùng với hệ thống thoát n−ớc, cống rãnh xuống cấp làm tăng sự ngập lụt làm ảnh h−ởng đến quá trình lọc, bay hơi và sự thoát hơi n−ớc diễn ra trong tự nhiên. - Sự làm đầy tầng n−ớc ngầm xảy ra với tốc độ ngày càng chậm. Nh− vậy con ng−ời có thể làm thay đổi chất l−ợng n−ớc mà môi tr−ờng tự nhiên danh cho con ng−ời và có thể dẫn đến tình trạng khan hiếm nguồn n−ớc từ sông, hồ, n−ớc ngầm trên hành tinh này, vì vậy con ng−ời cần con ng−ời phải hiểu và biết bảo vệ nguồn n−ớc. c) Chu trình tuần hoàn Cacbon Các quá trình trong chu trình tuần hoàn cacbon gồm: quá trình quang hợp, quá trình phân hủy các sản phẩm bài tiết và một số quá trình khác nh− quá trình hô hấp, quá trình khuyếch tán khí CO2 trong khí quyển. Khí quyển là nguồn cung cấp cacbon (chủ yếu ở dạng CO2) chính trong chu trình tuần hoàn cacbon. CO2 đi và hệ sinh thái nhờ quang hợp và trở lại vào khí quyển nhờ quá tình hô hấp và quá trình đốt cháy. Cacbon có thể tồn tại trong thời gian dài d−ới dạng vô cơ nh− CO2 (d−ới dạng hoà tan và khí); H2CO3 (hoà tan); HCO3 (hoà tan); CO3 (hoà tan nh−:CaCO3, NaCO3 ...) hoặc ở dạng hữu cơ nh− Glucose, acid acetic, than, đầu, khí. Hình 1.2: Chu trình tuần hoàn cácbon. Một số tác động của con ng−ời làm tăng l−ợng CO2 trong không khí, n−ớc: - Đốt cháy nhiên liệu (xăng, dầu, than đốt cháy củi gỗ làm trái đất nóng lên, tăng nhiệt độ trên trái đất - Hiệu ứng nhà kính. - Tăng CO2 và một số chất ô nhiễm khác (NOx, SOx), gây m−a acid (pH ≤ 4,0) làm cá chết, thay đổi pH đất, ảnh h−ởng đến cây trồng. - Sự nóng lên toàn cầu có thể làm tan băng ở Nam cực, tăng mực n−ớc biển, thay đổi khí hậu, thay đổi sản l−ợng ngũ cốc và l−ợng m−a. 13 d) Chu trình tuần hoàn Oxy (O2) Qua nghiên cứu chu trình cacbon, ta thấy trong chu trình có mô tả mô tả sự vận chuyển oxy vì các phân tử này đều có sự hiện diện của O2. Trong chu trình tuẩn hoàn oxy thì oxy đ−ợc thải vào không khí từ các sinh vật tự d−ỡng bằng quá trình quang hợp. Sinh vật tự d−ỡng và dị d−ỡng đề hấp thu oxy qua quá trình hô hấp. Thật ra, tất cả oxy trong không khí đều là nguồn gốc phát sinh sự sống. đầu tiên oxy đ−ợc giải phóng từ quá trình quang hợp của các sinh vật tự d−ỡng (phần lớn là cianobacteria) sống trong môi tr−ờng n−ớc. Trải qua 2 tỷ năm l−ợng oxy trong không khí tăng lên hiện nay đạt tỷ lệ gần 21% và là nguồn gốc phát sinh các sinh vật đa bào, cũng nh− động vật có x−ơng sống - vì các loài này nhu cầu oxy rất cao. đ) Chu trình tuần hoàn Nitơ (N) Chu trình tuần hoàn nitơ có vai trò quan trọng trong việc chuyển nitơ trong không khí sang dạng mà thực vật và động vật có thể sử dụng đ−ợc. Trong khí quyển nitơ chiếm khoảng 78% (hầu hết ở dạng khí). Khí nitơ chỉ phản ứng hoá học ở những điều kiện nhất định. Hầu hết các sinh vật đều không thể sử dụng nitơ trong không khí, chỉ sử dụng nitơ d−ới dạng nitrat (NO3) hoặc nitrit (NO2). Nếu không có nitơ thì protein và acid nucleic không thể đ−ợc tổng hợp trong cơ thể động vật, thực vật cũng nh− con ng−ời. Các quá trình chính trong chu tình tuần hoàn nitơ: Hình 1.3: Chu trình tuần hoàn nitơ - Cố định nitơ: Nitơ đ−ợc các vi khuẩn cố định, th−ờng sống trong các nốt sần rễ cây họ đậu, chuyển nitơ dạng khí sang NO3. - Amon hoá: Các vi khuẩn phân huỷ sẽ phân huỷ các acid amin từ xác chết của động vật và thực vật giải phóng NH4OH. - Nitrat hoá: Các vi khuẩn hoá tổng hợp sẽ oxit hoá NH4OH để tạo thành nitrat và nitrit, năng l−ợng đ−ợc giải phóng để sẽ giúp cho phản ứng giữa oxy và nitơ trong không khí tạo thành nitrat. - Khử nitrat hoá: Các vị khuẩn kỵ khí phá vỡ các nitrat, giải nitơ trở lại vào khí quyển. 14 Một số tác động của con ng−ời vào chu trình tuần hoàn nitơ: - Sử dụng phân bón đạm để tăng năng suất cây trồng, làm tăng tốc độ khử nitrit, nitrat đi vào n−ớc ngầm. L−ợng nitơ cuối cùng cũng chảy ra sông, suối, hồ và cửa sông. tại đây có thể sinh ra hiện t−ợng phú d−ỡng hoá môi tr−ờng n−ớc và đất. - Làm tăng sự lắng động nitơ trong không khí vì cháy rừng và đốt nhiên liệu. Cả hai quá trình này đều giải phóng các dạng nitơ rắn ở trạng thái bụi. - Chăn nuôi gia súc làm thải vào môi tr−ờng một l−ợng lớn khí amoniac (NH3) qua chất thải của chúng, sẽ ngấm dần vào đất, n−ớc ngầm và lan truyền sang các khu vực khác do chảy tràn. e) Chu trình tuần hoàn Phospho (P) Chu trình tuàn hoàn phospho là chu trình không hoàn hảo. Phospho là chất cơ bản của sinh chất có rtrong sinh vật cần cho sự tổng hợp các chất nh− acid nucleic, chất dự trữ năng l−ợng ATP, ADP. - Nguồn dự trữ phospho: trong thạch quyển d−ới dạng hoả nham, hiếm có trong sinh quyển. Phospho có khuynh h−ớng trở thành yếu tố giới hạn cho hệ sinh thái. - Sự thất thoát phospho là do tạo trầm tích sâu hoặc chuyển vào do ng−ời và động vật. Hình 1.4: Chu trình tuần hoàn phospho Hiện nay phospho là khâu yếu nhất trong mạng l−ới dinh d−ỡng. Với sự gia tăng nhu cầu phospho, sói mòn (do đốt phá rừng), thì nguồn dự trữ phospho có nguy cơ sẽ cạn kiệt dần. Khi x