Hóa học - Chương 2: Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển

Nội dung text: Hóa học - Chương 2: Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển

1. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển 2.1. Cấu trúc khí quyển – Lớp vỏ khí bao quanh Trái đất, Chương 2. Khí quyển và – Ranh giới không rõ ràng (500 1000 km), – 99% khối lượng tập trung cách mặt đất 30 km, Sự ô nhiễm khí quyển – Càng lên cao, áp suất càng giảm, – Nhiệt độ thay đổi từ 92 đến 1200C, Thủy Châu Tờ – Được chia thành 4 tầng: 1. Đối lưu (troposhere), (70% khối lượng khí quyển) Khoa Khoa học Tự nhiên – Đại học Thủ Dầu Một 2. Bình lưu (stratosphere), 3. Trung lưu (mesosphere), 4. Nhiệt lưu (thermosphere). 1 2 1
2. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.1. Cấu trúc khí quyển (t.t.) 2.2. Sự hình thành và thành phần của khí quyển – Gắn liền với sự hình thành và phát triển của sự sống, – 1 tỷ năm trước: chủ yếu các khí do phun trào núi lửa. Rất ít oxy, – Sinh vật quang hợp tạo ra sự tích lũy oxy trong khí quyển, – Hình thành tầng ozon, – Thành phần khí quyển ít thay đổi từ 500 triệu năm gần đây, – Ngày nay đang bị biến đổi mạnh do hoạt động nhân tạo. – 3 nhân tố sinh thái của khí quyển ngày nay: N2: cung cấp chất dinh dưỡng cho thực vật O2: cần cho sự hô hấp của sinh vật CO2: nguyên liệu của quá trình quang hợp, giữ ấm Trái đất Các thành phần của khí quyển 3 4 2
3. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.3. Các phản ứng của oxy trong khí quyển 2.3. Các phản ứng của oxy trong khí quyển (t.t.) – Tạo thành oxy: quang hợp – Phân tích oxy: CO2 + H2O + h {CH2O} + O2 O2 + h ( < 290 nm) O + O – Tiêu thụ oxy: – Tạo thành ozon : đốt nhiên liệu, O2 + h ( < 290 nm) O + O phân hủy chất hữu cơ do vi sinh vật, O + O2 + M O3 + M phong hóa oxy hóa: 4FeO + O2 2Fe2O3 5 6 3
4. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.3. Các phản ứng của oxy trong khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí – Nguồn: tự nhiên, nguồn nhân tạo Trao đổi oxy giữa khí quyển, địa quyển, thủy quyển và sinh quyển 7 8 4
5. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (tt) 2.4. Ô nhiễm không khí (tt) – Chất ô nhiễm sơ cấp: các chất thải ra trực tiếp từ các hoạt động của – Hiệu ứng synergism: tác động tổng hợp của các chất gây ô nhiễm tăng con người hoặc quá trình tự nhiên và gây tác động xấu đến môi trường lên so với tác động riêng lẽ của từng chất – Chất ô nhiễm thứ cấp: chất gây ô nhiễm sơ cấp chịu các biến đổi hóa – Hiệu ứng antigosism: tác động tổng hợp của các chất gây ô nhiễm học trong môi trường giảm xuống so với tác động riêng lẽ của từng chất – 5 (nhóm) chất gây ô nhiễm sơ cấp chính (đóng góp hơn 90%): – Khái niệm “sink”: các quá trình tự nhiên (vật lý, hóa học) loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi môi trường không khí. SO2, N2O, NO, NO2 (NOx), CO, CO2 Các hydrocacbon, Các hạt lơ lửng. 9 10 5
6. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (tt) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) – Thời gian lưu: SO2: Ngắn: ô nhiễm cục bộ Trong tầng đối lưu: từ 1 ppb (xa vùng công nghiệp) đến  2 ppm (vùng ô nhiễm nặng) Dài: ô nhiễm diện rộng (toàn cầu) Vùng đô thị và khu công nghiệp: 0,1 – 0,5 ppm, vùng nông thôn  30 ppb Chất gây ô nhiễm Thời gian lưu (năm) Nguồn phát sinh: N2O 20 núi lửa (67%), hoạt động sinh học (2,3 x 1012 mol/năm); đốt nhiên liệu hóa CO2, CH4 3 12 CO 0,4 thạch chứa S, luyện quặng sunfua kim loại (1,6 x 10 mol/năm) SO2 < 0,02 Có hai quá trình sink chính của SO2 trong tầng đối lưu: hấp thụ lên các bề mặt khô hoặc ướt và bị oxy hóa trong khí quyển thành SO3 hay H2SO4. NO, NO2 < 0,01 NH3, H2S <0,005 * Biến động mạnh 11 12 6
7. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) SO2 (tt): SO2 (tt): Tác động: Hạn chế phát thải: + Xử lý loại SO2 khỏi khí thải; + Loại lưu huỳnh khỏi nhiên liệu trước khi đốt; + Sử dụng loại nhiên liệu chứa ít lưu huỳnh; + Thay thế. việc đốt nhiên liệu bằng các nguồn năng lượng khác 13 14 7
8. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) Các oxit của nitơ (N2O, NO, NO2) Các oxit của nitơ (N2O, NO, NO2) (t.t.) N2O: NO và NO2 (NOx): Trong tầng đối lưu, nồng độ trung bình vào khoảng 0,3 ppm. Hoạt tính hóa học cao, thời gian lưu ngắn → NOx biến động mạnh Nguồn phát sinh N2O: quá trình denitrat hóa của một số vi sinh vật trong NO + ½ O2 → NO2 điều kiện thiếu oxy dưới đất hoặc nước (chủ yếu), sản phẩm phụ của quá + Ozon trong tầng đối lưu có thể oxy hóa NO thành NO2: trình nitrit hóa chưa hoàn toàn NH3, NH4 , đốt nhiên liệu hóa thạch (nhỏ). NO + O O + NO Thời gian lưu trong tầng đối lưu khá lớn: khoảng 20 năm. 3 2 2 NO được tái tạo một phần do NO tham gia phản ứng quang hóa sau: Trên tầng bình lưu: 2 NO2 + h ( < 430 nm) NO + O 2N2O + h 2N2 + O2 * Nguyên tử oxy tạo thành có thể phản ứng với phân tử oxy để tái tạo O3: N2O + O 2NO O + O2 + M O3 + M Các phản ứng hóa học ở tầng bình lưu được xem là sink của N2O. M là cấu tử thứ 3 (có thể là một phân tử hoặc bề mặt rắn) N2O là loại “khí nhà kính” 15 16 8
9. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) Các oxit của nitơ (N2O, NO, NO2) (t.t.) Các oxit của nitơ (N2O, NO, NO2) (t.t.) NOx trong đô thị phụ thuộc ánh nắng Mặt trời và mật độ giao thông: NO và NO2 (NOx): Nguồn phát sinh NOx: quá trình cháy của sinh khối (cháy rừng), sấm chớp, oxy hóa NH , hoặc do các quá trình kỵ khí xảy ra dưới đất (đối với 3 NO); đốt sinh khối hoặc nhiên liệu hóa thạch. Các biện pháp giảm thiểu phát thải NOx: xem tài liệu [1] 17 18 9
10. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) Các oxit của cacbon (CO, CO2) Các oxit của cacbon (CO, CO2) (t.t.) CO2: CO: Trong tầng đối lưu: CO2  362 ppm (1993), hằng năm tăng khoảng 0,5%. Các phản ứng tạo thành CO chính là: CO2 được xem là chất khí nhà kính làm nhiệt độ toàn cầu tăng lên. Đốt cháy nhiên liệu hay hợp chất có chứa cacbon: Nguồn phát sinh: quá trình hô hấp, phân hủy oxy hóa, đốt nhiên liệu (4 2C + O2 2CO 1014 mol C), đốt sinh khối (1,7 1014 mol C), thoát khí từ đại dương. Phản ứng giữa CO2 với vật liệu chứa cacbon ở nhiệt độ cao: Sink: quá trình quang hợp và đại dương (độ tan của CO2 trong nước biển CO2 + C 2CO nhiều hơn độ tan trong nước ngọt khoảng 200 lần). Phản ứng phân tích CO2 ở nhiệt độ cao: Đốt rừng làm gia tăng lượng CO2 trong khí quyển đồng thời còn làm giảm quá trình sink của CO2 do quang hợp. CO2 ⇌ CO + O 19 20 10
11. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) Các oxit của cacbon (CO, CO2) (t.t.) Các oxit của cacbon (CO, CO2) (t.t.) CO: CO: Nồng độ nền của CO trong khí quyển < 0,1 ppm; 2 20 ppm ở các vùng CO kết hợp với hemoglobin (Hb) là tác nhân vận chuyển oxy của máu: đô thị. Thời gian lưu của CO trong không khí khá ngắn (khoảng 0,4 năm) Nguồn phát sinh: các quá trình sinh học; sản phẩm của quá trình oxy làm thiếu oxy cho quá trình hô hấp, ảnh hưởng đến hành vi, hoạt động hóa các hợp chất hydrocacbon; quá trình đốt cháy không hoàn toàn và có thể gây tử vong. nhiên liệu hóa thạch hoặc sinh khối. CO là một khí nhà kính đóng góp vào quá trình ấm lên toàn cầu. Sink chủ yếu của CO: di chuyển lên tầng bình lưu; hấp thụ vào đất và thực vật; bị oxy hóa bởi gốc hydroxyl: Hơn 74% lượng CO phát thải từ các nguồn nhân tạo là từ hoạt động giao thông vận tải → giảm thiểu ô nhiễm tập trung chủ yếu vào việc cải thiện OH + CO H + CO 2 động cơ xe máy. 21 22 11
12. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) Các hydrocarbon (HCs): – Các hydrocarbon (HCs) (t.t.): CH4: thời gian lưu dài, khí nhà kính, Các Halon (Halons) và các hydrocacbon brom hóa: Hydrocarbon khác CH4 (NMHCs): khí nhà kính, smog, CBrClF2 (Halon-1211), CBrF3 (Halon-1301), Chlorofluorocarbons (CFCs): CCl3F (CFC-11), CCl2F2 (CFC-12), khí nhà kính, hủy hoại tầng ozon. - trơ, dễ bay hơi, hóa lỏng → tác nhân làm lạnh lý tưởng, Công ước Montreal (1987): hạn chế sx và sử dụng CFCs, Halons - hầu như không độc với sinh vật, Thay thế CFCs và Halons: - khí nhà kính, hủy hoại tầng ozon: CFCs  HCFCs (chứa C, F, Cl và H) & HFCs (chứa H, F và C) CF2Cl2 + h ( < 250 nm) CF2Cl + Cl (HCFCs & HFCs dễ phân hủy trong tầng đối lưu) Cl + O ClO + O 3 2 Halons chưa thay thế được ClO + O Cl + O2 Các HC clo hóa không chứa flo (CCl4, CH3CCl3 ): hủy hoại tầng ozon 23 24 12
13. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) Các hạt lơ lửng trong tầng đối lưu: CFCs: Chlorofluorocarbons Nguồn tự nhiên: gồm hạt bụi đất, hạt nước biển, phấn hoa, bào tử, Khả năng phá hủy tầng tro bụi núi lửa, khói do sinh khối cháy ozon (ozone depletion potentials, ODPs): 1 Nguồn nhân tạo: đốt nhiên liệu hóa thạch và đốt sinh khối Phản ứng quang hóa chất ÔN thứ cấp synergism, HCFCs: Tán xạ ánh sáng ảnh hưởng khí hậu, thời tiết, Hydrochlorofluorocarbons ODPs: 0,01 – 0,1 Bệnh phổi (thủng phổi, bụi phổi silic), ung thư (bụi amiăng, bụi kim loại Be ), HFCs Hydrofluorocarbons ODPs: 0 25 26 13
14. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) Tiêu chuẩn khí thải ô tô Euro (loại xe 1305 kg – 1760 kg, g/km) Các hạt lơ lửng trong tầng đối lưu (t.t.) Loại Thời gian CO Tổng HC NMHC NOx HC+NOx PM Dầu Diesel Muội than (soot): Euro 1 10/1994 5.17 - - - 1.4 0.19 Nguồn: đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu hóa thạch hoặc sinh khối Euro 2 01/1998 1.25 - - - 1.0 0.12 Euro 3 01/2001 0.80 - - 0.65 0.72 0.07 Tác hại: kết hợp với nhiều hợp chất hữu cơ như các hợp chất đa vòng Euro 4 01/2006 0.63 - - 0.33 0.39 0.04 (PAHs: polycyclic aromatic hydrocarbons) như pyren, benzopyren (các Euro 5 09/2010 0.630 - - 0.235 0.295 0.005 chất được xếp vào loại chất có khả năng gây ung thư). Euro 6 09/2015 0.630 - - 0.105 0.195 0.005 Xăng Gia tăng do động cơ diesel: diesel cháy tạo ra 3 g C/kg nhiên liệu Euro 1 10/1994 5.17 - - - 1.4 - (xăng 1 g C/kh nhiên liệu) Euro 2 01/1998 4.0 - - - 0.6 - Hạt hợp chất chì: Euro 3 01/2001 4.17 0.25 - 0.18 - - Euro 4 01/2006 1.81 0.13 - 0.10 - - Xăng pha chì PBCl2, PbBr2 Euro 5 09/2010 1.810 0.130 0.090 0.075 - 0.005* Gây nhiễm độc qua hô hấp, tiêu hóa, Euro 6 01/2015 1.810 0.130 0.090 0.075 - 0.005* HC: hydrocarbon; NMHC: non methane hydrocarbon; PM: particulate matter Cấm sử dụng ở nhiều nước (VN: 07/2001) 27 28 14
15. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 29 30 15
16. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) Tro bay (fly ash): hạt khoáng nhỏ do đốt các nhiên liệu hóa thạch 2 chứa SiO2, Al2O3, K2O, Fe2O3, C, Na2O, SO2, CaO, MgO, CO3 , TiO2, gây bệnh phổi, đường hô hấp. Amiăng (asbestos): khoáng silicat có dạng sợi (2 nhóm: serpentine & amphibole) công thức gần đúng: Mg3P(Si2O5)(OH)4, serpentine (amiăng trắng) được sử dụng khá phổ biến, amphibole bị cấm sử dụng do gây bệnh phổi, ung thư phế quản, vận động hạn chế sử dụng. 31 32 16
17. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) – Biện pháp giảm thiểu ô nhiễm do hạt chất rắn lơ lửng: – Biện pháp giảm thiểu ô nhiễm do hạt chất rắn lơ lửng (t.t.): Khí thải đã xử lý bụi Khí thải chứa bụi Khí thải chứa bụi Túi lọc bằng vải Khí thải Hệ thống rung tuần đã xử lý hoàn Bộ phận hứng bụi Bụi lắng Thiết bị lắng quán tính (cyclon) Thiết bị lọc bụi bằng túi vải 33 34 17
18. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) 2.4. Ô nhiễm không khí (t.t.) – Biện pháp giảm thiểu ô nhiễm do hạt chất rắn lơ lửng (t.t.): – Biện pháp giảm thiểu ô nhiễm do hạt chất rắn lơ lửng (t.t.): Khí thải 30. 000 đến 50.000 V Cực dương (tiếp đất) Nước Hạt bụi tích điện Cực âm Khí thải có chứa bụi Khí thải đã xử lý Thiết bị lọc bụi Venturi Sơ đồ nguyên tắc lọc bụi tĩnh điện 35 36 18
19. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí – Hiệu ứng nhà kính 1890 đến 1990, nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng 0,3 - 0,6C. Kỷ băng hà kết thúc do nhiệt độ toàn cầu tăng 2C. Dự đoán sẽ có nhiều đảo lộn của khí hậu toàn cầu. Nguyên nhân của sự gia tăng nhiệt độ ? Chỉ là sự biến động ngẫu nhiên của khí hậu ?!!! Là hiện tượng ấm lên toàn cầu do việc phát thải các khí nhà kính ?!!! Nhà kính 37 38 19
20. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng nhà kính 39 40 20
21. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) – Hiệu ứng nhà kính (t.t.) – Hiệu ứng nhà kính (t.t.) Khí nhà kính: Tự nhiên: H O, CO , CH , N O, 2 2 4 2 So sánh sự đóng góp vào hiệu ứng nhà kính của các khí nhà kính Nhân tạo: CFCs, So sánh khả năng hấp thụ bức xạ của các khí nhà kính Khí Phần đóng góp (%) CO2 55 Khí Khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ so với CO2 CFC 11 & CFC 12 17 CFC 12 15800 CH4 15 CFC 11 12400 Các CFC khác 7 N2O 206 N2O 6 CH4 21 CO2 1 41 42 21
22. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) Dự đoán những thay đổi về khí hậu do HƯNK: 1. Nhiệt độ TB toàn cầu 2050 sẽ cao nhất trong 150.000 năm gần đây. 2. Thế kỷ 21: tốc độ thay đổi NĐTB toàn cầu cao nhất so với 10.000 năm gần đây. 3. Mức nước đại dương tăng một cách đáng kể. Một số đảo nhỏ, các vùng đất thấp ven bờ sẽ bị nhấn chìm trong nước (dự đoán xảy ra trong thế kỷ 22). 4. Mức nước một số hồ sẽ bị giảm đáng kể do tốc độ bay hơi tăng. 5. Lục địa sẽ bị ấm lên mạnh hơn đại dương, giảm sự chênh lệch nhiệt độ giữa các cực với vùng xích đạo, có thể dẫn đến suy giảm các dòng SRES = Special Report on đối lưu của Trái đất Emission Scenarios 43 44 22
23. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) Hiệu ứng nhà kính (t.t.) Sự suy giảm nồng độ ozon trong tầng bình lưu Các kịch bản biến đổi khí hậu cho Việt Nam Tầng ozon: đỉnh tầng đối lưu và phần dưới của tầng bình lưu (15 - 35 km), nồng độ ozon đạt cực đại (8 10 ppm). Theo Công văn số 5319/VPCP-KTN ký ngày 05 tháng 8 năm 2009 của Văn phòng Chính phủ gửi Bộ Tài nguyên và Môi trường, Phó Thủ tướng Hoàng Trung Hải đã đồng ý cho Bộ Tài nguyên và Môi trường sử dụng các kịch bản biến đổi khí hậu do Bộ TN MT trình Chính phủ xem xét ngày 10 tháng 7 năm 2009. Văn phòng Chính phủ giao cho Bộ TNMT thông báo cho các Bộ, ngành và địa phương xây dựng kế hoạch ứng phó với biến đổi khí hậu và tuyên truyền nâng cao nhận thức của cộng đồng về lĩnh vực này. Link download: (tiếng Việt) (tiếng Anh) 45 UV-A:  = 320 400 nm; UV-B:  = 290 320 nm; UV-C:  < 290 nm. 46 23
24. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) Sự suy giảm nồng độ ozon trong tầng bình lưu Sự suy giảm nồng độ ozon trong tầng bình lưu Phản ứng tạo thành ozon: Phản ứng phân hủy ozon: O2 + h (UV-C) 2O (a) O3 + h (UV-B) O2 + O (c) O + O2 + M O3 + M (b) O + O3 2O2 (d) xảy ra nhiều hơn ở không khí phía trên vùng xích đạo, ánh sáng Mặt trời phân hủy do các tác nhân khác: chứa nhiều UV-C hơn ở hai vùng cực. X + O3 XO + O2 (e) XO + O X + O2 (f) X: Cl, NO, OH, hay H. Mỗi X có thể phân tích hàng ngàn phân tử O3 !!! 47 48 24
25. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) Sự suy giảm nồng độ ozon trong tầng bình lưu “Lỗ thủng tầng ozon”: nồng độ O3 giảm đi hơn 50%. Phản ứng phân hủy ozon: 1985: phát hiện lỗ thủng tầng ozon ở Nam cực vào cuối Đông, đầu Xuân. Phản ứng phân hủy ozon bị gián đoạn, nếu X, XO tham gia các phản ứng Nguyên nhân: khác: Xuất hiện lốc ở độ cao ~ 15 km, suốt mùa Đông (không có Mặt trời); Cl (X) + CH CH + HCl (h) 4 3 Không khí trong cơn lốc bị cô lập; ClO (XO, với X = Cl) + NO + M M + ClONO (i) 2 2 Nhiệt độ thấp -75C: NO2 (XO, với X = NO) + OH + M M + HNO3 (k) NO2 + H2O PSC loại 1 (hạt HNO3.3H2O nhỏ ~ 1 m, S lớn) Trên bề mặt PSC 1 xảy ra: HNO3, HCl, ClONO2 là nơi chứa tạm thời của các tác nhân phân hủy O3. ClONO2 + H2O HOCl + HNO3 ClONO2 + HCl + PSC Cl2 + HNO3 PSC1: polar stratospheric clounds (mây tầng bình lưu vùng cực loại 1) 49 50 25
26. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) Bên trong cơn lốc khi chưa có ánh sáng Mặt trời: – Tích tụ lượng lớn HOCl, Cl2; – NO2 giảm mạnh do tạo PSC 1; Đầu Xuân, Mặt trời xuất hiện: – HOCl và Cl2 bị phân hủy tạo Cl phân hủy ozon nhanh chóng; – Không còn NO2 để làm chậm quá trình phân hủy O3; Xuất hiện lỗ thủng tầng ozon. Cuối mùa Xuân, lỗ thủng hồi phục do: – Cơn lốc tan dần Cl khuếch tán bớt, NO2 từ không khí bên ngoài khuếch tán vào, quá trình phân hủy ozon chậm dần lại Hậu quả của sự suy giảm ozon trong tầng bình lưu: xem tài liệu [1] 51 52 26
27. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) – Sương khói (smog) = sương + khói (smoke + fog) Sương khói kiểu London Có hai kiểu sương khói đã xảy ra: Đã được ghi nhận từ thế kỷ 17; Sương khói kiểu London (kiểu 1) London (05 -10/12/1952): điển hình & trầm trọng nhất; Sương khói kiểu Los Angeles (kiểu 2) Nguyên nhân: Sương + khói than (để sưởi ấm) Tác nhân gây hại chính: SO2 + hạt lơ lửng (hiệu ứng synergism); Chất ô nhiễm thứ cấp (chủ yếu H2SO4): hại hệ hô hấp, tim; ≈ 5000 người chết; Là một ví dụ đặc biệt về mưa axit; Kéo dài do hiện tượng “nghịch đảo nhiệt” (thường ở vỉ độ cao) 53 54 27
28. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Hiện tượng nghịch đảo nhiệt (temperature inversion) Sương khói năm 1952 ở London 55 56 28
29. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) (a) Sáng sớm (b) Giữa buổi sáng 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) Ánh sáng Mặt trời (tia tử ngoại) Sương khói kiểu Los Angeles (sương khói quang hóa) KHÔNG KHÍ ẤM HƠN KHÔNG KHÍ LẠNH HƠN NO Lần đầu tiên ở Los Angeles (1944); CO 2NO + O2 NO2 (màu nâu) NO + O O khói thải động cơ (CH ) 2 2 3 2 n (CH ) và CO tích tụ Sau đó: Mexico và Baghdad (tác hại nặng hơn); 2 n Hiện tượng đảo nhiệt ngăn cản NO bị ôxy hóa tạo ra NO2 màu nâu lờ mờ Xảy ra vào ban ngày khi có nắng ấm và mật độ giao thông cao; sự khuếch tán khói thải tích lũy ôzôn Ánhs áng (CH2)n+ NOx  O3, HNO3, anđêhyt, peroxyaxyl nitrat (PANs), (c) Trưa, chiều (d) Buổi tối Ánh sáng Mặt trời (tia tử ngoại) Tác nhân ô nhiễm chủ yếu: O3, PANs, NO2 và hạt keo khí (synergism); Không có ánh sáng Mặt trời khuếch tán Dạng khói mờ màu nâu (NO2), khác sương khói kiểu London có màu đen. (tốc độ khuếch tán phụ thuộc (CH2)n + (NO, O3, NO2, H2O) peroxit, hợp chất cacbonyl, vào tốc độ suy giảm của hiện Gây cay bỏng mắt, khí quản, phổi và đường hô hấp; nitrat hữu cơ, tượng đảo nhiệt) Ngăn cản quá trình quang hợp, làm giảm năng suất cây trồng; Hấp thụ tiếp ánh sáng Mặt trời tạo ra các Không có ánh sáng Mặt trời (giao thông ít) chất ô nhiễm thứ cấp có hại không tích lũy thêm khói thải Gây lão hóa, cắt mạch cao su, ăn mòn kim loại và vật liệu khác. có thể khuếch tán một phần hay toàn bộ Điều kiện và sự tạo thành sương khói quang hóa 57 58 29
30. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Sương khói tại Los Angeles 59 60 30
31. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) Mưa axit Thông thường khi pH < 5 thì mới được gọi là mưa axit; Nguyên nhân: SO2 và NOx; Thực tế, mưa axit ít khi có pH < 3; SO2 và H2SO4 (từ SO2) là tác nhân chính gây ra mưa axit; HNO3 chỉ đóng góp khoảng 1/3; Mưa axit là sink để loại trừ SO2, NOx theo kiểu ngưng tụ ướt; Thử pH của nước mưa bằng chỉ thị bromophenol (pT = 7,0) 61 62 31
32. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) Mưa axit (t.t.) Tác hại trực tiếp: Ảnh hưởng các vực nước tự nhiên phụ thuộc vào khả năng đệm; Giảm tính đa dạng về loài của hệ thủy sinh (một số loài có khả năng chịu sự thay đổi độ pH, phát triển mạnh do cạnh tranh trong môi trường sống giảm, cá thường rất nhạy cảm và có thể chết khi có sự thay đổi đột ngột độ axit của môi trường). 63 64 32
33. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) 2.5. Tác động tổng hợp của các chất ô nhiễm không khí (t.t.) Mưa axit (t.t.) Tác hại gián tiếp: Tăng nồng độ kim loại độc trong nước (ví dụ: Al3+ tỷ lệ với độ axit, ion độc đối với nhiều động vật); Rửa trôi các nguyên tố, chất dinh dưỡng trong đất cần cho sự phát triển của thực vật (rửa trôi Ca và Mg, làm tăng nồng độ Al có hại cho rễ nhỏ, thực vật sẽ chậm phát triển, có thể nhiễm bệnh do vi khuẩn, nấm, ); Ăn mòn công trình xây dựng, bể chứa, đường ống dẫn nước ; Mưa axit ít ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người (trừ trường hợp sương khói). Mưa axit hủy hoại rừng cây ở dãy núi Blue Ridge, North Carolina 65 66 33
34. 10/28/2015 Chương 2. Khí quyển và sự ô nhiễm khí quyển (t.t.) Mưa axit ăn mòn tượng đá vôi 67 34