Bài Giảng Hóa Môi Trường - Chương 2

Sự hình thành và tiến hóa của khí quyển Có nhiều giả thiết về sự hình thành và tiến hóa của khí quyển, song đều thống nhất là khí quyển lúc ban đầu, còn gọi là “tiền khí quyển” hoàn toàn khác so với thành phần khí quyển hiện nay, sự biến đổi, phát triển của “tiền khí quyển” để trở thành khí quyển ngày nay là rất lâu dài, trong các biến đổi đó có sự đóng góp đáng kể từ hoạt động của sinh vật. Hàng nghìn năm trước đây, núi lửa đã thải ra từ trong lòng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài Giảng Hóa Môi Trường - Chương 2 CHƯƠNG 2. HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 2.1. THÀNH PHẦN CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA KHÍ QUYỂN 2.1.1. Sự hình thành và tiến hóa của khí quyển Có nhiều giả thiết về sự hình thành và tiến hóa của khí quyển, song đều thống nhất là khí quyển lúc ban đầu, còn gọi là “tiền khí quyển” hoàn toàn khác so với thành phần khí quyển hiện nay, sự biến đổi, phát triển của “tiền khí quyển” để trở thành khí quyển ngày nay là rất lâu dài, trong các biến đổi đó có sự đóng góp đáng kể từ hoạt động của sinh vật. Hàng nghìn năm trước đây, núi lửa đã thải ra từ trong lòng nó khí H2, CO2, CO hơi nước, CH4, NH3 và các khí khác. Phân tử sống đơn giản đầu tiên được tạo thành trong khí quyển khử hỗn hợp này, với năng lượng cần thiết cho các quá trình, phản ứng là những sự chiếu xạ mãnh liệt bởi các tia tử ngoại, bởi các nguồn hạt nhân phóng xạ vào khí quyển. Kết quả là đã tạo thành các phần tử phức tạp như axit amin. Các phân tử sống nhận năng lượng từ quá trình lên men các chất hữu cơ sinh ra từ quá trình hóa học và quang học; chúng đã có thể sản xuất ra chất hữu cơ {CH2O} thông qua quá trình quang hợp: CO2 + H2O → {CH2O} + O2 Như vậy, giai đoạn này đã xảy ra sự chuyển hóa sinh hóa dẫn đến sự hình thành khí quyển O2; Oxi xuất hiện tạo điều kiện hình thành ozon: O2 + hυ → 2O O + O2 → O3 Oxi đã oxi hóa amoniac để giải phóng nitơ hình thành khí quyển nitơ – oxi: 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O Khi này cũng có thể nói rằng khí quyển đã chuyển từ đặc tính khử sang tính oxi hóa. Tất nhiên, để có thể có tỉ lệ nitơ – oxi như hiện nay là phải trải qua một thời gian rất dài. 11 Một lượng oxi nhất định có thể đã được dùng để tạo ra các cơ thể sống nguyên thủy. Thực vật là nguồn sản xuất oxi đầu tiên của Trái đất nguyên thủy; Cùng với sự tăng nguồn cung cấp oxi thì các thực vật bậc cao hơn xuất hiện, phát triển; Các quá trình tương hỗ như vậy kéo dài nhiều triệu năm làm tăng đáng kể số lượng động vật tiêu thụ oxi để giữ cân bằng oxi trong khí quyển. Thành phần hiện nay của khí quyển là hầu như giống với thành phần của khí quyển 500 triệu năm về trước… tuy nhiên vẫn còn có những sự thay đổi nhỏ do một số khí bị hấp thụ bởi đất trồng, bởi các loại đá và các cơ thể sống hoặc thoát ra ngoài vũ trụ. Chu trình của việc sử dụng và tái sinh các khí trong khí quyển là một cân bằng đáng được chú ý, cân bằng này bao gồm đất trồng, không khí, động thực vật. 2.1.2. Thành phần cấu trúc của khí quyển Cấu trúc của khí quyển có thể chia thành hai phần: Phần trong bao gồm các tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung lưu và tầng nhiệt, ở độ cao đến khoảng 500km; Phần ngoài còn gọi là tầng điện li, ra đến vũ trụ bao la. Nói chung, chúng ta quan tâm đến 4 tầng của phần trong. Mỗi một tầng được đặc trưng bởi thành phần, các quá trình cũng như sự khác nhau về biến đổi nhiệt độ theo chiều cao. Mỗi tầng được cách nhau bởi một lớp mỏng gọi là lớp tạm dừng, đánh dấu sự nghịch chuyển của nhiệt độ, mỗi tầng có thể mô tả chi tiết như sau. Tầng đối lưu: Tầng đối lưu ở độ cao từ bề mặt trái đất đến 11km, tầng này chứa tới khoảng 70% khối lượng của khí quyển và hầu như toàn bộ hơi nước. Không khí trong tầng đối lưu là không đồng nhất về tỉ khối và nhiệt độ. Tỉ khối giảm theo hàm số mũ cùng với sự tăng độ cao, vì vậy càng lên cao, áp suất càng giảm; Nhiệt độ cũng giảm theo chiều cao, thay đổi từ +400C đến -560C, ước tính lên cao 100m thì nhiệt độ giảm 0,60C. Không khí ở gần mặt đất bị đốt nóng bởi bức xạ từ trái đất, thu nhiệt, giãn nở, không ngừng bốc lên cao còn lớp không khí lạnh ở bên trên chìm xuống, mặt khác bức xạ của mặt trời xuống trái đất không đều nhau sẽ dẫn đến sự khác nhau về nhiệt độ và áp suất ở mọi nơi. Chính do sự không đồng nhất giữa các vùng cả về nhiệt độ và áp suất nên không khí trong 12 tầng này có sự xáo trộn mạnh mẽ các dòng hỗn hợp không khí và những đám mây hơi nước cả theo chiều thẳng đứng và chiều ngang. Các chất ô nhiễm sinh ra do hoạt động tự nhiên và nhân tạo cũng dễ dàng bị xáo trộn để pha loãng, đồng thời cũng có thể xảy ra các quá trình chuyển hóa, biến đổi. Lớp lạnh ở phần trên cùng gọi là lớp tạm dừng, phân biệt với tầng bình lưu, đánh dấu bước ngoặt thay đổi nhiệt độ, tức là nhiệt độ lại tăng theo chiều cao. Thành phần chủ yếu ở tầng đối lưu là: N2, O2, Ar, CO2, H2O và vết một số nguyên tố hoặc chất khí khác. Các quá trình tự nhiên quan trọng nhất là phản ứng tổng hợp quang hóa và cố định nitơ để tổng hợp đạm của thực vật. Tầng bình lưu: Tầng bình lưu ở độ cao từ 11km đến 50km, trong tầng này nhiệt độ lại tăng theo chiều cao từ -560C đến -20C. Sự tăng nhiệt độ theo chiều cao ở đây là do sự hấp thụ bức xạ tử ngoại và tỏa nhiệt của Ozon, thành phần chính của tầng bình lưu: O3 + hv → O2 + O + E Điều này cũng giải thích vai trò quan trọ ...