Tiểu luận nguyên lý khoa học môi trường giải pháp giảm sự gia tăng hiệu ứng nhà kính

Về mặt tự nhiên thì hiện tượng hiệu ứng nhà kính giúp nhiệt độ trái đất được ổn định có lợi cho sự phát triển của sinh vật, tuy nhiên do sự gia tăng của hiện tượng này nên nhiệt độ trái

ĐẶT VẤN ĐỀ

Môi trường đã trở thành một vấn đề được toàn thế giới quan tâm, cùng với xu thế phát triển chung của thế giới nền kinh tế của Việt Nam đang chuyển đổi mạnh mẽ trên con được công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Bên cạnh mở mang những khu

đô thị mới và phát triển công nghiệp nhiều vấn đề môi trường đã nảy sinh làm ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống và công cuộc phát triển bền vững đất nước

Một trong những vấn đề môi trường hiện nay đó chính là sự gia tăng hiệu ứng nhà kính Về mặt tự nhiên thì hiện tượng hiệu ứng nhà kính giúp nhiệt độ trái đất được ổn định có lợi cho sự phát triển của sinh vật, tuy nhiên do sự gia tăng của hiện tượng này nên nhiệt độ trái đất ngày càng tăng cao dẫn đến nhiều ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật

Đây là một hiện tượng tự nhiên có lợi cho trái đất tuy nhiên do những tác động của con người làm thay đổi thành phần vật chất của bầu khí quyển dẫn tới sự gia tăng hiệu ứng nhà kính nên có tác động xấu đến trái đất và sinh vật Nghiên cứu các nguyên lý khoa học môi trường mà cụ thể là nguyên lý bảo toàn vật chất giúp chúng

ta tìm hiểu về hiện tượng hiệu ứng nhà kính, sự gia tăng hiệu ứng nhà kính và những tác động của nó Ứng dụng nguyên lý bảo tồn vật chất để giải thích hiện tượng trên từ

đó tìm ra nguyên nhân gây ra sự gia tăng hiện tượng này Đưa ra giải pháp giảm sự gia tăng hiệu ứng nhà kính

MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Giúp hiểu rõ hơn nguyên lý bảo tồn vật chất trong khoa học môi trường và ứng dụng nó trong thực tiễn về các vấn đề môi trường

Góp phần nâng cao chất lượng môi trường và sức khỏe con người, thúc đẩy sự phát triển trong xã hội

1.2 Nội dung nghiên cứu

Tìm hiểu về hiện tượng hiệu ứng nhà kính, sự gia tăng hiệu ứng nhà kính và những tác động của nó

Ứng dụng nguyên lý bảo tồn vật chất để giải thích hiện tượng trên từ đó tìm ra nguyên nhân gây ra sự gia tăng hiện tượng này

Đưa ra giải pháp giảm sự gia tăng hiệu ứng nhà kính

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Áp dụng phương pháp kế thừa tài liệu

KẾT QUẢ 2.1 Nguyên lý bảo tồn vật chất

Theo định luật bảo toàn vật chất: vật chất không tự dưng sinh ra và mất đi, chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác Con người và tự nhiên chỉ lấy đi những gì cần cho bản thân từ trái đất, tách chúng ra, vận chuyển chúng từ phần này sang phần khác của trái đất, chế biến, sử dụng, loại bỏ, tái sử dụng chúng

Từ định luật bảo toàn vật chất nói trên ta có thể phát biểu nguyên lý 2.1 trong lĩnh vực môi trường như sau: “Vật chất bảo toàn, nó không thể tự dưng sinh ra hoặc mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác…”

2.2 Hiện tượng hiệu ứng nhà kính

2.2.1 Khái niệm

Năng lượng mặt trời đến trái đất dưới dạng bức xạ sóng ngắn Một phần bức xạ được bề mặt trái đất và khí quyển phản xạ trở lại vũ trụ Phần lớn bức xạ đó xuyên qua khí quyển sưởi ấm bề mặt trái đất và gửi năng lượng này trở lại vũ trụ dưới dạng sóng dài bức xạ tia hồng ngoại Một phần bức xạ hồng ngoại do trái đất phát ra được hấp thụ bởi hơi nước, carbon điôxyt và các khí khác gọi là khí nhà kính làm sưởi ấm trái đất Tuy nhiên, do nồng độ các khí nhà kính hiện đang tăng lên nhanh chóng, do đó nó làm giảm khả năng tỏa nhiệt của Trái đất (khoảng 2%) có nghĩa là toàn trái đất giữ lại lượng năng lượng tương đương 3 triệu tấn dầu đốt trong mỗi phút Kết quả của sự trao đổi không cân bằng về năng lượng giữa trái đất với không gian xung quanh, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ của khí quyển trái đất Hiện tượng này diễn ra theo cơ chế tương tự như

nhà kính trồng cây nên được gọi là hiện tượng hiệu ứng nhà kính (greenhouse effect)

Hiệu ứng nhà kính nhìn nhận từ góc độ cơ học: Đây là hiệu quả giữ nhiệt của

lớp kính trong các nhà kính Ở vùng ôn đới, trong điều kiện lạnh giá của mùa đông, để bảo vệ cây trồng thì người dân châu Âu đã làm những nhà kính nhằm giữ nhiệt độ không khí giúp cho cây trồng phát triển Tuy nhiên, nhà kính chỉ có khả năng ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng mà không có khả năng hấp thụ và bức xạ nhiệt giống như khí quyển Như vậy, hiệu ứng nhà kính cơ học hoàn toàn do con người tạo ra

Hiệu ứng nhà kính trái đất: Đối với Trái Đất thì khí quyển cũng giống như lớp

kính, khí quyển để cho ánh sáng Mặt Trời xuyên qua đốt nóng bề mặt Trái Đất Đồng thời, nó có vai trò giữ nhiệt lại cho bề mặt Trái Đất và bức xạ một phần nhiệt vào khoảng không vũ trụ

Hình 1: Hiệu ứng nhà kính

2.2.2 Sự xuất hiện của hiệu ứng nhà kính trái đất

Như ta biết, sau khi thạch quyển hình thành thì xuất hiện khí quyển Quyển này được hình thành khi khối lượng và thể tích của Trái Đất đủ lớn, trọng lực có khả năng giữ được lớp khí thoát ra từ trong lòng của nó Ta có thể chứng minh nhận định này thông qua định luật vạn vật hấp dẫn của Niu-tơn

Theo định luật vạn vật hấp dẫn của Niu-tơn thì:

Trong đó:

F: lực hấp dẫn

G: hằng số hấp dẫn (G = 6.67 x 10-11 N.m²/kg²)

M: khối lượng của Mặt Trời

m: khối lượng của Trái Đất

r: khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời

Từ công thức trên ta thấy, G, M, r không thay đổi (r có thể thay đổi, nhưng xét trên tương quan giữa Trái Đất và Mặt Trời thì xem như không đáng kể) Để F đủ lớn

có thể giữ được không khí tạo ra vỏ khí thì khối lượng của Trái Đất phải tăng, tức là

m thay đổi Vì thế, lúc mới hình thành khối lượng và thể tích của Trái Đất nhỏ, cho nên trọng lực không đủ lớn để giữ được không khí thoát ra từ bao manti Chỉ đến khi khối lượng, thể tích của Trái Đất đủ lớn, trọng lực có khả năng thắng được lực hấp dẫn của vũ trụ và từ trường với khả năng bảo vệ cho nó khỏi chịu tác dụng nguy hại của gió Mặt Trời thì khí quyển được hình thành, cùng với nó là sự xuất hiện hiệu ứng nhà kính của Trái Đất

Thành phần của khí quyển có sự tiến hóa theo thời gian Vỏ khí nguyên thủy chủ yếu là hiđrô và amoniac mà Trái Đất đã chiếm lĩnh được từ đám mây nguyên thủy

và đã giữ lại được bằng lực hấp dẫn Về sau có sự tham gia của cacbonic, hơi nước và tro bụi thoát ra từ trong lòng Trái Đất do hoạt động tạo núi và hoạt động núi lửa diễn

ra rất mạnh mẽ lúc bấy giờ Khi xuất hiện sinh quyển thì góp mặt thêm một số khí do

sự trao đổi giữa sinh vật và môi trường sống Khí quyển sinh ra mọi hiện tượng thời tiết và khí hậu trên Trái Đất, nhờ có khí quyển mới có thủy quyển, sinh quyển và thổ nhưỡng quyển

Như vậy, hệ quả đầu tiên và lớn nhất của khí quyển đối với Trái Đất là hiệu ứng nhà kính do chính khí quyển tạo nên

2.2.3 Cơ chế hoạt động của hiệu ứng nhà kính

Bức xạ Mặt Trời đi đến bề mặt Trái Đất có 2 dạng Những tia sáng Mặt Trời

xuyên thẳng vào khí quyển trong một bầu trời không mây được gọi là bức xạ trực tiếp Một phần các tia Mặt Trời do va chạm với phân tử khí nên bị khuếch tán được gọi là bức xạ khuếch tán Loại bức xạ này đi đến các vật thể trên mặt đất không phải

từ đĩa Mặt Trời mà là từ toàn bộ vòm trời và tạo nên ánh sáng ban ngày ở khắp mọi nơi Do đó, vào những ngày nắng, cả những nơi mà tia thẳng không xuyên tới được, thí dụ đi dưới tán rừng, cũng được chiếu sáng Cùng với bức xạ trực tiếp, bức xạ khuếch tán cũng là nguồn nhiệt

Hai loại bức xạ trên có dạng sóng ngắn nên chúng dễ dàng xuyên qua khí quyển đến bề mặt Trái Đất, mặt đất hấp thụ chuyển năng lượng ánh sáng đó thành nhiệt năng, đốt nóng lớp không khí bên dưới đồng thời bức xạ trở lại khí quyển dưới

dạng sóng dài, phần này gọi là bức xạ phản hồi của bề mặt Trái Đất Bản thân khí

quyển bị đốt nóng lại tỏa nhiệt, một phần nhiệt bốc lên trên cao và mất đi vào không

gian giữa các hành tinh, phần này được gọi là bức xạ hiệu dụng, phần nhiệt còn lại

được các phân tử khí mà trước hết là điôxít cacbon, hơi nước hấp thụ và bức xạ ngược

trở lại mặt đất, phần này được gọi là bức xạ nghịch của khí quyển Bức xạ nghịch chỉ

rõ vai trò của khí quyển trong chế độ nhiệt của vỏ Trái Đất Cụ thể, chúng tôi biểu thị

ở công thức sau đây:

Bức xạ hiệu dụng = Bức xạ phản hồi của bề mặt Trái Đất – Bức xạ nghịch của khí

quyển(*)

Từ (*) cho thấy, nhiệt độ không khí gần bề mặt Trái Đất có được chủ yếu do:

Thứ nhất là, bức xạ phản hồi của bề mặt Trái Đất (bao gồm đại dương và lục địa), ở

tầng đối lưu năng lượng bức xạ Mặt Trời không có khả năng đốt nóng trực tiếp không khí Tất cả các vật thể như nhà cửa, rừng cây, hồ nước, đường giao thông, động vật… đều có khả năng hấp thụ bức xạ Mặt Trời, đồng thời phát xạ đốt nóng không khí xung quanh

Thứ hai là, bức xạ nghịch của khí quyển, tất cả các phân tử khí, hơi nước,

bụi… trong khí quyển đều có khả năng hấp thụ những luồng bức xạ sóng dài từ bề mặt Trái Đất và phản xạ ngược trở lại

Cũng từ (*) ta thấy, nếu bức xạ nghịch tăng thì bức xạ hiệu dụng giảm, điều này có nghĩa rằng Trái Đất sẽ giữ lại lượng nhiệt lớn hơn mức cần thiết, cân bằng âm dương bị phá vỡ làm mất cân bằng nhiệt vốn có của tự nhiên Trong khí quyển của Trái Đất, ngoài điôxít cacbon, hơi nước kể trên có khả năng giữ nhiệt thì metan, freon, nitơ điôxit, bụi cũng có khả năng đó Vì thế, khi con người tác động vào khí quyển như làm tăng lượng khí cacbonic, thải bụi, thải các loại khí khác thì bức xạ nghịch sẽ lớn, nhiệt độ Trái Đất sẽ tăng Hay nói rõ hơn, nồng độ các loại khí trong khí quyển càng cao, thì lượng bức xạ do chúng hấp thụ càng lớn và kết quả là làm tăng hiệu ứng nhà kính của Trái Đất Sự thay đổi nồng độ của các loại khí trong vòng 100 năm trở lại đây (điôxít cacbon tăng 20%, metan tăng 90%) đã làm tăng nhiệt độ lên 2°C [11]

Như vậy, sự cân bằng nhiệt của Trái Đất hoàn toàn tuân theo quy luật tự nhiên, nếu không có sự tác động ngoại lai thì sẽ luôn tồn tại ở trạng thái cân bằng, rất cần cho sự sinh tồn của các loài trên hành tinh này Lớp vỏ khí như chiếc áo ấm giữ nhiệt giúp cho Trái Đất không bị hóa lạnh về ban đêm giống như trên Mặt Trăng Đây là cơ

sở để khẳng định, không có hiệu ứng nhà kính của Trái Đất sẽ không có sự sống, vì nhiệt độ không được giữ lại (Trái Đất sẽ có nhiệt độ trung bình cỡ -18oC thay vì nhiệt

độ trung bình hiện nay của Địa Cầu là +15°C)

Hiệu ứng nhà kính đã có từ lâu (có từ khi hình thành khí quyển), con người không có khả năng tạo ra hiệu ứng nhà kính của Trái Đất mà chỉ làm tăng thêm hiệu ứng nhà kính thông qua các hoạt động sản xuất Vì thế, chúng ta chống sự tăng lên của hiệu ứng nhà kính chứ không phải chống hiệu ứng nhà kính như một số người bấy

lâu nay lầm tưởng, cho nên thuật ngữ “chống hiệu ứng nhà kính của Trái Đất” cần phải được thay thế bằng thuật ngữ “chống sự tăng lên của hiệu ứng nhà kính của Trái Đất”.

2.2.4 Nguyên nhân gây ra sự gia tăng hiệu ứng nhà kính

Nguyên nhân dẫn tới hiện tượng hiệu ứng nhà kính hay sự nóng lên toàn cầu đã được các nhà khoa học trên thế giới chỉ ra là do sự gia tăng nồng độ các khí nhà kính như CO2, CFC, CH4, O3, NO2…Trong đó tỷ lệ và vai trò của các khí gây ra hiệu ứng nhà kính như sau:

Cũng theo các nhà khoa học thì trong các loại khí nhà kính thì khí CO2 đóng vai trò quan trọng nhất gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính hay

sự nóng lên toàn cầu

2.2.5 Ảnh hưởng của hiện tượng gia tăng hiệu ứng nhà kính

CO2 > CFC > CH4 >O3 >NO2

Ôzôn, 7%

Nông

nghiệp,

12%

Clorofluro

Cabon,

19%

Mêtan,

Sự gia tăng nhiệt độ của trái đất do sự gia tăng hiệu ứng nhà kính gây ra đã tác động tới rất nhiều mặt của môi trường trái đất như sau:

- Nhiệt độ trái đất tăng sẽ làm tan băng và dâng cao mực nước biển Như vậy, nhiều vùng sản xuất lương thực trù phú, các khu đông dân cư, các đồng bằng lớn, nhiều đảo thấp có thể sẽ bị chìm dưới nước biển

- Sự nóng lên của trái đất sẽ làm thay đổi điều kiện sống bình thường của các sinh vật trên trái đất Một số loài sinh vật thích nghi với điều kiện sống mới sẽ thuận lợi phát triển Trong khi đó nhiều loài sẽ bị thu hẹp về không gian sống hoặc bị tiêu diệt do không kịp thích nghi với các biến đổi của môi trường sống

- Khi hậu trái đất sẽ bị thay đổi sâu sắc, các đới khí hậu có xu hướng di chuyển

về hai phía cực của trái đất Toàn bộ điều kiện sống của tất cả các quốc gia bị xáo động Hoạt động sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy hải sản bị ảnh hưởng nghiêm trọng

- Nhiều loại bệnh tật mới đối với con người xuất hiện, các loại dịch bệnh lan tràn, sức khỏe của con người bị suy giảm

2.3 Ứng dụng nguyên lý 2.1 giải thích hiện tượng gia tăng hiệu ứng nhà kính

Nguyên nhân của sự gia tăng hiệu ứng nhà kính là do sự gia tăng nồng độ của các khí nhà kính trong khí quyển Trong đó nguyên nhân chủ yếu gây ra sự gia tăng hiệu ứng nhà kính lớn đó là sự gia tăng lượng khí CO2 trong khí quyển Do đó ở đây

ta chỉ tập trung giải thích sự gia tăng khí CO2 (Các khí còn lại có thể giải thích một cách tương tự)

Đầu tiên ta phải đặt câu hỏi rằng CO2 trong khí quyển từ đâu sinh ra, nó có phải là một chất nhân tạo do các hoạt động của con người sinh ra hay không và tại sao nồng độ của CO2 trong khí quyển lại tăng lên nhiều như vậy

Hỡnh 3: Chu trỡnh cacbon toàn cầu (đơn vị tớnh 10 9 tấn)

Theo nguyờn lý 2.1 vật chất là bảo toàn nú khụng tự dưng sinh ra cũng khụng

tự dưng mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khỏc Khớ CO2 cũng vậy nú cũng

là một dạng vật chất cú sẵn trong tự nhiờn, khụng phải do con người chỳng ta tạo ra

Sự gia tăng nồng độ CO2 khớ quyển thực chất là do sự mất cõn bằng chu trỡnh cỏc bon toàn cầu mà nguyờn nhõn chủ yếu là do cỏc hoạt động sản xuất của con người như: đốt nguyờn liệu húa thạch, khai thỏc tài nguyờn thiờn nhiờn, chặt phỏ rừng…để làm rừ vấn đề này ta phải đi tỡm hiểu chu trỡnh cỏc bon trong tự nhiờn

Theo hỡnh 3 thỡ Cacbon tồn tại trong tự nhiờn ở tất cả cỏc quyển như: khớ

quyển (cỏc chất khớ mà chủ yếu là CO2), trong sinh quyển (là cấu tạo cơ thể của động

Thực vật 562

Thực vật 562

75

Khí quyển Lục địa

Tiêu thụ

Vật liệu

HC chết

Vật liệu

HC chết

Than và dầu 10.000

Than và dầu 10.000

Trầm tích 20.000.000

54

trôi nổi

Thực vật trôi nổi

20 hô hấp

Tiêu thụ

Vật liệu

HC chết

Vật liệu

HC chết

< 1

Nớc biển ớc biển 35.000

vật, thực vật), trong thủy quyển (CO2 hòa tan trong nước biển), trong thạch quyển (ở các dạng khoáng sản như than đá, dầu mỏ)…

Trong điều kiện tự nhiên ban đầu chu trình cacbon là khép kín và lượng Cacbon trong các quyển luôn ổn định Khi đó nồng độ khí CO2 trong khí quyển luôn

ổn định không thay đổi (0,035%) do lượng CO2 chuyển từ các quyển khác vào khí quyển so với lượng CO2 được hấp thụ từ khí quyển vào các quyển khác là cân bằng Tuy nhiên do tác động của con người đã làm cho cân bằng trên bị phá vỡ và làm gia tăng nồng độ của nó trong khí quyển

Như vậy, CO2 trong khí quyển không tự sinh ra mà nó chỉ đơn thuần được chuyển từ các quyển khác sang Tuy nhiên do các hoạt động của con người nên lượng

CO2 bị chuyển từ các quyển khác vào khí quyển cao hơn lượng CO2 được hấp thụ từ khí quyển vào sinh quyển, thủy quyển hay thạch quyển Các hoạt động của con người làm gia tăng lượng CO2 trong khí quyển là:

- Con người khai thác than đá, dầu mỏ sau đó đốt cháy để phục vụ các nhu cầu sống của mình điều này đã chuyển một lượng lớn Cacbon trong thạch quyển thành khí

CO2 trong khí quyển

- Chặt phá rừng, tàn phá các hệ sinh thái biển…đã làm cho khả năng hấp thụ khí CO2 từ khí quyển vào cơ thể thực vật bị suy giảm hay nói cách khác con người đã làm giảm lượng Cacbon tích lũy trong sinh vật sang thành Cacbon trong khí quyển ở dạng khí CO2

à Nồng độ CO2 không tự dưng tăng lên mà thực chất nó được con người chuyển hóa từ dạng cacbon trong thạch quyển, khí quyển, thủy quyển…thành CO2 trong khí quyển mà thôi

à Nồng độ CO2 trong khí quyển tăng đồng nghĩa với việc dạng Cacbon trong các quyển khác cũng bị giảm đi Điều này đúng với tính chất bảo toàn vật chất của nguyên lý 2.1 Trên thực tế điều này cũng đã được chứng minh bằng các vấn đề môi trường riêng biệt nhưng lại có mối quan hệ rất chặt chẽ Khi nồng độ khí CO2 trong khí quyển tăng lên thì các dạng tài nguyên như than đá, dầu mỏ, khí đốt (dạng Cacbon