ĐỊA hóa môi TRƯỜNG

- Quá trình phong hóa phân hủy các đá để tạo thành đất, sự hấp thụ các nguyên tố linh động nhờ thực vật và vật chất lại được trở lại với đất sau khi các thực vật chết di, để rồi sau đi v

ĐỊA HÓA MÔI TRƯỜNG Câu 1: Định nghĩa về địa hóa môi trường , đối tượng nghiên cứu về địa hóa môi trường,nhiệm vụ chính cần nghiên cứu,giải quyết của địa hóa môi trường,mối liên quan với các chuyên nghành khác.

Địa hóa môi trường là một chuyên ngành của địa hóa học có chức năng khám phá các mối tương tác phức tạp giữa các hệ đất đá-nước-không khí-sự sống, chi phối đặc tính hoá học của toàn bộ môi trường bề mặt TráiĐất

Địa hóa môi trường lấy đối tượng nghiên cứu là các:

- Nguyên tố hóa học và các hợp chất của chúng trong các thành tạo bề mặt và trong môi trường sống

- Quá trình phong hóa phân hủy các đá để tạo thành đất, sự hấp thụ các nguyên tố linh động nhờ thực vật và vật chất lại được trở lại với đất sau khi các thực vật chết di, để rồi sau đi vào chu trình “sinh địa hóa” dài ngày (bao gồm sự tương tác giữa sinh học, địa chất và hóa học)

- Chu trình sinh địa hóa cũng chỉ là một phần của chu trình địa hóa, trong đó vật chất được di chuyển từ đất liền ra biển, có thể đi vào khí quyển và sau đó lại được tái hợp vào khối lượng lục địa, trong đó phải kể đến vai trò hoạt động của con người

- Các nguyên tố di chuyển qua chu trình của chúng theo các giai đoạn từ các điểm khởi đầu với nhiều biến đổi về dạng tồn tại xảy ra trên chặng đường dichuyển Xuất phát từ các vấn đề môi trường hiện hữu, Địa hóa môi trường đặt ra các nghiệm

vụ chính cần nghiên cứu giải quyết, đólà:

1.Đánh giá đầu vào của các chất ônhiễm,

2.Xác định địa điểm, bối cảnh địa chất-địa lý của các khu vực ô nhiễm Xuất phát từ hai nhiệm vụ chính trên, có thể đề ra các nhiệm vụ cụ thểsau:

-Đánh giá nguồn gốc các chất ônhiễm,

-Xác định các phản ứng của các chất ô nhiễm (các chất kết tủa, hấp phụ trên các khoáng vật, phân hủy do sinh vật, phân rã phóngxạ)

-Xác định số phận và độ linh động của các chất ônhiễm,

-Đánh giá độ nguy hiểm đến sức khỏe con người và môitrường

Để giải quyết các nhiệm vụ chính và các nhiệm vụ cụ thể kể trên, địa hóa môi trường phải gắn chặt với các vấn đề cơ bản của Địa hóa học, đồng thời phải liên kết với các chuyên ngành địa chất thủy văn và độc học (Hình)

Câu 2: Thế nào là sự phá hủy tầng ozon? Nguyên nhân của sự phá hủy tầng ozon

*Sự phá hủy tầng ozon

Nguyên nhân:

- Lớp ozon mỏng manh bị phá hủy bởi chính các hoạt động của con người

- Thủ phạm chính là các hợp chất CFC thường gọi là Freon được dung rộng rãi trong vài thập kỷ vừa qua, chủ yếu trong các dung dịch làm lạnh, làm dung môi, tạo bọt trong việc làm chất dẻo, xốp

- CFCs không độc hại có mặt ngày càng tang trong khí quyển và đi thẳng vào tầng bình lưu,tham gia vào chuỗi phản ứng hóa học sau:

CF2Cl2 + hv = Cl + CClF2

Cl + O3 = ClO + O3

ClO + O = Cl + O2

(hv: bức xạ tử ngoại)

- Hiệu ứng thực của những phản ứng này là xúc tác để phá vỡ hàng ngàn phân tử O3 bởi mỗi nguyên tử Cl được tạo ra do Cl nguyên tử là chất có tính oxy hóa rất cao

- Các chất phá hủy ozon nhiều nhất là: CFC-11 và CFC-12, CFCl3 và CF2Cl2 Thậm chí khi có những tác động mạnh mẽ của bức xạ tử ngoại thì các CFC3 bền nhất vẫn tồn tại khoảng 100 năm Thí dụ nổi bật nhất là ozon từng bị phá hủy được goi là “lỗ hổng Nam Cực” trong vài thập kỷ qua

 Hậu quả:

- Tác hại chủ yếu đối với tất cả các loại cây, bao gồm cả cây lương thực

- Do lượng các vi sinh vật (chủ yếu là thực vật) là nguồn nguyên liệu chính nguồn thức ăn cho các phù du giảm đi có thể dẫn đến giảm đáng kể nguồn lợi hải sản trên thế giới

- Với con người: bệnh ung thư da, đục thủy tinh thể

Câu 3 Các khí nhà kính và hiện tượng nhà kính

Khí nhà kính là những khí có khả năng hấp thụ các bức xạ sóng dài (hồng ngoại) được phản xạ từ bề mặt Trái Đất khi được chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời, sau đó phân tán nhiệt lại cho Trái Đất, gây nên hiệu ứng nhà kính Các khí nhà kính chủ yếu bao gồm: hơi nước, CO2, CH4, N2O, O3, các khí CFC

Các chất khí có hàm lượng nhỏ trong khí quyển nhưng chúng có khả năng hấp thụ các bức xạ hồng ngoại làm Trái Đất ấm lên Do đó, cân bằng nhiệt của Trái Đất bị tác động do hàm lượng các chất khí này, đặc biệt là dioxit carbon trong khí quyển tăng lên Trái đất phát ra bức xạ ở bước sóng hồng ngoại trong khoảng 2000 đến 40.000 nm với cường độ lớn nhất tại 16.000 nm Một số ánh sáng hồng ngoại thoát vào không trung và một số được hấp thụ bởi các các khí nhà kính chính là: các phân tử nước, carbon dioxit, metan và ozon Một lượng nhỏ hơn bị hấp thu bởi nitro oxit (N2O) và các khí CFC Sự hấp thu chủ yếu là trong tầng đối lưu

Hiệu ứng nhà kính là kết quả của sự 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 Nếu như không có hiệu ứng nhà kính hẳn khí hậu trái đất sẽ trở lên lạnh lẽo hơn

Không giống như bối cảnh với ánh sang cực tím, chỉ có các phân tử lưỡng cực trong quá trình dao động có thể hấp thụ ánh sang hồng ngoại Điều này làm cho các thành phần chính của khí quyển của Trái Đất là O2 và N2 không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng hồng ngoại Sau khi hấp thụ năng lượng, các phân tử nhà kính bị kích thích phát ra năng lượng theo mọi hướng, một số năng lượng này được đưa trở lại bề mặt Trái Đất và làm tăng nhiệt

độ tại đó

Vai trò gây nên hiệu ứng nhà kính của các chất khí được xếp theo thứ tự sau: CO2

=> CFC => CH4 => O3 =>NO2 Sự gia tăng nhiệt độ trái đất do hiệu ứng nhà kính

có tác động mạnh mẽ tới nhiều mặt của môi trường trái đất

+ Hậu quả:

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 sẽ bị chìm dưới nước biển.

Sự nóng lên của trái đất 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 mới sẽ thuận lợi phát triển Trong khi đó nhiều loài bị thu hẹp về diện tích hoặc bị tiêu diệt.

Khí hậu trái đất sẽ bị biến đổi sâu sắc, các đới khí hậu có xu hướng thay đổi.Toàn bộ điều kiện sống của tất cả các quốc gia bị xáo động.Hoạt động sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, thuỷ hải sản bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

sức khoẻ của con người bị suy giảm.

Câu 4: Vai trò của các khí nhà kính

Hơi nước :

Hơi nước là khí nhà kính chính hàng đầu, hấp thụ ở hai đầu quang phổ hồng ngoại, giữa 5500 và 7500 nm và ở các bước sóng lớn hơn 16000 nm

Mây được hình thành từ hơi nước có mặt trong khí quyển và cũng ảnh hưởng đến quá trình cân bằng nhiệt của trái đất bằng việc phản xạ ánh sáng mặt trời và việc bắt giữ các bức xạ cực tím

Khi Trái đất nóng lên, sự cân bặng không khí – nước sẽ đưa nhiều hơi nước hơn vào khí quyển, làm tang sự hấp thụ của hơi nước.Tuy nhiên, những đám mây cũng tang lên, dẫn đến phản xạ trực tiếp nhiệt Mặt rời vào không trung nhiều hơn

Carbon dioxit là khí nhà kính quan trọng thứ hai, hấp thụ bước sóng trong khoảng

12000 nm và 16300 nm Carbon dioxit cho phép các năng lượng bức xạ đi qua vào tầng khí quyển của trái đất, nhưng lớp carbon dioxit đóng vai trò như một bộ dò, thăm dò các bức xạ cực tím mà thông thường phân tán vào không gian

CO2 được tạo ra trong các phản ứng oxy hóa trong động cơ, đốt củi, sản xuất xi măng

và hô hấp hữu cơ ở động vật, vi khuẩn và thực vật CO2 bị loại bỏ khỏi khí quyển nhờ quang hợp thực vật, kết tủa các carbonat hữu cơ và vô cơ từ dung dịch nước

Khí CO2 tăng từ 0,028% vào năm 1859 lên 0,035% vào năm 1992 Hiệu ứng nhà kính của CO2 thấp hơn các khí khác, nhưng vì số lượng của nó lớn nên nó đóng góp một nửa sự nóng lên toàn cầu.thời gian tồn tại trung bình cho một phân tử CO2 là hơn một nửa thế kỷ trước khi bị phân hủy

4.2.2 Metan :

Metan là khí nhà kính quan trọng thứ ba, hấp thụ tại bước sóng khoảng 7700 nm Metan được tạo ra do phân hủy yếm khí các chất hữu cơ trong đất ngập nước, chôn lấp chất thải và cánh đồng lúa Chúng cũng được giải phóng trong quá trình khai thác và vận chuyển than, khí đốt tự nhiên và dầu mỏ.Sự nóng lên toàn cầu có thể giải phóng khí metan này them đáng kể vào khí quyển

Càng nhiều metan bị giải phóng vào khí quyển thì tác động của hiệu ứng nhà kính càng tăng.Mỗi phân metan bắt giữ năng lượng nhiệt gấp 21 lần so với carbon dioxit. Tác nhân nhấn chìm chính khí metan trong tầng đối lưu là tạo ra gốc tự do methyl bởi phản ứng với gốc hydroxyl Thời gian cư trú trong không khí là khoảng 10 năm đối với một phân tử CH4 trước khi bị phân hủy

4.2.3 Nitro oxit :

Nitro oxit là khí nhà kính hấp thụ ở bước sóng 8600 và 7800 nm, gần với bước sóng hấp thụ của metan

Nitro oxit được tạo ra bằng phương thức sinh học trong quá trình nitrat hóa trong đất(

từ NH+ thành NO3) và khử nitrat (từ NO3- thành N2) Các dạng khí là bước trung gian và đôi khi thoát vào khí quyển trước khi quá trình được hoàn tất Nitro oxit được giải phóng trong quá trình sản xuất nông nghiệp và các hoạt động công nghiệp, cũng như đốt cháy các chất thải rắn và nhiên liệu

Nitro oxit bắt giữ năng lượng nhiệt gấp 270 lần so với CO2

Ozon là khí nhà kính quan trọng thứ tư, hấp thụ trong khoảng 9000 và 10000 nm Ozon không bền trong tầng đối lưu, bị phản ưng trong các phản ứng oxy hóa và trải qua phân hủy quang phân và có chỉ nồng độ vết 0.03 ppm trong tầng đối lưu

Không khí chứa một lượng rất nhỏ ozon có tác dụng làm cho không khí trong lành Với lượng ozon lớn hơn sẽ gây độc hại với con người

Hoạt động công nghiệp đã làm tăng nồng độ ozon trong tầng đối lưu nhưng giảm xuống trong tầng bình lưu, góp phần làm cho tầng bình lưu lạnh hơn và tầng đối lưu ấm lên

Chúng là khí nhà kính vết hấp thụ hiệu quả năng lượng hồng ngoại trong khoảng từ

8000 – 13000nm.Các khí CFC đang được thay thế bằng sản phẩm có hiệu ứng hấp thụ năng lượng hồng ngoại ít hơn nhưng chúng vẫn là các khí nhà kính

Chúng hấp thụ năng lượng hồng ngoại hiệu quả gấp 10000 – 20000 lần so với CO2 nhưng nồng độ chỉ là 0,0002 -0,0005 ppm trong tầng đối lưu. Chúng gây lên sự phá hủy tầng ozon trong tầng bình lưu nên hiệu ứng làm nóng lên của chúng trong tầng đối

HCFC mới được tạo ra trong quá trình công nghiệp hóa hiện nay có khả năng hấp thụ bức

xạ trong khoảng 8000 – 12000 nm

Câu 5: Thế nào là mưa acid? Thành phần nước mưa và mưa acid?

Mưa axít là hiện tượng mưa mà trong nước mưa có độ pH dưới 5,6, được tạo ra bởi lượng

khí thải SO2 và NOx từ các quá trình phát triển sản xuất con người tiêu thụ nhiều than

đá, dầu mỏ và các nhiên liệu tự nhiên khác

* Thành phần nước mưa và mưa acid

1.Thành phần nước mưa:

- Định nghĩa: Nước mưa không phải là H2O “tinh khiết” mà có chứa các chất rắn hoà tan khác nhau Các thành phần này đi vào nước mưa chủ yếu bằng cách hoà tan các vật liệu hạt trong khí quyển khi những giọt nước được tạo nhân từ các hạt bụi trong không khí và bằng cách hoà tan các khí từ khí quyển

2 Mưa acid:

* Độ pH của nước mưa:

- Hầu hết nước mưa có pH từ 5,6 đến 5,8 do sự có mặt của acid carbonic(H2CO3) Acid này được hình thành từ khí CO2 hoà tan vào nước và bị phân ly thành các ion H+ và HCO3 -theo các phản ứng sau:

+ Quá trình hoà tan CO2 vào khí quyển:

CO2 + H2O = H2CO3

+ H2CO3 bị phân ly:

H2CO3 = H+ + HCO3

-*Mưa acid:

- Định nghĩa:

+ Mưa tuyết có độ acid do có mặt của các acid mạnh hơn CO2 tạo ra pH< 5,6 được gọi là mưa acid

+ Tích tụ acid là sự tích tụ trên bề mặt Trái Đất các acid hoà tan, các khí acid(SO2) và các muối acid( NH4HSO4)

-Bản chất:

+ Mưa acid bắt nguồn trực tiếp từ acid mạnh như HCl hay khói H2SO4, đa số acid này là chất gây ô nhiễm không khí được tạo ra acid theo phản ứng:

SO2 + 1/2O2 + H2O phản ứng tổng thể (2H+ + SO42-) (nc)

gồm một số bước

phản ứng tổng thể 2NO2 + 1/2O2 + H2O gồm một số bướ 2(H+ + NO3-) (nc)

- Tác hại của mưa acid:

+ Độc hại trực tiếp cho cây cối do nồng độ acid vượt quá

+ Độc hại do các khí tạo thành acid là SO2, NO2 cùng đi kèm với mưa acid

+ Độc hại gián tiếp như làm cho Al3+ bị giải phóng khỏi đất

+ Phá huỷ các cánh rừng nhạy cảm với mưa acid

+ Tác động đến hệ hô hấp đối với người và động vật

+ Làm tăng độ acid nước hồ gây độc hại cho các sinh vật trong hồ

+ Gây ăn mòn các cấu trúc, chỗ tiếp điện, các thiết bị và các vật liệu lộ ra ngoài trời

+ Tác dụng đi kèm: giảm tầm nhìn do các sol khí sulfat và ảnh hưởng các sol khí sulfat tới các tính chất lý học, quang học của đám mây

Câu 6: Nêu các tác nhân phong hóa

Các tác nhân phong hóa.

1.Nước

Là tác nhân quan trọng nhất trong quá trình hình thành vỏ phong hóa

Nước có tác dụng hòa tan, di chuyển và làm lắng đọng các hợp chất hóa học trong vỏ trái đất

Nước hòa tan cả Oxy, CO2, axit và các hợp chất có tác dụng phân hủy đất đá

Trong quá trình Hydrat hóa và phân hủy nước phân giải các khoáng vật tạo đá trong đá gốc.Ngoài ra, nước có vai trò là môi trường hóa lý (Ph, Eh) trong quá trình tái tạo đất đá của vỏ phong hóa

2.Oxy

Oxy đóng vai trò chính trong các phản uengs oxy hóa và có ý nghĩa to lớn trong quá trình tái tạo vỏ phong hóa

Nguồn gốc của oxy là: Khí quyển, oxy hòa tan, trong nước và tồn tại trong các hợp chất Oxy hóa khử

3.Khí CO2

Tham giá tích cực trong quá trình oxy hóa và tái tạo một số silicat thành các hợp chất cacbonat Trong sự tái tạo đó có sự tham gia của khí cacbonic khí quyển, cacbonic của không khí hòa tan trong nước

4.Các hợp chất hóa học

Các axit vô cơ (H2SO4, H2CO3) và axit hữu cơ, các loại muối hòa tan, các chất kiềm có tác dụng thúc đẩy quá trình phá hủy đất đá và xác định chiều hướng hóa học của nó

5.Sinh vật

Sinh vật có tác động tích cực trong quá trình phân hủy đất đá và tạo vỏ phong hóa.Sinh vật bao gồm cả thực vật và động vật.Sinh vật giúp phân hủy, vận chuyển các vật liệu trong

vỏ trái đất

- Tái tạo oxy và cacbonic

- Trrao đổi ion với các cation của các hợp chất tạo đá, duy trì điều kiện axit cho đá phân giải

- Có đặc tính tập trung lựa chọn một số nguyên tố trong thành phần thổ nhưỡng, những nguyên tố ấy có khả năng tập trung sau khi sinh vật chết

6.Nhiệt độ

Sự thay đổi nhiệt độ trong ngày làm phá hủy các khoáng vật, các đá.Ngoài ra nhiệt độ còn đẩy nhanh các phản ứng hóa học

7 Hoạt động con người

Hoạt động của con người (sản xuất nông nghiệp, khai thác khoáng sản…) làm thay đổi môi trường tự nhiên tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phong hóa

Câu 7: Trình bày các phản ứng phong hóa? Nêu các sản phẩm của quá trình phong hóa

* Các phản ứng phong hóa gồm : phản ứng thủy phân, phản ứng hòa tan, phản ứng oxy

hóa- khử và hydrat hóa

a Phản ứng thủy phân:

- Phản ứng thủy phân được đặc trưng cho quá trình phân hủy các đá silicat Về bản chất hóa học thì quá trình thủy phân bao gồm các phản ứng giữa các ion của khoáng vật và các ion của nước (OH- và H+), kết quả là làm phân hủy bề mặt đá và thành tạo hợp chất mới đồng thời làm tăng độ pH của dung dịch có liên quan tới việc giải phóng các ion hydroxil

- Cân bằng thủy phân có thể biểu diễn bằng phường trình sau:

Silicat nguyên sinh + H2O + CO2 -> Các ion trong dung dịch ( Na+; Ca2+; Mg2+; K+;

H4SiO4) + khoáng vật thứ sinh

b Phản ứng hòa tan :

- Hòa tan là phản ứng phân ly khoáng vật thành các ion, các phân tử và các tập hợp phân tử phân tán của các hệ keo Về bản chất thì quá trình thủy phân bao hàm cả quá trình hòa tan

- Khoáng vật phổ biến dễ tan nhất là halit (NaCl), Gyps ( CaSO4.2H2O) có độ hòa tan chỉ bằng ¼ của halit, còn anhydrit lại có độ hòa tan thấp hơn Calcit có độ hòa tan yếu trong nước tinh khiết

- Thạch anh là khoáng vật bền tuy nhiên trong điều kiện tự nhiên vẫn bị hòa tan nhờ phản ứng hydrat hóa: SiO2 + 2H2O -> H4SiO4

c Phản ứng oxi hóa- khử

Khi nói tới oxy hóa các đá người ta thường đề cập tới sự kết hợp giữa nguyên tử oxy với các khoáng vật có chứa Fe2+ và hậu quả làm phân hủy đá Các đá chứa Fe2+ thường là các đá mafic

- Acid sulfuric là 1 acid mạnh tham gia vào quá trình phong hóa ở bất kỳ nơi nào nó có mặt Phản ứng oxi hóa- khử có liên quan tới hợp chất lưu huỳnh đóng vai trò quan trọng trong thành phần hóa học của nước tự nhiên và trong quá trình tạo đá

d Hydrat hóa :

- Quá trình hydrat hóa bao gồm sự kết hợp của các ion H+ và OH- vào hợp chất Trong nhiều hoàn cảnh các ion H+ và OH- trở thành 1 bộ phận cấu thành của mạng tinh thể khoáng vật Hydrat hóa còn tạo điều kiện thích hợp cho các phản ứng phân hủy khác nhờ có sự trương nở ô mạng tinh thể, làm tăng diện tích bề mặt cho phản ứng

Các sản phẩm của quá trình phong hóa

Các sản phẩm của quá trình phong hóa, chia thành 3 nhóm:

1, Các khoáng vật nguyên sinh tàn dư không chịu tác động của quá trình phong hóa

2, Các khoáng vật mới được tạo thành bền vững trong điều kiện phong hóa

3, Các hợp chất tan di chuyển khỏi địa điểm phong hóa, đi vào nước dưới đất

-Trong đới phong hóa, các dạng khoáng vật bền thường được bảo tồn lâu hơn, do đó các hợp phần khoáng vật trong loại này thường là thạch anh, muscovit và các khoáng vật phụ nặng khác như magnetit, ilmenit, rutil

-Các khoáng vật silicat tạo đá nguyên sinh khi phong hóa thường trải qua sự rửa lũa

và thủy phân từ đó tạo thành tập hợp các khoáng vật thứ sinh, chủ yếu là: sét, oxyhydroxit sắt và nhôm Ngoài ra, nếu có sự tác dụng với các vật chất khác do quá trình mang đến từ xung quanh ( VD: oxythydroxit sắt, silic vô định hình, carbonat calci)

Câu 8: Nêu thành phần độ hạt và khoáng vật của đất?

1) Thành phần kích thước hạt của đất

- Thành phần kích thước hạt là hàm lượng tương đối của các hạt có kích thước khác nhau trong đất, đá hay các hỗn hợp nhân tạo, không phụ thuộc vào thành phần hóa học của nó,

là thông số quan trọng, nhiều khía cạnh tồn tại phụ thuộc vào nó, trong đó có độ phì nhiêu của dất

- Căn cứ theo thành phần kích thước hạt, người ta phân loại và định tên các loại đá trầm tích cơ học:

Cát = 0.05 - 2.0 mm

Bột = 0.002 - 0.05 mm

Sét < 0.002 mm

- Thành phần cát hầu hết là thạch anh

- Thành phần sét là các khoáng vật sét silicat lớp và các oxit, hydroxit Fe-Mn

2) Thành phần khoáng vật của đất

- Phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng vật của đá gốc và mức độ tác dụng của phong hóa đối với đá gốc

- Chia thành 2 nhóm: Khoáng vật nguyên sinh và khoáng vật thứ sinh

+ Khoáng vật nguyên sinh: Thường gặp trong đất tự nhiên là felspat, thạch anh, mica, hạt

đất có kích thước lớn Đối với các nhóm hạt lớn thường ít khác nhau về tính chất cơ lý của chúng

+ Khoáng vật thứ sinh: có 2 loại tùy theo tính chất hòa tan trong nước Trong số các

khoáng vật thứ sinh không hòa tan trong nước, thường gặp nhiều là các khoáng vật sét: motmorillonit, illit, kaolinit, có độ hạt < 0,005mm, có tính keo, quyết định khả năng trao