Bài giảng tự nhiên xã hội 1

Mục tiêu nhằm cung cấp cho sinh viên hiểu và phân tích được những kiến thức cơ bản về sinh vật; những ảnh hưởng của môi trường lên đời sống sinh vật; cung cấp cho người học những kiến t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

BÀI GIẢNG TỰ NHIÊN- XÃ HỘI 1

TS Đinh Thị Thanh Trà (Phần 1) Th.S: Vương Kim Thành (Phần 2,3)

Quảng Bình, 2017

1

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: SINH HỌC 3

1.1 Thực vật 3

1.1.1 Khái quát về thực vật 3

1.2 Động vật 14

1.2.1 Khái quát về giới động vật 14

1.2.2 Đặc điểm sinh học của một số động vật thường gặp 14

1.2.3 Sinh sản ở động vật 17

CHƯƠNG 2: VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 22

2.1 Vai trò và tầm quan trọng của nước 22

2.2 Vai trò và đặc điểm của khí quyển, ánh sáng, âm thanh 23

2.3 Đặc điểm một số chất khí trong khí quyển 25

2.4 Một số kim loại thông dụng 27

2.5 Các nguồn năng lượng trong môi trường sống 30

CHƯƠNG 3: ĐỊA LÍ 35

3.1 Địa lý tự nhiên đại cương 35

3.2 Khái quát về địa lý các châu lục 55

3.4 Địa lý Việt Nam 61

CHƯƠNG 4: LỊCH SỬ 74

4.1 Thời kì bắt đầu dựng nước và giữ nước 74

4.2 Mười thế kỷ đấu tranh trong thời kỳ chống Bắc thuộc 75

4.3 Thời kỳ văn minh Đại Việt từ thế kỷ X đến thế kỷ XIX 78

4.4 Việt Nam từ năm 1858 đến 1945 88

4.4.3 Giai đoạn từ 1930 - 1945 90

4.5 Cách mạng Việt Nam 1945 - 1954 91

CHƯƠNG 5 MỘT SỐ KIẾN THỨC CHUNG VỀ XÃ HỘI 94

5.1 Gia đình 94

5.2 Trường học 99

5.3 Quê hương Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

2

LỜI MỞ ĐẦU

Giáo trình Tự nhiên và xã hội (1) được biên soạn phục vụ cho sinh viên ngành

giáo dục tiểu học với 3 tín chỉ tương đương 45 tiết Mục tiêu nhằm cung cấp cho sinh viên

hiểu và phân tích được những kiến thức cơ bản về sinh vật; những ảnh hưởng của môi trường lên đời sống sinh vật; cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về cơ thể con người như: hệ tuần hoàn máu, hệ tiêu hóa, hệ hô hấp, hệ thần kinh Mặt khác học phần còn cung cấp cho sinh viên những tri thức cơ bản về Địa lý tự nhiên đại cương giúp sinh viên hiểu và nắm được một số nội dung về vũ trụ, hệ Mặt trời và các hành tinh trong

hệ Mặt trời; các thành phần của lớp vỏ cảnh quan Trái đất Phần Địa lý các châu là tìm

hiểu về các châu lục trên thế giới; Địa lý Việt Nam giúp sinh viên nắm được vị trí, điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội nước ta; những kiến thức khái quát về quá trình phát triển của lịch sử Việt Nam từ thời dựng nước đến nay và các kiến thức chung về xã hội

Nội dung bao gồm 5 chương:

Chương I Sinh học

Chương II Vật chất và năng lượng

Chương III Địa lý

Chương IV Lịch sử

Chương V Các kiến thức chung về xã hội

Trong quá trình biên soạn nhóm tác giả đã sử dụng nhiều nguồn tài liệu khác nhau nhằm làm phong phú và thể hiện tính thực tế, cập nhật của giáo trình Chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, mong đồng nghiệp và bạn đọc góp ý bổ sung

3

CHƯƠNG 1: SINH HỌC 1.1 Thực vật

1.1.1 Khái quát về thực vật

1.1.1.1 Khái niệm chung

Thực vật là một bộ phận của sinh giới, chúng bao gồm nhiều dạng sống khác nhau nhưng

có chung một đặc điểm cơ bản là khả năng tự dưỡng Tự dưỡng là khả năng tự tổng hợp lấy các chất hữu cơ từ các chất có trong môi trường (gồm nước, các muối khoáng hoà tan trong nước và khí cacbônic) thông qua phản ứng hoá học, nhờ năng lượng của ánh sáng Mặt trời hoặc năng lượng sinh ra trong quá trình ôxy hóa các chất vô cơ

Quá trình tổng hợp nhờ năng lượng của ánh sáng Mặt trời là quá trình quang tổng hợp, có

ở thực vật

Quá trình tổng hợp nhờ năng lượng của phản ứng hoá học là quá trình hoá tổng hợp, có ở một số vi sinh vật

1.1.1.2 Vai trò của thực vật trong thiên nhiên và đời sống con người

Thực vật phân bố khắp nơi trên Trái đất, từ đỉnh núi cao nhất cho đến đáy biển sâu vài ba trăm mét, ở hai cực băng giá của Trái đất vẫn có một số loài Tảo, Địa y sống được, ở vùng đồng bằng, trung du, miền núi nơi có khí hậu thích hợp thì Thực vật phát triển rất mạnh mẽ và đa dạng

Vai trò của thực vật trong tự nhiên rất to lớn Có thể khẳng định, không có Thực vật thì không có sự sống trên Trái đất

Trong quá trình quang hợp cây xanh đã lấy khí cacbônic của khí quyển và thải ra khí ôxy theo phương trình tổng quát sau đây:

Ánh sáng Mặt trời

Sắc tố quang hợp

4

Trong tự nhiên, các quần xã thực vật, nhất là các quần xã rừng có tác dụng to lớn trong việc điều hoà khí hậu, làm giảm tác động của gió, bão, hạn chế xói mòn, lũ lụt, hạn hán, làm ô nhiễm môi trường sống

1.1.2 Cơ quan sinh dưỡng của thực vật

+ Miền hấp thụ: mang nhiều lông nhỏ làm nhiệm vụ hút nước Vì vậy, miền này còn gọi

là miền lông hút Độ dài của miền lông hút không đổi đối với mỗi loài

+ Miền trưởng thành: còn gọi là miền phân nhánh vì tại đây bắt đầu có thể sinh ra các rễ bên

* Các kiểu rễ

+ Rễ trụ : Đặc trưng cho các cây 2 lá mầm gồm rễ chính và rễ bên

Rễ chính phát triển từ mầm rễ, đâm thẳng xuống đất hay còn gọi là rễ cấp 1 Tại miền trưởng thành chúng đâm nhánh ra các rễ bên, gọi là rễ cấp 2, từ rễ cấp 2 đâm nhánh thành

rễ cấp 3… Tất cả tạo thành hệ rễ trụ

+ Rễ chùm : Đặc trưng cho các cây Một lá mầm, ở đây, rễ chính sớm ngưng phát triển và thay vào đó là những rễ phát sinh từ gốc thân Chúng phát triển với mức độ gần giống nhau, tương đối đồng đều về kích thước

+ Rễ phụ: có ở một số loại cây Hai lá mầm Chúng mọc từ thân hoặc lá rồi đâm thẳng xuống đất Rễ phụ to dần lên rồi trở thành những cột để nâng đỡ cây

* Biến dạng của rễ

Do phát triển ở những môi trường khác nhau, rẽ có thể thay đổi hình dạng, cấu tạo để thực hiện những chức năng đặc biệt Đó là các rễ biến dạng, gồm các loại sau:

- Rễ cột: là những rễ phụ mọc ra từ cành đâm thẳng xuống đất, to dần lên và phân nhánh, cắm chặt vào trong đất Ví dụ : rễ cột cây Đa

- Rễ không khí: là những rễ phụ mọc ra từ thân, cành rơi thõng xuống, lơ lửng trong không khí Những rễ này thường có màu lục do tế bào có chứa diệp lục Ví dụ : rễ của nhiều loài Phong lan

- Rễ bám: thường gặp ở một số dây leo, chúng giúp cây bám chắc vào tường, vào giàn

Ngoài ra ở một số cây thân cỏ, thân thường chứa diệp lục nên cũng tham gia làm nhiệm

vụ quang hợp cùng với lá Thân một số loài cây còn có khả năng sinh sản sinh dưỡng

6

Tuỳ theo chiều cao của thân, các cây gỗ được chia làm ba loại : cây gỗ lớn (cao 30m trở lên), ví dụ : cây chò chỉ, chò nâu… ; cây gỗ vừa (cao 20 - 30m): dẻ, ngọc lan… ; cây gỗ nhỏ (cao dưới 20m): bưởi, ổi…

- Thân bụi : thân dạng gỗ sống lâu năm nhưng thân chính không phát triển, các nhánh xuất phát và phân chia ngay từ gốc thân chính Chiều cao của cây bụi không quá 4m Ví

dụ : sim, mua…

- Thân nửa bụi : cây sống nhiều năm, có thân hoá gỗ một phần gần gốc, phần trên không hoá gỗ và chết đi vào cuối thời kì dinh dưỡng Từ phần gần gốc sẽ hình thành nên những chồi mới và quá trình đó được lặp lại hàng năm Ví dụ : cây cỏ lào (Eupatorium odoratum), cây xương rồng…

- Thân cỏ : phần thân trên mặt đất chết vào cuối thời kì quả chín, thân không lớn được Thân cỏ có nhiều loại : một năm, hai năm, nhiều năm Cỏ một năm kết thúc đời sống sau khi quả, hạt chín trong một mùa (ví dụ: lúa, sà lách) ; cỏ hai năm là loại cây trong năm đầu chỉ có lá mọc gần rễ, còn thân mang hoa sẽ xuất hiện vào năm thứ hai (ví dụ : cà rốt)

; cỏ lâu năm có thân ngầm dưới đất sống nhiều năm, còn thân trên mặt đất hàng năm thường chết đi và các chồi mầm dược hình thành từ thân ngầm sẽ thay thế thân cũ ở các vùng nhiệt, do không có mùa đông lạnh nên các thân ở trên mặt đất có thể sống liên tục nhiều năm (như cỏ gà, cỏ gừng…)

Việc phân biệt các dạng thân có ý nghĩa lớn khi nghiên cứu các quần thể thực vật, đặc biệt quần thể rừng, vì mỗi dạng cây có những đặc điểm sinh thái riêng

* Các loại thân trong không gian

Tuỳ theo tư thế của cây trong không gian mà người ta phân biệt :

- Thân đứng: thân mọc thẳng đứng và tạo với đất một góc vuông Hầu hết các cây thân gỗ

và một phần cây thân cỏ thuộc loại cây này

- Thân bò: Cây không đủ cứng rắn để đứng thẳng lên được, nên phải bò sát mặt đất Tại các mấu chạm đất của thân thường mọc ra rễ phụ để lấy thêm nguyên liệu cho lá quang hợp Nhờ thế mà cây có thể phát triển trên một diện tích rộng Trong trồng trọt, người ta thường sử dụng các đoạn thân bò để gây giống trong sinh sản sinh dưỡng

- Thân leo: Cây không đủ khả năng mọc đứng một mình, và phải dựa vào các cây khác hoặc vào giàn để vươn cao Thân leo phần lớn dạng cỏ, nhưng ở các vùng nhiệt đới thường gặp các dạng thân leo gỗ Có nhiều cách leo khác nhau:

+ Leo nhờ thân quấn: Cây vươn lên cao bằng cách tự quấn quanh giàn hoặc cây khác

7

+ Leo nhờ tua cuốn: Tua cuốn là những sợi mảnh, xoắn ốc của ngọn, do cành hoặc lá biến đổi thành và có khả năng quấn chặt vào giàn để đưa cây vươn lên: tua cuốn ở nho, bầu,

bí, mướp do cành biến đổi, còn tua cuốn ở đậu hà lan do lá biến đổi

+ Leo nhờ gai móc: móc này do lá biến đổi để móc vào cây khác (song, mây)

+ Leo nhờ rễ bám: rễ bám mọc từ các mấu thân (trầu không)

+ Lá đơn có thuỳ : Phiến lá bị cắt thành nhiều thuỳ, nhưng chỗ cắt không sâu quá 1/2 chiều rộng của nửa phiến lá (tính từ mép vào đến gân chính)

+ Lá đơn chia thuỳ: Phiến lá bị cắt sâu vào quá 1/2 của nửa phiến lá Gồm 2 dạng: lá chia thuỳ lông chim (lá cà dại) và lá chia thuỳ chân vịt (lá thầu dầu)

+ Lá đơn xẻ (hay chẻ) thuỳ : Phiến lá bị cắt rất sâu, vào gần hết chiều rộng của nửa phiến

lá, có khi đến tận gân chính khiến cho các thuỳ hầu như tách rời hẳn nhau Gồm 2 dạng :

Xẻ lông chim (lá ngải cứu) và xẻ chân vịt (lá sắn) Các lá xẻ thuỳ có thể xẻ 1 lần, 2 lần, hoặc trên một lá có lẫn lộn cả 2 kiểu xẻ thuỳ lông chim và chân vịt (lá đu đủ)

1.1.3 Sự trao đổi chất ở thực vật

Sự trao đổi chất ở thực vật là một quá trình sinh lý có vai trò quyết định đến sự tồn tại và phát triển của sinhvật Ở thực vật, quá trình trao đổi chất bao gồm các quá trình cơ bản như: quang hợp, hô hấp, trao đổi nước và chất khoáng

1.1.3.1 Quang hợp

1.1.3.1.1 Khái niệm chung về quang hợp, ý nghĩa của quang hợp:

Quang hợp là quá trình tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ của môi trường nhờ năng lượng ánh sáng mặt trời được thực hiện ở cơ thể thực vật

Phương trình tổng quát của quang hợp:

- Quang hợp có ảnh hưởng đến các quá trình sinh lý khác trong thực vật như : hô hấp, dinh dưỡng khoáng, trao đổi nước

- Thực vật là sinh vật sản xuất, nếu không có thực vật thì các loại động vật không tồn tại được, không có sự sống trên trái đất

- Đối với con người, sản phẩm của quang hợp đã cung cấp nguồn năng lượng quan trọng cho loài người (than đá, dầu mỏ, khí đốt, gỗ, củi ), quang hợp còn cung cấp thức ăn , nguồn vật liệu sản xuất, nguồn dược liệu phong phú, quý giá cho con người - Hằng năm, thực vật tạo ra gần 110 tỷ tấn chất hữu cơ (trong đó con người khai thác và sử dụng được gần 80 triệu tấn) Tổng sản lượng của thực vật trồng trọt hàng năm là 10 tỷ tấn (thức ăn cho con người và động vật là 500 triệu tấn) Đặc biệt quang hợp còn có ý nghĩa to lớn trong việc làm sạch bầu khí quyển, chống ô nhiễm môi trường

- Hằng năm, quang hợp tổng hợp được 170 tỷ tấn CO2 và thải ra môi trường 115 tỷ tấn

O2, trạng thái cân bằng giữa CO 2 và O2 trong khí quyển là do cây xanh quyết định Nếu không có quang hợp lượng CO 2 do nhiều hoạt động trên trái đất sẽ gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng cho môi trường, cho sinh giới

1.1.3.1.2 Bộ máy quang hợp

- Quá trình quang hợp xảy ra ở các phần có chứa sắc tố của cây mà chủ yếu là ở lá Trong

lá, bào quan trực tiếp tiến hành quang hợp là lục lạp Thành phần cấu trúc lục lạp phù hợp với chức năng quan trọng mà nó đảm nhận

- Số lượng lục lạp trong tế bào rất khác nhau ở các loài thực vật Ở thực vật bậc cao mỗi

tế bào của là có từ 20-100 lục lạp Những cây ưa bóng thường có số lượng, kích thước lục lạp lớn hơn những cây ưa sáng, nên lá thường có màu xanh đậm, lớn để hấp thụ được nhiều ánh sáng

* Chlorophyl: Là sắc tố có ý nghĩa quan trọng nhất Có nhiều loại Chl khác nhau nhưng đều có cấu trúc cơ bản của phân tử là nhân porphyrin Chl có màu xanh do có Mg Nếu tế bào bị chết, màng tế bào mất khả năng thấm chọn lọc, các axit thấm vào lục lạp làm cho

+ Ảnh hưởng của ánh sáng phụ thuộc vào mức độ thích nghi của cây với ánh sáng Cây

ưa sáng và cây ưa bóng có chế độ ánh sáng khác nhau Lá cây ưa bóng mỏng hơn, lục lạp

to hơn, nhiều Chl hơn cây ưa sáng

* Ảnh hưởng của nồng độ CO 2:

CO2 là nguyên liệu tham gia trực tiếp trong quang hợp, việc cung cấp CO 2 cho lá quang hợp phụ thuộc vào hàm lượng CO 2 của môi trường, tốc độ khuếch tán CO2 từ môi trường vào tế bào lá

- CO2 khuếch tán đến bề mặt lá phụ thuộc vào các yếu tố: Gió, nhiệt độ, khoảng cách khuếch tán, sự chênh lệch nồng độ CO2 của môi trường và bề mặt lá, sự khuếch tán CO2

qua khí khổng, phụ thuộc vào sự đóng mở của khí khổng, quá trình thoát hơi nước của khí khổng

- Hàm lượng CO2 của môi trường khoảng 0.008% là quang hợp có thể xảy ra Nồng độ

CO2 tăng lên thì cường độ quang hợp cũng tăng lên, nhưng đến 0,4% thì bắt đầu ức chế quang hợp (nồng độ CO2 của môi trường không khí trung bình là 0,03%)

* Ảnh hưởng của nước :

Đối với quang hợp nước rất quan trọng vì nước là nguyên liệu tham gia trực tiếp trong quang hợp Nhờ có nước cung cấp e- và H+ mà tế bào tổng hợp được ATP và NADPH2 Ngoài ra, nước còn có nhiều ý nghĩa quan trọng khác Thoát hơi nước là điều kiện cho

CO2 từ môi trường khuếch tán qua khí khổng vào tế bào lá cung cấp cho quang hợp

- Nước ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của cây, hoà tan các sản phẩm vận chuyển trong cây Nếu thiếu nước quá trình quang hợp bị ảnh hưởng trực tiếp, nếu hàm lượng

10

nước còn khoảng 40-60% trong lá thì quá trình quang hợp bị ngừng trệ Hàm lượng nước tối ưu cho quang hợp là 85-95%

- Trong sản xuất nông nghiệp cần đảm bảo cung cấp đủ nước cho cây trồng

- Ảnh hưởng của nước đến quang hợp còn phụ thuộc vào nhóm sinh thái: Cây hạn sinh có khả năng chịu hạn, chịu mất nước cao hơn cây trung sinh và cây thuỷ sinh, cây thuỷ sinh không thể sống thiếu nước

1.1.3.2 Quá trình hô hấp

1.1.3.2.1 Khái niệm chung về hô hấp, vai trò của hô hấp trong đời sống thực vật:

Hô hấp là một trong 2 dạng cơ bản của quá trình dị hoá (hô hấp và lên men) Hô hấp là một trong những tính chất đặc trưng nhất, không tách rời của cơ thể Nếu như quang hợp

là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ nhờ năng lượng ánh sáng mặt trời, thì hô hấp là quá trình phân giải hoàn toàn nguyên liệu hữu cơ thành các sản phẩm vô cơ cuối cùng nghèo năng lượng là CO2 và nước, đồng thời giải phóng ra một lượng năng lượng lớn

Quá trình hô hấp được biểu thị bằng phương trình tổng quát sau:

C6H12O6 + 6 O2 = 6CO2+ 6 H2O +689 kcalo/mol glucoza

Về thực chất hô hấp là một hệ thống oxy hoá khử phức tạp, trong đó diễn ra các phản ứng oxy hoá khử tách điện tử và hiđro từ nguyên liệu hô hấp chuyển tới oxy không khí và tạo thành nước Năng lượng giải phóng ra được cố định lại trong các mối liên kết giàu năng lượng

- Quá trình quang hợp các chất hữu cơ được tạo thành, những chất này là nguồn vật chất

và năng lượng cơ bản cho sự sống Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu và năng lượng đó chỉ là nguồn dự trữ, tế bào không thể sử dụng trực tiếp hàng ngày, mà phải thông qua quá trình

hô hấp để các chất hữu cơ đựơc phân giải đến cùng và tạo năng lượng cho tế bào hoạt động

Như vậy có thể nói rằng chức năng cơ bản của hô hấp là giải phóng năng lượng từ các chất hữu cơ và chuyển nó thành dạng dễ sử dụng cho cơ thể (năng lượng ATP)

1.1.3.2.2 Bộ máy hô hấp: Ti thể là trung tâm sản sinh ra năng lượng của tế bào Ti thể

có dạng hình cầu, hình que hay dạng sợi dài, đường kính 0,5 - 1m

- Lớp vỏ ngoài của ti thể gồm 2 lớp màng mỏng (màng trong và màng ngoài), được cấu tạo từ các lớp protein và lipit xen kẽ nhau Ti thể có chứa nhiều enzym của mạch chuyển điện tử và các chất cơ bản

11

- Chức năng cơ bản của ti thể là liên kết sự oxy hoá hiếu khí một số chất với sự tổng hợp ATP

- Sử dụng năng lượng hô hấp:

Năng lượng hoá học giải phóng ra trong hô hấp được tích luỹ dưới dạng ATP sẽ được cơ thể sử dụng theo nhiều cách khác nhau:

- Quá trình sinh tổng hợp các chất phức tạp từ những chất đơn giản

- Các quá trình sinh lý khác của cơ thể như hấp thu các chất vào tế bào, vận chuyển các chất đều sử dụng năng lượng ATP do hô hấp giải phóng

- Năng lượng của hô hấp còn được dùng để thực hiện sự vận chuyển trong cây, sự cảm ứng, trong quá trình phân bào, trong sự hình thành và duy trì cấu trúc chất nguyên sinh

1.1.3.3 Dinh dưỡng khoáng ở thực vật

1.1.3.3.1 Vai trò của các chất khoáng trong cơ thể thực vật:

* Hàm lượng các nguyên tố khoáng trong cây:

Có thể nói trong cây có mặt hầu hết các nguyên tố Căn cứ vào hàm lượng chứa trong cây, người ta chia các nguyên tố trong cây làm 3 nhóm:

- Nhóm các nguyên tố đa lượng: C, H,O, S, P, K, Ca, Fe, Na, Al.Các nguyên tố này chiếm tới 99.95% khối lượng khô của cây

- Nhóm các nguyên tố vi lượng: Mn, B, Cu, Ti, Zn, Mo, Co Các nguyên tố này chiếm khoảng 10-5 đến 10-7 chất khô

* Vai trò của các nguyên tố khoáng:

- Vai trò của Nitơ: N là thành phần cấu tạo nên các chất hưũ cơ quan trọng như protein, lipit, enzym, axit nucleic, hormon N tham gia cấu tạo tế bào (protein, lipit cấu trúc màng

tế bào), các chất hữu cơ khác Xúc tác quá trình trao đổi chất, điều tiết hoạt động sống, vận chuyển các chất qua màng tế bào, bảo vệ cây Là thành phần của hệ sắc tố quang hợp

- Vai trò của Photpho: P tham gia vào nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng và hầu hết các quá trình trao đổi chất của cây P đóng vai trò quyết định đến sự biến dổi vật chất và năng lượng Khi thiếu P, lá cây mềm yếu, sự sinh trưởng của cây kém, lá cây có màu xanh đậm, tỷ lệ đậu quả kém, quả chín chậm

- Vai trò của Kali: K rất dễ xâm nhập vào tế bào, làm tăng tính thấm của màng tế bào với các chất khác K ảnh hưởng đến quá trình trao đổi cacbonhiđrat, tăng cường độ quang hợp, tăng quá trình vận chuyển các chất trong cây K ảnh hưởng sâu sắc đến đặc tính lý hoá của hệ thống keo nguyên sinh chất, giảm độ nhớt K ảnh hưởng tốt đến quá trình đẻ

12

nhánh, hình thành bông và chất lượng hạt ở cây ngũ cốc K tăng tính chống chịu của cây đối với những điều kiện môi trường bất lợi

* Vai trò của các nguyên tố vi lượng:

- Có thể khẳng định rằng các nguyên tố vi lượng là cơ sở của sự sống, vì hầu hết các quá trình tổng hợp và chuyển hoá các chất được thực hiện nhờ các enzym, mà trong thành phần của các enzym có các nguyên tố vi lượng

- Nguyên tố vi lượng và các chất điều hoà sinh trưởng, các vitamin: ví dụ , vai trò của Zn,

Mn trong việc tổng hợp auxin Cu, Mn và các nguyên tố khác có liên quan đến việc tổng hợp các vitamin nhóm B

- Nguyên tố vi lượng còn có tác dụng trong các quá trình trao đổi chất, ví dụ, sinhtổng hợp chlorophyl cần có Fe, Mg, Mn, Cu Đối với quá trình hô hấp, các nguyên tố vi lượng

là tác nhân hoạt hoá các enzym xúc tác cho các phản ứng

1.1.4 Sinh sản ở thực vật và các cơ quan sinh sản của thực vật

- Đặc trưng:

+ Sinh sản vô tính nhân nhanh giống, số lượng lớn, đơn giản

+ Không có sự kết hợp di truyền nên không đa dạng về di truyền, sự thích nghi với điều kiện môi trường kém

+ Không có ý nghĩa trong tiến hoá và chọn giống

b) Sinh sản hữu tính:

+ Sinh sản hữu tính luôn gắn với giảm phân ( tạo giao tử)

- Tính ưu việt của sinh sản hữu tính:

+ Tạo sự đa dạng về di truyền ở các giao tử, tăng khả năng thích nghi( tỷ lệ sống sót cao) đối với môi trường tự nhiên luôn biến đổi

+ Nguồn nguyên liệu cho chọn lọc và tiến hoá

1.1.4.2 Sinh sản hữu tính

1.1.4.2.1 Cấu tạo hoa:

Các bộ phận của hoa:

+ Đài hoa: có nguồn gốc từ lá, bảo vệ hoa, có màu xanh

+ Cánh hoa ( còn gọi là tràng hoa): Có màu sắc sặc sỡ, thu hút côn trùng thụ phấn cho hoa

+ Nhị : gồm có chỉ nhị và bao phấn ( bao phấn có 4 túi phấn)

+ Nhuỵ: gồm có bầu nhuỵ (bầu noãn), vòi nhuỵ, núm nhuỵ

1.1.4.2.2 Quá trình thụ phấn, thụ tinh:

Sự thụ phấn:

Thụ phấn là quá trình hạt phấn rơi lên trên núm nhuỵ Phần lớn thực vật hạt kín phụ thuộc vào động vật để vận chuyển hạt phấn( ví dụ : ong, bướm, chim , thú )hoặc nhờ gió, dòng nước mang hạt phấn đi

+ Ở thực vật có hoa, cả 2 giao tử đực đều tham gia thụ tinh nên gọi là thụ tinh kép

Quả là bầu nhuỵ dày lên như một cái túi chứa hạt, bảo vệ hạt và giúp phát tán hạt từ cây

bố mẹ Đồng thời với sự tạo quả là sự rụng các bộ phận đài, cánh của hoa

1.2 Động vật

1.2.1 Khái quát về giới động vật

Giới động vật (Animalia) theo quan điểm 4 giới của Takhajant, gồm những sinh vật nhân thật đơn bào hoặc đa bào, có khả năng di chuyển và đáp ứng với môi trường; dinh dưỡng theo kiểu dị dưỡng lấy thức ăn hoặc kí sinh

Giới Động vật vô cùng phong phú và đa dạng về cả số loài, kích thước cơ thể, lối sống và

1.2.2.1.1 Trao đổi Protein

- Protein tham gia vào thành phần hoá học chính của các enzym, vì thế nó đóng vai trò

xúc tác cho hầu hết các phản ứng của quá trình trao đổi chất

- Protein làm nhiệm vụ vận chuyển các hợp chất có trọng lượng phân tử nhỏ như Oxy, các ion khoáng trong quá trình trao đổi chất của cơ thể sinh vật

khí CO2 để vận chuyển ra khỏi cơ thể

- Nhiều protein trực tiếp tham gia quá trình vận động như: Co cơ, chuyển vị trí của nhiễm

sắc thể trong quá trình phân bào vv

- Các kháng thể trong máu là những protein đặc biệt có khả năng nhận biết và kết hợp với

vi khuẩn tạo thành phức kháng thể - kháng nguyên không độc

15

- Các protein tham gia vào quá trình đông máu có vai trò bảo vệ cho cơ thể sống khỏi bị mất máu

- Một số protein có chức năng điều hoà quá trình truyền thông tin di truyền, điều hoà quá

trình trao đổi chất Được thể hiện rõ ở các hormon như insulin, glucagon

- Đó là các protein có dạng sợi như colagen, elastin của mô liên kết, mô xương Tóc, móng chân tay, lông chứa nhiều kelatin là protein cứng không tan trong nước

* Sự trao đổi protein trong cơ thể:

Trong cơ thể bình thường đã trưởng thành nói chung không có sự tích luỹ thêm protein

mà chỉ có sự đổi mới protein

Phần protein thừa sẽ được chuyển thành các chất khác như glucoza, glycogen, hoặc chất béo Lượng protein chiếm khoảng 20% trọng lượng cơ thể

+ Protein có thể được tổng hợp từ các axit amin trong các tế bào Năng lượng cần thiết để tổng hợp protein là năng lượng ATP

+ Sự phân huỷ protein trong cơ thể tạo thành các axit amin, các chất thải NH3

Vì protein trong cơ thể luôn đổi mới mà cơ thể không tự tổng hợp được nên hằng ngày phải cung cấp một lượng tối thiểu là 50 g tương đương 150-200 g thịt

Tuy nhiên ở trẻ em và những người sau khi bị bệnh thì cần phải bổ sung nhiều protein trtong thức ăn

1.2.2.1.2 Trao đổi lipit:

- Lipit có ý nghĩa tạo hình, tham gia trong cấu trúc tế bào và cơ thể Trong cơ thể, phần lớn lipit nằm trong các mô mỡ, một phần nhỏ ở trong cấu trúc màng tế bào

- Lipit là nguồn năng lượng dự trữ quan trọng của cơ thể, giúp cơ thể chống lạnh, chống các tác động cơ học.Trung bình trong cơ thể có từ 10-20% lượng mỡ, trường hợp bệnh lý

có thể tăng lên 50% (bệnh béo phì)

- Lipit trong thức ăn được các men tiêu hoá phân giải thành các axit béo và glycerin Khi thấm qua thành ruột non, mỡ lại được tổng hợp Mỡ đã được tổng hợp chuyển vào hệ bạch huyết đưa đến các kho dự trữ dưới da, màng bụng , quanh thận

Khi cơ thể bị thiếu năng lượng, mỡ dự trữ sẽ được oxy hoá thành CO2 và nước, đồng thời cung cấp năng lưưọng cho cơ thể

1.2.2.1.3 Trao đổi gluxit:

-Gluxit là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho cơ thể vì dễ phân huỷ và dễ huy động

từ các kho dự trữ ( gan, cơ)

16

- Gluxit thường được dùng trong những điều kiện cần tiêu tốn nhanh chóng năng lượng, như lúc xúc động mạnh, lúc lao động chân tay, lúc nhiệt độ cơ thể giảm xuống Cho nên lượng glucoza trong máu giảm làm cơ thể suy nhược, giảm thân nhiệt, mệt mỏi Nếu lượng đường trong máu giảm xuống 0,04% thì cơ thể bị sốt, da tái, mê sảng và ngất Lượng glucoza trong máu khoảng 0,1% Mỗi người lớn trung bình mỗi ngày cần 450 g gluxit

Gluxit được cơ thể hấp thụ ở dạng glucoza, thức ăn chứa gluxit ( hoa quả, tinh bột, gan, sữa ) khi vào cơ thể sẽ được các enzym tiêu hoá chuyển thành glucoza

Glucoza vào trong máu được chuyển đến cho các té bào, cơ quan hoạt động, một phần được tổng hợp thành glycogen dự trữ trong gan Khi lượng glucoza trong máu giảm glycogen sẽ được chuyển thành glucoza trả lại cho máu

+ Nếu ta ăn quá nhiều gluxit vào một lúc thì gan không kịp chuyển glucoza thừa thành glycogen, lượng đường thừa sẽ được thải ra qua đường nước tiểu ( tiểu đường) chỉ mang tính nhất thời, vô hại Tuy nhiên, bệnh tiểu đường do thiếu hormon insulin để chuyển glucoza thành glycogen ở gan, gan mất khả năng tổng hợp glycogen hoặc thận mất khả năng thu hồi glucoza nên đường theo nước tiểu ra ngoài

1.2.2.1.4 Trao đổi nước và muối khoáng:

Muối khoáng và nước tham gia thực hiện các quá trình lý hoá của cơ thể (tạo áp suất thẩm thấu, cân bằng axit kiềm, khuếch tán, hấp thu, bài tiết )

Trong cơ thể, phần lớn các muối khoáng ở dạng hoà tan trong nứơc, trao đổi nước và muối khoáng có liên quan với nhau

- Nứơc có mặt trong thành phần của protein, gluxit, lipit Cơ thể có thể mất hết lipit, gluxit và 1/2 protein, tuy đã kiệt quệ nhưng vẫn còn có thể sống, trong khi đó, chỉ mất 10% lượng nước trong cơ thể thì bị chết

- Các nguyên tố khoáng cần cho việc trao đổi chất, tham gia mtrong cấu tạo môliên kết,

mô xương, hồng cầu, hoạt động thần kinh

- Người trưởng thành có khoảng 51-61% là nước, trẻ em sơ sinh có khoảng 80-84% Trong điều kiện bình thường, cơ thể người ở trạng thái nghỉ ngơi mỗi ngày thải chừng 1,5 lít nước và lấy vào chừng 2 lít nước Cơ thể lấy nước qua thức ăn, nước uống Thải nước qua nước tiểu, mồ hôi, phân

- Cơ thể cần nhiều các nguyên tố như Na, K, Ca, Mg, P, và cần ít nguyên tố Fe, Cu, Mn, Zn Khi thừa có thể giữ lại Nacl ở dưới gan, Fe ở gan, Ca, P ở xương, K ở cơ

17

Người lớn mỗi ngày cần 0,6 - 0,8 g muối Ca, trẻ em và phụ nữ có thai cần gấp đôi Nhu cầu Fe trong cơ thể mỗi ngày là 10 - 30 g, Fe cần cho việc tạo huyết cầu tố

1.2.2.1.5 Trao đổi vitamin:

Lượng vitamin cần cho cơ thể là không đáng kể, mỗi ngày cần vài mg hoặc vài phần trăm mg Vitamin đặc biệt có vai tròvới sự điều tiết trao đổi chất, có mặt trong hormon, enzym Vitamincó tác dụng bồi bổ, giữ gìn sức khoẻ cho cơ thể Nếu thiếu vitamin gây bệnh, rối loạn trao đổi chất

- Có vài loại vitamin được hình thành trong cơ thể người như vitamin A, C, còn hầu hết phải lấy từ ngoài vào

-Vitamin vào cơ thể bị huỷ hoại rất nhanh chóng nên cần đựơc bổ sung hằng ngày Nguồn vitamin chủ yếu là thức ăn thực vật và một số có nguồn gốc động vật

- Người cần khoảng 16-18 loại vitamin

Ở bọt biển, san hô cũng sinh sản vô tính bằng nảy chồi theo cách tương tự

18

1.2.3.1.4 Sự tái sinh và phân mảnh

Tái sinh là liện tượng một cơ quan hoặc một mô cơ thể phát triển trở lại hoặc phát triển thành một cơ thể mới Đa số các loài động vật có khả năng phục hồi vết thương nếu bị thương tổn, nhưng chỉ có một số là có thể phục hồi lại cơ quan hoặc bộ phận bị mất gọi là

sự tái sinh Ví dụ như ếch nhái có đuôi, thằn lằn, sao biển, tôm cua… Một số động vật khác, khi cơ thể bị cắt ra thành nhiều mảnh, từ mỗi mảnh có thể phát triển thành một cơ thể mới Khả năng đó gọi là sự phân mảnh Ví dụ sao biển, giun dẹp… Sự phân mảnh được xem như sự tái sinh đạt tới mức phát triển tối đa

1.2.3.1.5 Sự sinh sản hữu tính

Sinh sản hữu tính là do sự kết hợp của hai tế bào gọi là giao tử thành một tế bào mới, gọi

là hợp tử Hợp tử sẽ phát triển thành một cơ thể mới

Căn cứ vào độ hoàn thiện của sinh sản hữu tính trong quá trình sinh sản của sinh vật, người ta chia hình thức sinh sản hữu tính thành các dạng sau:

* Sinh sản hữu tính bằng tiếp hợp:

Sinh sản hữu tính tiếp hợp gặp ở trùng cỏ là một hình thức sinh sản đơn giản và là một hình thức sinh sản hữu tính không tạo thành giao tử

* Sinh sản hữu tính đẳng giao:

Là hình thức sinh sản hữu tính có tạo thành giao tử đơn giản nhất Hai giao tử giống nhau

về kích thước, hình dạng, đều có khả năng di động Ví dụ Chlamydomonas là một trùng roi có hai roi sống ở ao hồ

* Sinh sản hữu tính lệch giao:

Sự phối hợp hữu tính của các giao tử không giống nhau, một giao tử lớn hơn ít di động gọi là giao tử cái, một giao tử nhỏ hơn di động nhanh gọi là giao tử đực

Ví dụ: Tập đoàn Panderina và Eudorina của động vật đơn bào

* Sinh sản hữu tính noãn giao:

Đây là một hình thức phổ biến của sinh sản hữu tính Hai giao tử khác nhau về hình dạng, kích thước và các đặc điểm khác Giao tử đực nhỏ, di động gọi là tinh trùng gồm chủ yếu

là nhân, có tế bào chất chỉ là một lớp rất mỏng xung quanh nhân Giao tử cái lớn, không

di động, tế bào chất chứa nhiều chất dự trữ, gọi là noãn cầu hay trứng

Các giao tử chỉ được sản xuất bởi các tế bào riêng biệt của cơ thể gọi là cơ quan sinh dục

Cơ quan sinh dục của các sinh vật cấp thấp hơn thì đơn giản, của các sinh vật càng cao thì càng phức tạp và hoàn thiện Cơ quan sinh dục đực thì sản xuất giao tử đực (tinh trùng),

cơ quan sinh dục cái thì sản xuất giao tử cái ( trứng)

19

Trong sự sinh sản hữu tính noãn giao người ta phân biệt 3 trường hợp sau:

* Lưỡng tính: Là hiện tượng trên cùng một cá thể có cả cơ quan sinh dục đực và cơ quan

sinh dục cái (tinh hoàn và buồng trứng) Trong giới động vật có nhiều loài lưỡng tính như sán dây, giun đất, thân mềm thuộc lớp hai mảnh vỏ…

Ví dụ: ở sán dây, cơ thể có nhiều đốt, mỗi đốt có một cơ quan sinh dục đực và cái Các đốt tự thụ tinh cho nhau nhờ cơ quan giao phối Hiện tượng lưỡng tính và tự thụ tinh góp phần quan trọng cho sự phát triển của loài vì sán dây sống trong ruột động vật và thường chỉ có một cá thể

Tuy nhiên đa số động vật lưỡng tính không có khả năng tự thụ tinh mà thường xảy ra hiện tượng thụ tinh chéo (tinh trùng của cá thể này thụ tinh với trứng của cá thể kia và ngược lại) Hiện tượng này xảy ra do các sản phẩm sinh dục trên cùng một cơ thể không chính cùng một lúc, ngoài ra nhờ thế mà các đặc điểm di truyền được đa dạng hơn

* Phân tính: gặp ở đa số động vật sinh sản hữu tính khi cơ quan sinh dục đực ở cá thể đực

và cơ quan sinh dục cái ở cá thể cái

* Đơn tính sinh:

Là hình thức sinh sản trong đó trứng không thụ tinh mà vẫn phát triển thành cơ thể sinh vật Hiện tượng sinh sản này được gọi là trinh sinh hay trinh sản Đơn tính khác với sinh sản vô tính vì ở đây rõ ràng trứng được hình thành bởi hình thức phân bào giảm nhiễm bởi tế bào sinh dục

Tuỳ theo giới tính của cá thể sinh ra người ta chia làm ba loại:

- Đơn tính sinh sinh nam (phụ sinh): trứng nở ra cá thể đực

- Đơn tính sinh sinh nữ (mẫu sinh): trứng nở ra cá thể cái

- Đơn tính sinh sinh chu kỳ: Trong cùng một loài có thời kỳ trứng không thụ tinh nở ra cá thể đực, có thời kỳ trứng nở ra cá thể cái

1.2.3.2 Tập tính sinh sản và sự thích nghi

1.2.3.2.1 Mùa sinh sản

Đa số các loài động vật thường sinh sản chỉ trong một thời kỳ tương đối ngắn và nhất định trong năm gọi là mùa sinh sản Mùa sinh sản tuỳ vào mỗi loài mà dài, ngắn khác nhau Mùa sinh sản bao giờ cũng ứng với thời kỳ có điều kiện thiên nhiên thuận lợi nhất,

ít gây hại cho con non và thường trùng vào lúc thức ăn có nhiều nhất, việc tìm kiếm thức

ăn dễ dàng nhất

Ở những vùng ôn đới, sau những ngày mùa đông băng giá là mùa xuân ấp áp Các loài động vật thức dậy sau ngủ đông hoặc di cư trở về để chuẩn bị cho thời kỳ sinh sản

20

Ở các vùng nhiệt đới, nhiều loại có mùa sinh sản 12 tháng trong năm hoặc trong mùa rét hay mùa mưa của từng vùng khác nhau Những hoạt động trong mùa sinh sản thường là ghép đôi, đẻ, ấp trứng, làm tổ, nuôi con…

1.2.3.2.2 Ghép đôi và ve vãn

Muốn tiến hành các hoạt động sinh sản, thường thì hoạt động sinh dục phải có tính đồng thời tức là các sản phẩm sinh dục phải được tạo thành và tiết ra cùng lúc Tính phối hợp đồng thời trong hoạt động sinh dục của cá thể đực với cá thể cái thường đạt được nhờ sự

ve vãn Con đực thường ve vãn con cái trước tiên và thời gian có thể chỉ trong một lúc hoặc kéo dài vài ngày như một số loài chim Sự ve vãn thường nhằm mục đích: giảm bớt

xu thế cạnh tranh, xác lập quan hệ loài với giới tính Một số loài động vật đặc biệt rất hung hãn, có cấu trúc hình thái và tính chất sinh lý thích nghi với chức năng ẩu đã Ngựa trời cái thường cấu xé ngựa trời đực bởi vì hoạt động thần kinh điều khiển động tác giao phối ở con đực được tập trung tại một trong các hạch thần kinh bụng

Giọng hót của chim, tiếng kêu của một số loại cá, ếch nhái và côn trùng được sử dụng như những tính hiệu nhận biết nhau của những cá thể cùng loài

1.2.3.2.3 Số lượng trứng (con) và số lứa đẻ

Ở động vật có thể đẻ trứng, đẻ trứng thai hoặc đẻ con tuỳ theo thụ tinh ngoài hay thụ tinh trong và tuỳ theo mức độ tiến hoá Thường thì đẻ con và thụ tinh trong đảm bảo cho con non phát triển tốt hơn và bảo vệ tốt hơn

Số lượng trứng ở các loài thay đổi rất lớn từ một vài cho đến 2-3 triệu một lúc Số lượng trứng hay số con đẻ ra theo những quy luật sau đây:

- Động vật bậc thấp đẻ nhiều hơn động vật bậc cao

- Động vật ở nước đẻ nhiều hơn ở cạn

- Động vật ở biển đẻ nhiều hơn ở nước ngọt

- Bảo vệ không tốt đẻ nhiều hơn bảo vệ tốt

- Kích thước tăng thì sức sinh sản tăng

- Động vật già đẻ càng ít

- Thức ăn phong phú đẻ nhiều

- Đẻ một lứa nhiều hơn đẻ ít lứa

Kích thước trứng và số lứa đẻ cũng thay đổi tuỳ theo các loài động vật Thường đẻ trứng lớn thì số lượng ít hơn; đẻ nhiều lứa thì số trứng đẻ ít hơn đẻ ít lứa…

1.2.3.2.4 Chăm sóc con

21

Theo quy luật chung thì đối với loài mà xác suất sống sót của con non cho đến lúc trưởng thành thấp, lúc đó sẽ có sự tăng cường các phương thức chăm sóc con non có hiệu quả hơn Những loài động vật có hệ thần kinh phát triển thường có bản năng chăm sóc con tốt hơn.Ví dụ: chim, thú

Tập tính chăm sóc con được điều hoà chủ yếu bởi các hoocmon của tuyến yên và buồng trứng

22

CHƯƠNG 2: VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 2.1 Vai trò và tầm quan trọng của nước

2.1.1 Thành phần và cấu trúc của phân tử nước

2.1.1.1 Thành phần của nước tự nhiên

Nước là hợp chất rất bền, nước tồn tại ở ba thể: thể rắn, thể lỏng, thể khí Khi đúng nóng, nước sôi biến thành hơi Hơi nước không bị phân hủy rõ rệt, ngay cả ở nhiệt độ 10000C Khi làm lạnh thì hơi lại biến thành nước Thành phần hóa học trung bình của nước sông

2.1.1.2 Cấu trúc của phân tử nước

Công thức đơn giản nhất của nước là H2O Các hạt nhân của các nguyên tử hidro và ôxi trong phân tử nước tạo thành các tam giác cân, ở đỉnh là hạt nhân của nguyên tử ôxi còn ở đáy là các hạt nhân hidro Do cấu trúc không đối xứng nên nước là phân tử có cực

2.1.2 Một số tính chất và hằng số vật lý quang trọng của nước

Nước: là một chất lỏng trong suốt, không màu, không mùi, không vị Lớp nước sâu có màu xanh Nước có tính chất vật lý bất thường, khác với tất cả các chất khác

- Khối lượng riêng lớn nhất của nước ở nhiệt độ 40C là 1g/cm3 ; dưới và trên nhiệt

độ này khối lượng riêng củ nước nhỏ hơn Chính vì vậy, vào mùa đông, ở xứ lạnh biển,

hồ đóng băng lớp nước trên bề mặt, còn ở đưới, các sinh vật vẩn tồn tại

- Nhiệt độ nóng chảy của nước là 0oC và nhiệt độ sôi là 1000C ở áp suất 1atm

- Nhiệt hóa hơi của nước ở các điều kiện chuẩn là 2250 j/g lớn hơn các chất khác, vì thế nước có thể sử dụng rộng rãi trong các quá trình truyền nhiệt

- Nhiệt nóng chảy ở 0oC là 333 j/g

23

- Nhiệt dung riêng 4,18 j/gk cao hơn nhiệt dung riêng của các chất lỏng khác nên nước có thể ổn định nhiệt độ và điều hòa khí hậu ở các vùng lục địa khác nhau trên Trái đất

- Nước có hằng số điện môi là 81 và chiết suất 1,33 Nước là dung môi quan trọng,

có khả năng hòa tan nhiều chất

2.1.3 Các nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước

Môi trường nước bị ô nhiễm chủ yếu là do nước thải công nghiệp từ các nhà máy hóa chất, nước thải không qua xử lý ở các khu dân cư, nhà hàng, bệnh viện, chảy vào các sông, suối, ao, hồ Các chất dùng trong nông nghiệp như phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ mà con người đã phun lên trên ruộng đồng chưa phân hủy hết bị nước mưa cuốn trôi, chay vào các sông, suối, ao, hồ vào đại dương gây ô nhiễm Nước bị ô nhiễm gây ra ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sinh hoạt, sức khỏe và gây ra nhiều bệnh tật cho con người

Cách khắc phục là phải xử lý nước thải khi vào môi trường

2.2 Vai trò và đặc điểm của khí quyển, ánh sáng, âm thanh

2.2.1 Khí quyển

2.2.1.1 Vai trò của khí quyển

Khí quyển là lớp bao quanh bề mặt Trái Đất Khí quyển có tác dụng duy trì và bảo vệ sự sống trên trái đất, ngăn chặn những độc hại của tia tử ngoại, những tia phóng xạ từ vũ trụ đến trái đất Nhưng nó lại cho ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại và sóng vô tuyến đi vào Trái Đất Khí quyển luôn giữ cho nhiệt độ trái đất luôn ổn định, cũng là nơi cung cấp oxi, khí cacbonic, hợp chất chứa nitơ, hơi nước…rất cần cho sự sống con người, động vật và thực vật Căn cứ về tính không đồng nhất về nhiều mặt như nhiệt độ, áp suất, chiết

suất…mà các nhà khoa học đã chia khí quyển ra nhiều tầng khác nhau Mỗi tầng của khí quyển được đặc trưng bởi nhiệt độ và áp suất với những đặc điểm riêng biệt của những hiện tượng vật lý hóa học

Hàng năm con người thải vào khí quyển khoảng vài trăm triệu tấn bụi Cũng như nguồn nước ô nhiễm, không khí đang là vấn đề nghiêm trọng ở nhiều thành phố trên thế

giới.Các chất hóa học nguy hiểm đã được tìm thấy trong cơ thể của trẻ sơ sinh Dự đoán trên thế giới cứ 4 người thì có một người không khỏe mạnh do ô nhiễm các chất khí

2.2.2 Ánh sáng

2.2.2.1 Một số tính chất cơ bản của ánh sáng

24

Ánh sáng là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường (tức là từ khoảng 400 nm đến 700 nm) Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mô tả như những đợt sóng hạt

chuyển động gọi là photon Ánh sáng do Mặt Trời tạo ra còn được gọi là ánh nắng (hay còn gọi là ánh sáng trắng bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím); ánh sáng Mặt Trăng mà chúng ta thấy được gọi là ánh trăng thực tế là ánh sáng do mặt trời chiếu tới mặt trăng phản xạ đi tới mắt người; do đèn tạo ra còn được gọi là ánh đèn; do các loài vật phát ra gọi là ánh sáng sinh học

"Ánh sáng lạnh" là ánh sáng có bước sóng tập trung gần vùng quang phổ tím "Ánh sáng nóng" là ánh sáng có bước sóng nằm gần vùng đỏ Ánh sáng có quang phổ trải đều từ đỏ đến tím là ánh sáng trắng; còn ánh sáng có bước sóng tập trung tại vùng quang phổ rất hẹp gọi là "ánh sáng đơn sắc"

2.2.2.2 Các định luật của quang hình học

2.2.2.2.1 Định luật truyền thẳng của ánh sáng

Trong một môi trường trong suốt, đồng tính, ánh sáng truyền theo đường thẳng Định luật này cho ta giải thích được các hiện tượng như: sự xuất hiện của bóng đen, bóng mờ, nhật thực, nguyệt thực

kĩ thuật

2.2.3 Âm thanh

Âm thanh là các dao động cơ học (biến đổi vị trí qua lại) của các phân tử, nguyên tử hay

các hạt làm nên vật chất và lan truyền trong vật chất như các sóng Âm thanh, giống như

25

nhiều sóng, được đặc trưng bởi tần số, bước sóng, chu kỳ, biên độ và vận tốc lan truyền (tốc độ âm thanh)

Đối với thính giác của người, âm thanh thường là sự dao động, trong dải tần số từ khoảng

20 Hz đến khoảng 20000 Hz, của các phân tử không khí, và lan truyền trong không khí,

va đập vào màng nhĩ, làm rung màng nhĩ và kích thích bộ não Tuy nhiên âm thanh có thể được định nghĩa rộng hơn, tuỳ vào ứng dụng, bao gồm các tần số cao hơn hay thấp hơn tần số mà tai người có thể nghe thấy, không chỉ lan truyền trong không khí mà còn truyền trong bất cứ vật liệu nào Trong định nghĩa rộng này, âm thanh là sóng cơ học và

theo lưỡng tính sóng hạt của vật chất, sóng này cũng có thể coi là dòng lan truyền của các hạt phonon, các hạt lượng tử của âm thanh

2.3 Đặc điểm một số chất khí trong khí quyển

2.3.1 Ôxi

Tính chất vật lý: Oxi là khí không màu, không mùi, nặng hơn không khí, hóa lỏng ở

-1830c Oxi ít tan trongnước

Trạng thái tự nhiên: Oxi là nguyên tố phổ biến nhất trong tự nhiên, chiếm khoảng 1/5 thể tích không khí, trongnước…

Ngoài ra oxi còn có trong cơ thể người, động thực vật Ôxi được sử dụng rộng rải trong kĩ thuật Quá trình oxi hóa diễn ra trong oxi mạnh hơn trong không khí Ôxi được dùng để tăng cường quá trình ôxi hóa trong công nghiệp hóa học và công nghệ luyện kim Ôxi tinh khiết được dùng trong y học, trong các bình dưỡng khí khi làm việc dưới nước, dưới hầm mỏ… cũng như làm chất oxi hóa của các nhiên liệu tên lữa

2.3.2 Nitơ

Nitơ chiếm khoảng 78% khí quyển Trái Đất và là thành phần của mọi cơ thể sống Nitơ tạo ra nhiều hợp chất quan trọng như các axít amin, amôniắc, axít nitric và các xyanua Liên kết hóa học cực kỳ bền vững giữa các nguyên tử nitơ gây khó khăn cho cả sinh vật

và công nghiệp để chuyển hóa N2 thành các hợp chất hóa học hữu dụng, nhưng đồng thời cũng giải phóng một lượng lớn năng lượng hữu ích khi cháy, nổ hoặc phân hủy trở lại thành khí nitơ Các ammoniac và nitrat được tổng hợp là các loại phân công nghiệp chính

và phân nitrat là các chất ô nhiễm chính gây ra hiện tượng phú dưỡng môi trường nước

26

Nito có mặt trong tất cả các cơ thể sống, chủ yếu ở dạng các amino axit (và protein) và cũng có trong các axit nucleic (DNA và RNA) Cơ thể người chứa khoảng 3% nitơ theo trọng lượng, là nguyên tố phổ biến thứ tư trong cơ thể sau ôxy, cacbon và hydro Chu trình nitơ miêu tả sự chuyển động của nguyên tố này từ không khí vào sinh quyển và các hợp chất hữu cơ, sau đó quay trở lại không khí

Ở điều kiện bình thường nó là một chất khí không màu, không mùi, không vị và khá trơ

và tồn tại dưới dạng phân tử N2, còn gọi là đạm khí

2.3.3 Hiđrô

Hiđrô là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, chiếm 75% các vật chất thông thường theo khối lượng và trên 90% theo số lượng nguyên tử Nguyên tố này được tìm thấy với một lượng khổng lồ trong các ngôi sao và các hành tinh khí khổng lồ Tuy vậy, trên Trái Đất

nó có rất ít trong khí quyển (1 ppm theo thể tích) Nguồn chủ yếu của nó là nước, bao gồm hai phần hiđrô và một phần ôxy (H2O) Các nguồn khác bao gồm phần lớn các chất hữu cơ (hiện tại là mọi dạng của cơ thể sống), than, nhiên liệu hóa thạch và khí tự nhiên Mêtan (CH4) là một nguồn quan trọng của hiđrô Dưới áp suất cực cao, chẳng hạn như tại trung tâm của các hành tinh khí khổng lồ (như sao Mộc), các phân tử hiđrô mất đặc tính của nó và hiđrô trở thành một kim loại (xem hiđrô kim loại) Dưới áp suất cực thấp, như trong khoảng không vũ trụ, hiđrô có xu hướng tồn tại dưới dạng các nguyên tử riêng biệt, đơn giản vì không có cách nào để chúng liên kết với nhau; các đám mây H2 tạo thành và được liên kết trong quá trình hình thành các ngôi sao

Hydro đóng vai trò sống còn trong việc cung cấp năng lượng trong vũ trụ thông qua các phản ứng prôton-prôton và chu trình cacbon - nitơ (Đó là các phản ứng nhiệt hạch giải phóng năng lượng khổng lồ thông qua việc tổ hợp hai nguyên tử hiđrô thành một nguyên

tử hêli.)

Hiđrô là một chất khí dễ bắt cháy, nó cháy khi mật độ chỉ có 4% Nó có phản ứng cực mạnh với clo và flo, tạo thành các axít hiđrôhalic có thể gây tổn thương cho phổi và các

bộ phận khác của cơ thể Khi trộn với ôxy, hiđrô nổ khi bắt lửa

Hidro cũng có thể nổ khi có dòng điện đi qua

Là nhẹ nhất trong mọi chất khí, hiđrô liên kết với phần lớn các nguyên tố khác để tạo ra hợp chất Nó có độ điện âm 2,2 vì thế nó tạo ra hợp chất ở những chỗ mà nó là nguyên tố mang tính phi kim loại nhiều hơn (1) cũng như khi nó là nguyên tố mang tính kim loại

27

nhiều hơn (2) Các chất loại đầu tiên gọi là hiđrua, trong đó hiđrô hoặc là tồn tại dưới dạng ion H- hay chỉ là hòa tan trong các nguyên tố khác (chẳng hạn như hiđrua palađi) Các chất loại thứ hai có xu hướng cộng hóa trị, khi đó ion H+ là một hạt nhân trần và có

xu hướng rất mạnh để hút các điện tử vào nó Các dạng này là các axít Vì thế thậm chí trong các dung dịch axít người ta có thể tìm thấy các ion như hiđrôni (H3O+) cũng như prôton

Hiđrô kết hợp với ôxy tạo ra nước, H2O và giải phóng ra năng lượng, nó có thể nổ khi cháy trong không khí Ôxít đơteri, hay D2O, thông thường được nói đến như nước nặng Hiđrô cũng tạo ra phần lớn các hợp chất với cacbon Vì sự liên quan của các chất này với các loại hình sự sống nên người ta gọi các hợp chất này là các chất hữu cơ, việc nghiên cứu các thuộc tính của các chất này thuộc về hóa hữu cơ

Trong công nghệ thực phẩm, CO2 được dùng để tạo gas cho nhiều thức uống, rất hữu dụng trong việc điều hòa nước uống và trung hòa nước thải Ở thể lỏng được làm lạnh hoặc ở thể rắn (đá khô), CO2 được sử dụng như một môi trường làm lạnh ở nhiệt độ -79

°C

Carbon dioxide có được một phần từ tài nguyên thiên nhiên và một phần từ khí thải công nghiệp Khối lượng kinh tế đáng kể của carbon dioxide được phát sinh do sản xuất khí nhân tạo và ethylene oxide

Tài nguyên thiên nhiên của CO2 có nhiều nhất tại các khu vực núi lửa, ở đây, CO2 đôi khi có ngay trên bề mặt, hoặc các giếng khoan mỏ trầm tích

2.4 Một số kim loại thông dụng

2.4.1 Sắt

- Màu trắng hơi xám, dẻo, dễ rèn, dễ dát mỏng, kéo sợi; dẫn nhiệt và dẫn điện kém đồng

và nhôm

Hạt nhân của sắt có năng lượng liên kết cao nhất, vì thế nó là nguyên tố nặng nhất được sản xuất trong các phản ứng nhiệt hạch và là nhẹ nhất trong phản ứng phân rã hạt nhân Các ngôi sao có khối lượng lớn khi gần cháy hết nhiên liệu hiđrô, sẽ bắt đầu các chuỗi phản ứng hạt nhân tạo ra các chất có khối lượng nguyên tử tăng dần, bao gồm cả sắt, trước khi bùng nổ thành các siêu tân tinh

Sắt là kim loại được sử dụng nhiều nhất, chiếm khoảng 95% tổng khối lượng kim loại sản xuất trên toàn thế giới Sự kết hợp của giá thành thấp và các đặc tính tốt về chịu lực, độ dẻo, độ cứng làm cho nó trở thành không thể thay thế được, đặc biệt trong các ứng dụng như sản xuất ô tô, thân tàu thủy lớn, các bộ khung cho các công trình xây dựng Thép là hợp kim nổi tiếng nhất của sắt, ngoài ra còn có một số hình thức tồn tại khác của sắt như:

- Gang thô (gang lợn) chứa 4% – 5% cacbon và chứa một loạt các chất khác như lưu huỳnh, silic, phốt pho Đặc trưng duy nhất của nó: nó là bước trung gian từ quặng sắt sang thép cũng như các loại gang đúc (gang trắng và gang xám)

- Gang đúc chứa 2% – 3.5% cacbon và một lượng nhỏ mangan Các chất có trong gang thô có ảnh hưởng xấu đến các thuộc tính của vật liệu, như lưu huỳnh và phốt pho chẳng hạn sẽ bị khử đến mức chấp nhận được Nó có điểm nóng chảy trong khoảng 1420–1470

K, thấp hơn so với cả hai thành phần chính của nó, làm cho nó là sản phẩm đầu tiên bị nóng chảy khi cacbon và sắt được nung nóng cùng nhau Nó rất rắn, cứng và dễ vỡ Làm việc với đồ vật bằng gang, thậm chí khi nóng trắng, nó có xu hướng phá vỡ hình dạng của vật

- Thép carbon chứa từ 0,5% đến 1,5% cacbon, với một lượng nhỏ mangan, lưu huỳnh, phốt pho và silic

- Sắt non chứa ít hơn 0,5% cacbon Nó là sản phẩm dai, dễ uốn, không dễ nóng chảy như gang thô Nó có rất ít cacbon Nếu mài nó thành lưỡi sắc, nó đánh mất tính chất này rất nhanh

Trong công nghiệp, sắt được trích xuất ra từ các quặng của nó, chủ yếu là từ hêmatit (Fe2O3) và magnêtit (Fe3O4) bằng cách khử với cacbon trong lò luyện kim sử dụng luồng không khí nóng ở nhiệt độ khoảng 2000 °C Trong lò luyện, quặng sắt, cacbon trong dạng than cốc, và các chất tẩy tạp chất như đá vôi được xếp ở phía trên của lò, luồng không khí nóng được đưa vào lò từ phía dưới

2.4.2 Đồng

Đồng là kim loại màu đỏ, nóng chảy ở nhiệt độ 1083oC, sôi ở 2877oC Đồng tinh khiến tương đối mền, dễ kéo dài và dát mỏng Các tạp chất làm tăng độ cứng của đồng Đồng

có độ dẫn nhiệt và dẫn điện rất cao Đồng tạo thành những hợp kim khác nhau

Đồng là kim loại kém hoạt động, ở nhiệt độ thường nó phản ứng với oxi của không khí rất yếu Đồng bị oxi hóa hoàn toàn khi bị đốt nóng

Ở nhiệt độ thường clo không phản ứng với đồng, khi có hới nước thì phản ứng xảy ra khá mạnh Khi đốt nóng đồng phản ứng khá mạnh với lưu huỳnh

Đồng chỉ tan trong axit sunfuric đặc khi đun nóng và tan trong axit nitric nguội

2.4.3 Nhôm

Khối lượng riêng là 2,7 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy là 660oC Nhôm là nguyên tố phổ biến thứ 3 (sau ôxy và silic), và là kim loại phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất Nhôm chiếm khoảng 8% khối lớp rắn của Trái Đất Kim loại nhôm hiếm phản ứng hóa học mạnh với

30

các mẫu quặng và có mặt hạn chế trong các môi trường khử cực mạnh Tuy vậy, nó vẫn được tìm thấy ở dạng hợp chất trong hơn 270 loại khoáng vật khác nhau Quặng chính chứa nhôm là bô xít

Nhôm là một kim loại mềm, nhẹ với màu trắng bạc ánh kim mờ, vì có một lớp mỏng ôxi hóa tạo thành rất nhanh khi nó để trần ngoài không khí Tỷ trọng riêng của nhôm chỉ khoảng một phần ba sắt hay đồng; nó rất mềm (chỉ sau vàng), dễ uốn (đứng thứ sáu) và

dễ dàng gia công trên máy móc hay đúc; nó có khả năng chống ăn mòn và bền vững do lớp ôxít bảo vệ Nó cũng không nhiễm từ và không cháy khi để ở ngoài không khí ở điều kiện thông thường

Sức bền của nhôm tinh khiết là 7–11 MPa, trong khi hợp kim nhôm có độ bền từ 200 MPa đến 600 MPa Các nguyên tử nhôm sắp xếp thành một cấu trúc lập phương tâm mặt (fcc) Nhôm có năng lượng xếp lỗi vào khoảng 200 mJ/m2

Nhôm chính là một trong những yếu tố làm giảm sự tăng trưởng thực trên các đất chua Mặc dù nó không gây hại đối với sự phát triển của thực vật ở các đất có độ pH trung tính, khi nồng độ của cation Al3+ trong đất chua tăng và làm rối loạn sự phát triển và chức năng của rễ

2.5 Các nguồn năng lượng trong môi trường sống

2.5.1 Năng lượng mặt trời

Theo báo cáo dự đoán của Tổ chức Năng lượng Quốc tế (International Energy Agency), đến năm 2050 mặt trời có thể sẽ trở thành nguồn điện năng lớn nhất, xếp trên cả nhiên liệu hóa thạch, năng lượng gió, thủy năng và năng lượng hạt nhân Hồi năm 2006 ở Úc, tháp năng lượng mặt trời khổng lồ cao 1km với 32 tua-bin khí có tổng công suất 200 MW

đã đi vào sử dụng Hệ thống năng lượng mặt trời này được bao quanh bởi một nhà kính khổng lồ có tác dụng làm nóng không khí để làm quay tua-bin xung quanh chân tháp Giới chuyên gia ước tính rằng các nhà máy điện sẽ có thể tạo ra 200 megawatt điện và giảm được 700.000 tấn khí gây hiệu ứng nhà kính trong mỗi năm Và gần đây nhất là nhà máy điện năng lượng mặt trời Topaz có công suất 550 megawatt với 9 triệu tấm pin quang điện, bao phủ hơn 24 ha tại California, Mỹ

Đây được xem là nguồn năng lượng mặt trời lớn nhất thế giới hiện nay và Topaz cung cấp điện năng cho khoảng 160.000 hộ gia đình

31

Hệ thống năng lượng mặt trời không đòi hỏi thêm nhiên liệu khác để hoạt động và tác động ô nhiễm môi trường gần như là không có Ánh sáng mặt trời có thể được lưu lại thành nhiệt để sử dụng ngay hoặc chuyển đổi thành điện năng Ngoài ra công nghệ còn cho phép biến đổi ánh sáng thành năng lượng điện thông qua hiệu ứng quang điện Những hạn chế của hệ thống năng lượng mặt trời bao gồm chi phí ban đầu cao đòi hỏi không gian sử dụng khá lớn Ngoài ra, đối với hầu hết các lựa chọn thay thế năng lượng mặt trời thì hiệu suất sử dụng có thể bị ảnh hưởng bởi sự ô nhiễm không khí và thời tiết làm giảm lượng ánh sáng mặt trời

2.5.2 Than đá

Than đá đã từng là nguồn năng lượng tạo nên cuộc cách mạng công nghiệp và hiện tại nó vẫn đóng vai trò rất lớn trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới Lợi thế chính của than đá là trữ lượng còn rất nhiều, đủ cung cấp cho thế giới trong 200 – 300 năm nữa với mức tiêu thụ như hiện nay Nhờ vào trữ lượng lớn nên than đá có giá trị kinh

tế khá cao và dễ khai thác Tuy nhiên việc sử dụng nguyên liệu này tạo ra nhiều tạp chất như lưu huỳnh và nitơ lẫn vào không khí hay thể kết hợp với nước trong không khí để tạo thành mưa axit Việc đốt than cũng sản sinh ra một lượng lớn carbon dioxide, chất khí mà theo các nhà khoa học là góp phần vào sự ấm lên toàn cầu

2.5.3 Gió

Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời Sử dụng năng lượng gió là một trong những phương thức thu thập năng lượng được biết đến từ thời cổ đại Khái niệm sử dụng cối xay gió đang có bước tiến xa hơn khi các nhà khoa học đang muốn tạo ra máy điện trên bầu trời bằng cách thả nổi cối xay gió ở độ cao 4,5 km trong bầu khí quyển Hệ thống này trang bị 4 cánh quạt và 2 tua-bin giúp tạo ra nguồn điện từ gió Năng lượng gió hiện nay chỉ chiếm 0,1 % nhu cầu điện của thế giới, nhưng con số này dự kiến sẽ tăng như nhanh và là một trong những hình thức của năng lượng sạch trong tương lai Việc mở rộng khai thác năng lượng gió cũng gặp những khó khăn không nhỏ bởi hệ thống này phụ thuộc vào vị trí của nơi có gió mạnh Nhiều lo ngại chỉ ra rằng các trang trại gió có thể ảnh hưởng đến thời tiết địa phương, nhưng điều này vẫn chưa được nghiên cứu một cách triệt để Các nhà khoa học hy vọng rằng việc dùng cối xay gió trên bầu trời sẽ giải quyết những vấn đề hạn chế kể trên vì đây là vị trí có gió thổi mạnh

và liên tục

2.5.4 Dầu mỏ

Nhiên liệu này được một số người gọi là vàng đen, cho thấy tầm quan trọng của nó đối

Giống như than và khí tự nhiên, dầu là tương đối rẻ so với các nguồn năng lượng thay thế nhưng việc sử dụng nó đi kèm với thiệt hại về môi trường được tạo ra một cách đáng kể

Sử dụng dầu tạo ra một lượng lớn carbon dioxide, và những sự cố tràn dầu có thể gây hại cho các hệ sinh thái và rất khó khăn để làm sạch

2.5.5 Biomass - nhiên liệu sinh khối

Năng lượng sinh khối, hay nhiên liệu sinh học, bao gồm các vật chất chứa năng lượng hóa học dự trữ trong chất hữu cơ Sinh khối là các phế phẩm từ nông nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp ), phế phẩm lâm nghiệp (lá khô, vụn gỗ ) Nhiên liệu sinh khối có thể

ở dạng rắn, lỏng, khí được đốt để phóng thích năng lượng như ethanol hay thành dạng khí sinh học (biogas)

Nhưng không giống như một số nguồn năng lượng tái tạo khác, năng lượng sinh khối không thực sự sạch vì khi chất đốt hữu cơ sẽ tạo ra một lượng lớn carbon dioxide Ngoài

ra để sử dụng rộng rãi thì người ta phải tìm cách bù đắp bằng việc trồng các loại cây phát triển nhanh và cỏ để dùng làm nguồn cung cấp nhiên liệu Các nhà khoa học cũng đang thử nghiệm với việc sử dụng vi khuẩn để tác động vào sinh khối và sản xuất hydro để làm nhiên liệu Đây là một nguồn nhiên liêu sinh học thay thế khá thú vị nhưng gây tranh cãi

ở quá trình quy trình biến đổi nhiệt (TCP) Không giống như các nhiên liệu tự nhiên thông thường, TCP có thể chuyển đổi hầu như bất kỳ loại chất hữu cơ thành dầu lửa và nước nhưng lượng chất thải gây hiệu ứng nhà kính cũng không giảm được bao nhiêu

2.5.6 Thủy điện

Thủy điện hiện tại chiếm 20% nguồn điện năng của thế giới Tính đến gần đây, thủy điện được cho rằng năng lượng nước là một nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú mà không đòi hỏi thêm nhiên liệu và không gây ô nhiễm Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu mới đây chỉ ra một số thách thức của các đập thủy điện có thể có thể tạo lượng đáng kể của carbon dioxide và methane qua sự phân rã của các nguyên liệu thực vật ngập nước Một

33

nhược điểm của đập nước là mọi người dân sống xung quanh thường phải di dời Trong trường hợp của Dự án đập Tam Hiệp ở Trung Quốc - đập lớn nhất trên thế giới khi hoàn thành trong năm 2009 - 1,9 triệu người đã được di chuyển và vô số các di tích lịch sử đã

bị ngập lụt và biến mất Và một vấn đề lớn của thủy điện là việc ngăn sông, đắp đập không phù hợp sẽ làm thay đổi hệ sinh thái trong khu vực và là một trong những nguyên nhân gây ra hạn hán, ngập lụt…

2.5.7 Năng lượng đại dương

Đại dương bao phủ 70% diện tích bề mặt Trái đất, và nước là một bộ thu năng lượng mặt trời tự nhiên Việc chuyển đổi năng lượng nhiệt của đại dương (OTEC) nhằm khai thác

bộ thu năng lượng này và sử dụng sự khác biệt nhiệt độ giữa bề mặt nước được làm nóng bởi ánh nắng mặt trời và nguồn năng lượng nước ở dưới độ sâu của đại dương để tạo ra điện Nhà máy OTEC thường phân ra thành 3 loại:

Chu kỳ khép kín: Một chất lỏng có điểm sôi thấp như amoniac được làm nóng bằng

nước biển ấm Hơi nước tạo ra được sử dụng để vận hành tua-bin phát điện rồi sau đó được làm lạnh bằng nước biển lạnh Nhưng thiết bị bay hơi và ngưng tụ của hệ thống này phải sử dụng bề mặt trao đổi nhiệt, cồng kềnh, tiêu thụ một lượng lớn kim loại, và khó khăn để duy trì

Chu kỳ mở: Tương tự như chu kỳ OTEC khép kín, ngoại trừ không có chất lỏng trung

gian thấp (như khí propan, isobutan, freon, amoniac…) Hệ thống làm nước sôi trong thiết bị bay hơi và biến thành hơi Hơi nước chạy từ vòi phun tua-bin làm phát điện Xả hơi từ tua-bin vào bình ngưng được làm mát bằng nước biển vùng lạnh

Chu kỳ lai: Chu kỳ OTEC đóng được sử dụng để tạo ra điện, sau đó được tạo ra môi

trường áp suất thấp cần thiết cho chu kỳ mở cửa

Đại dương bao phủ 70 % diện tích bề mặt trái đất và là một bộ thu năng lượng mặt trời tự nhiên

Nhà máy OTEC có thể tăng thêm nguồn nước ngọt, và hơn nữa nước biển giàu chất dinh dưỡng lấy từ đáy đại dương có thể được dùng để nuôi cấy vi sinh vật và thực vật biển Hạn chế chủ yếu của OTEC chính là hiệu suất chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng quá thấp khi hệ thống này chỉ hoạt động dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ, thường khoảng

20 0C

2.5.8 Năng lượng hạt nhân

Albert Einstein đã nói rằng ranh giới giữa vật chất và năng lượng không còn rõ ràng Năng lượng có thể được tạo ra bởi các nguyên tử - quá trình chia tách hoặc kết hợp được

34

gọi là sự phân hạch và nhiệt hạch tương ứng Phân hạch hạt nhân phóng xạ có hại và tạo

ra lượng lớn chất phóng xạ, có tác động hàng ngàn năm và có thể phá hủy toàn bộ hệ sinh thái nếu bị rò rỉ Lo ngại lớn hơn nữa là năng lượng hạt nhân đã và đang được sử dụng như một loại vũ khí có sức hủy diệt kinh khủng

Hiện nay, hầu hết các nhà máy điện hạt nhân sử dụng phản ứng phân hạch, đòi hỏi một lượng lớn năng lượng để sản xuất và duy trì ở nhiệt độ cao cần thiết Ý tưởng tổng hợp nhiệt hạch âm thanh - về mặt kỹ thuật được hiểu là tổng hợp nhiệt hạch bằng quán tính

âm thanh - xuất xứ từ một hiện tượng tự nhiên phát quang do âm thanh

(sonolumi-nescence) Nguyên lý hoạt động ở đây là sử dụng các loa phóng thanh gắn vào bình chứa đầy chất lỏng rồi truyền sóng áp suất, kích thích sự chuyển động các bọt sóng âm Các bọt này lớn lên và tan vỡ tuần hoàn, tạo nên các chớp loé sáng thấy được, kéo dài không quá 50 picô giây Bọt tạo ra nhiệt độ và áp suất có thể đạt đến mức khởi động được phản ứng tổng hợp nhiệt hạch Các nhà khoa học cũng đang nghiên cứu một phương pháp để tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân được kiểm soát bằng cách đẩy các ion hydro "nặng" trong điện trường mạnh

- Theo triết học Phương Tây, Vũ trụ được hiểu là: “Toàn bộ thế giới hiện hữu mà con người nhận thức được”

- Theo triết học Phương đông, Vũ trụ được quan niệm là: “Tứ phương, thượng hạ viết

vũ, vãng cổ lai kim viết trụ” Có nghĩa: Bốn phương, trên dưới là Vũ, từ cổ đến nay là Trụ Vậy, có thể hiểu Vũ trụ là không gian và thời gian, đây là hai yếu tố vĩnh cửu

- Trong Thiên văn học có hai trường phái quan niệm khác nhau về Vũ trụ Một trường phái cho rằng “Vũ trụ là vĩnh cửu, vô thủy, vô chung” nghĩa là Vũ trụ tồn tại mãi mãi

và không có mở đầu cũng như không có kết thúc; trường phái còn lại quan niệm “Vũ trụ không phải là vĩnh cửu Nó cũng có quá trình sinh ra, phát triển và tự tiêu diệt” Theo trường phái này Vũ trụ được tạo ra từ một điểm “kỳ dị” hết sức nhỏ cách đây khoảng 15 tỉ năm, sau một vụ nổ lớn (Big bang) Trong hai quan niệm trên, quan niệm sau có nhiều cơ sở khoa học đang được chứng minh, đặc biệt là sự phát hiện ra hiện tượng giãn nở của Vũ trụ đang diễn

- Ngày nay, Vũ trụ được hiểu là “khoảng không gian bao la mà chúng ta nhận thức được, trong đó có toàn bộ các thiên thể, kể cả Hệ Mặt trời và Trái đấ t”

Cùng với cách hiểu tương tự: “Vũ trụ là toàn bộ hệ thống không - thời gian trong

đó chúng ta đang sống, chứa toàn bộ vật chất và năng lượng”

Như vậy, Vũ trụ là một cái gì đó rất rộng lớn, không có giới hạn cả về không gian và thời gian Trong khoảng không gian bao la đó có sự tồn tại của các thiên thể luôn luôn vận động Các thiên thể đó được phân chia thành các loại: Sao, hành tinh, vệ tinh, tiểu hành tinh, sao chổi, thiên thạch, tinh vân…

3.1.1.2 Một số thuyết về nguồn gốc Vũ trụ

36

- Talet (Thales VII - VI trước CN) nhà Toán học, Triết học Hy Lạp cho rằng nước là nguyên tố cơ bản của Vũ trụ, nước luôn vận động nhưng trước sau không thay đổi và do

đó hòa tan mọi vật Bởi vậy nước là nguồn gốc của Vũ trụ

- Anaximăngđrơ (Anaximangdre 611- 547 trước CN) nhà Triết học Hy Lạp cho rằng nguồn gốc của Vũ trụ là vô cực Vũ trụ chia thành 2 mặt như khô và ướt, nóng và lạnh, rồi kết hợp với nhau phức tạp mà thành mọi vật như đất, nước, không khí, lửa… Đồng thời ông cho rằng Vũ trụ không ngừng phát triển, không ngừng hình thành, không ngừng sản sinh ra những vật mới

- Arixtôt (Aristote 384 - 322 trước CN) nhà Triết học Hy Lạp vĩ đại tin rằng Vũ trụ được tạo nên bởi sự vận động của 4 yếu tố ban đầu: Đất, nước, không khí và lửa Mỗi chuyển động và biến đổi của Vũ trụ có thể được giải thích trên cơ sở vận động của các yếu tố này

- Thuyết Ngũ hành: Theo Triết học cổ Trung Hoa, tất cả vạn vật đều phát sinh từ 5 nguyên tố cơ bản và luôn luôn trải qua 5 trạng thái được gọi là: Mộc, Hỏa, Thổ, Kim

và Thủy 5 trạng thái này được gọi là Ngũ hành (không phải là vật chất như cách hiểu đơn giản theo nghĩa đen trong tên gọi của chúng mà đúng hơn là cách quy ước của người Trung Hoa cổ đại để xem xét mối tương tác và quan hệ của vạn vật)

- Thuyết về khí: Coi sinh khí nguyên thủy là cơ sở hình thành Vũ trụ Theo thuyết này thì phần nhẹ và trong suốt của khí là “nguyên thể dương” tức là trời, phần đục và nặng của khí là “nguyên thể âm” tức là đất Âm và dương tương tác tạo thành vạn vật

Từ những quan niệm trên, chúng ta thấy mỗi tôn giáo, tín ngưỡng, thời đại và khu vực lại có những quan niệm khác nhau về Vũ trụ, nhưng đến khoa học hiện đại ngày nay đã chỉ ra rằng những quan niệm đó còn rất mơ hồ và có ít cơ sở khoa học đến đầu thế kỷ XX một thuyết mới về Vũ trụ ra đời đó là thuyết Big bang, thuyết này đã nhanh chóng được nhiều người quan tâm

- Thuyết Big bang (Vụ nổ lớn): Theo nhà vật lý thiên văn và toán học G.Le Maitre (người Bỉ - 1927) thì: Vũ trụ là “Trứng Vũ trụ”, “Trứng” này là một nguyên tử nguyên thủy, chứa đựng toàn bộ vật chất bị nén ép trong một không gian cực kỳ nhỏ bé, nên

nó đậm đặc và nhiệt độ vô cùng cao Nó ở trạng thái không ổn định và đột nhiên tạo

ra một vụ nổ vĩ đại vào khoảng 13,7 ± 0,2 tỉ năm trước đây Vụ nổ đã làm cho vật chất bắn tung ra tứ phía, tạo nên những đám khí và bụi khổng lồ Hàng tỷ năm sau khi nhiệt độ giảm thì ánh sáng mới xuất hiện, rồi hàng tỷ năm sau những đám khí và bụi

đã có những cơ sở khoa học đầu tiên, đặc biệt là bằng cỗ máy gia tốc khổng lồ được đặt

ở biên giới giữa Thụy Sỹ và Pháp

3.1.1.3 Các mô hình Vũ trụ

Mô hình Vũ trụ địa tâm của Clôt Ptôlêmê (Claude Ptolêmée)

Clôt Ptôlêmê (100 – 170 sau CN), nhà toán học, thiên văn học Hy Lạp đã đưa ra mô hình

Vũ trụ địa tâm để giải thích đặc điểm chuyển động của các thiên thể

Clôt Ptôlêmê cho rằng Trái đất là trung tâm Vũ trụ Vũ trụ bị giới hạn bởi một mặt cầu chứa các ngôi sao cố định, mặt cầu quay xung quanh một trục qua tâm Trái đất Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh quay xung quanh Trái đất Người Hy Lạp cổ đại và các nhà triết học thời Trung Cổ thường quy mô hình địa tâm đi cùng với Trái đất hình cầu Vì thế nó không giống với mô hình Trái đất phẳng từng được đưa ra trong một số thần thoại

Mô hình Vũ trụ địa tâm không thể hiện đúng bản chất của Vũ trụ, nhưng lại phù hợp với hiện tượng quay nhìn thấy của bầu trời Một thực tế là thời bấy giờ chưa có một quan niệm hay chứng minh nào về hiện tượng quay của Trái đất Ngoài ra, mô hình này còn phù hợp với giáo lý của nhà thờ, nên được Giáo hội bảo vệ Vì vậy, đã chi phối nền thiên văn học châu Âu trong suốt 14 thế kỷ, mãi tới thời kỳ Phục hưng thuyết này mới bị đánh đổ bởi thuyết Nhật tâm của Côpecnic

Mô hình Vũ trụ Nhật tâm của N Côpecnic (N.Copernic 1473 – 1543)

38

Mô hình Vũ trụ Nhật tâm của N.Côpecnic ra đời vào năm 1543 Mô hình cho rằng Mặt Trời nằm yên ở trung tâm Vũ trụ, các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời trên các quỹ đạo tròn Trái đất quay quanh trục của nó trong khi chuyển động quanh Mặt Trời

Mô hình Vũ trụ Nhật tâm đã đánh dấu bước ngoặt trong nhận thức của con người về Vũ trụ và được coi là cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứ nhất của loài người

Mô hình Vũ trụ của N Côpecnic

3.1.1.4 Thiên hà và hệ Ngân hà

Người ta cho rằng, sau khi Vũ trụ hình thành, mật độ vật chất trong Vũ trụ không đồng đều Nơi có năng lượng và vật chất tập trung đã hình thành những đám mây nguyên thủy có khối lượng cực lớn, là mầm mống sinh ra những tập hợp có hàng chục, hàng trăm tỉ ngôi sao Sự tập hợp của các ngôi sao lại thành từng nhóm lớn đó là các thiên hà, Vũ trụ có hàng trăm tỉ thiên hà có kích thước cực lớn, đường kính có thể tới hàng vạn năm ánh sáng (1 năm ánh sáng = 9, 4760 1015 m)

Hệ thiên hà của chúng ta cũng là dạng xoắn ốc, đêm đêm nhìn lên bầu trời vào những ngày bầu trời trong sáng, chúng ta thường thấy có một dải sáng bàng bạc vắt ngang trời Đó là những cánh tay xoắn ốc của Ngân hà, nơi tập trung hàng tỷ ngôi sao nên ánh sáng của nó phản xạ qua nhau Do vậy, người ta gọi là Ngân hà (dòng sông bạc)

Hệ thiên hà của chúng ta

3.1.1.5 Hệ Mặt trời

Hệ Mặt Trời (còn gọi là Thái Dương Hệ) là một hệ hành tinh (tập đoàn thiên thể), có Mặt Trời (còn gọi là Sao) ở trung tâm và các thiên thể nằm trong phạm vi lực hấp dẫn của Mặt Trời gồm 8 hành tinh chính quay xung quanh, 6 trong số các hành tinh này

có vệ tinh riêng của chúng, cùng một lượng lớn các thiên thể khác gồm các hành tinh