Bài giảng Hóa môi trường: Chương 2 - GV. Ngô Xuân Huy - Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng

 Phần trên cùng của tầng đối lưu có nhiệt độ thấp nhất (vào khoảng −56°C).. được gọi là đỉnh tầng đối lưu hoặc lớp dừng ( tropopause ), đánh dấu sự kết.[r]

(1)

CHƯƠNG 2

KHÍ QUYỂN

(2)

2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ

2.1.1 Cấu trúc khí quyển

(3)

2.1.1.1 Tầng đối lưu

Tầng đối lưu (troposphere) chiếm khoảng 70% khối lượng khí quyển, độ

cao từ đến 11 km, lên cao nhiệt độ giảm

Độ cao tầng đối lưu thay đổi khoảng vài km, tùy thuộc vào

yếu tố, nhiệt độ, bề mặt đất (khoảng km hai cực, 18 km vùng xích đạo)

Tầng định khí hậu Trái đất, thành phần chủ yếu N2, O2,

(4)

Khí khí tập trung chủ yếu tầng đối lưu, với khối lượng

khoảng 4,12.1015 tấn so với tổng khối lượng khí khí

5,15×1015

Mật độ khơng khí nhiệt độ tầng đối lưu khơng đồng Mật độ

khơng khí giảm nhanh theo độ cao (hàm số mũ)

 Nếu khơng bị nhiễm, nhìn chung thành phần khí tầng đối

lưu đồng nhất, có dịng đối lưu liên tục khối khơng khí tầng

Tầng đối lưu vùng xốy, có cân tốc độ sưởi

(5)

Phần tầng đối lưu có nhiệt độ thấp (vào khoảng −56°C)

được gọi đỉnh tầng đối lưu lớp dừng (tropopause), đánh dấu kết

thúc xu hướng giảm nhiệt theo độ cao tầng đối lưu, bắt đầu có tăng nhiệt độ

Ở đỉnh tầng đối lưu nhiệt độ thấp, nước bị ngưng tụ đơng đặc

nên khơng thể khỏi tầng khí thấp

Nếu khơng có đỉnh tầng đối lưu, đóng vai trị chắn hữu hiệu,

hơi nước bay lên tầng khí bên bị phân tích tác dụng xạ tử ngoại có lượng lớn

Hydro tạo thành phản ứng phân tích khỏi khí (hầu hết

(6)

2.1.1.2 Tầng bình lưu

Tầng bình lưu (stratosphere) độ cao từ 11 đến 50 km, nhiệt độ tăng theo

độ cao, từ − 56°C đến khoảng −2°C

Thành phần chủ yếu tầng O3, ngồi cịn có N2, O2 số

gốc hóa học khác

Phía đỉnh tầng đối lưu phần tầng bình lưu tầng ozon,

(7)

2.1.1.2 Tầng bình lưu

Ozon vùng đóng vai trị quan trọng, có tác dụng

lá chắn bảo vệ cho sống bề mặt Trái đất, tránh tác dụng có hại tia tử ngoại từ ánh sáng Mặt trời

O3 + hν (λ: 220 − 330 nm) → O2 + O + Q (làm tăng nhiệt độ)

Trong tầng bình lưu, khơng khí bị khuấy động, thời gian lưu

các phần tử hóa học vùng lớn

Nếu chất gây nhiễm cách xâm nhập vào tầng này,

(8)

2.1.1.3 Tầng trung lưu

Tầng trung lưu (tầng trung quyển, mesosphere) độ cao từ 50 km đến 85

km, nhiệt độ giảm theo độ cao, từ − 2°C đến − 92°C, khơng có nhiều phần tử hóa học hấp thụ tia tử ngoại, đặc biệt ozon

Thành phần hóa học chủ yếu tầng gốc tự O2+, NO+

(9)

2.1.1.4 Tầng nhiệt lưu

 Tầng nhiệt lưu (tầng nhiệt, tầng ion, thermosphere), độ cao từ

85 đến 500 km.

Nhiệt độ tầng tăng từ − 92°C đến 1200°C Trong tầng

này, tác dụng xạ Mặt trời, nhiều phản ứng hóa học xảy với oxy, ozon, nitơ, nitơ oxit, nước, CO2 , chúng bị phân tách thành nguyên tử sau ion hóa thành ion O2+, O+, O, NO+ , e-, NO

2-, NO3-, nhiều hạt bị ion hóa phản xạ

(10)

NGỒI RA

Ngồi tầng trên, người ta cịn có khái niệm tầng điện ly hay tầng ngồi

(exosphere) tầng ion (ionosphere)

Tầng bao quanh Trái đất độ cao lớn 800 km, có chứa ion

oxy O+ (ở độ cao < 1500 km), heli He+ (< 1500 km) hydro H+ (> 1500

km) Một phần hydro tầng tách vào vũ trụ (khoảng vài nghìn năm)

Mặt khác, dịng plasma Mặt trời phát bụi vũ trụ (khoảng

g/km2) vào khí Trái đất Nhiệt độ tầng tăng nhanh

(11)

NGỒI RA

Tầng ion khái niệm dùng để phần khí độ cao từ 50 km trở

lên, vùng khơng khí có chứa nhiều ion

Sự có mặt ion vùng biết đến từ năm 1901,

người ta phát tượng phản xạ sóng radio lớp khí tầng cao

Giới hạn khí đoạn chuyển tiếp vào vũ trụ khó xác

(12)

(13)

(14)

2.1.2 Thành phần khơng khí khơ

 Khơng khí cấu tạo từ nhiều khí khác nhau, thành phần

chính khí N2 chiếm khoảng 78,9% thể tích, khí O2 chiếm khoảng 20,9%

thể tích, Argon, khí cacbonic…

 Trong khơng khí tồn lượng nước không cố định

 Lớp khí bao quanh Trái đất môi trường để truyền xạ Mặt trời

vào Trái đất (hồng ngoại, tử ngoại, rơn ghen, tia gamma)

 Phần lớn xạ nằm khoảng bước sóng 200 – 2000 nm nửa

(15)

Khí Cơng thức Thành phần (ppm)

Thời gian lưu tầng đối lưu (năm)

Ni tơ N2 780,840 6.000000

Ôxy O2 209,460 4500

Argon Ar 9,340

-Cacbon đioxit

CO2 315 2 - 4

Nêon Ne 18

-Hêli He 5,2

-Mê tan CH4 1,0 - 1,5 7

Krypton Kr 1,1

-Nitơ Oxit N2O 0,5 200

Hyđrô H2 0,5

(16)

-2.1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN VÀ THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ

(17)

Thời gian lưu định nghĩa sau:

 Thời gian lưu đóng vai trị quan trọng việc xác định chất có phân

bố rộng môi trường hay không

 Một chất dù tự nhiên hay nhân tạo thời gian lưu liên quan chặt

chẽ với việc phân bố mơi trường

 Một chất hịa trộn tốt, nghĩa phân bố rộng môi trường có thời

gian lưu dài, ngược lại

 Ví dụ CFCs có thời gian lưu dài, tạo nên vấn đề mơi trường tồn cầu

Ngược lại, khí acid tồn vài ngày khí mưa acid

(18)

2.1.2.1 Oxygen

 Tổng lượng oxy có khí thời điểm vào

khoảng 1,8x1019mol, tương đương với 1,2x1018kg.

 Quá trình sinh oxy khí phản ứng quang hợp (5,0x1015 mol/năm, tức 4,0x1014 kg/năm).

 Quá trình quang hợp cân với q trình tiêu thụ oxy, q trình hơ hấp, phân hủy chất hữu quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch.

(19)

2.1.2.2 Nước

 Tại thời điểm bất kỳ, có khoảng 7x1014 mol nước tồn

tại dạng khí so với khoảng 9,5x1019 mol tồn bề mặt ở dạng lỏng.

 Với lượng bốc từ đại dương (2,2x1016 mol/năm) từ các

sông hồ (3,5x1015mol/năm) so với lượng nước ngưng tụ trên

Mặt đất (5,5x1015mol/năm) và trên các đại dương

(1,9x1016mol/năm), tính thời gian tồn lưu trung bình của nước khí 3x10-2 năm (10 ngày).

 Nước phân bố không khí quyển, khơng gian và thời gian.

(20)

Bảng 2.2 Áp suất bão hòa tăng theo nhiệt độ.

t, oC p(H2O),

atm t,

oC p(H2O),

atm t,

oC p(H2O),

atm

-20 0,00102 0,00603 20 0,02307

-15 0,00163 0,00861 25 0,03126

-10 0,00257 10 0,01188 30 0,04187