Bài giảng về khí quyển trái đất

Bài thảo luận
Khí quyển


1. Khí quyển
a. Khái niệm và thành phần.
b. Các tầng khí quyển.
c. Nhiệt độ và áp suất các tầng khí quyển.
d. Vai trò của khí quyển.
2. Ô nhiễm khí quyển.
a. Hiện trạng.
b. Các hoạt động gây ô nhiễm.
c. Tác hại của ô nhiễm khí quyển.
d. Những biện pháp hạn chế ô nhiễm khí quyển.
3. Vai trò của khoa học viễn thám trong theo dõi và
phát hiện các hiện tượng ô nhiễm khí quyển


Khái niệmvà thành phần khí quyển
Khí quyển Trái Đất là lớp các chất khí bao quanh hành
tinh Trái Đất và được giữ lại bởi lực hấp dẫn của Trái
Đất. Nó gồm có nitơ (78,1% theo thể tích) và ôxy
(20,9%), với một lượng nhỏ agon (0,9%), điôxít cacbon
(dao động, khoảng 0,035%), hơi nước và một số chất
khí khác. Bầu khí quyển bảo vệ cuộc sống trên Trái Đất
bằng cách hấp thụ các bức xạ tia cực tím của mặt trời và
tạo ra sự thay đổi về nhiệt độ giữa ngày và đêm.
Bầu khí quyển không có ranh giới rõ ràng với khoảng
không vũ trụ nhưng mật độ không khí của bầu khí
quyển giảm dần theo độ cao. Ba phần tư khối lượng khí
quyển nằm trong khoảng 11 km đầu tiên của bề mặt

hành tinh. Tại Mỹ, những người có thể lên tới độ cao
trên 50 dặm (80,5 km) được coi là những nhà du hành
vũ trụ. Độ cao 120 km (75 dặm hay 400.000 ft) được
coi là ranh giới do ở đó các hiệu ứng khí quyển có thể
nhận thấy được khi quay trở lại. Đường Cacman, tại độ
cao 100 km (62 dặm), cũng được sử dụng như là ranh
giới giữa khí quyển Trái Đất và khoảng không vũ trụ.


Các tầng khí quyển
• Nhiệt độ của khí quyển Trái Đất biến đổi theo độ cao so với mực
nước biển; mối quan hệ toán học giữa nhiệt độ và độ cao so với
mực nước biển biến đổi giữa các tầng khác nhau của khí quyển:
•
Tầng đối lưu: từ bề mặt trái đất tới độ cao 7-17 km, phụ thuộc theo
vĩ độ (ở 2 vùng cựclà 7-10km) và các yếu tố thời tiết, nhiệt độ giảm
dần theo độ cao đạt đến -50°C. Không khí trong tầng đối lưu chuyển
động theo chiều thẳng đứng và nằm ngang rất mạnh làm cho nước
thay đổi cả 3 trạng thái, gây ra hàng loạt quá trình thay đổi vật lý.
Những hiện tượng mưa, mưa đá, gió, tuyết, sương giá, sương
mù,... đều diễn ra ở tầng đối lưu.
•
Tầng bình lưu: từ độ cao trên tầng đối lưu đến khoảng 50 km, nhiệt
độ tăng theo độ cao đạt đến 0°C. Ở đây không khí loãng, nước và
bụi rất ít, không khí chuyển động theo chiều ngang là chính, rất ổn
định.
• Tầng trung lưu: từ khoảng 50 km đến 80-85 km, nhiệt độ giảm theo
độ cao đạt đến -75°C. Phần đỉnh tầng có một ít hơi nước, thỉnh
thoảng có một vài vệt mây bạc gọi là mây dạ quang.

Các tầng khí quyển
• Tầng điện li: từ 80–85 km đến khoảng 640 km, nhiệt độ tăng theo
độ cao có thể lên đến 2.000°C hoặc hơn. Ôxy và nitơ ở tầng này ở
trạng thái ion, vì thế gọi là tầng điện li. Sóng vô tuyến phát ra từ
một nơi nào đó trên vùng bề mặt Trái đất phải qua sự phản xạ của
tầng điện li mới truyền đến các nơi trên thế giới. Tại đây, do bức
xạ môi trường, nhiều phản ứng hóa học xảy ra đối với ôxy, nitơ,
hơi nước, CO2...chúng bị phân tách thành các nguyên tử và sau đó
ion hóa thành các ion như NO+, O+, O2+, NO3-, NO2-...và nhiều
hạt bị ion hóa phát xạ sóng điện từ khi hấp thụ các tia mặt trời
vùng tử ngoại xa.
• Tầng ngoài: từ 500–1.000 km đến 10.000 km, nhiệt độ tăng theo
độ cao có thể lên đến 2.500°C. Đây là vùng quá độ giữa khí quyển
Trái Đất với khoảng không vũ trụ. Vì không khí ở đây rất loãng,
nhiệt độ lại rất cao, một số phân tử và nguyên tử chuyển động với
tốc độ cao cố "vùng vẫy" thoát ra khỏi sự trói buộc của sức hút
Trái đất lao ra khoảng không vũ trụ. Do đó tầng này còn gọi là
tầng thoát ly. Tuy nhiêt, các nhiệt kế, nếu có thể, lại chỉ các nhiệt
độ thấp dưới 0°C do mật độ khí là cực kỳ thấp nên sự truyền nhiệt
ở mức độ có thể đo đạc được là rất khó xảy ra


Các tầng khí quyển
• Ranh giới giữa các tầng được gọi là ranh giới đối lưu hay đỉnh
tầng đối lưu, ranh giới bình lưu hay đỉnh tầng bình lưu và ranh
giới trung lưu hay đỉnh tầng trung lưu v.v. ở tầng này có mặt
các ion O+(<1500km), He+(<1500), H+(>1500km). Một phần
hiđrô của Trái Đất (khoảng vài nghìn tấn/năm) được tách ra đi
vào vũ trụ đồng thời các dòng plasma do môi trường thải ra là

bụi vũ trụ (khoảng 2g/km²) cũng đi vào Trái Đất. Giới hạn trên
của đoạn khí quyển và đoạn chuyển tiếp với vũ trụ rất khó xác
định, ước đoán khoảng 1.000 km. Nhiệt độ trung bình của khí
quyển tại bề mặt Trái Đất là khoảng 14°C.


Các tầng phía trên
- Ngoại quyển (>320 km) : nằm
ngoài không gian chứa các vệ
tinh của Trái Đất
- Nhiệt quyển (80 – 320 km) : lớp
không khí cực kỳ mỏng có sao
băng, nhiệt độ rất cao
- Tầng quyển giữa (50 – 80km) :
lạnh vì có ít không khí


Nhiệt độ các tầng khí quyển


Áp suất khí quyển
• Không khí là hỗn hợp của nhiều loại khí nên nó giống
như bất kỳ loại khí nào khác. Nó có thể nén được nên
nó bị nén lại ở tầng gần mặt đất.
- Ở gần mực nước biển p= 1kg/cm3 = 1013hPa
- Giảm 1hPa/10m cách mực nước biển
- P= 100hPa, <16km
- P= 10hPa, <32km
- 75% không khí nằm ở <16km
- Tại đỉnh Everest(8850m) P= 300hPa

Sự tiến hóa của khí quyển Trái Đất
• Lịch sử của bầu khí quyển Trái Đất trong thời gian một tỷ
năm trước đây vẫn chưa được hiểu rõ lắm. Hiện nay bầu
khí quyển Trái Đất vẫn là một đề tài nghiên cứu của các
nhà khoa học. Bầu khí quyển ngày nay đôi khi vẫn được
gọi là "bầu khí quyển thứ ba" trong sự so sánh về thành
phần hóa học so với hai bầu khí quyển trước đây. Bầu khí
quyển nguyên thủy chủ yếu là heli và hiđrô; nhiệt (từ lớp
vỏ Trái Đất khi đó vẫn nóng chảy và từ Mặt Trời) đã làm
tiêu tan bầu khí quyển này.
• Khoảng 3,5 tỉ năm trước bầu khí quyển chủ yếu là CO2 và
NH3. Đây là “bầu khí quyển thứ hai”
• Khi cây cối xuất hiện nhiều hơn lượng oxi tăng lên một
cách đáng kể, lượng CO2 giảm đi, xuất hiện ozon giúp các
loài sinh vất tránh khỏi các tia tử ngoại. Bầu khí quyển
chứa oxi và nitơ. Đây là “bầu khí quyển thứ ba”


Vai trò của khí quyển
• Sự tồn tại của bầu khí quyển
xung quanh trái đất quyết định
sự sinh tồn của nhân loại, duy
trì... một chế độ nhiệt có tác
dụng giữ cho bề mặt quả đất
tránh được những phát xạ
nguy hại từ vũ trụ bằng cách
hấp thụ những bức xạ tia cực
tím của mặt trời và tạo ra sự

thay đổi nhiệt độ giữa ngày và
đêm. Nó làm giảm bớt nhiệt
chiếu vào Trái Đất và ngăn
nhiệt ở Trái Đất phát ra. Nói
chung nếu không có bầu khí
quyển thì con người và các
sinh vật không thể tồn tại trên
Trái Đất.


Ô nhiễm không khí
Ô nhiễm không khí là sự thay đổi
lớn trong thành phần của không
khí hoặc có sự xuất hiện các khí
lạ làm cho không khí không
sạch, có sự tỏa mùi, làm giảm
tầm nhìn xa, gây biến đổi khí
hậu, gây bệnh cho con người và
sinh vật.


Hiện trạng
• . Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt và có ảnh hưởng
xấu đến con người và các sinh vật. Hàng năm con người khai thác và
sử dụng hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt. Đồng thời cũng thải vào
môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: chất thải
sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng
các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng.
• Con người đã có nhiều hoạt động làm ô nhiễm bầu không khí như: các
hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải (thải vào khí

quyển các loại khí độc như: sun-fua điôxit; nitơ điôxit; cacbon điôxit
và hyđrô cacbon...). Bầu không khí bị nhiễm độc đã làm cho khí hậu
trên trái đất bị biến đổi theo chiều hướng xấu đi, điển hình là lượng
khí cacbon điôxit với trên 8,5 tỷ tấn hàng năm, tích tụ vào bầu khí
quyển, gây ra hiệu ứng "nhà kính" làm nhiệt độ trái đất ngày một nóng
lên. Đồng thời việc sử dụng quá mức một số hóa chất nhân tạo như:
chlorofluocarbon; methyl chloroforem; methyl bromide được dùng
trong lĩnh vực làm lạnh, điều hòa không khí, tạo bọt xốp, dung môi,
dập cháy, son khí và hóa chất dùng trong nông nghiệp với khối lượng
tiêu thụ trên toàn thế giới khoảng 1,58 triệu tấn (theo thống kê của
Liên hợp quốc năm 1988).


Các hoạt động gây ô nhiễm
Tự nhiên
• Cháy rừng: Các đám cháy rừng và đồng cỏ bởi các quá trình tự
nhiên xảy ra do sấm chớp, cọ sát giữa thảm thực vật khô như tre,
cỏ. Các đám cháy này thường lan truyền rộng, phát thải nhiều bụi
và khí.


Các hoạt động gây ô nhiễm
Tự nhiên
• Núi lửa: Núi lửa phun ra
những nham thạch nóng và
nhiều khói bụi giàu sunfua,
mêtan và những loại khí
khác. Không khí chứa bụi lan
toả đi rất xa vì nó được phun
lên rất cao.

Các hoạt động gây ô nhiễm
Tự nhiên
• Bão bụi gây nên do gió
mạnh và bão, mưa bào mòn
đất sa mạc, đất trồng và gió
thổi tung lên thành bụi.
Nước biển bốc hơi và cùng
với sóng biển tung bọt mang
theo bụi muối lan truyền vào
không khí.


Các hoạt động gây ô nhiễm
Tự nhiên
• Các quá trình phân huỷ, thối
rữa xác động, thực vật tự nhiên
cũng phát thải nhiều chất khí,
các phản ứng hoá học giữa
những khí tự nhiên hình thành
các khí sunfua, nitrit, các loại
muối v.v... Các loại bụi, khí
này đều gây ô nhiễm không
khí.


Các hoạt động gây ô nhiễm
Nhân tạo

Công nghiệp: Đây là nguồn gây ô
nhiễm lớn nhất của con người. Các quá
trình gây ô nhiễm là quá trình đốt các
nhiên liệu hóa thạch: than, dầu, khí đốt
tạo ra: CO2, CO, SO2, NOx, các chất
hữu cơ chưa cháy hết: muội than, bụi,
quá trình thất thoát, rò rỉ trên dây
truyền công nghệ, các quá trình vận
chuyển các hóa chất bay hơi, bụi. Đặc
điểm: nguồn công nghiệp có nồng độ
chất độc hại cao,thường tập trung trong
một không gian nhỏ. Tùy thuộc vào
quy trình công nghệ, quy mô sản xuất
và nhiên liệu sử dụng thì lượng chất
độc hại và loại chất độc hại sẽ khác
nhau


Các hoạt động gây ô nhiễm
Nhân tạo
• Giao thông vận tải: Đây là nguồn
gây ô nhiễm lớn đối với không
khí đặc biệt ở khu đô thị và khu
đông dân cư. Các quá trình tạo ra
các khí gây ô nhiễm là quá trình
đốt nhiên liệu động cơ: CO, CO2,
SO2, NOx,Pb, Các bụi đất đá
cuốn theo trong quá trình di
chuyển. Nếu xét trên từng
phương tiện thì nồng độ ô nhiễm

tương đối nhỏ nhưng nếu mật độ
giao thông lớn và quy hoạch địa
hình, đường xá không tốt thì sẽ
gây ô nhiễm nặng cho hai bên
đường.


Các hoạt động gây ô nhiễm
Nhân tạo
• Sinh hoạt: Là nguồn gây ô nhiễm tương đối nhỏ, chủ yếu là
các hoạt động đun nấu sử dụng nhiên liệu nhưng đặc biệt gây
ô nhiễm cục bộ trong một hộ gia đình hoặc vài hộ xung
quanh. Tác nhân gây ô nhiễm chủ yếu: CO, bụi


Các hoạt động gây ô nhiễm
nhân tạo
• Tiếng ồn Tiếng ồn thuộc loại ô nhiễm khí quyển có hại đối với
con người. Tác động gây nóng giận của âm thanh (tiếng ồn) tới
con người phụ thuộc vào cường độ, thành phần phổ và thời
gian tác động của nó. Những tiếng ồn với phổ liên tục ít gây
nóng giận so với những tiếng ồn với khoảng tần hẹp. Tiếng ồn
gây cáu giận mạnh nhất trong dải tần 3 000－5 000 Hz.
• Do hoạt động của con người, do hoạt động sản xuất nông
nghiệp như dùng phân bón hoá học và thuốc trừ sâu…


Quá trình khuếch tán các chất gây
ô nhiễm vào không khí
• Tốc độ và hướng gió

• Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp khí quyển
• Hiện tượng nghịch đảo nhiệt


Tác hại của ô nhiễm không khí
• CO được hình thành chủ yếu do
đốt cháy không hoàn toàn các
nhiên liệu hoá thạch, CO2 được
hình thành do đốt cháy hoàn
toàn nhiên liệu hoá thạch là
nguyên nhân gây nên hiệu ứng
nhà kính và nóng lên toàn cầu
hiện nay


Tác hại của ô nhiễm không khí
• SO2được hình thành chủ yếu do đốt các nhiên liệu hoá thạch đặc
biệt là than đá. Nó là chất khí khá độc nếu hít phải nó sẽ phá
huỷmạnh niêm mạc và gây các bệnh về hô hấp.
• NO2 được hình thành chủ yếu do đốt cháy các nhiên liệu hoá
thạch gây bệnh về đường hô hấp và ảnh hưởng xấu tới sinh vật
• CH4, H2S, NH3 là các chất khí được hình thành trong quá trình
phân giải yếm khí các xác hữu cơ. Khí ở nồng độ cao trong
không khí sẽ gây mùi khó chịuvà làm ch bầu không khí bị ô
nhiễm . Gây bệnh cho người về đường hô hấp


Bụi
• Bụi là yếu tố gây ô nhiễm đáng quan tâm, nhất là các khu vực đô thị,
khu vực công nghiệp, khu vực gần đường giao thông.

• Có hai loại bụi trong không khí: bụi đất và bụi hoá chất
• Bụi có tác hại rất lớn đến con người: là nguyên nhân gây các bệnh về
hô hấp cho con người và các sinh vật.