Sử dụng nguyên lý khoa học để giải thích và phân tích axit hóa biển và đại dương trong xu hướng gia tăng tác động BĐKH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Khoa Môi trường

Tiểu luận
Môn: Nguyên lí khoa học môi trường

SỬ DỤNG NGUYÊN LÝ KHOA HỌC ĐỂ GIẢI THÍCH VÀ PHÂN TÍCH AXIT HÓA
BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG TRONG XU HƯỚNG GIA TĂNG TÁC ĐỘNG BĐKH

Giảng viên: PGS.TS. Lưu Đức Hải
Nhóm 3


MỞ ĐẦU
Nồng độ CO2 trong khí quyển ngày càng tăng do các hoạt động
của con người như khai thác đá vôi, dầu, khí đốt và sản xuất than đá.
Đây là nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu và hiện tượng axit
hóa đại dương. Quá trình axit hóa đại dương còn được gọi là “vấn đề
CO2 khác”.
Đứng trước tình hình như vậy, có thể thấy rằng việc nhận thức và
đánh giá mức độ axit hóa biển và đại dương trong bối cảnh Trái đất
nóng lên là vấn đề cấp bách và cần thiết đối với Việt Nam nói riêng và
thế giới nói chung.
Chính vì vậy nhóm 2 chọn đề tài “Sử dụng nguyên lý khoa học môi
trường để giải thích và phân tích quá trình axit hóa biển và đại dương
trong xu hướng gia tăng tác động biến đổi khí hậu”, nhằm tìm ra
những biện pháp phù hợp để giảm thiểu, khắc phục và bảo vệ môi
trường sống.


Nội dung

Quá trình axit hóa biển và đại dương
Quá trình axit hóa với sự biến đổi khí hậu
Tác động của quá trình axit hóa biển và đại dương
Biện pháp khắc phục


1. Quá trình axit hóa biển và đại dương
Các đại dương và vòng tuần hoàn cacbon

Hệ đệm cacbonat trong đại dương

Các đại dương và CO2 trong khí quyển: Hiện tượng
axit hóa


1.1. Các đại dương và vòng tuần hoàn cacbon
• Cân bằng CO2 giữa khí quyển và thủy
quyển có ý nghĩa rất lớn tới sự thay đổi
nồng độ CO2 trong không khí và đại
dương.
• Các đại dương là bể chứa cacbon quan
trọng, hấp thụ một lượng lớn CO2 mỗi
năm.
• Nguyên lý 2.12: “Quan trắc các xu hướng
biến đổi toàn cầu nồng độ các nguyên tố
hóa học có ý nghĩa quan trọng vì chúng là
nguyên nhân gây ra các thay đổi về điều
kiện sống trên Trái Đất” → sự tăng nồng độ
CO2 trong khí quyển là nguyên nhân chính
gây ra sự biến đổi khí hậu và quá trình axit

hóa biển và đại dương.
Vòng tuần hoàn cacbon


1.2. Hệ đệm cacbonat trong đại dương
• Hệ cacbonat trong nước biển bị chi phối bởi một
chuỗi các phản ứng hóa học:
CO2(atmos) CO2(aq) + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ H+ +
HCO3- ⇌ 2H+ + CO32• Đối với nước biển bề mặt có pH ~ 8.1:
 CO2 hòa tan: chiếm khoảng 1% DIC
 Bicarbonate (HCO3-): chiếm khoảng 90%
 Carbonate (CO32-): chiếm khoảng 9%
• Tỷ lệ tương đối giữa CO2, HCO3- và CO32- phản
ánh giá trị pH của nước biển và duy trì pH trong giới
hạn tương đối hẹp.

Mối tương quan giữa các dạng cacbon vô
cơ hòa tan (Dissolved inorganic carbon,
DIC) trong nước biển


1.2. Hệ đệm cacbonat trong đại dương

• Nguyên lý 4.28: “Các thay đổi cơ bản
giá trị pH của đại dương không phải là
kết quả trực tiếp của sự gia tăng tiêu
thụ nhiên liệu hóa thạch mà là kết quả
của sự thay đổi khả năng nền điều
khiển bởi phản ứng:
Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2

• Tốc độ hình thành và hòa tan CaCO3
khác nhau với trạng thái bão hòa (, được
xác định là tích của nồng độ ion canxi và
ion cacbonat:
= [Ca2+ ][CO32-]/K’sp
• Sự tạo thành thường xảy ra khi > 1.0 và
sự hòa tan xảy ra khi <1.0

Sự phân bố theo chiều dọc nồng độ CO2 phát thải từ
hoạt động của con người và các tầng aragonite, calcite


1.3. Hiện tượng axit hóa biển và đại dương
• Nguyên lý 2.13: “Độ hòa tan của mỗi loại
khí ở nồng độ khí quyển cho trước có thể
mô tả bằng định luật Henry”  tăng nồng
độ CO2 trong khí quyển sẽ làm tăng nồng
độ CO2 trong bề mặt các đại dương.
• Đại dương hấp thụ một lượng lớn CO2
phát thải từ các hoạt động của con người.
• Hiện nay, quá trình hòa tan CO2 làm giảm
pH trung bình của các đại dương khoảng
0,1 đơn vị so với thời kì tiền công nghiệp
 tương ứng với việc tăng nồng độ ion
hydro khoảng 30%.

Sự gia tăng nồng độ CO2 trong các
đại dương

1.3. Hiện tượng axit hóa biển và đại dương

 Quá trình axit hóa là quá trình làm giảm pH các đại dương trong một
khoảng thời gian dài, gây ra chủ yếu bởi sự hấp thụ một lượng lớn CO2 trong
khí quyển làm thay đổi khả năng nền của đại dương.


2. Quá trình axit hóa với sự biến đổi khí hậu

10


2.1. Sự thay đổi pH các đại dương trong quá khứ
• pH nằm trong khoảng 7,9 – 8,25 với giá
trị trung bình là 8,08 (năm 1994) có thể
thay đổi ± 0,3 đơn vị tùy theo địa
phương, khu vực và theo mùa.
• Hai yếu tố chi phối sự phân bố pH:
 Nhiệt độ bề mặt đại dương: Nhiệt độ
thấp hơn → tăng sự hấp thu CO2,
nhiệt độ cao → giải phóng CO2.
 Sự xáo trộn giữa vùng nước biển sâu
giàu CO2 với bề mặt đại dương: Khi
các vùng nước biển sâu giàu CO2 di
chuyển lên bề mặt → các vùng nước
có giá trị pH thấp hơn.

Bản đồ giá trị pH lớp nước bề mặt (phía trên 50m)
của các đại dương trên Trái Đất vào năm 1994

11


2.1. Sự thay đổi pH các đại dương trong quá khứ

• Tốc độ thay đổi CO2 trong khí quyển trong quá khứ chậm hơn nhiều so với ngày nay. Những
biến đổi tự nhiên nhanh nhất xảy ra vào cuối Kỉ băng hà, khi CO2 tăng khoảng 80 ppm trong
khoảng thời gian 6000 năm (IPCC 2001).
• Khi quá trình biến đổi tự nhiên diễn ra chậm, các mô hình tính toán cho rằng, quá trình hòa tan
các trầm tích CaCO3 sẽ có đủ thời gian để làm giảm sự thay đổi pH trong quá khứ ngay cả khi
nồng độ CO2 trong khí quyển cao.
12


2.2. Sự thay đổi pH trong xu hướng biến đổi khí hậu hiện nay và tương lai
• Nồng độ CO2 trong khí quyển tăng gần 40% từ khoảng 280
ppmv (thời kì tiền công nghiệp) lên đến 384 ppmv (2007)
 pH hiện nay trên bề mặt các đại dương thấp hơn 0,1 so
với thời tiền công nghiệp tương ứng với việc tăng khoảng
30% nồng độ ion hydro trong các đại dương.
• Khoảng 30% CO2 do con người được tìm thấy ở độ sâu
nhỏ hơn 200 m, 50% ở độ sâu dưới 400 m.
Hầu hết lượng CO2 đi vào đại dương do các hoạt động của
con người vẫn nằm trong vùng nước tương đối nông.

Dự báo sự thay đổi giá trị pH của các đại dương
do quá trình phát thải CO2 từ các hoạt động của
con người

Ước tính sự thay đổi giá trị pH trong tương lai
 

Thời
Hiện nay
tiền CN

2 x Thời
tiền CN

3 x Thời
tiền CN

4 x Thời
tiền CN

5 x Thời
tiền CN

6 x Thời
tiền CN

Nồng độ CO2 khí
quyển (ppm)

280

380

560

849

1120

1400

1689

H2CO3 (mol/g)

9

13

19

28

38

47

56

HCO3-(mol/g)

1768

1867

1976

2070

2123

2160

2183

CO32-(mol/g)

225

185

141

103

81

67

57

Tổng cacbon vô cơ
hòa tan (mol/g)

2003

2065

2136

2201

2242

2272

2296

pH

8.81

8.07

7.92

7.77

7.65

7.56

7.49

Calcite bão hòa

5.3

4.4

3.3

2.4

1.9

1.6

1.3

Aragonite bão hòa

3..4

2.8

2.1

1.6

1.2

1.0

0.9


• Nếu lượng CO2 tiếp tục tăng theo xu hướng hiện
nay, giả sử nhiệt độ bề mặt đại dương 25oC, độ
mặn không đổi, pH ban đầu là 8,2 (thời tiền công
nghiệp), không có sự hòa trộn với các vùng nước
sâu hơn trong các đại dương  dự đoán pH năm
2100 sẽ thấp hơn 7,9 (Zeebe và Wolf-Gladrow,
2001).

2.2. Sự thay đổi pH trong xu hướng
biến đổi khí hậu hiện nay và tương lai

• CO2 trong khí quyển có thể vượt quá 1 900 ppm
vào năm 2300  pH bị giảm 0,77 đv
• Cần phải mất hàng chục ngàn năm để các đại
dương trở về điều kiện tương tự như thời kỳ tiền
công nghiệp.
 Những thay đổi về giá trị pH nằm ngoài phạm vi
biến đổi tự nhiên gây ảnh hưởng lớn đến quá trình
sinh học diễn ra trên bề mặt các đại dương.

Sự biến đổi pH, trạng thái bão hòa calcite và
aragonite trên bề mặt đại dương theo lượng CO2 có
thể phát thải trong tương lai

15

3. Tác động của quá trình axit hóa biển và đại dương


3.1. Tác động đến đời sống biển và hệ sinh thái

Nguyên lý 4.21 :‘‘Nồng độ pH thấp có nghĩa là H2CO3 bị biến đổi thành CO2 tự do có hại đối với cá và động vật vì
sự hô hấp khống chế bằng sự khác nhau về nồng độ CO2 trong máu và trong môi trường’’  quá trình axit hóa đại
dương sẽ có ảnh hưởng lớn tới sự sinh sản, tốc độ sinh trưởng và tồn tại của sinh vật biển, HST biển

pH
3,0 – 3,5

Tác động
Không có một con cá nào có thể sống hơn vài giờ

3,5 – 4,0

Làm chết cá hồi, một vài loại cá khác có thể sống trong nồng độ này sau một
chu kì sống ở pH cao hơn

4,0 – 4,5

Rất có hại đối với cá hồi và hàng loạt cá khác, mặc dù khả năng chịu đựng
pH này gia tăng theo kích thước và tuổi trưởng thành

4,5 – 5,0

Thường có hại đối với trứng và cá hồi nhỏ. Cũng có hại đối với cá hồi và cá
chép to khi nồng độ Ca, Na và Cl- thấp

5,0 – 6,0

Không có hại trừ khi nồng độ CO2 tự do > 100 mg/L

6,0 – 6,5

Không có hại trừ khi nồng độ CO2 tự do > 20 mg/L


3.1. Tác động đến đời sống biển
và hệ sinh thái

Ảnh hưởng đến sò và rạn san hô theo mức độ axit hóa biển và đại dương


3.2. Axit hóa đại dương gia tăng mối đe dọa lớn cho
ngành thủy sản
• Theo tổ chức Hợp tác Thủy sản bền vững
(SFP) và Viện Quản lý phát triển bền vững,
Trường Judge Business của Đại học
Cambridge và Tổ chức Khí hậu châu Âu
(European Climate Foundation): Tổng thiệt
hại sản lượng thủy sản toàn cầu đến năm
2050 dao động từ 17 đến 41 tỷ USD.
• Hàng trăm triệu người sẽ phải đối mặt với
việc “ nguồn protein biển’’ giảm đáng kể do
biến đổi khí hậu và quá trình axit hóa.


3.3. Axit hóa đại dương gia tăng tác động đến kinh tế xã hội

3.3. Axit hóa đại dương gia tăng tác động đến kinh tế xã hội
Hệ sinh thái biển

Dịch vụ sinh thái

Tác động kinh tế xã hội
• Dân số

Hoạt động kinh
tế - xã hội

• Lợi nhuận

Phát thải CO2
• Chuối thức ăn

• Đánh bắt

• Phúc lợi

• Nguồn dự trữ

• Nuôi trồng thủy hải sản

• Phân phối

Axit hóa đại
dương

• Dễ tổn thương
• Du lịch
Rạn san hô

• Phòng hộ ven biển

• An ninh lương
thực

• Đa dạng sinh học

• Sự thích nghi


4. Biện pháp giảm thiểu và khắc phục
Nguyên lý 2.28: ‘‘Giải quyết vấn đề ô nhiễm bao gồm: phát hiện ra nguồn ô nhiễm và đề ra các biện
pháp tối ưu xử lý ô nhiễm bằng cách lập các cân bằng vật chất cho các thành phần và nguyên tố là tác
nhân gây ra ô nhiễm’’ giảm thiểu sự phát thải khí CO2 vào khí quyển:

 Giảm thiểu cácbon trong cuộc sống
 Sử dụng năng lượng hiệu quả, hạn chế
sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch
 Chuyển sang sử dụng năng lượng phát
thải ít cácbon
 Đầu tư vào các giải pháp thay thế sạch
hơn, tìm kiếm nguồn năng lượng thay
thế mới

Một số biện pháp khác
• Đánh giá khả năng tổn thương của các hoạt động khai thác và nuôi trồng thủy sản;
• Tăng cường quản lý vùng ven biển để giảm ô nhiễm bắt nguồn từ đất liền, khai thác
quá mức và tổn hại về nguồn lợi;
• Tạo ra các môi trường sống mới như rạn san hô nhân tạo để hoạt động như vườn
ươm cá ở những nơi xảy ra sự phá hủy rạn san hô.
• Xem xét sự phát triển của bất kỳ chính sách nào có liên quan đến công tác bảo tồn,
sử sụng bền vững và khai thác hệ sinh thái biển.
• Tăng cường hợp tác nghiên cứu quốc tế với những vấn đề tác động của tăng cường
không khí CO2 về hóa học đại dương và các tác động đến các sinh vật nhạy cảm
hay các hệ sinh thái.


KẾT LUẬN
Biến đổi khí hậu (BĐKH) là vấn đề đang được toàn
nhân loại quan tâm. BĐKH đã và đang tác động trực tiếp
đến đời sống kinh tế-xã hội và môi trường toàn cầu.
Nồng độ CO2 tăng dẫn đến quá trình axit hóa biển và
đại dương, đe dọa nghiêm trọng môi trường của các sinh
vật biển và đời sống kinh tế xã hội.
Vì vậy, cần phải có những hành động nhằm thúc đẩy
chương trình đánh giá nguy cơ axít hóa để giúp các nước
phát triển đề ra các chính sách phù hợp để giảm thiểu tác
động quá trình axít hóa.


Tài liệu tham khảo
1. Lưu Đức Hải, Nguyễn Ngọc Sinh – Quản lý môi trường cho sự phát triển bền vững, NXS.
ĐHQGHN 2000
2. Nguyễn Đức Ngữ - Biến đổi khí hậu, 2008

3. ADB, 2009, The Economics of Climate Change in Southeast Asia: A Regional Review.
4. ADB, 2009, Asian Development Outlook. Rebalancing Asia’s Growth.
5. Luke M.Brander, The Economic Impact of Ocean Acidification on Coral Reefs
6. Nathalie Hilmi, mediterrancean Countrie’s Potential Vunerabiility to Ocean Acidification,
9.1.2011
7. Scott C. Doney, Victoria J. Fabry, Richard A. Feely and Joan A. Kleypas, Ocean Acidification:
The Other CO2 Problem, 2008.
8. O. Hoegh-Guldberg et al, Coral Reefs Under Rapid Climate Change and Ocean Acidification,
American Association for the Advancement of Science, p.1737-1742, 2007.
9. Richard A. Feely, Scott C. Doney and Sarah R. Cooley, Ocean acidification : Present
conditions and Future changes in a High-CO2 World, Oceanography, 2009.
10. The Royal Society, Ocean acidification due to increasing atmospheric carbon dioxide, 2005.