Đề tài Những nguyên nhân và tác hại của mưa axit. Vai trò của sản xuất nông nghiệp trong việc hình thành và ngăn chặn mưa axit

Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC "Những nguyên nhân và tác hại của mưa axit. Vai trò của sản xuất nông nghiệp trong việc hình thành và ngăn chặn mưa axit" PHẦN I. MỞ ĐẦU Mưa rất quan trọng cho cuộc sống, tất cả mọi sinh vật đều cần có nước để sống, kể cả con người. Mưa đem đến cho chúng ta nước mà chúng ta cần. Thế nhưng, ở nhiều nơi trên thế giới, thậm chí ngay nơi chúng ta sống, mưa đang trở thành một mối nguy hại. Bởi vì khí quyển bị ô nhiễm, các khí thải từ các nhà máy, xe ôtô và các hoạt động của con người đã làm cho mưa đang trở nên nguy hiểm cho sự sống của mọi sinh vật sống. Loại mưa đó được gọi là “Mưa axit”. (Nguồn: Nhưng, chúng ta hiểu như thế nào là mưa axit?, nguyên nhân và tác hại của chúng được thể hiện qua đâu?.... Từ những câu hỏi trên và thực tiễn cuộc sống, chúng tôi tiến hành nghiên cứu: "Những nguyên nhân và tác hại của mưa axit. Vai trò của sản xuất nông nghiệp trong việc hình thành và ngăn chặn mưa axit" PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Trước hết mưa axit là gì? 2.1. Mưa axit Thuật ngữ “mưa axit” được sử dụng chủ yếu để chỉ các dạng lắng ướt có độ axit nhỏ hơn 5,6 như: tuyết, khói, sương hay các hạt bụi lơ lửng. Thuật ngữ chính xác hơn là “giáng thủy axit”. Nước cất không chứa CO2 có độ pH trung tính (pH=7). Chất lỏng với độ pH nhỏ hơn 7 được xem là có tính axit và lớn hơn 7 được xem là có tính bazơ. Bình tường nước mưa có pH khoảng 5,6 do trong khí quyển có CO2, và CO2 đó cùng với nước trong không khí phản ứng tạo môi trương axit nhẹ: H2O (lỏng) + CO2 (khí) → H2CO3 (dung dịch) Axit cacbonic sau đó phân ly thành ion trong nước tạo ra một nồng độ thấp ion H+: 2H2O (lỏng) + H2CO3 (dung dịch) ⇌ CO32- (dung dịch) + 2H3O+(dung dịch) Trong phân định thực tế, các cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (ERA) đã coi nước mưa có độ pH nằm trong khoảng từ 5 - 6,5 là mưa trung tính. Nếu mưa có pH ≤ 5 là mưa axit. Các nước thuộc Ủy ban kinh tế châu Âu (ECE) lại coi nước mưa có pH ≤ 5,5 là mưa axit. Đối với các như Ấn Độ, Indonesia, Hàn Quốc, Thái Lan lại lấy pH là 5,6 để làm căn cứ xác định; nước mưa có pH < 5,6 là mưa axit. Người ta gọi tính chất mưa như sau: Tiêu chuẩn phân loại mưa theo pH nước mưa pH nước mưa Tính chất mưa < 4 Mưa axit nặng 4 - 4,9 Mưa axit 5,0 - 5,5 Mưa axit nhẹ 5,6 Trung tính 5,7 - 6,0 Mưa kiềm nhẹ 6,1 - 7,0 Mưa kiềm > 7,0 Mưa kiềm cao Tính axit bổ sung trong nước mưa đến từ phản ứng giữa các chất ô nhiễm sơ cấp, chủ yếu là SO2 và NOx và nước trong khí quyển để tạo thành các axit mạnh (như axit sulphuric và axit nitric). Các nguồn chủ yếu của các loại chất ô nhiễm này là các loại xe cộ và hoạt động công nghiệp, đặc biệt là các nhà máy điện. Trong hoặc gần các vùng sử dụng các nguyên liệu hóa thạch làm nhiên liệu, pH nước mưa có thể xuống dưới 4. Nếu lại gặp sương mù dày đặc pH nước mưa còn xuống thấp nữa. Phân tích nước mưa ở một trận mưa axit có pH nước mưa là 4,2 người ta thu được kết quả: Nồng độ cation và anion trong nước mưa có pH 4,2 Cation Nồng độ (ppm Mol) Anion Nồng độ (ppm Mol) H+ 56 SO4= 51 NH4+ 10 NO3- 20 Ca++ 7 Cl- 12 K+ 5 Mg++ 3 Na+ 2 Tổng cộng 83 83 Nguồn: Anil Kumar De. Environmental chemirstry - Trang 116 Wiley eastern limited publication 1986 Do vậy UBKT Châu Âu định nghĩa mưa axit là mưa có chứa các axit H2SO4 và HNO3 có pH ≤ 5,5. 2.2. Nguyên nhân, nguồn gốc và cơ chế gây ra mưa axit Hai nguyên tố, lưu huỳnh và nitơ phải chịu trách nhiệm chính cho những tác động có hại của mưa axit. Lưu huỳnh là một nguyên tố vết có trong than và dầu. Khi những loại nhiên liệu này được đốt cháy trong các nhà máy điện và trong các nồi hơi công nghiệp, lưu huỳnh kết hợp với oxy phân tử tạo thành khí SO2. Có nhiều quá trình công nghiệp như: sản xuất sắt - thép, sản xuất điện và sản xuất dầu thô tạo ra loại khí này. Trong sản xuất sắt, thép, quá trình nấu chảy quặng sulphát kim loại tạo kim loại nguyên chất sinh ra khí SO2. Các kim loại khác như kẽm, niken và đồng cũng được tạo ra bởi quá trình này. Ngoài ra, SO2 cũng được tạo ra từ các quá trình tự nhiên: khoảng 10% từ núi lửa, bụi nước biển, sinh vật phù du và thối rữa thực vật. Có khoảng 69,4% lượng SO2 được sinh ra từ các quá trình đốt công nghiệp. Chỉ khoảng 3,7% được tạo ra từ quá trình giao thông vận tải. Vì SO2 không phản ứng với hầu hết các hóa chất có trong khí quyển, nên nó có thể đi một khoảng rất xa trong khí quyển. Tuy nhiên, khi SO2 kết hợp với ôzôn hay hydro peroxide, tạo thành SO3. SO3 có thể hòa tan trong nước, tạo ra một dung dịch axit sunfuric loãng. Nitơ có mặt trong khí quyển với một tỉ lệ lớn nhất (78%). Khi được đốt nóng tới nhiệt độ của nồi hơi và động cơ đốt trong, nitơ có thể kết hợp với oxy phân tử có trong khí quyển để tạo ra NO và NO2 (gọi chung là NOx). NOx có thể hòa tan trong nước, tạo ra một dịch loãng axit nitric và axit nitrơ. Có khoảng 5% NOx được tạo ra từ các quá trình tự nhiên như: phân hủy của vi khuẩn đất, cháy rừng, núi lửa và sét. Giao thông vận tải tạo ra 43% NOx và 32% do quá trình đốt cháy công nghiệp.["Acid Rain."  The New World Book Encyclopedia, 1993.] Cục Bảo vệ môi trường Mỹ đã chia các nguồn phát thải nhân tạo thành 3 nhóm: nguồn điểm, nguồn vùng và nguồn đường. Nguồn điểm gồm có: các nhà máy, các nhà máy điện, và bất kỳ những khu sản xuất nào có ống khói. Nguồn vùng tương ứng với một khu công nghiệp (tập hợp nhiều cơ sở sản xuất khác nhau). Nguồn đường gồm bất kỳ những gì có thể chuyển động và được chia ra thành: nguồn trên đường (ôtô, xe tải, xe buýt, xe hai bánh...) và nguồn không trên đường (máy kéo, thuyền, máy bay, máy xén cỏ...). Nguồn điểm phát thải SO2 với lượng lớn nhất. Trong đó, các nhà máy điện chạy than tạo ra nhiều ô nhiễm nhất. Trong các khí oxit tạo nên mưa axit gây ô nhiễm thì các hợp chất lưu huỳnh chiếm tới trên 80%, còn lại là các oxit nitơ 12% và axit HCl 5%. Độ axit của nước mưa không chỉ phụ thuộc vào mức độ phát thải, mà còn phụ thuộc vào hỗn hợp chất hóa học mà SO2 và NOx phản ứng trong khí quyển. SO2 và NOx trải qua nhiều bước phản ứng phức tạp trước khi chúng trở thành axit trong nước mưa. Những bước phản ứng được chia thành hai pha: pha khí và pha lỏng.Muốn tìm hiểu cơ chế của mưa axit thì ta phải hiểu được những cơ chế cụ thể của các khí tạo thành mưa axit trong khí quyển . 2.2.1. Về H2SO4 Các sol khí có chứa SO4= đi từ các quá trình oxy hóa các hợp chất SO2 đến từ việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, H2S bốc lên từ núi lửa hoặc từ các quá trình phân hủy yếm khí sinh học, cacbon disulfua từ quá trình phân hủy sinh học, dimethyl sulfua (CH3SCH3) và dimethyl disulfua (CH3SSCH3) sinh ra từ hoạt động vi khuẩn và tảo lam, tảo lục nước ngọt Các quá trình tự nhiên cung cấp đến 67% SO2 trên thế giới, còn hoạt động của con người chỉ đóng góp 33% SO2 vào việc làm ô nhiễm trái đất. H2S do phân hủy chất hữu cơ và do chất thải công nghiệp đưa vào khí quyển rất dễ bị oxy hóa trong khí quyển giầu oxy thành SO2, SO2 trong khí quyển đến 80% là do oxy hóa SH2. Quá trình oxy hóa được thực hiện nhờ oxy hay ozôn. Song quan trọng nhất là ozôn theo phản ứng sau: H2S + O3 --------------> SO2 + H2O Lượng lưu huỳnh đưa vào khí quyển từ các nguồn khác nhau Dạng Nguồn Lượng (106 tấn) Tính ra lưu huỳnh (106 tấn) SO2 và SO3 SO4 H2S Nhiệt điện 60 30 Công nghiệp khác 24,5 12,2 Núi lửa 1,35 0,68 Biển 118 39 Phân hủy sinh học (biển) 185 175 Phân hủy sinh học (cạn) 102 95 Các ngành công nghiệp 2,7 2,5 Trong khí quyển, SO2 được oxy hóa từng phần thành SO3 nhờ các phản ứng quang hóa có liên quan đến ozon, cacbua hydro và NOx trong mù quang hóa: SO2 + O3 ---------> SO3 + O2 + H2O ---------> H2SO4 -----------> (H2SO4 Sol khí) Quá trình oxit hóa tiếp súc có thể sảy ra, trên bụi bồ hóng, nhờ sự có mặt của các oxit kim loại: bụi bồ hóng SO2 + 1/2O2 ------------------> SO3 --------------> H2SO4 ---------> (H2SO4 sol khí) chứa các oxit + H2O kim loại *) Cơ chế hoạt động của khí SO2 trong khí quyển: Trong khí quyển SO2 có thể tham gia một số phản ứng sau: SO2 tham gia phản ứng quang hóa khi hấp thụ tia bức xạ mặt trời trong khoảng bước sóng ở = 300 - 400nm, ở áp suất thấp và sinh ra SO2 kích hoạt: SO2 SO2o Trong điều kiện bình thường, với nồng độ 5-30ppm khi độ ẩm không khí là 32-90% và có mặt các NOx , CmHn cùng các thành phần quang hóa khác thì SO2 tham gia phản ứng tạo thành H2SO4: SO2 + 0.5O2 + H2O H2SO4 SO2 tham gia phản ứng hoá học với một số gốc sinh ra từ quá trình quang hoá. SO2 + HO2o OH + SO3 SO2 + RO2 RO + SO3 (R: gốc Alkyl) SO2 + oOH + M HOSO2o + M.. .. HOSO2o + O2 HOSO2O2o HOSO2O2o + NO HOSO2Oo + NO2 SO2 tham gia phản ứng hoá học trong những giọt nước chứa muối kim loại hoặc với NH3 tạo nên Sunfat: 2NH3 + SO2 + H2O 2NH4+ + SO32- SO32- + H2O H2SO4 2NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 SO3 + MeO MeSO4 Trong đó Me là các ion kim loại như: Mn2+ , Fe2+, Ni2+.. .. SO2 tham gia vào các phân tử rắn, trong khí quyển SO2 có thể bị hấp phụ vào những hạt rắn như mồ hóng, bụi than và một số chất rắn khác, những chất rắn đóng vai trò xúc tác cho phản ứng SO2 với nước trong đó: SO2 + 0.5O2 SO3 SO3 + H2O H2SO4 H2SO4 + Me+2 MeSO4 + H2 SO2 là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính trong khí quyển và gây ảnh hưởng tới sức khoẻ con người (đường hô hấp), độ bền vật liệu, gây mưa axít. Dầu và than đá nói chung chứa một lượng lưu huỳnh(0.5-0.6%) dưới dạng các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ khi những vật liệu này đốt cháy sẽ chuyển thành SO2 và một lượng nhỏ SO3. ví dụ: 2MeS2 +5.5O2 4SO2 + Me2O3 +Q SO2 + 0.5O2 SO3 SO2 trong khí quyển ở những điều kiện thích hợp có thể biến đổi một phần thành SO3 nhờ các phản ứng sau: SO2 + OH- HOSO2- HOSO2- + O2 SO3 + HO-2 Và SO2 có thể phản ứng với H2O trong khí quyển để thành hơi axít H2SO4: SO2 + H2O H2SO3 H2SO3 H+ + HSO3- 2H+ + SO32- SO32- + H2O H2SO4 Hơi axít gặp lạnh sẽ ngưng tạo thành mù axít, chúng tồn tại lơ lửng trong không khí hoặc hấp thụ thêm hơi nước tạo thành những giọt axít loãng H2O-H2SO4 và đó là nguyên nhân gây nên những cơn mưa axít ở một số vùng công nghiệp 2.2.2. Về HNO3 Trong bầu khí quyển có đến 78% là nitơ và 21% là oxy. Do hiện tượng phóng điện trong khí quyển, môi trương không khí nóng lên khoảng 12100 - 17650C khiến tạo thành NO: 12100 - 17650C N2 + O2 ----------------------------------------------------> 2 NO Ở tâng bình lưu ozon, nitơ và NO bị phản ứng quang hóa kích thích phân hủy thành oxy nguyên tử, O2 và N theo các phản ứng: 380nm O3 + h√ ------------------> Oh√ + O2 N2 + h√ -------------------> N + N Từ đó mà hình thành HNO3 qua các phản ứng quang hóa sau đây: NO + O3 + h√ ----------------> NO2 + O2 NO2 + O3 ----------------> NO3 + O2 NO2 + NO3 ----------------> N2O5 N2O5 + H2O ----------------> 2HNO3 Trong môi trường có mù quang hóa có thể có phản ứng trực tiếp: 3NO2 + H2O ----------------> 2HNO3 + NO Trong tầng bình lưu NO, NO2 cũng có phản ứng với gốc OH- để tạo thành NO + OH- ----------------> HNO2NO2 + OH- ----------------> HNO3 *) Cơ chế hoạt động của NOx trong khí quyển là: Giống như SO2,  NOx bay vào khí quyển và được oxy hóa trong những đám mây để hình thành axit nitrit và axit nitrơ. Những phản ứng này được xúc tác trong những đám mây bị ô nhiễm nặng nơi mà những nguyên tố ở dạng vết như sắt, mangan, NH3 và H2O2 có mặt. NOx đi vào khí quyển chủ yếu là do khí thải các loại xe gắn máy. Mặc dù phân tử nitơ là thành phần chính trong khí quyển nhưng nó không hoạt động mạnh như ôxy bởi lẽ năng lượng tạo nên liên kết phân tử nitơ tương đối lớn(E=942KJ/mol). Các quá trình phân ly quang học của nitơ đòi hỏi các phôtôn có bước sóng ở < 169nm và do đó tất cả đều chỉ có thể xảy ra ở tầng bình lưu. Dưới tác dụng của các tia sóng ngắn (ở <100nm ) có thể xay ra các phản ứng quang hoá phức tạp với sự tạo thành nguyên tử nitơ hoạt hoá như sau: N2 hv N2+ + e- N2+ + O2 NO+ + NO NO+ + e- N + O Trong khí quyển NO xuất hiện do quá trình ôxy hoá N2 và O2 dưới tác dụng của việc phóng điện trong khí quyển ( tác động của nguyên tử ôxy lên phân tử nitơ) hoặc nhờ năng lượng nhiệt (quá trình đốt): N2 + O2 phóngQ , t cao điện 2NO ở tầng bình lưu: NO được sinh ra do N2O hấp thụ các tia tử ngoại sóng ngắn hoặc bị phân ly bởi nguyên tử ôxy hoạt hoá: N2O hv NO + N N2O + O 2NO ( Hoặc có thể là: N2O + O N2 + O2 ) NO sinh ra sẽ tham gia vào vòng phân huỷ ôzôn. Việc ôxy hoá NO thành NO2 nhờ ôxy phân tử xảy ra tương đối chậm : 2NO + O2 2NO2 nhưng với các chất có tính ôxy hoá mạnh như O3, HO2-, hoặc gốc RO2-.. .. thì NO dễ dàng chuyển thành NO2: NO + O3 NO2 + O2 NO + HO2- NO2 + OH NO cũng có thể tham gia phản ứng liên kết với gốc OH: NO + OH HNO2 Sau đó HNO2 sẽ tiếp tục phản ứng, tan trong nước mưa rơi xuống tầng đối lưu, gây tổn thất NO trong khí quyển. NO2 rất bền với phản ứng quang hoá, chỉ ở bước sóng ở ≤ 395nm nó mới có thể bị phân ly thành NO và O2 theo các phản ưng sau: NO2 + hớ v<398nm NO + O* NO2 + hớ v>430nm NO2* hoạt hoá Nói chung trong khí quyển, NOx có thể coi là một trong các tác nhân gây nên quá trình phân huỷ ôzôn và có thể là tác nhân gây nên hàng loạt các phản ứng vô cơ, hữu cơ, tạo khói quang hoá trong khí quyển: O + O2 + M O3 + M NO + O3 NO2 + O2 NO2 + O3 NO3* + O2 NO2 + O NO + O2 NO2 + O + M NO3* + M NO2 + NO3* N2O5 NO + NO3 2NO2 O + NO + M NO2 + M Cuối cùng các phản ứng sẽ kết thúc khi NO2 phản ứng với gốc OH cho HNO3 hoặc với một số các chất hoạt tính để tạo thành HNO3, HO2.NO2 và peroxyacetylnitrate (PAN), là nhữnh chất gây ăn mòn mạnh, một phần tan trong nước và theo mưa rơi xuống tầng bình lưu: NO2 + OH HNO3 NO2 + HO2 HO2.NO2 NO2 + R-C( O )O2 R-C( O )-O-O-NO2 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO Điều đó chứng tỏ rằng cùng với khói quang hoá, HNO3 là nguyên nhân làm giảm tạm thời NO2 trong tầng bình lưu. Khi mưa rơi xuống Trái đất sẽ tạo nitrate, quá trình khử nitrate bằng sinh học sẽ sinh ra NO2 và lại đi vào khí quyển. Có thể tóm tắt toàn bộ quá trình hình thành mưa axit từ nitơ, oxy trong khí quyển, N2O từ hoạt động vi sinh vật trong đất đi vào khí quyển như sau: h√ N2O ------------> N2 + [O] [O] N2O ------------> 2NO O3 O2 O2 HNO2 ------------> + + OH- NO2 NO OH- ---------------------> HNO3 Máy bay siêu âm ---------> NO Tầng bình lưu ------------------------------------------------------------------------ Tầng đối lưu Mưa---------- axit Mặt đất N2O từ hoạt động khử Nitrat trong đất 2.2.3. Về HCl và HF Khi mưa có kéo theo HCl và HF bốc ra từ núi lửa hoặc trong khí thải các nhà máy sản xuất PVC, nhà máy đốt phế thải PVC và của các nhà máy phân lân 2.3. Ảnh hưởng của mưa axit 2.3.1. Những tác hại do mưa axit gây ra 2.3.1.1. Hệ sinh thái trên cạn a. Ảnh hưởng tới thảm thực vật Mưa axit không giết chết cây cối ngay lập tức hay một cách trực tiếp. Thay vào đó, chúng làm cho cây yếu đi bằng cách phá hủy lá cây, do đó làm hạn chế lượng chất dinh dưỡng cho cây sử dụng. Hay cách khác, mưa axit thấm vào đất, gây độc cho cây với những chất độc thông qua bộ rễ cây. Khi mưa axit rơi xuống, nước mưa axit hòa tan chất dinh dưỡng và những khoáng chất hữu ích có trong đất. Những chất dinh dưỡng và khoáng chất này sau đó sẽ bị rửa trôi khỏi đất trước khi cây cối có thể sử dụng chúng. Ngoài việc rửa trôi chất dinh dưỡng, nước mưa axit còn giúp giải phóng những chất độc hại cho cây như ion nhôm đi vào hệ sinh thái đất. Điều này xảy ra do những kim loại này ở điều kiện bình thường chúng bị giữ chặt trong các hạt đất, nhưng do sự có mặt với nồng độ cao của ion hydro đã làm cho đá và các hạt đất bao bọc chúng bị vỡ ra. Một cánh rừng thông của Czech bị hủy hoại bởi mưa axit. (ảnh chụp tháng 7/2006, theo PD) Khi mưa axit xảy ra thường xuyên, lá cây có khuynh hướng mất đi lớp màng bảo vệ bên ngoài. Khi lá cây mất lớp màng bảo vệ, bản thân cây đã mở cửa cho bất kỳ loại bệnh xâm nhập. Do lá cây bị phá huỷ, cây không sản xuất đủ năng lượng cho nó duy trì quá trình tồn tại và sinh trưởng bình thường. Khi cây đã bị yếu, nó có thể trở nên dễ bị tổn thương bởi các loại bệnh, côn trùng và thời tiết lạnh và có thể bị chết. Theo các đánh giá, thì mưa axit: - Phá hoại cây cối: Chính do mưa axit Thụy Điển mỗi năm tổn thất mất đến 4,5 triệu mét khối gỗ. Năm 1984, Thụy Sĩ bị thiệt hại khoảng 12 triệu cây (14% diện tích rừng cả nước), trong khi đó diện tích rừng bị mưa axit phá hủy ở Hà Lan là 40%. Sản lượng gỗ ở các khu vực rừng phía đông bắc nước Mỹ bình quân mỗi năm mất 5% cũng là do tác động của mưa axit. Một nghiên cứu năm 1990 đã đánh giá thiệt hại do mưa axit đối với rừng châu Âu là khoảng 30 tỷ USD/năm. - Phá hoại mùa màng, làm giảm năng suất. Mưa axit làm cho các mầm non cây cối bị mềm rũ như hơ lửa, nặng thì có thể bị chết khô. Nhẹ thì giảm năng suất, nặng thì có thể mất trắng. Nhất là khi mưa sảy ra vào những giai đoạn có tín chất quyết định năng suất của cây như vào lúc phơi mầu lúa; trỗ cơ, phun râu ngô... b. Ảnh hưởng tới đất Đất bị axit hóa chậm như là kết quả của quá trình tự nhiên. Ba điểm quan trọng cần chú ý khi đất bị axit hóa với cường độ cao đó là: Làm cho đất mặn hóa Mưa axit hòa tan các khoáng ít tan trong đất, đẩy nhanh quá trình phong hóa khoáng, tăng nhanh tổng số muối tan trong đất làm cho đất mặn hóa Làm mất dinh dưỡng đất Mưa axit rửa trôi các cation kiềm, kiềm thổ trong đất làm cho đất trở nên chua dần, không thích hợp cho hoạt động của các vi sinh vật hữu ích. Các cation kiềm bị rửa trôi làm cho độ bão hòa bazơ của đất ngày một giảm xuống, đất mất dần độ phì nhiêu. Nếu độ bão hòa bazơ xuống quá thấp, khoáng sét sẽ bị phá hủy. Cation kiềm tiếp tục bị rửa trôi, môi trường quá chua khoáng sét biến thành hydrargilit và SiO2 thứ sinh. Đất thật sự mất khả năng sản Giải phóng các kim loại độc hại Đất có hàm lượng kim loại nặng tổng số cao, do bản thân đất hay do đất bị ô nhiễm nhưng vì gặp điều kiện môi trường kiềm các kim loại nặng trở nên không linh động, nên không phát tác được và chưa gây tác động tiêu cực đến cây cối cũng như con người và động vật. Gặp mưa axit, đất chua đi, các kim loại nặng trở nên linh động hơn, tác động xấu đến môi trường. Độ pH cần cho việc hình thành các hydroxit kim loại Thứ tự pH Hydroxit được tạo thành 1 2,48 - 4,5 Fe(OH)3 2 4,1 Al(OH)3 3 5,2 Zn(OH)3 4 5,3 Cr(OH)3 5 5,4 Cu(OH)3 6 5,5 Fe(OH)2 ? 7 6,0 Pb(OH)2 8 6,7 Cd(OH)2 9 6,8 Co(OH)2 10 7,0 Ni(OH)2 11 7 - 8 Hg(OH)2 12 8,5 - 8,8 Mn(OH)2 13 9 Ag(OH)2 Nguồn: Perelman (1974) Như vậy là ở pH 7,0 hầu hết các kim loại nặng bị kết tủa dưới dạng hydroxit. Ion photphát bị giữ chặt hơn trong đất Nồng độ ion nhôm hòa tan tăng lên cũng có những ảnh hưởng gián tiếp tới thực vật. Ion nhôm được giải phóng có thể bao bọc lấy những ion phôtpho dinh dưỡng cần thiết (dạng nhôm phốt phát) và làm giảm khả năng hấp thụ photphat của thực vật. Hàm lượng photphat giảm xuống còn do quá trình phân huỷ trong đất chậm lại trong điều kiện môi trường axit. Cùng với photphát, các chất dinh dưỡng vi lượng quan trọng khác như: molipđen, Bo, Se cũng giảm khả năng đi tới thực vật do đất bị axit hóa. Sự giải phóng các kim loại ra khỏi khoáng đất tại các độ pH khác nhau Nitơ gây ra hiện tượng axit hóa trong đất Bởi vì nitơ ở dạng mà cây cối có thể trực tiếp sử dụng là một nguồn hiếm trong tất cả các hệ sinh thái, cho nên thực vật sẽ ngay lập tức hấp thụ hầu hết nitơ được lắng đọng vào đất. Nếu nitơ được lắng đọng dưới dạng axit nitric (HNO3), thực vật sẽ hấp thụ ion nitrat (NO3-) và giải phóng ion âm khác (quá trình trao đổi chất), thường là OH-, HCO3-, những ion này sẽ kết hợp với các ion H+ phân ly từ axit. Khi quá trình này xảy ra, axit nitric không tham gia vào quá trình axit hóa đất. Nếu ion nitrat không được sử dụng hết bởi thực vật thì chúng sẽ bị lọc ra và không xảy ra quá trình trung hòa. Trong trường hợp này sự lắng đọng là quá trình axit hóa. Điều này cũng có thể xảy ra khi hoạt tính của hệ sinh thái thấp, ví dụ, vào mùa đông hay khi lượng lớn axit được lắng đọng trong một thời gian ngắn,ví dụ như khi tuyết tan, thực vật không có khả năng sử dụng hết lượng nitơ được có mặt. Lượng dư thừa này sau đó sẽ được lọc ra. 2.3.1.2. Tới hệ sinh thái dưới nước Mưa axit không chỉ ảnh hưởng tới sinh vật trên cạn mà còn ảnh hưởng tới sinh vật trong nước. Hầu hết các hồ và suối có độ pH trong khoảng 6 - 8 (khoảng pH được xem là an toàn cho sinh vật). Một số hồ có tính axit tự nhiên ngay cả khi không chịu ảnh hưởng của mưa axit. Sự axit hoá được xem là ảnh hưởng quan trọng nhất của ô nhiễm không khí đến các cơ thể sống trong nước ngọt. Có nhiều cơ chế khác nhau gây ra những thay đổi về mặt sinh học trên diện rộng. - Có nhiều nguồn gốc mà nhờ đó mưa axit có thể đi vào các hồ. Một số chất hóa học tồn tại dưới dạng các hạt bụi khô trong khí quyển, trong khí các chất khác đi trực tiếp vào hồ dưới dạng nước mưa. Mưa axit rơi xuống đất có thể theo đường dẫn nước thải đi vào hồ. Vào mùa xuân, ở một số nơi xảy ra hiện tượng “Cú sốc axit”. Khi tuyết có chứa axit tan ra vào mùa xuân, axit trong tuyết thấm vào đất. Một số lại theo dòng nước đi vào hồ. Số lượng các thể Động vật thân mềm Con trai - Mùa xuân là mùa nhạy cảm đối với nhiều loài bởi vì đây là thời điểm cho sự sinh sản. Sự thay đổi đột ngột của độ pH là rất nguy hiểm bởi axit có thể làm biến dạng những cơ thể còn non. Nhìn chung, những cơ thể non của hầu hết các loài nhạy cảm hơn những cá thể lớn hơn. Nhưng không phải tất cả các loài đều có thể chịu được cùng mức axit. Chẳng hạn, ếch có thể chịu được độ axit cao, trong khi ốc sên nhạy cảm hơn đối với sự thay đổi pH. Sự biến mất của động vật thân mềm và con trai khi độ pH giảm (pH-status, No. 4, 1998) - Axit sunfuric trong nước mưa ô nhiễm cản trở khả năng trao đổi chất của cá trong việc hấp thụ oxy, muối và chất dinh dưỡng. Đối với cá nước ngọt, việc duy trì khả năng giữ cân bằng giữa muối và khoáng chất trong tế bào sinh vật là vô cùng cần thiết cho sự tồn tại. Phân tử axit có thể tạo ra một lớp nước nhầy trong mang cá và cản trở cá trong quá trình hấp thụ oxy. Tương tự, độ pH thấp sẽ làm mất cân bằng muối trong tế bào cá. Mức canxi của một số loài cá không được duy trì do sự thay đổi độ pH. Điều này dẫn tới một vấn đề trong quá trình sinh sản: trứng dễ vỡ và yếu. Thiếu canxi dẫn tới biến dạng xương và xương sống yếu. - Khi mưa axit chảy qua đất trồng trọt, nó mang theo phân bón vào nước mặt. Phân bón tạo điều kiện thuận lợi cho tảo phát triển bởi sự gia tăng hàm lượng nitơ có trong đó, tiếp theo sẽ xảy ra hiện tượng “Phú dưỡng”. - Lượng ion nhôm được giải phóng sẽ theo dòng nước đi vào các thuỷ vực nước mặt, tại đây chúng tiếp tục gây hại cho thuỷ sinh vật. Tuy nhiên, không chỉ qua đo đạc chất hoá học mới thấy tính hiện tượng axit hóa. Một dấu hiệu dễ thấy đó là nước trở nên trong hơn. Đó chủ yếu là do các hợp chất humic, là các hợp chất tạo màu trong nước, bị kết tủa và lắng xuống đáy khi nước bị axit hoá. Quá trình phân hủy chậm lại điều đó có nghĩa là lá cây và các vật liệu hữu cơ khác được giữ lại ở đáy hồ. Việc tăng hay giảm số lượng của một số loài không phụ thuộc một cách trực tiếp vào sự axit hóa (độ pH thấp hay nồng độ cao của ion nhôm hòa tan), nhưng có một ảnh hưởng gián tiếp đến sự biến mất của các loài cá. Sự có mặt của một loài cá có ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự phân bố các loài trong hồ. Sự axit hóa nước hồ cũng ảnh hưởng đến đời sống của các loài chim. Các loài chim ăn cá, cò, vịt trời, chim ưng sẽ phải chịu những áp lực trong việc kiếm mồi, trong khi đó, các loài chim ăn côn trùng kiếm ăn dễ dàng hơn. Thực tiễn đã chứng minh: Cơn mưa axit đầu tiên được chỉ ra là vào những năm 50 thế kỉ 20 tại Na-Uy. Khi đó các nhà khoa học đang bị thách thức bởi hiện tượng rất nhiều loài cá trong các hồ của Na-Uy bị thoái hóa. Đến năm 1978, do hiện tượng axit hóa các dòng sông có cá hồi đã làm giảm 1/2 sản lượng cá tại Na Uy. Đất nước láng giềng Thụy Điển, 4.000 hồ không hề có cá; 9.000 hồ bị mất một phần lớn các loài cá đang sinh sống, trong khi đó có tới 20.000 hồ khác cũng bị ảnh hưởng bởi mưa axit. Ở Canada có hơn 4.000 hồ nước bị axit hóa khiến các sinh vật trong hồ chết hết. Hồ biến thành hồ chết. 2.3.1.3. Đến các vật liệu và công trình xây dựng Mưa axit không chỉ làm gây nguy hại hệ sinh thái tự nhiên, mà còn còn có những tác động tiêu cực đối với vật liệu nhân tạo và các công trình xây dựng. Đá hoa, đá vôi và đá cát có thể dễ dàng bị hòa tan bởi mưa axit. Kim loại, sơn, sợi và đồ gốm có thể bị ăn mòn. Mưa axit cũng có thể làm giảm chất lượng của da và cao su. Mưa axit cũng làm cho các biểu tượng, hình ảnh trên các bia mộ, công trình kỷ niệm bị mờ đi, thậm chí mất hẳn. Trong đá vôi, mưa axit phản ứng với canxi tạo ra thạch cao:  CaCO3 + H2SO4 -----------------> CaSO4 +  H2O + CO2 CaCO3 + 2 HNO3 -----------------> Ca(NO3)2 + CO2 + H2O CaCO3 + 2HCl -----------------> CaCl2 + CO2 + H2O Đối với sắt: 4Fe(rắn) + 2O2(khí) + 8H2SO4 (dung dịch loãng) " 4Fe2+ + 8SO42-(dung dịch loãng) + 4H2O(lỏng) 4Fe2+ + H2SO4(dung dịch loãng) + O2(khí) + 4H2O(lỏng) " 2Fe2O3(rắn) + 8H+ + SO42-(dung dịch loãng) Việc sửa chữa các công trình và đài kỷ niệm có thể đòi hỏi một chi phí rất cao. Ở Westminster, Anh, người ta đã phải chi đến mười triệu bảng để sửa chữa những thiệt hại do mưa axit gây ra. Vào năm 1990, Mỹ đã sử dụng 35 tỉ đô la cho những thiệt hại về sơn. Năm 1985, người Đức đã phải bỏ ra 20 triệu đôla để sửa chữa nhà thờ lớn Cologne do những thiệt hại của mưa axit.[]. 2.3.1.4. Tới sức khoẻ của con người Điều quan trọng nhất đó là: mưa axit có thể ảnh hưởng tới sức khoẻ của con người. Nó có thể làm hại chúng ta thông qua khí quyển hoặc thông qua đất mà từ đó thức ăn của chúng ta được trồng và tiêu thụ. Mưa axit làm cho các kim loại độc hại được giải phóng từ các hợp chất hoá học tự nhiên. Kim loại độc bản thân chúng rất nguy hiểm, nhưng nếu chúng được liên kết với những nguyên tố khác, chúng là vô hại. Các kim loại độc hại sẽ đi vào nguồn nước uống, lương thực hay động vật mà con người sử dụng. Những thức ăn bị nhiễm độc khi được ăn có thể gây ra tổn hại thần kinh của trẻ em hay tổn hại bộ não nghiêm trọng, thậm chí dẫn tới chết. Các nhà khoa học tin rằng nhôm có mối liên quan đến bệnh Alzemer. Một trong những ảnh hưởng nghiêm trọng của mưa axit đến con người là những vấn đề về đường hô hấp. Sự phát thải SO2 và NOx gây ra những nguy cơ tới vấn đề về hô hấp như khô họng, bệnh hen, đau đầu, mắt, mũi và rát họng. Nước mưa bị ô nhiễm đặc biệt có hại cho những người bị bệnh hen suyễn hay những người khó thở. Nhưng ngay cả những người khoẻ cũng bị tổn hại về phổi bởi những chất ô nhiễm không khí có tính axit. Mưa axit có thể làm giảm khả năng thở và có thể làm tăng những loại bệnh nguy hiểm. NOx bản thân nó là một khí nguy hiểm. Loại khí này tấn công lớp màng của cơ quan hô hấp và làm tăng các bệnh về đường hô hấp. Khí này cũng góp phần phá hủy ozon và hình thành sương mù. 2.3.2. Mưa axit làm mát cho trái đất? Mưa axit gây hư hại các công trình, song cũng đem lại lợi ích đáng kể. Các nhà khoa học vừa phát hiện thấy những cơn mưa chứa axit sunphuaric làm giảm phát thải methane từ những đầm lầy, nhờ đó hạn chế hiện tượng trái đất nóng lên. Một cuộc điều tra toàn cầu mới đây đã cho thấy thành phần sunphua trong các cơn mưa này có thể ngăn cản trái đất ấm lên, bằng việc tác động vào quá trình sản xuất khí methane tự nhiên của vi khuẩn trong đầm lầy. Methane chiếm 22% trong các yếu tố gây ra hiệu ứng nhà kính. Và các vi khuẩn ở đầm lầy là thủ phạm sản xuất chính. Chúng tiêu thụ chất nền (gồm hydro và axetat) trong than bùn, rồi giải phóng methane vào khí quyển. Nhưng trong đầm lầy ngoài vi khuẩn sinh methane, còn có vi khuẩn ăn sunphua cạnh tranh thức ăn với chúng. Khi mưa axit đổ xuống, nhóm vi khuẩn này sẽ sử dụng sunphua, đồng thời tiêu thụ luôn phần chất nền đáng lý được dành cho vi khuẩn sinh methane. Do vậy, các vi khuẩn sinh methane bị "đói" và sản xuất ra ít khí nhà kính. Nhiều thí nghiệm cho thấy phần sunphua lắng đọng có thể làm giảm quá trình sinh methane tới 30%. (Nguồn: Vnexpress, Thứ tư, 4/8/2004, theo NewScientist) Tuy nhiên, cũng cần phải lưu ý mưa axit vẫn là một vấn đề lớn đối với môi trường và điều quan trọng cần thiết đó là cần phải có sự kiểm soát sự phát thải các khí gây mưa axit. 2.4. Tình hình mưa axit ở Việt Nam 2.4.1. Hiện trạng mưa axit khu vực Nam Bộ Kết quả phân tích thống kê 10 năm (1996-2005) của nước mưa 4 trạm Tân Sơn Hòa, Tây Ninh, Cần Thơ và Cà Mau cho thấy mặc dù chất lượng dữ liệu chưa đầy đủ, có thể đưa ra hình ảnh về lắng đọng axít ở khu vực Nam Bộ như sau: - Tần suất (%) mưa axít trung bình 10 năm có pH<5,6 lần lượt tại Tân Sơn Hòa, Tây Ninh, Cần Thơ và Cà Mau là 41,2; 57,9; 58,0 và 39,8%. Mưa axít tại khu vực Nam Bộ tập trung vào cuối mùa mưa (tháng 9, 10) và tháng chuyển tiếp từ mùa mưa sang mùa khô (tháng 11), trong đó tháng 10 có tần suất mưa axít cao nhất. - Hàm lượng sunfat (SO4=) trung bình nhiều năm tại khu vực Nam Bộ dao động trong khoảng 1,49-1,80mg/l. Cùng với nó, chỉ số lắng đọng lưu huỳnh (S) dao động từ 0,883-1,254 g/m2/năm. Sự vượt trội của chỉ số này ở Cà Mau (1,254 g/m2/năm) là do ảnh hưởng từ nguồn gốc biển. - Tại 4 trạm quan trắc khu vực Nam Bộ, hàm lượng nitrat (NO3-) trung bình nhiều năm của nước mưa là 0,195-0,221mg/l. Chỉ số lắng đọng nitơ (N) là 0,281- 0,475 g/m2/năm. Chỉ số này ở trạm Cà Mau là thấp nhất, cao nhất là Tân Sơn Hòa và Tây Ninh. - Không tìm thấy sự tương quan giữa lượng mưa tháng (mm) và hàm lượng các anion SO42- và NO3- - So với các trạm khác của khu vực Đông Á (2000-2004), tình hình xảy ra mưa axít ở khu vực Nam Bộ Việt Nam còn thấp, qua đó chỉ số lắng đọng lưu huỳnh (S) và nitơ (N) cũng thấp hơn. - Ca2+ và NH4+ là 2 thành phần cation chính trung hòa tính axít trong nước mưa của khu vực Nam Bộ (2005). (Tài liệu: Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT, ThS. Nguyễn Thị kim Lan) 2.4.2. Tình hình mưa axit ở Bắc và Trung Bộ Theo kết quả quan trắc được trình bày trong Bảng 1, 2, 3 các mẫu nước mưa có giá trị pH < 5,5 đang có xu hướng tăng lên, đặc biệt là ở các thành phố lớn như Hà Nội, Việt Trì, Đà Nẵng,…. Trong số các vị trí quan trắc của khu vực miền Bắc và miền Trung thì Hoà Bình, Hà Nội, Việt Trì và Đà Nẵng có giá trị pH thấp hơn nhiều hơn so với các vị trí khác, trong đó pH nhỏ nhất là 4,02 đo được tại Đà Nẵng vào năm 2004. Tần suất xuất hiện pH axit ở Hoà Bình, Hà Nội và Việt Trì tương ứng là 25% (2000-2004), 12,34%(1997-2004) và 11% (1997-2000). Chủ yếu các mẫu pH axit đo được vào giai đoạn mùa khô, từ tháng 11 đến tháng 3 hàng năm khi lượng mưa giảm xuống. Ngoài giá trị pH, nồng độ các ion ở những vị trí này cũng cao hơn so với các vị trí khác. Trong đó tỷ lệ NH4+/(SO42- + NO3-) có thể chỉ ra nguồn có khả năng tạo ra các ion này và nguyên nhân của sự thay đổi pH. Từ số liệu quan trắc ta thấy tỷ lệ này dao động trong các mẫu nước mưa có giá trị pH thay đổi. (Tài liệu: Hội thảo khoa học lần thứ 9 -Viện khí tượng thủy văn, ThS. Trần Thị Diệu Hằng Trong các bảng số liệu và các kết quả đã có, báo cáo đã cho thấy mức độ lắng đọng axit ở một số tỉnh thành của Việt Nam và cho thấy rằng ở nhiều thành phố lớn như Hà Nội, Việt Trì, Đà Nẵng,…đã xuất hiện mưa axit. 2.5. Vai trò của sản xuất nông nghiệp trong việc hình thành và ngăn chặn mưa axit Từ các chất hóa học ảnh hưởng đến mức độ axit của nước mưa Ion chính trong nước mưa Nguồn thiên nhiên Nguồn nhân tạo Tiền chất Nguồn gốc Mức độ Nguồn gốc Mức độ Sunfat (SO42-) Đầm lầy, vùng nước lợ, núi lửa, biển Nhỏ Nhiệt điện, luyện kim, Công nghiệp khác Lớn SO2, H2S, COS, CH3SCH3 Nitrat (NO3-) Sấm chớp, hoạt động sinh học trong đất Nhỏ Công nghiệp, giao thông Lớn NO, NO2 Clorua (Cl-) Biển, vỏ trái đất Nhỏ Công nghiệp, bụi cuốn từ đường Nhỏ Amôni (NH4+) Quá trình sinh học, chất thải chăn nuôi Vừa Công nghiệp và nông nghiệp Nhỏ NH3 Natri (Na+) Biển, vỏ trái đất Nhỏ Bụi cuốn từ đường Nhỏ Canxi (Ca+2) Vỏ trái đất Vừa Công - nông nghiệp Nhỏ Magiê (Mg+2) Vỏ trái đất Nhỏ Công - nông nghiệp Nhỏ Kali (K+) Vỏ trái đất Nhỏ Công - nông nghiệp Nhỏ Hydro (H+) - độ axit trong nước mưa Xác định bởi sự tham gia của các yếu tố trên Xác định bởi sự tham gia của các yếu tố trên Lớn Nguồn: Bài giảng Hóa học khí quyển - Ts. Nguyễn Hồng Khánh Từ bảng trên ta thấy và các nghiên cứu khác đã cho thấy sản xuất nông nghiệp cũng góp phần vào việc hình thành và ngăn chặn mưa axit: *) Hình thành: - Hoạt động nuôi trồng thủy sản và các hoạt động sản xuất nông nghiệp khác thúc đẩy hoạt động của vi sinh vật yếm khí tại đáy ao giải phóng H2S vào trong khí quyển, sử dụng nhiên liệu có chứa lưu huỳnh... - Trong trồng trọt để tăng năng suất cây trồng, con người đã sử dụng quá nhiều phân vô cơ trong đó có phân đạm. Và đây chính là một nguồn sản sinh NOx thành phần gây ra mưa axit... *) Ngăn chặn: - Sử dụng các chủng giống vi sinh vật có khả năng quang hợp để chuyển hóa H2S, loại bỏ lưu huỳnh trong nhiên liệu trước khi đốt. - Bón phân cân đối giữa phân hữu cơ và phân vô cơ, nhất là bón đạm hợp lý. Sử dụng các máy nổ trong nông nghiệp ở nhiệt độ thấp và trong môi trường thừa oxy để loại bỏ việc hình thành NO PHẦN III. KẾT LUẬN 3.1. Mưa axit là pH của nước mưa nhỏ hơn giá trị 5,6 3.2. Mưa axit có tác hại rất là to lớn: - Phá hoại các công trình kiến trúc, các di tích lịch sử - Tác động đến sản xuất nông lâm nghiệp: phá hoại cây cối, mùa màng... - Tác động tới sức khỏe con người 3.3. Hạn chế mưa axit trên phương diện sản xuất nông nghiệp: - Loại bỏ lưu huỳnh, nitrat trong các nguyên liệu đốt - Sử dụng các loại chế phẩm vi sinh vật có khả năng phân giải chuyển hóa H2S và phản Nitrat hóa để hạn chế việc bốc hơi của chúng vào môi trường - Sử dụng các loại phân đạm hợp lý và hiệu quả...Tài liệu tham khảo - PGs.TS. Đặng Kim Chi:"Hóa học môi trường", tập 1, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, HN 2001, tr 83 - 84. - ThS. Trần Thị Diệu Hằng: Tài liệu: “Hội thảo khoa học lần thứ 9 -Viện khí tượng thủy văn” - TS. Nguyễn Hồng Khánh:Giáo trình “Hóa học khí quyển” , Hà Nội, 2007 - ThS. Nguyễn Thị Kim Lan: “Hiện trạng mưa axit khu vực Nam Bộ (1996-2005)”, Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT - Lê Văn Quang: Phòng GD&DDT Cam Ranh, chuyên đề “Mưa axit” - Gs.TS. Vũ Hữu Yêm: Bài giảng môn học: “Ô nhiễm môi trường đất và biện pháp khắc phục” - - - - - hau /