35 36
1. Bảo vệ khí quyển
Chơng 1
Bản chất v những tính chất của các chất
lm ô nhiễm môi trờng tự nhiên
1.1. Mở đầu
Vấn đề ô nhiễm môi trờng sống của con ngời đã tồn tại
vi thế kỉ (thí dụ, chúng ta đợc biết sắc lệnh của Karl VI năm
1382 cấm thải khói độc v hôi ở Pari). Tuy nhiên, trớc khi
phát triển công nghiệp, sự ô nhiễm môi trờng mang tính chất
hạn chế về địa điểm v thời gian lan truyền cũng nh về số
lợng v tác hại của các chất ô nhiễm tới cơ thể sống. Tình hình
đã thay đổi mạnh do sự tăng trởng sản xuất công nghiệp v
dân c ở các thnh phố (đô thị hóa). Dới dạng tổng quát vấn đề
l ở chỗ con ngời trong quá trình hoạt động kinh tế tạo ra
những chất thải, những chất ny không đợc đa vo chu trình
tiếp theo (do sự cha hon thiện của công nghệ hiện thời hoặc
do những lập luận kinh tế). Thêm vo đó phải kể tới sự gia tăng
tiêu dùng mạnh v tập quán ngy cng phổ biến (ở các nớc
công nghiệp phát triển) vứt bỏ đồ vật không chỉ khi chúng h
hỏng, m cả do mốt. Trong số những chất thải sản xuất v sinh
hoạt con ngời, có nhiều chất (khoáng v hữu cơ) không chịu
phân hủy sinh học (chất dẻo, thuốc bảo vệ động thực vật, đồ
gốm, kim loại không rỉ, đồng vị phóng xạ v.v ).
Trớc khi chuyển sang phân tích những chất gây nhiễm
khí quyển, chúng ta đa ra định nghĩa thuật ngữ ô nhiễm. Ô
nhiễm trong sinh thái đợc hiểu l sự biến đổi bất lợi của môi
trờng, hon ton hay một phần do kết quả hoạt động của con
ngời, trực
tiếp hay gián tiếp lm thay đổi sự phân bố năng
lợng đi tới, mức phóng xạ, các tính chất lý hóa của môi

biển (đi kèm bọt sóng), cháy thiên thạch.
Tạp chất nguồn gốc nhân sinh đợc hình thnh trớc hết
trong quá trình đốt nhiên liệu khoáng (trong động cơ đốt trong,
tại nh máy nhiệt điện, trong hệ thống đốt lò) cũng nh khi đốt
cháy chất thải công nghiệp v sinh hoạt, nổ hạt nhân v.v
Bảng 1.1. Khối lợng (tấn/năm) chất ô nhiễm thải vo khí quyển
Chất Nhập tự nhiên Chất thải nhân sinh
Ôxit cacbon (CO)

3,5.10
8

Điôxit lu huỳnh (SO
2
) 1,4.10
8
1,45. 10
8

Các ôxit nitơ (NO
x
) 1,4.10
9

(1,5ữ2,0).10
7

Sôn khí (các hạt rắn)
(7,7ữ22,0).10
10

vo khí quyển với nguồn gốc tự nhiên v nhân sinh theo số liệu
bảng 1.1.
Tổng lợng chất thải công nghiệp thế giới bằng khoảng 600
tỉ tấn một năm. Trong 100 năm gần đây nhập vo khí quyển
1,35 triệu tấn silic, 1,5 triệu tấn acsen, hơn 1 triệu tấn niken v
khoảng ngần ấy côban, 0,6 triệu tấn thiếc v ăngtimoan.
Theo thnh phần tạp chất đi vo khí quyển, ngời ta chia
ra thnh các tạp chất dạng khí, dạng rắn v dạng lỏng. Tỉ phần
các chất dạng khí (ôxit cacbon, điôxit v các chất dẫn xuất khác
của lu huỳnh, hyđrô cacbua, các ôxit nitơ, các hợp chất hữu cơ)
bằng khoảng 90 %, dạng rắn (bụi, kim loại nặng, các hợp chất
khoáng v hữu cơ, các chất phóng xạ) gần 10 %; khối lợng
các tạp chất lỏng (axit sunphuric) nhỏ so với khối lợng các tạp
chất khí v rắn. Thực ra, trong thnh phần các tạp chất rắn
thực tế luôn có mặt nớc với hm lợng cng lớn nếu độ ẩm
tơng đối của không khí cng cao.
Khi đốt cháy tất cả các dạng nhiên liệu sẽ tạo ra hơi nớc
v điôxit cacbon v sau đó nhập vo khí quyển, chúng đợc
chứa trong khí quyển trong điều kiện tự nhiên v không có tác
hại với con ngời. Vì vậy, các khí ny không thuộc các chất gây
ô nhiễm khí quyển, mặc dù phần lớn chất thải nguồn gốc nhân
sinh thuộc loại các chất ny.
1.2. Ôxit cacbon
Ôxit cacbon (CO) tạp chất phổ biến nhất v nhiều nhất
(về k
hối lợng) trong khí quyển. Trong điều kiện tự nhiên, hm
lợng CO trong khí quyển rất ít: chỉ dao động từ vi phần trăm
của phần triệu đến 0,2 phần triệu (ta nhớ lại rằng hm lợng
điôxit cacbon trung bình bằng 325 phần triệu). Khối lợng chủ
yếu của CO đợc tạo thnh trong quá trình đốt cháy nhiên liệu

trong khí
quyển việc sử dụng nhiên liệu khoáng, trớc hết l than, vì
nhiên liệu bất kỳ đều chứa ít nhiều lợng lu huỳnh (từ một vi
phần của phần trăm tới 57 %). Theo các ớc lợng, hng năm
thải vo lớp khí quyển đối lu gần 145 triệu tấn SO
2
, trong đó
70 % đợc tạo thnh khi cháy than v 16 % cháy nhiên liệu
lỏng (đặc biệt l mazút).
Sự phân hủy SO
2
trong khí quyển diễn ra dới tác động của
bức xạ cực tím, thnh anhyđrit hu huỳnh (SO
3
) theo phản ứng
kJ 185SO2OSO2
322
++ .
Khi tiếp xúc với hơi nớc, sẽ tạo thnh axit sunphua
kJ 76SOHOHSO
3222
+=+ .
Trong khí quyển ẩm v ô nhiễm còn xảy ra phản ứng
NOSOHOHNOSO
42222
+++ ,
dẫn tới tạo thnh axit sunphuric (H
2
SO
4

lợng NO cao so với hm lợng NO
2
trong khí xả ô tô. Điôxit
nitơ tạo thnh trong không khí trong khi lan truyền các khí xả
theo phản ứng
kJ 120NO2ONO2
22
++ .
41 42
Tổng khối lợng NO
2
hng năm thải vo khí quyển trong
quá trình hoạt động con ngời đợc ớc lợng l 1520 triệu
tấn, bằng khoảng 0,1 khối lợng khí ny tạo thnh bằng con
đờng tự nhiên (núi lửa, sấm chớp, vi sinh vật).
Điôxit nitơ bảo tồn trong khí quyển trung bình 3 ngy. Khi
tơng tác với hơi nớc, nó biến thnh axit sunphuric v các
nitrat khác. Những chất sau cùng ny trở lại đất cùng với giáng
thủy, đó l vì sao m tuyết có thuộc tính bón phân cho đất.
1.5. Hyđrô cacbua
Nguồn hyđrô cacbua tự nhiên chủ yếu l thực vật (1 tỉ tấn
một năm), còn nguồn nhân sinh l giao thông ô tô (động cơ đốt
trong v bình nhiên liệu của ô tô). ở Mỹ, trong số 32 triệu tấn
hyđrô cacbua hng năm thải vo khí quyển, thì hơn một nửa l
từ động cơ đốt trong (trong đó nhiên liệu bị cháy không hon
ton), gần 14 % từ thải công nghiệp v gần 27 % từ các nguồn
còn lại. Ngoi ra, trong khi cháy không hon ton còn tạo thnh
(tổng hợp) những hyđrô cacbua vòng gây ng th. Đặc biệt
nhiều hyđrô cacbua gây ung th (gây khối u phổi) có chứa trong
cặn khói của các động cơ điêzen v các hệ thống lò đốt. Mặc dù

vi mô (hạt tinh) với bán kính
1,0<r m, trung bình (hạt trung),
11,0 =r
m v lớn (hạt thô), 1>
r
m. Trong số các sôn khí hạt
tinh, ngời ta tách ra một nhóm hạt có những tính chất hấp thụ
nớc. Ngời ta gọi những hạt ny l các nhân ngng kết (chúng
l mầm của những hạt nớc mây v sơng). Nhiều khi các hạt
nhỏ mang điện tích dơng hay âm. Trong trờng hợp ny,
chúng có tên l các ion (nhẹ hoặc nặng).
Theo các tính chất lý hóa, ngời ta chia sôn khí thnh:
bụi v xỉ cặn (các hạt rắn), khói (các hạt chứa nhiều nớc) v
giọt (sơng, mây, giáng thủy). Ta lu ý rằng trong điều kiện
thực, các hạt bụi cũng luôn luôn chứa nớc ở mức độ no đó, còn
các giọt thì luôn chứa nhân ngng kết (sự thật, khối lợng của
nhân rất nhỏ so với khối lợng nớc). Chúng ta sẽ không xếp
các giọt mây, sơng v giáng thủy vo loại sôn khí (xem chúng
43 44
l các tạp chất), vì chúng có nguồn gốc tự nhiên. Chỉ có một
phần không lớn các sôn khí nhân sinh có cấu trúc lỏng (thí dụ
axit sunphuric).
Xét theo hình dạng hạt, ngời ta qui ớc chia sôn khí
thnh: a) dạng hình cầu, b) dạng đa diện đều, c) dạng tấm mỏng
(kích thớc hai chiều lớn hơn nhiều so với kích thớc chiều thứ
ba), d) dạng kim, dạng tơ, lăng kính, e) dạng tổ hợp phức tạp
(chuỗi di có các nhánh, tỏa tia).
Chúng ta sẽ dừng lại xét chi tiết hơn về đặc tính của sôn
khí hạt tinh, bởi vì ngoi ảnh hởng tới cơ thể ngời, nó góp
phần đáng kể vo sự hấp thụ bức xạ v nh hệ quả lm biến đổi

m) tăng lên khi tăng độ ẩm tơng đối đến mức chúng trở
thnh các mầm giọt mây v sơng (tức nhân ngng kết). Những
hạt nhỏ hơn (trớc hết l của các chất không hòa tan) đợc bảo
tồn dới dạng ban đầu, tạo thnh thnh phần độc lập của sôn
khí hạt tinh.
Trong thnh phần sôn khí, luôn có mặt bốn nhóm chất: các
sunphat, các hợp chất hữu cơ, cacbon rắn v nớc, hm lợng
tơng đối của chúng dao động trong phạm vi rộng phản ánh
điều kiện thnh tạo các chất khí tiền thân của chúng (kể cả sự
phân bố địa lý thảm thực vật v chế độ hoạt động sống của nó)
v sự ảnh hởng các điều kiện khí tợng tới sự phân bố sôn khí
trong khí quyển.
Cacbon rắn đó l các loại xỉ, bán kính hạt của nó tại thời
điểm thnh tạo gần bằng 0,0030,005 m, còn nồng độ rất biến
động từ 1 g/m
3
ở những vùng đặc biệt sạch đến 1030 g/m
3
ở
những vùng nhiều bụi. Ngay sau khi thnh tạo, các hạt xỉ liên
kết lại với nhau thnh bụi bông với bán kính vi phần trăm m,
chúng bị hấp thụ bởi những hạt có bản chất khác (thí dụ, các
giọt nớc ma) v bị loại khỏi khí quyển sau một khoảng thời
gian từ vi chục giờ tới 12 tuần. Tổng khối lợng xỉ trong khí
quyển đợc ớc lợng khoảng 5 triệu tấn, còn tốc độ gia nhập
gần 500 triệu tấn/năm. Để so sánh, chúng tôi dẫn ra ớc lợng
hm lợng ton cầu của cacbon trong thnh phần điôxit cacbon
(khoảng
3
107 triệu tấn) v tốc độ gia nhập của nó từ các nguồn

ngng kết quyết định điều kiện hình thnh vi cấu trúc của mây
v sơng. Hm lợng của các sunphat trong khói rất lớn. Khói
l một hiện tợng phổ biến (đặc biệt trong các thnh phố) có
ảnh hởng đáng kể tới sự trao đổi bức xạ v albeđô hnh tinh.
Do lợng phát thải sunphat nguồn gốc nhân sinh tăng lên
trong những năm gần đây, nên tính tích cực sinh học của chúng
tăng đáng kể, kéo theo sự nhiễm độc đối với thế giới thực v
động vật (hiện tợng đợc gọi l ma axit).
Hợp phần hữu cơ của sôn khí có tác động ít nhất (về
phơng diện hấp thụ bức xạ v ảnh hởng tới khí hậu). Nhiều
hợp chất hữu cơ trong thnh phần của sôn khí có khoảng hấp
thụ rộng, nhng bao phủ các khoảng hấp thụ của hơi nớc hoặc
nằm trong vùng phổ với cờng độ bức xạ rất nhỏ.
Tỉ phần của các phát thải nhân sinh trong tổng cán cân sôn
khí l đáng
kể đối với tất cả các hợp phần của nó (với cacbon rắn
phần phát thải nhân sinh vợt trội trên phát thải tự nhiên, với
các sunphat v chất hữu cơ bằng khoảng 25 % phát thải tự
nhiên) v tỉ phần ny đang tiếp tục tăng với thời gian.
Chúng tôi sẽ nêu ra những chất khác đang đợc phát thải
vo khí quyển v có tác hại tới cơ thể con ngời, giới động vật v
thực vật. Thấy rằng tổng số các chất lm ô nhiễm khí quyển có
thể tính ra tới hng trăm chất.
Một nguồn ô nhiễm khí quyển quan trọng l ngnh công
nghiệp liên quan tới khai thác v sử dụng vật liệu xây dựng
(đo phá vụn đá tại các mỏ lộ thiên, sản xuất xi măng v.v ).
Thí dụ, ở Pháp các công xởng xi mang thải gần 3 % sản phẩm
của mình (khoảng 100 nghìn tấn bụi với đờng kính vi chục
m) v lm giảm mạnh ánh sáng Mặt Trời bên trên vùng lãnh
thổ kế cận. Ngnh luyện kim mầu l nguồn ô nhiễm khí quyển

3
. Thời gian lu lại trung
bình trong khí quyển của các hạt chì (đờng kính từ 0,05 tới 5
m) l một số tuần, điều đó thuận lợi cho chì lan tới các vùng xa
nguồn (thí dụ, từ Mỹ tới Grinlanđia). Hiện nay, ton bộ sinh
quyển đã bị nhiễm chì nguồn gốc nhân sinh.