Bài giảng Môi trường nước

10/9/2008 1 MÔI TRƯỜNG NƯỚC MÔN HỌC: MÔI TRƯỜNG ðẠI CƯƠNG 1 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào KHAÙI NIEÄM THUÛY QUYEÅN (HYDROSPHERE ) • Thuỷ quyển là lớp vỏ lỏng không liên tục bao quanh trái ñất gồm nước ngọt, nước mặn ở cả ba trạng thái cứng, lỏng và hơi. Thuỷ quyển bao gồm ñại dương, biển, ao hồ, sông ngòi, nước ngầm và băng tuyết 2 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 10/9/2008 2 TỈ LỆ CÁC THÀNH PHẦN MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào TỈ LỆ CÁC THÀNH PHẦN MÔI TRƯỜNG NƯỚC 4 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 10/9/2008 3 CHU TRÌNH NƯỚC 5 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào GiỚI THIỆU • ðại dương chiếm phần quan trọng của trái ñất: • Trong các ñại dương, các vùng biển có diện tích nhỏ hơn như biển Ban Tích, biển Bắc, biển ðông, biển Nam Trung Hoa v.v... • một số biển không có liên hệ với ñại dương như biển Caxpi, biển Aran ñược gọi là biển hồ. • Một số phần ñại dương hoặc biển ăn sâu vào ñất liền ñược gọi là vịnh như vịnh Thái Lan hoặc vịnh Bắc Bộ. 6 10/9/2008 4 • Các nơi tiêu thụ chính GiỚI THIỆU 30 % 13 % 7 % 7 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 1 Nöôùc möa • Thaønh phaàn: muoái clorua (Cl-), sunphat (SO42- ) cuûa caùc kim loaïi Na+, K+ vaø Mg2+. Caùc muoái naøy coù maët trong nöôùc möa do hoaø tan caùc sol khí trong quaù trình bay hôi cuûa nöôùc bieån hay do quaù trình phong hoaù • Löôïng nöôùc möa öôùc tính khoaûng 105.000km3 8 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 10/9/2008 5 CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 1 Nöôùc möa_ Möa acid 9 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 2. Nöôùc beà maët • Nöôùc ôû caùc soâng, hoà, keânh raïch… coù thaønh phaàn phöùc taïp phuï thuoäc vaøo mieàn ñaát noù chaûy qua • Caùc nguoàn nöôùc beà maët thöôøng laø khoâng coù söï lieân heä vôùi nhau vì vaäy chuùng coù baûn chaát hoaù hoïc rieâng bieät cuûa mình , tuy nhieân caùc baûn chaát naøy khoâng phaûi laø raát khaùc nhau CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 10 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 10/9/2008 6 MỘT SỐ NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẾ ðỘ NƯỚC SÔNG 1. Chế ñộ mưa, băng tuyết và nước ngầm • Ở vùng khí hậu nóng hoặc những nơi ñịa hình thấp cuả khí hậu ôn ñới, nguồn tiếp nước chủ yếu là nước mưa, • Ở những nơi ñất ñá thấm nước nhiều, nước ngầm có vai trò ñáng kể trong việc ñiều hoà chế ñộ nước của sông. • Ở miền ôn ñới lạnh và miền núi cao, nước sông chủ yếu do băng tuyết tan cung cấp. Mùa xuân là mùa lũ. 11 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào MỘT SỐ NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẾ ðỘ NƯỚC SÔNG 2. ðịa thế, thực vật và hồ ñầm a) ða th Ở miền núi, nước sông chảy nhanh hơn ở ñồng bằng b) Thc vt Mưa rơi xuống, một lượng nước lớn ñược giữ lại ở tán cây, phần còn lại khi xuống tới mặt ñất, một phần bị lớp thảm mục giữ lại, một phần len lỏi qua các rễ cây thấm dần xuống ñất tạo nên những mạch ngầm, ñiều hoà dòng chảy cho sông ngòi, giảm lũ lụt. c) H ñm Hồ, ñầm nối với sông cũng có tác dụng ñiều hoà chế ñộ nước sông. Khi nước sông lên, một phần chảy vào hồ, ñầm. Khi nước sông xuống thì nước ở hồ, ñầm lại chảy vào làm cho nước sông ñỡ cạn. Sông Mekong chế ñộ nước ñiều hoà hơn sông Hồng nhờ có Biển Hồ ở Campuchia. 12 10/9/2008 7 3. Băng • Băng tập trung nhiều nhất ở châu Nam cực với chiều dày hàng km và tuổi ñịa chất hàng vạn năm. • Ở một số vùng núi cao và các ñảo gần hai cực, tồn tại những khối băng có quy mô nhỏ. Khối lượng băng trên trái ñất thay ñổi theo thời gian, phụ thuộc vào nhiệt ñộ trung bình của trái ñất. CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 13 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào • Thời kỳ băng hà lớn: 16 - 18 nghìn năm trước, mực nước biển thấp hơn hiện nay 120m. • Sau thời kỳ trên là thời kỳ ấm dần, mực nước biển tăng lên do tan băng ở hai cực. Trong bốn nghìn năm gần ñây, tốc ñộ dâng lên của nước biển là 8 cm/ 100 năm. • Những năm gần ñây, sự gia tăng của nhiệt ñộ khí quyển toàn cầu (khoảng 0,3 - 0,6 oC trong 100 năm) bởi HUNK ñang làm cho tốc ñộ tan băng và mực nước biển tăng lên. • Với tốc ñộ tăng này, cuối TK 21, sự tan băng ở vùng cực và núi cao sẽ làm cho mực nước biển dâng cao từ 65 - 100 cm. CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 3. Băng (tt) 14 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 10/9/2008 8 • Trên lục ñịa, lượng nước ngầm nhiều hơn tất cả các nước sông, hồ, ñầm và băng tuyết cộng lại. • Đại bộ phận nước ngầm là do nước trên bề mặt ñất ngấm xuống. CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 4. Nước ngầm 15 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào Nước ngầm phụ thuộc vào: + Nguồn cung cấp nước (nước mưa, nước băng, tuyết tan…) và lượng bốc hơi nhiều hay ít + ðịa hình: mặt ñất dốc, nước mưa chảy ñi nhanh nên thấm ít; mặt ñất bằng phẳng, nước thấm nhiều. + Cấu tạo của ñất ñá: nếu kích thước các hạt ñất ñá lớn sẽ tạo thành các khe hở rộng, nước thấm ñược nhiều; và ngược lại + Lớp phủ thực vật: ở nơi cây cỏ nhiều, nước theo thân cây và rễ cây thấm xuống nhiều hơn ở vùng ít cây cối. CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 4. Nước ngầm 16 10/9/2008 9 Dựa vào nguồn gốc hình thành: • Hồ hình thành từ một khúc uốn của sông: hồ móng ngựa, như Hồ Tây ở Hà Nội. • Hình thành do băng hà di chuyển qua, sâu những chỗ ñất, ñá mềm, ñể lại những vùng nước lớn gọi là hồ băng hà (ở Phần Lan, Canada) • Nơi trũng trong miền núi, nước tụ lại trước khi chảy ra sông cũng thành hồ. Hồ hình thành trên các miệng núi lửa ñược gọi là hồ miệng núi lửa. • Hồ hình thành do những vụ sụt ñất như các hồ ở ðông châu Phi, ñược gọi là hồ kiến tạo. • Ở các hoang mạc, gió tạo thành các cồn cát cao, chân cồn cát một số nơi trũng, nước tụ lại thành hồ nông. CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 5. Hồ 17 Dựa vào tính chất của nước: hồ nước ngọt và hồ nước mặn • Hồ nước mặn ít gặp hơn, có thể là di tích của biển, ñại dương bị cô lập giữa lục ñịa, cũng có thể trước ñây là hồ nước ngọt, nhưng vì khí hậu khô hạn nên nước hồ cạn dần và tỉ lệ muối khoáng trong nước tăng lên… • Trong quá trình phát triển, hồ sẽ cạn dần và biến thành ñầm lầy CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 5. Hồ 18 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 10/9/2008 10 • Các hồ cạn dần do những nguyên nhân chính sau: – Ở miền khí hậu khô (ít mưa), nước lại bốc hơi nhiều và cạn dần – Hồ có sông chảy ra, sông càng ñào lòng sâu thì càng rút bớt nước của hồ – Hồ có sông chảy vào, phù sa của sông sẽ lắng ñọng và lấp dần ñáy hồ. Trong giai ñoạn cuối, ñáy hồ bị lấp nông dần, thực vật phát triển, hồ trở thành ñầm lầy. CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 5. Hồ 19 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 20 CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 6. Biển và dại dương 1. Thành phần và tỉ trọng của nước biển Nước biển có chứa các chất muối, khí (O2, N2, CO2…) và chất hữu cơ có nguồn gốc ñộng, thực vật. Trong nước biển, nhiều nhất là các muối khoáng; 35g muối khoáng/1kg nước biển, trong ñó có 77,8% là muối NaCl. - Tỉ lệ muối hay ñộ muối trung bình của nước biển là 35‰, nhưng ñộ muối cũng luôn thay ñổi tuỳ thuộc vào tương quan giữa ñộ bốc hơi với lượng mưa và lượng nước sông từ các lục ñịa ñổ ra biển 10/9/2008 11 21 CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 6. Biển và dại dương 1. Thành phần và tỉ trọng của nước biển - ðộ muối ở ñại dương thay ñổi theo vĩ ñộ: + Dọc Xích ñạo, ñộ muối là 34,5‰ + Vùng chí tuyến, ñộ muối lên tới 36,8‰… + Gần hai cực, ñộ muối chỉ còn 34‰ Nước biển có tỉ trọng lớn hơn nước ngọt. ðộ muối càng cao thì tỉ trọng của nước biển càng lớn, tuy nhiên xuống tới một ñộ sâu nhất ñịnh thì ñộ muối ở mọi nơi ñều ñồng nhất, nên tỉ trọng cũng dần dần ñồng nhất. CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 2. Nhiệt ñộ của nước biển a) Nhit ñ nc bin gim dn theo ñ sâu Từ ñộ sâu hơn 3000m nhiệt ñộ nước biển gần như không thay ñổi (từ 00C - 40C ). b) Nhit ñ nc bin thay ñ%i tuỳ theo mùa trong năm Do chịu ảnh hưởng của nhiệt ñộ không khí c) Nhit ñ nc bin gim dn t* vĩ ñ th,p lên vĩ ñ cao (t* Xích ñ3o v4 cc) Nhiệt ñộ nước biển còn thay ñổi do ảnh hưởng của các dòng biển. 22 CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 6. Biển và dại dương CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 10/9/2008 12 I – SÓNG BIỂN Sóng biển là một hình thức dao ñộng của nước biển theo chiều thẳng ñứng, nhưng lại cho người ta cảm giác là nước chuyển ñộng theo chiều ngang từ ngoài khơi xô vào bờ. Nguyên nhân chủ yếu tạo nên sóng là gió. Gió càng mạnh thì sóng càng to, mặt biển càng nhấp nhô, những giọt nước biển chuyển ñộng lên cao, khi rơi xuống va ñập vào nhau, vỡ tung toé ra tạo thành bọt trắng. Sóng thần là sóng cao dữ dội, có chiều cao khoảng 20 - 40m, truyền theo chiều ngang với tốc ñộ có thể tới 400 – 800 km/h. Sóng thần chủ yếu là do ñộng ñât gây ra, ngoài ra còn do núi lửa phun ngầm dưới ñáy biển hoặc bão. 23 CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 6. Biển và dại dương CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào • II - THUỶ TRIỀU Thuỷ triều là hiện tượng dao ñộng thường xuyên và có chu kì của các khối nước trong các biển và ñại dương, do ảnh hưởng sức hút của Mặt Trời và Mặt Trăng. Khi Mặt Trăng, Mặt Trời, Trái ðất nằm thẳng hàng thì dao ñộng thuỷ triều lớn nhất. Khi Mặt Trăng, Trái ðất và Mặt Trời nằm vuông góc với nhau thì dao ñộng thuỷ triều nhỏ nhất. 24 CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 6. Biển và dại dương CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 10/9/2008 13 II – DÒNG BIỂN Các dòng biển nóng thường phát sinh ở hai bên Xích ñạo, chảy về hướng Tây, khi gặp lục ñịa thì chuyển hướng chảy về phía cực. Các dòng biển lạnh xuất phát từ khoảng vĩ tuyến 30 – 40o thuộc khu vực gần bờ phía ñông của các ñại dương rồi chảy về phía Xích ñạo, cùng với dòng biển nóng tạo thành những hệ thống hoàn lưu trên các ñại dương ở từng bán cầu. Hướng chảy của các vòng hoàn lưu lớn ở bán cầu Bắc theo chiều kim ñồng hồ, ở bán cầu Nam thì ngược lại. Ở bán cầu Bắc còn có những dòng biển lạnh xuất phát từ vùng cực, men theo bờ tây các ñại dương chảy về phía Xích ñạo. Ở vùng gió mùa thường xuất hiện các dòng biển ñổi chiều theo mùa Ở Bắc Ấn ðộ Dương, về mùa hạ dòng biển nóng chảy theo vòng từ tây… rồi trở về Xri Lan-ca. Về mùa ñông, dòng biển này chảy theo chiều ngược lại. Các dòng biển nóng và lạnh chảy ñối xứng nhau ở hai bờ các ñại dương. 25 CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 6. Biển và dại dương II – DÒNG BIỂN Ở bán cầu Bắc còn có những dòng biển lạnh xuất phát từ vùng cực, men theo bờ tây các ñại dương chảy về phía Xích ñạo. Ở vùng gió mùa thường xuất hiện các dòng biển ñổi chiều theo mùa Ở Bắc Ấn ðộ Dương, về mùa hạ dòng biển nóng chảy theo vòng từ tây… rồi trở về Xri Lan-ca. Về mùa ñông, dòng biển này chảy theo chiều ngược lại. Các dòng biển nóng và lạnh chảy ñối xứng nhau ở hai bờ các ñại dương. Ở khu vực cực và ôn ñới của bán cầu Bắc, các dòng biển nóng và lạnh cùng chảy ñối xứng theo hai bờ ñại dương, nhưng ngược với sự ñối xứng ở vùng nhiệt ñới và cận nhiệt.26 CAÙC NGUOÀN NÖÔÙC 6. Biển và dại dương 10/9/2008 14 HYDROSPHERE - FRESH WATER • Was the water you drank today once drunk by dinosaurs? Would a dinosaur want to drink our water today? 27 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào Thành phần nước trong một số sinh vật và thức ăn quen thuộc % of mass % of mass Loài không xương sống ở biển 97 Broccoli, dưa hấu 90 Bào thai (1 tháng) 93 Sữa 88 Cá 82 Táo 85 Người trưởng thành 70 Nho 80 Trứng 75 28 10/9/2008 15 Nhu cầu sử dụng nước toàn cầu (1900-2000) 29 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào Bốc hơi và sự thoát hơi nước 30 CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 10/9/2008 16 31 Thành phần nước tự nhiên • Nước ngọt: dissolved solids <0.1%. – Drinking water standard: dissolved solids <0.05% – Thành phần chính: Ca2+, Mg2+, HCO3-. • Nước biển: dissolved solids ~3.5% – Thành phần chính Cl- 19,000 ppm Na+ 10,600 ppm SO4 2- 2,600 ppm Mg2+ 1,300 ppm HCO3 - 140 ppm Ca2+ 400 ppm Br- 65 ppm K+ 380 ppm 32 Phân tử nước và liên kết hydro Liên kết hydro có ảnh hưởng mạnh ñến tính chất vật lý của nước 10/9/2008 17 33 Heat capacity • Heat capacity is the amount of heat required to raise the temperature of a given mass by 1oC. Unit: cal/oC/g • Water has the highest heat capacity of any common liquid or solid. – H2O: Cp =1 cal/oC/g – Alcohol: 0.535 cal/oC/g – Acetone: 0.506 cal/oC/g – Sulfuric acid: 0.411 cal/oC/g – Benzene: 0.389 cal/oC/g – Carbon tetrachloride: 0.198 cal/oC/g – Mercury: 0.03346 cal/oC/g CBGD: ThS.Trịnh Ngọc ðào 34 Những tính chất quan trọng của nước Tính chất Ảnh hưởng và tầm quan trọng Excellent solvent Transport nutrients and waste products, making biological processes possible in an aqueous medium Maximum density at 4oC Ice floats Higher heat of vaporization than any other material Determines transfer of heat and water between the atmosphere and bodies of water Higher heat of fusion than any other liquid except ammonium Temperature stabilized at the freezing point of water Higher heat capacity than any other liquid except ammonia Stabilization of temperatures of organisms and geographical regions Transparent to visible Allow light required for photosynthesis to reach considerable depth in bodies of water