Bài giảng Khí tượng nông nghiệp - Chương 2: Cấu trúc và thành phần khí quyển

7/18/15 1 CHơNG 2. CấU TRÚC Và THàNH PHầN KHí QUYểN 1. Cấu trúc khí quyển Tổng trọng lợng của khí quyển: 5,136.1015 tấn Tổng trọng lợng của địa quyển: 5,96.1021 tấn Tổng trọng lợng của thuỷ quyển: 1,4.1018 tấn Trọng lợng khí quyển tơng đơng với trọng lợng của 76 cm Hg phủ đều trên bề mặt địa cầu (1AT = 760mmHg) Mật độ không khí ()ở đk 00C, P= 760mmHg là 1,293 kg/m3 Thể tích riêng của không khí là đại lợng nghịch đảo của mật độ không khí : V = 1/ (1) Công thức Claypayron: PV = RT (2) Ta có:  = P/RT (3) R: hằng số chất khí (1/0,4845); P: áp suất khí quyển; T: nhiệt độ tuyệt đối không khí 2.1. TầNG đẩI LƯU (TROPOSPHERE)  Lớp khí quyển sát mặt đất dày 10-12 km (ở xích đạo: 16 km, ở 2 cực: 8 km)  Tập trung hầu hết không khí của khí quyển: Tới độ cao 5km chiếm 50% không khí Tới độ cao 10km chiếm 75% không khí Tới độ cao 12km chiếm 80% không khí Tới độ cao 20km chiếm 95% không khí  Nhiệt độ giảm dần theo đọ cao: Trung bình cứ lên cao 100m nhiệt độ giảm 0,650C Thăng đoạn nhiệt khô, cứ lên cao 100m nhiệt độ giảm 0,8 - 10C Thăng đoạn nhiệt ẩm, cứ lên cao 100m nhiệt độ giảm 0,50C 2.1. TầNG đẩI LU (TROPOSPHERE) Bảng 2.1. Nhiệt độ k h ả o s ỏ t l ỳ c 7 h ( 0 h G M T ) ở c ỏ c đ ộ c a o t ạ i Hà Nội (Số liệu 30 năm 1 9 6 1 - 1 9 9 0 ) Mực (một) Thỏng I Thỏng VII 0 Ttb Tmax Tmin Ttb Tmax Tmin 0 14,6 23,0 5,5 27,3 31,4 21,6 200 13,8 21,7 3,5 26,2 31,9 20,3 500 12,5 24,7 0,9 25,2 30,0 19,1 1000 10,6 21,4 0,6 22,8 27,7 16,0 1500 9,3 19,1 -1,5 20,0 24,8 15,3 2100 7,9 18,1 -1,7 16,6 20,8 2,0 3100 5,0 14,2 -3,7 11,1 15,7 7,9 Nguồn: TS. Hoàng Thị Phương Hồng (Đài khớ tượng cao khụng)  Khí áp cũng giảm dần theo độ cao: Độ cao (km) 0 2,0 4,0 6,0 Khí áp (mmHg) 760 598 465 358  Không khí chứa nhiều hơi n-ớc: độ ẩm t-ơng đối thay đổi từ 5 - 100%.  Không khí th-ờng phát triển các dòng thăng, dòng giáng (đối l-u).  Là tầng khí quyển có nhiều biến đổi vật lý hết sức phức tạp tạo nên các hiện t-ợng thời tiết. 2.1. Tầng đối lu (Troposphere) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nụng Học ) - Học Viện Nụng Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/18/15 2 2.2. TầNG BìNH LUU (STRATOSPHERE)  Giới hạn từ 12 đến 50 km  đây là tầng khí quyển ít biến động, yên tĩnh. Không khí rất th-a loãng và hầu nh- không có hơi n-ớc.  Không khí vận chuyển theo 1 h-ớng từ tây sang đông rất ổn định nên gọi là Bình l-u (gió Tây)  Đ-ợc phân làm 2 lớp theo đặc điểm nhiệt độ nh- sau: +/ Lớp 12 - 25 km: Không khí có nhiệt độ không đổi (khoảng -55 đến - 760C), yên tĩnh, ít có biến đổi. +/ Lớp 25 đến 50 km: nhiệt độ tăng dần theo độ cao do không khí chứa nhiều khí ôzôn (o3) hấp thu bức xạ tử ngoại và tia vũ trụ. Nhiệt độ cực đại có thể tới +100C. ễzụn ở tầng bỡnh lưu tồn tại 1 cõn bằng động, khi hấp thụ bức xạ tử ngoại nú cú thể bị phõn huỷ: O3 + bức xạ tử ngoại = O2 + O O2 + bức xạ tử ngoại = O + O Và ụzụn cũng được tỏi tạo trở lại: O + O2 = O3 Cỏc chất Clorofluorocacbon (CFC), (CH4), (N2O), (NO) cú khả năng thỳc đẩy phõn hủy tầng ụzụn. Trong tự nhiờn CFC xõm nhập một cỏch chậm chạp vào tầng ụzụn của khớ quyển, khi tiếp xỳc với cỏc tia tử ngoại, CFC giải phúng Cl tự do. Clo kết hợp với O nguyờn tử theo phản ứng: Cl + O = ClO Quan sỏt cho thấy, Cl ở tầng bỡnh lưu thường tồn tại dưới dạng bền vững như HCl, ClONO2. Vào mựa đụng, Vựng Nam cực lạnh hơn nờn ở tầng bỡnh lưu xuất hiện cỏc đỏm mõy băng, tạo cơ hội cho Cl giải phúng khỏi cỏc dạng bền vững. Mựa xuõn đến, gặp ỏnh sỏng MT, Cl phõn hủy O3. vỡ thế lỗ thủng ụ zụn ở nam cực lớn hơn. Một CFC cú thể phỏ huỷ hàng nghỡn phõn tử ụzụn. Hoạt động tương tự trong quỏ trỡnh phõn huỷ ụzụn cũn cú Brụm, NO và OH-. Tia tử ngoại phõn huỷ tầng ụ zụn như thế nào: Lỗ thủng ụzụn dựng để chỉ sự suy giảm ụzụn nhất thời hằng năm ở hai cực Trỏi đất. Kớch thước lỗ thủng tầng ụ zụn: Năm 2007 25 triệu km2 Năm 2008 27 triệu km2 6/9/2009 24 triệu km2 Diện tớch Nam cực 14 triệu km2 Diện tớch Bắc Mỹ 24,7 triệu km2 Hội nghị Motrean (1987) về cấm CFC 2.4. Tầng điện ly (Thermosphere)  Còn gọi là tầng nhiệt quyển hay tầng ion  Giới hạn từ 85 đến 1000 km  Các phân tử không khí bị phân tích thành các ion mang điện (O++, O--, NO+...)  Mật độ ion hoá cao nhất ở 2 độ cao: 100 và 180 km  Nhiệt độ không khí rất cao do thờng xuyên có sự phóng điện (nhiệt độ từ 200 đến hàng nghỡn0C) 2.5. Tầng ngoài (ngoại quyển - exosphere)  Giới hạn độ cao từ 1000 km đến khoảng 3000 km. Vợt ra ngoài là khoảng chân không vũ trụ (out space)  Không khí vô cùng tha loãng, tồn tại dạng các túi khí, thành phần chủ yếu là Hydro và Heli 2.3. Tầng Trung quyển (Mesosphere):  Giới hạn từ 50 -85 km. nhiệt độ không khi hạ xuống và giảm dần theo độ cao (-70 đến -800C).  Không khí phát triển các dòng đối lu yếu. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nụng Học ) - Học Viện Nụng Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/18/15 3 BảNG 2. THàNH PHầN KHôNG KHí KHôNG Bị ô NHIễM Tên chất Công thức Tỉ lệ Khối l-ợng trong KQ (tấn) Nitơ N2 78,09% 3850. 10 12 Oxy O2 20,94% 1180. 10 12 Argon Ar 0,93% 65. 1012 Cacbonic CO2 0,032% 2,5. 10 12 Neon Ne 18 ppm 64. 109 Heli He 5,2 ppm 3,7. 109 Metan CH4 1,3 ppm 3,7. 10 9 Kripton Kr 1,0 ppm 15. 109 Hydro H2 0,5 ppm 0,18. 10 9 Nitơ Ôxit N2O 0,25 ppm 1,9. 10 9 Cacbon monoxit CO 0,10 ppm 0,5. 109 ôzon O3 0,02 ppm 0,2. 10 9 Sulfur dioxit SO2 0,001 ppm 11. 10 6 Nitơ dioxit NO2 0,001 ppm 8. 10 6 3. Thành phần không khí 3.1. Thành phần không khí lớp sát mặt đất 3.1.1. Nitơ  Các dạng tồn tại trong không khí: N2, N2O, NO2, NH3...  Nguồn bổ sung là quá trình phản nitrat hoá  Vai trò đối với đời sống sinh vật: tham gia vào thành phần cấu tạo cơ thể (protein, axit amin, vitamine, ADN, ARN, diệp lục, Hemoglobine...)  Sinh vật chỉ sử dụng Nitơ ở các dạng hợp chất:  Động vật sử dụng N hữu cơ (protein, a. amin, vitamine...)  Thực vật sử dụng N ở dạng ion (NH4 +, NO3 -) hoặc các phân tử nhỏ nh- CO(NH2) 2 , Alanine...)  Một số vi sinh vật sử dụng Nitơ phân tử: (vi khuẩn hảo khí Azotobacter, VK yếm khí Clostridium Pasterianum, VK cộng sinh Rhizobium, , tảo lục Anabaena.  ph-ơng pháp khai thác nguồn tài nguyên N2:  Ph-ơng pháp công nghiệp: trong các nhà máy sản xuất phân đạm, dùng các ph-ơng pháp công phá Nitơ (phóng điện hoặc dùng hoá chất), sau đó cố định N d-ới dạng các hợp chất nh- NH4NO3, (NH4)2 SO4, NH3, urea CO(NH2) 2.  Ph-ơng pháp nông học: trồng cây phân xanh họ đậu, thả bèo hoa dâu.  Ph-ơng pháp vi sinh vật: Dùng các loại phân vi sinh vật (EM, Vi sinh Sông Gianh, Vi sinh Thiên nông...) 3. Thành phần không khí 3.1. Thành phần không khí lớp sát mặt đất 3.1.2. Cacbonic (CO2):  Nguồn bổ sung CO2 cho khí quyển nhờ các quá trình hô hấp, đốt cháy và phân giải hợp chất hữu cơ.  Là thành phần biến động rất lớn  Cây trồng sử dụng CO2 nh- nguồn nguyên liệu cho quá trình quang hợp 6CO2 +6H2O C6 H12 O6 +6O2  Các giống, chủng loại cây khác nhau yêu cầu hàm l-ợng CO2 khác nhau tuỳ thuộc vào điểm bù và điểm bão hoà CO2 của chúng. Điểm bù CO2 từ 0,01 - 0,03%, điểm bão hoà CO2 từ 0,05 đến 0,4%.  Một số cây trồng có c-ờng độ quang hợp tăng khi CO2 tăng lên, nh-ng một số cây có điểm bão hoà thấp thì hàm l-ợng CO2 tăng ảnh h-ởng xấu tới sinh tr-ởng, phát triển.  Nồng độ CO2 giới hạn cho phép ở cơ sở sản xuất đối với ng-ời và động vật là 0,1% 3.1.3. Oxy (O2)  tỷ trọng 1,1025  Đ-ợc coi là d-ỡng khí: Oxy rất cần thiết đối với sự sống, nó tham gia vào quá trình hô hấp, quá trình phân giải chất hữu cơ và quá trình cháy.  Oxy đ-ợc bổ sung cho khí quyển nhờ quá trình quang hợp 3.1.4. Bụi  Là tập hợp nhiều hạt vật chất vô cơ hay hữu cơ có kích th-ớc nhỏ bé tồn tại trong không khí d-ới dạng bụi bay, bụi lắng, hơi, khói hoặc mù.  bụi bay có kích th-ớc 0,001 - 10 m (tro, muội, khói và các hạt chất rắn nhỏ chuyển động Braonơ hoặc rơi theo định luật Stok. Gây tổn th-ơng cơ quan hô hấp, bệnh nhiễm bụi thạch anh (silicose) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nụng Học ) - Học Viện Nụng Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/18/15 4  Bụi lắng có kích th-ớc lớn hơn 10 m, rơi theo định luật Niutơn, gây bệnh cho mắt, nhiễm trùng, dị ứng da...  Phân loại bụi: +/ Theo nguồn gốc: bụi hữu cơ (phấn hoa, phấn côn trùng); bụi vô cơ (bụi khoáng, bụi kim loại, hỗn hợp); bụi tự nhiên; bụi nhân tạo; bụi vũ trụ; bụi núi lửa, bão cát. +/ theo kích th-ớc: bụi: >10 m; mù: o,1 - 10 m; khói: < 0,1 m. +/ Theo tính xâm nhập vào đ-ờng hô hấp: bụi không ở lại phế nang: <0,1 m; ở lại phế nang 80-90%: 0,1 - 5,0 m; vào phổi nh-ng đ-ợc đào thải ra: 5 -10 m; đọng lại ngoài mũi: > 10 m +/ phân loại theo các đặc điểm khác: theo tác hại (nhiễm độc, gây ung th-, xơ phổi, nhiễm trùng) Bảng 4. Tỏc dụng bệnh lý của một số khớ độc đối với con người Tỏc nhõn Nguồn phỏt sinh Tỏc dụng bệnh lý Anđờhit Quỏ trỡnh n h i ệ t p h õ n d ầ u , m ỡ , v à g l i x e r i n G õ y b u ồ n p h i ề n , c ỏ u g ắ t , ả n h hưởng đến bộ mỏy hụ hấp A m ụ n i a c Q u ỏ t r ỡ n h s ả n x u ấ t p h õ n đạm, sơn hay thuốc nổ G õ y v i ờ m t ấ y đường hụ hấp Asin (AsH3) Hàn sắt, thộp hoặc sản xuất que hàn cú chứa asen Làm giảm hồng cầu trong mỏu, tỏc hại thận, gõy bệnh vàng da Cacbon Ống xả ụtụ, xe mỏy, ống khúi đốt than Giảm bớt khả năng lưu chuyển oxy trong mỏu Clo Tẩy vải sợi và cỏc quỏ trỡnh hoỏ học tương tự Gõy nguy hại đối với toàn bộ đường hụ hấp và mắt Bảng 4. Tỏc dụng bệnh lý của một số khớ độc đối với con người Tỏc nhõn Nguồn phỏt sinh Tỏc dụng bệnh lý Hydro xyanit Khúi cỏc lũ chế biến hoỏ chất, mạ kim loại Gõy tỏc hại đối với tế bào thần kinh, đau đầu, làm khụ họng, mờ mắt Hydro florua Tinh luyện dầu khớ, khắc kớnh bằng axit, sản xuất nhụm, phõn bún Gõy mệt mỏi toàn thõn Hydro Sunfit Cụng nghiệp hoỏ chất và tinh luyện nhiờn liệu cú nhựa đường Giống mựi trứng thối, gõy buồn nụn, kớch thớch mắt và họng Tro, muội, khúi Từ lũ đốt của cỏc ngành cụng nghiệp éau mắt và cú thể gõy bệnh ung thư Bảng 2. Số lượng cỏc tỏc nhõn ụ nhiễm trờn toàn thế giới năm 1992 éơn vị: Triệu tấn Tỏc nhõn ụ nhiễm chớnh Nguồn gõy ụ nhiễm COx Bụi SOx Cacbon Hydrat NOx 1. Giao thụng vận tải - ễtụ chạy xăng - ễtụ chạy dầu diezel - Mỏy bay - Tàu hoả và cỏc loại khỏc 58.1 53.5 0.2 2.4 2.0 1.2 0.5 0.3 0.0 0.4 0.8 0.2 0.1 0.0 0.5 15.1 13.8 0.4 0.3 0.6 7.3 6.0 0.5 0.0 0.8 2. éốt nhiờn liệu - Than - Dầu, xăng - Khớ đốt tự nhiờn - Gỗ, củi 1.7 0.7 0.1 0.0 0.9 8.1 7.4 0.3 0.2 0.2 22.2 18.3 3.9 0.0 0.0 0.7 0.2 0.1 0.0 0.4 8.8 3.6 0.9 4.1 0.2 3. Sản xuất cụng nghiệp 8.8 6.8 6.6 4.2 0.2 4. Xử lý chất thải rắn 7.1 1.0 0.1 1.5 0.5 5. Hoạt động khỏc - Chỏy rừng - éốt cỏc sản phẩm nn - éốt rỏc thải bằng than - Hàn đốt xõy dựng 15.3 6.5 7.5 1.1 0.2 8.8 6.1 2.2 0.4 0.1 0.5 0.0 0.0 0.5 0.0 3.8 2.0 1.5 0.2 0.1 1.6 1.1 0.3 0.2 0.0 Top 20 nước cú mức phỏt thải CO2 nhiều nhất trờn thế giới (2009) Country Total Emissions (Million metric tons of CO2) Per Capita Emissions (Tons/capita) 1. China 6017.69 4.58 2. United States 5902.75 19.78 3. Russia 1704.36 12.00 4. India 1293.17 1.16 5. Japan 1246.76 9.78 6. Germany 857.60 10.40 7. Canada 614.33 18.81 8. United Kingdom 585.71 9.66 9. South Korea 514.53 10.53 10. Iran 471.48 7.25 11. Italy 468.19 8.05 12. South Africa 443.58 10.04 13. Mexico 435.60 4.05 14. Saudi Arabia 424.08 15.70 15. France 417.75 6.60 16. Australia 417.06 20.58 17. Brazil 377.24 2.01 18. Spain 372.61 9.22 19. Ukraine 328.72 7.05 20. Poland 303.42 7.87 Hiệu ứng nhà kớnh Một phần bức xạ súng dài thoỏt ra khỏi bầu khớ quyển, một phần bị cỏc chất khớ nhà kớnh hấp thụ và phỏt xạ ngược trở lại trỏi đất. Hiệu ứng này giỳp giữ ấm cho bề mặt trỏi đất và lớp khớ quyển phớa bờn dưới Một phần BXMT bị mặt đất và khớ quyển phản xạ trở lại. Bầu khớ quyển cho BXMT đi qua. Mặt đất hấp thụ BXMT và ấm lờn Mặt đất phỏt xạ bức xạ súng dài Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nụng Học ) - Học Viện Nụng Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 7/18/15 5  Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nụng Học ) - Học Viện Nụng Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/