Tiểu luận Nitơ và các hợp chất của Nitơ tác nhân đáng kể trong vấn đề nóng lên của Trái Đất

LỜI NÓI ĐẦU Như chúng ta đã biết, vấn đề nóng lên của Trái Đất đang là mối mối quan tâm của rất nhiều người trên thế giới. Và đã có nhiều tác nhân được đưa ra để nghiên cứu, xem xét và cảnh báo. Trước đây, khí CO2 được coi là nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng này. Nhưng theo các nghiên cứu mới nhất của các nhà khoa học thì Nitơ và các hợp chất của nó lại chính là những nguyên nhân đáng kể nhất trong sự nóng lên của Trái Đất. Vậy Nitơ và các hợp chất của Nitơ có đặc điểm như thế nào để có thể bị coi là tác nhân đáng kể nhất trong vấn đề nóng lên của Trái Đất? Bài tiểu luận sẽ phần nào giải đáp câu hỏi trên và các biện pháp đưa ra để hạn chế việc tăng nhanh lượng khí này trong khí quyển cũng như khắc phục các tác hại của chúng hiện nay. Địa hóa môi trường là một môn học trong học kỳ 7 của sinh viên lớp k49 Địa Môi trường cung cấp cho sinh viên các kiến thức về sự ảnh hưởng của sự phân bố, tương tác của các NTHH, chất phóng xạ trong các thành tạo bề mặt (thành tạo biểu sinh) đối với môi trường sống và con người. Theo yêu cầu của môn học, bài tiểu luận đã được thực hiện và hoàn thành được mục tiêu đưa ra. Tuy nhiên, trong suốt quá trình thực hiện bài tiểu luận, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của cô giáo TS Nguyễn Thị Minh Ngọc. Nhân dịp này em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô giáo. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng bài tiểu luận chắc chắn không thể thiếu những sai sót, em rất mong được cô chỉ bảo để bài tiểu luận được hoàn thiện. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội ngày 22 tháng 12 năm 2007 Sinh viên thực hiện Nguyễn Trung Kiên GIỚI THIỆU VỀ NITƠ VÀ CÁC HỢP CHẤT DẠNG KHÍ CỦA NÓ 1. Nitơ Nitơ là một chất khí có nhiều trong khí quyển, chiếm 79% không khí ta thở. Ngoài ra Nitơ còn tồn tại trong đất, nước và sinh vật. Nitơ có vai trò rất quan trọng trong thực tế cả đối với sinh vật và con người. Thực vật, động vật và vi khuẩn, tất cả đều sử dụng Nitơ (trong các amino acid, thành phần cấu tạo nên protein – chất đạm). Protein không chỉ cho phép chúng ta phát triển và hoạt động mà chúng còn hình thành cơ sở của hầu hết mọi phản ứng hoá học trong cơ thể con người. Chu trình Nitơ được coi là một trong các quá trình năng động và quan trọng nhất của tự nhiên. Hình 1: Chu trình của Nitơ trong đất Tuy nhiên ngày nay các cuộc cách mạng công nghiệp đã làm ảnh hưởng lớn đến sự cân bằng Nitơ trong tự nhiên. Việc đốt cháy những nguyên liệu dưới lòng đất như than đá, dầu mỏ với qui mô lớn đã giải phóng những lượng lớn Nitơ oxit (bao gồm cả đinitơ oxit hay N2O). Với sự phát triển của quá trình Haber-Bosch (quá trình điều chế NH3 từ khí N2 mà không có sự tham gia của vi khuẩn cố định đạm nói trên), lượng khí ammonia được sản xuất trở thành một nguồn tài nguyên đáng kể và được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất những thứ phân bón rẻ tiền cho hoa màu. Việc đốt rừng làm rẫy cũng như sản xuất nylon cũng góp phần đáng kể vào sự gia tăng lương Nitơ… Sự mất cân bằng này làm ảnh hưởng tới sức khỏe con người và cuộc sống trên hành tinh. Mặc dù trong những khía cạnh khác của khoa học thì Nitơ vẫn có những tác dụng rất to lớn như trong y học, công nghiệp, nông nghiệp,… nhưng xét khía cạnh này thì Nitơ vẫn được coi là khí có khả năng gây nguy hiểm cho con người khi ở tình trạng thừa. 2. Các hợp chất của Nitơ Các hợp chất của Nitơ bao gồm (theo hóa trị): Nitơ II Oxit – NO, Nitơ IV Oxit – NO2, Nitrô Oxit – N2O, ĐiNitơ TriOxit – N2O3, ĐiNitơ TetraOxit – N2O4, ĐiNitơ PentaOxit – N2O5 với cấu trúc phân tử như hình: Nitơ IV Oxit – NO2 Nitơ II Oxit – NO Nitrô Oxit – N2O ĐiNitơ TriOxit – N2O3 ĐiNitơ TetraOxit – N2O4 ĐiNitơ PentaOxit – N2O5 Trong số các hợp chất khí trên, một số không tồn tại trong điều kiện thường (NO) hoặc không có ảnh hưởng đến sự nóng lên của Trái Đất (N2O4, N2O5). Vì vậy em chỉ đi sâu vào nghiên cứu 2 loại hợp chất khí chính có ảnh hưởng lớn nhất đối với sự nóng lên của Trái Đất: đó là Nitơ IV Oxit – NO2 và Nitrô Oxit – N2O. Đây là 2 khí được coi là nguyên nhân chính gây nên hiện tượng nóng lên của Trái Đất, tác động của có còn lớn hơn cả CO2 – tác nhân được coi là lớn nhất trước đây. a. Nitơ IV Oxit – NO2 Nitơ IV Oxit là hợp chất dạng khí của Nitơ (Nitơ có hóa trị IV) tồn tại trong tự nhiên từ các hoạt động công nghiệp như đốt than, nhiên liệu, sự thối rữa động vật và là một trong những loại khí gây hiệu ứng nhà kính – nguyên nhân gây ra hiện tượng nóng lên của Trái Đất. Nitơ IV Oxit có màu nâu nặng hơn không khí, mùi khó chịu và độc và cấu tạo phân tử như sau: Sở dĩ Nitơ IV Oxit là một khí hiệu ứng nhà kính là do nó cùng với CO2, SO2,... có khả năng hấp thụ các tia sáng phản xạ từ Mặt trời xuống Trái Đât có bước sóng dài. Khi lượng Nitơ IV Oxit và các khí nhà kính khác cân bằng so với khí quyển thì các tia sáng này sẽ giúp “sưởi ấm” Trái Đất. Nhưng ngày nay, khi mà các hoạt động công nghiệp diễn ra rất mạnh mẽ, đặc biệt là các nước đang phát triển và Mỹ làm cho lượng khí nhà kính tăng lên đáng kể – trong đó có Nitơ IV Oxit. Làm mất đi sự cân bằng trong khí quyển, lượng khí hấp thụ các tia phản xạ tăng lên, hiệu ứng nhà kính càng tỏ ra rõ nét, nhiệt độ của Trái Đất tăng lên. b. Nitrô Oxit – N2O Nitrô Oxit (còn được gọi protoxyt nitrogen, hoặc khí cười – do hít phải sẽ gây phản xạ cười) có công thức cấu tạo như sau: Nitrô Oxit trước đây chủ yếu được biết đến trong y học khi nó đóng vai trò là một chất kích thích và có thành phần hỗn hợp khí gây mê. Nhưng ngày nay, các nhà khoa học đã chứng minh được rằng N2O cũng là một trong khí hiệu ứng nhà kính. Hàm lượng của nó đang tăng dần trên phạm vi toàn cầu, hàng năm khoảng từ 0,2 -,3%. Cùng với việc tăng lên lượng lớn NO2 trong không khí thì lượng N2O càng làm tăng cường hiệu ứng nhà kính. Khi khí đinitơ oxit (N2O) lên đến tầng bình lưu và phá huỷ tầng ozone, dẫn đến sự gia tăng lượng bức xạ cực tím, gây ung thư da và đục thuỷ tinh thể. Dù nồng độ Nitrô Oxit trong không khí ít hơn đáng kể so với nồng độ CO2, mối nguy hại tiềm tàng do chúng gây ra làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và môi trường lại nhiều gấp 300 lần. II. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM CỦA NITƠ VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ TRÊN THẾ GIỚI Hiện nay vấn đề ô nhiễm Nitơ và các hợp chất khí liên quan đến sự nóng lên toàn cầu là tương đối rõ nét. Theo tính toán của các nhà khoa học, hiện nay nhiệt độ Trái Đất đang tăng không ngừng, dự báo sẽ tăng khoảng 1,5°C - 4,5°C. Nguyên nhân chủ yếu là từ lượng khí thải của các nhà máy công nghiệp. Hiện nay khu vực ô nhiễm nhiều nhất là ở các nước có nền công ngiệp phát triển. Trong đó "đậm đặc" nhất là các thành phố châu Âu và Bắc Mỹ, cũng như phần lớn vùng đông bắc Trung Quốc. Theo sau là Đông Nam châu Á và châu Phi, với nồng độ khí NO2 khá cao do việc đốt rừng. Mặc dầu NO2 được hình thành tự nhiên dưới tác động của ánh mặt trời và do vi khuẩn trong đất, song nó còn được giải phóng vào khí quyển từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hoá thạch của các nhà máy điện, của ngành công nghiệp nặng và từ khói thải xe cộ. Lượng khí thải này là nguyên nhân chủ yếu làm thủng tầng ozone làm nóng lên Trái Đất. Theo một con số thống kê khác, khí N2O, cũng theo bản báo cáo của Liên Hiệp Quốc, là do kỹ nghệ chăn nuôi gây ra. Nuôi bò, nuôi lợn, nuôi gà, chế biến thực phẩm từ sữa và trứng chịu trách nhiệm chế tác ra khoảng 65% tổng số khối lượng chất khí N2O trên toàn thế giới. Mặc dù lượng N2O thải ra trên thế giới hiện nay không lớn bằng lượng CO2 nhưng tác động của N2O lại đáng kể hơn rất nhiều so với CO2. Giai đoạn 1970 – 2004, lượng khí CO2, CH2, N2O và các loại chất thải nguy hại đã tăng 70%; lượng khí CO2 tăng 80%, chiếm 77% lượng khí hiệu ứng nhà kính. Ngành thải nhiều khí hiệu ứng nhà kính nhất là năng lượng tăng 145%, giao thông vận tải tăng 120%, sản xuất công nghiệp tăng 65%... Hiệu ứng nhà kính làm Trái đất ấm lên, biến đổi khí hậu, thời tiết bất thường, gây hạn hán, bão lũ thất thường…Hậu quả của biến đổi khí hậu bộc lộ rõ khắp nơi: nước Pháp trải qua tháng 4 nóng nhất kể từ năm 1950 với nhiệt độ trung bình trên cả nước là 14°C (cao hơn cùng kỳ mọi năm 4°C), miền bắc khát mưa, các mạch nước ngầm cạn kiệt đến mức báo động. Tổng thống Mỹ G.Bush (ngày 6 – 5) phải ban bố tình trạng thảm họa tại Grin-bớc ở tây-nam bang Can-dát, khu vực vừa xảy ra lốc xoáy. Mỗi năm Bolivia bị thiệt hại 443 triệu USD do thiên tai liên quan hiện tượng El Nino. Một hòn đảo mới đã xuất hiện ở nơi trước đây là phần bờ biển phía đông bán đảo Grin-len, được các nhà khoa học Mỹ đặt tên là "đảo ấm lên". Để giảm lượng khí cacbonic (CO2) trong khí quyển, chúng ta được khuyến khích trồng rừng. Nhưng rừng có thể trở thành nguồn cung cấp khí gây hiện tượng nhà kính, ví dụ như N2O “, các chuyên gia của Đại học Nông Lâm Sukacheva SO RAN (Nga) đă đưa ra kết luận trên. Khí protoxyt nitrogen (N2O) là một trong các khí gây nên hiện tượng hiệu ứng nhà kính, phá vỡ tầng Ozon. Lượng lớn khí này được “sản xuất” bởi các vi trùng trong đất, tuy nhiên bên cạnh chúng còn có các vi trùng “hiếu khí”; có nghĩa là độ hoạt tính của khí này phụ thuộc vào lượng khí “không ăn hết” xâm nhập vào khí quyển. Năm 1971 học viên phòng thí nghiệm Đại học Nông Lâm thổ nhưỡng học đă cho trồng đồng loạt 6 giống cây chính cho rừng Sibiri là: thông sibiri, thông thông thường và thông tuyết tùng, lạc diệp tùng, bạch dương và hoàng điệp liễu. Mỗi loại giống được trồng riêng trên diện tích 2400 m­2. Sau 13 năm, các cây đă lớn lên, các nhà phân tích lấy mẫu thử của đất để làm thí nghiệm. Kết quả cho thấy rằng, đất dưới các cây này đă thải ra khí quyển lượng lớn protoxyt nitrogen so với đất thông thường. Việc khôi phục rừng dẫn đến tăng đáng kể hàm lượng axit và thay đổi cấu trúc hữu cơ trong đất. Các điều kiện này không phù hợp cho vi sinh vật “hiếu khí N2O” ,vì thế hầu như “không gì cản trở” khí này tiến vào không khí. Dưới cây bạch dương và liễu hoàng diệp sinh ra lượng N2O nhiều hơn các cây lá kim, trong đất dưới các cây này cư trú các vi sinh vật khác. Hiện nay, sự thay đổi khí hậu dẫn đến ranh giới của rừng lá rộng và rừng lá kim ở vùng phía bắc bị trộn lẫn. Khi có sự xen lẫn cây lá kim như thế, lượng N2O phát sinh tăng lên gấp 2 lần. Với tình hình thay đổi khí hậu mang tính toàn cầu như ngày hôm nay, phần lớn lượng nitơ trong khí quyển xâm nhập vào trong đất. Hiện nay cháy rừng thường xuyên cũng khiến cho thành phần thổ nhưỡng của đất chứa khoáng nitơ. Lượng nitơ càng nhiều, lượng vi sinh vật chuyển hoá càng phát triển, theo kết luận của các nhà khoa học, vai trò “sản xuất” N2O của rừng Sibiri cho thế giới ngày càng cao. Việc đóng góp khí gây nên hiện tượng nhà kính theo sự thay đổi khí hậu là khác nhau, được đánh giá bởi nhiệt dung riêng của khí và thời gian tồn tại của nó trong khí quyển. Khả năng làm nóng của N2O gấp 296 lần khí cacbonic. Mặc dù nồng độ của N2O thấp hơn 1000 lần so với CO2 nhưng N2O tiến vào môi trường với tốc độ lớn hơn, điều đó có nghĩa sự góp phần tạo nên hiệu ứng nhà kính của khí này cũng tăng lênCòn ở Việt Nam, mức NO2 và N2O bình quân vẫn chưa vượt quá mức cho phép, nhưng tại một điểm nút giao thông quan trọng ở Hà Nội cũng như thành phố Hồ Chí Minh thì hàm lượng này tăng cao đột biến. Cao hơn 60 microgam/m3. Các thành phố khác như thành phố Hồ Chí Minh cũng nằm trong tình trạng tương tụ. Lượng khí này chủ yếu thoát ra từ các phương tiện giao thông đi lại trên đường... Trên đây chỉ là một vài nét về hiện trạng ô nhiễm môi trường của Nitơ và hợp chất khí của nó đối với sự nóng lên của Trái Đất. Còn rất nhiều điểm nóng cũng như khu vực khác nữa mà chưa có con số thống kê cụ thể. Nhưng có thể khẳng định một điều là hiện trạng ô nhiễm môi trường của Nitơ và hợp chất khí của nó đối với sự nóng lên của Trái Đất vẫn đang hết sức cấp bách. III. KIẾN NGHỊ VÀ GIẢI PHÁP Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều các công trình khoa học nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến sự nóng lên của Trái Đất, trong đó có cả Nitơ và các hợp chất của nó. Các tổ chức quốc tế trên thế giới cũng đã lập và tài trợ cho nhiều quỹ nhằm mục đích hỗ trợ các nước nghèo trong vệc giảm thiểu sự xả thải các hợp chất của Nitơ và trong không khí. Ðối phó tình trạng trái đất ấm lên đã trở thành nhiệm vụ toàn cầu. Tổng Thư ký LHQ Ban Ki Mun ngày 1-5 chỉ định ba Ðặc phái viên theo dõi tình trạng biến đổi khí hậu với nhiệm vụ giúp Tổng Thư ký LHQ tham khảo ý kiến những người đứng đầu Chính phủ nhằm tìm biện pháp đẩy nhanh tiến bộ trong thương lượng đa phương về biến đổi khí hậu. Từ khi nhậm chức tháng 1-2007, ông Ban Ki Mun nhiều lần khẳng định vấn đề trái đất ấm lên là một trong những ưu tiên hàng đầu trong hoạt động của ông vì biến đổi khí hậu không chỉ gây hậu quả nghiêm trọng về kinh tế, xã hội và môi trường mà còn ảnh hưởng hòa bình và an ninh thế giới. IPCC xác định một loạt chính sách, công nghệ và biện pháp làm chậm, cuối cùng chấm dứt tình trạng ấm lên của trấi đất, theo đó sử dụng hiệu quả hơn nhiên liệu hóa thạch trong ngành xây dựng, công nghiệp và giao thông; những cơ chế kinh tế hay tài chính khuyến khích phát triển năng lượng tái sinh như gió, mặt trời, địa nhiệt; những biện pháp khuyến khích trồng rừng và trồng trọt, v.v. Theo hướng đẩy mạnh các nỗ lực đi tới thiết lập cơ chế toàn cầu mới hạn chế sự ấm lên của trái đất sau khi Nghị định thư Kyoto về hạn chế khí thải gây hiệu ứng nhà kính (ra đời năm 1997) hết hiệu lực vào năm 2012, ADB cam kết theo đuổi chính sách "thân thiện với môi trường" thông qua các dự án phát triển năng lượng thay thế, khuyến khích bảo đảm cân bằng giữa phát triển công nghiệp với bảo vệ môi trường. Các nước châu Á đã thực hiện nhiều biện pháp đối phó sự ấm lên của trái đất, ủng hộ những biện pháp của LHQ thực hiện những chính sách và công nghệ cần thiết để ngăn chặn lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính làm nhiệt độ trái đất nóng lên. Nhiều nước châu Á yêu cầu các nước phát triển chịu trách nhiệm chính trong vấn đề biến đổi khí hậu. Nhiều nước khuyến khích người dân chuyển vào sâu trong nội địa. Trung Quốc tăng đầu tư xử lý ô nhiễm nước và không khí. Indonesia từ năm 2006 ngừng xuất khẩu cát cho Singapore, nay đang soạn thảo chiến lược quốc gia đối phó biến đổi khí hậu. Singapore tập trung nguồn lực vào việc chủ động tránh nguy cơ xấu nhất là bị chìm dưới 6m nước biển... Nhiều chuyên gia môi trường đề nghị ADB tăng đầu tư giúp các nước châu Á phát triển công nghệ năng lượng sạch, xây dựng cơ sở hạ tầng thân thiện môi trường, bảo đảm tăng trưởng kinh tế ổn định tại khu vực châu Á-Thái Bình Dương. Mặc khác, bắt buộc các nước có lượng thải các khí trên phải cắt giảm lượng xả thải. Với hiệp định khung của Liên hợp quốc về thay đổi khí hậu (UNFCCC) với nghị đinh thư Kyoto, nước Anh đã chấp nhận giảm 8% khí thải độc hại (CO2, CH4, N2O) gây ra hiệu ứng nhà kính cho tới thời điểm 2008 - 2012 so với mức khí thải năm 1990. Bên cạnh đó, nước Anh cung cam kết với Uỷ ban chiến lược EU về việc giảm khí thải 12,5%. Chính phủ Anh đã buộc các công ty sản xuất điện thực hiện cam kết không sử dụng than hoá thạch (NFFO) trong đó đưa ra mức bắt buộc năng lượng sản xuất từ các nguồn có thể tái tạo. Mức bắt buộc này từ 3% năm 2003 sẽ tăng dần lên mức 10% nằm 2010. Liên minh châu Âu (EU) đã tuyên bố cắt giảm 20% vào năm 2020, và nếu như có sự tham gia của Mỹ và các nước giàu khác, EU sẽ nâng mức cắt giảm khí nhà kính của mình lên 30%. Nước Anh cũng đưa ra dự luật cắt giảm khí nhà kính từ 26% đến 32% vào năm 2020 và 60% vào năm 2050 Theo tính toán của các nhà khoa học, đến năm 2012, tổng lượng phát thải khí nhà kính của Mỹ sẽ vượt 30% so với năm cơ sở 1990. Mỹ là nước phát thải khí nhà kính lớn nhất thế giới. Tuy nhiên, Mỹ đã rút khỏi nghị định Kyoto với lý do các cam kết trong nghị định Kyoto sẽ làm tổn hại đến nền kinh tế Mỹ, cũng như nghị định Kyoto không mang tính công bằng khi các nước đang phát triển không phải cam kết cắt giảm phát thải khí nhà kính... Như vậy có thể thấy hiện nay vẫn đề nóng lên toàn cầu đang được rất nhiều nước quan tâm, kể cả những nước có lượng khí thải là các hợp chất của Nitơ không đáng kể.Các nước cũng đã có nhiều hành động cũng như cam kết nhằm cắt giảm lượng khí thải. Nhưng nước có lượng khí thải lớn nhất lại không có ý định cắt giảm, điều này làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến khí hậu toàn cầu. Các nước trên thế giới cần có những biện pháp quyết định để cắt giảm tiến tới cân bằng lượng khí thải độc hại này trong tự nhiên. IV. KẾT LUẬN Không thể phủ nhận vai trò của Nitơ đối với môi trường và cuộc sống con người cũng như sinh vật, nhưng mặt trái của nó là việc dư thừa Nitơ và các hợp chất của Nitơ trong không khí lại là tác đông rất nghuy hiểm đến tầng ozone, gây hiệu ứng nhà kính và là Trái Đất nóng lên. Bài tiểu luận đã cung cấp tương đối đầy đủ thông tin về Nitơ và các hợp chất của nó đối với sự nóng lên toàn cầu, đồng thời nêu lên hiện trạng ô nhiễm môi trường của các hợp chất trên trên thế giới. Ngoài ra, còn đưa ra hành động, cam kết của các tổ chức cũng như các chính phủ các nước để đối phó với tình trạng này. Trong quá trình làm tiểu luận, em đã sử dụng một số tài liệu tham khảo phục vụ cho bài tiểu luận: Giáo trình Địa hóa môi trường – Mai Trọng Nhuận Báo cáo hiện trạng môi trường Việt Nam năm 2005. Và một số thông tin trên các trang web về môi trường. MỤC LỤC