Bài giảng Thời tiết khí hậu: Chương 14- Tác động con người: Ô nhiễm khí quyển và các đảo nguyệt

Ch€ơng 14 Tác động con ng€ời: Ô nhiễm khí quyển vˆ các đảo nhiệt Với 18 triệu dân v 3,5 triệu xe hơi, phần lớn số xe hơi ny không đ‡ợc trang bị các thiết bị kiểm soát chất thải hiện đại, thì chẳng có gì ngạc nhiên nếu thnh phố Mexico đ‡ợc xem l một trong số những địa ph‡ơng khói nhất trên Trái Đất. Їợc bao quanh bởi các dãy núi, chúng giữ lại không khí ô nhiễm v gây nghịch nhiệt th‡ờng xuyên cản trở sự tiêu tán theo ph‡ơng thẳng đứng của các chất ô nhiễm, thnh phố Mexico có đầy đủ lý do trực tiếp đối với vấn đề khói trầm trọng. Tuy nhiên, mùa xuân năm 1998 đã khởi đầu cho những thời kỳ di với chất l‡ợng không khí bất lợi cho sức khỏe v thậm tệ nhất thậm chí cả đối với thnh phố ny. Khủng hoảng khói đã xảy ra chủ yếu do đợt bùng phát các vụ cháy rừng ở phía nam Mexico. Để lm cho vấn đề tồi tệ hơn, núi lửa Popocatepetl, cách 50 km về phía đông nam của thnh phố, đã tung lên hng tấn khói v tro bụi cho khu vực. Gió vận chuyển ô nhiễm xuống phía nam tới Honduras v lên phía bắc tới Florida v Texas, nơi đây mọi ng‡ời đ‡ợc khuyến cáo nên ở trong nh để bớt tai hại sức khỏe. Thông th‡ờng, khói tệ hại nhất ở thnh phố Mexico xuất hiện vo tháng 1 v tháng 2, khi không khí tù đọng giữ lại các chất ô nhiễm từ ô tô v các chất ô nhiễm đô thị khác ở gần bề mặt. Mức khói có thuyên giảm một chút cho tới mùa thu, nh‡ng rồi những ph‡ơng thức thu dọn đồng ruộng kiểu chặt v đốt của nông dân lm cho chất l‡ợng không khí cng tệ hơn. Nh‡ng trong năm 1998, một đợt khô hạn lớn m đ‡ợc đa số ng‡ời nghĩ rằng do hậu quả của El Nino mạnh, đã tạo ra những điều kiện đặc biệt khô lm cho các vụ cháy bao phủ diện tích 3 lần lớn hơn bình th‡ờng. Đến tháng 5, không khí ô nhiễm đã buộc giới lái xe phải dùng đèn pha vo giữa tr‡a tại thủ phủ bang Chiapas, còn ở thnh phố Mexico nồng độ ôzôn cực trị đã gây nên một đợt sóng ngoạn mục về số l‡ợng ng‡ời cần hỗ trợ y tế với những bệnh về hô hấp. Đối phó với tình trạng ny, chính phủ đã sử dụng các lực l‡ợng cứu hộ hạn chế giao thông ô tô v đóng cửa nhiều nh máy. Tuy nhiên, điều đó ch‡a đủ để tạo ra những điều kiện thỏa mãn đối với Pedro Chaves, ông nói “Các vị thấy đấy, tận mắt v tuyệt vọng. Con cái chúng ta đau ốm nhiều hơn... Giá nh‡ có thể, chúng ta đã từ bỏ, nh‡ng đây l chuyện m chúng ta phải suy nghĩ”. ảnh h‡ởng của hoạt động con ng‡ời không chỉ giới hạn ở sự suy thoái chất l‡ợng không khí. Chúng ta đang lm thay đổi khí quyển theo những cách tinh vi hơn. Ví dụ, xây dựng các thnh phố ảnh h‡ởng tới ph‡ơng thức trao đổi năng l‡ợng v n‡ớc ở gần bề mặt. Mỗi lần một tiểu khu đ‡ợc quy hoạch l một lần đất tự nhiên v thực vật bị thay thế bằng bê tông hoặc nhựa đ‡ờng. Điều đó lm giảm mạnh 512 l‡ợng n‡ớc có thể bay hơi vo khí quyển v do đó lm tăng dòng l‡ợng nhiệt hiện (ch‡ơng 3) vo khí quyển. Chúng ta còn xây lên những công trình với t‡ờng thẳng đứng, nó nhận ánh nắng với góc trực diện hơn so với bề mặt hấp thụ ban đầu. Những quá trình đó tác động lm tăng nhiệt độ của các khu vực đô thị so với các vùng nông thôn kế cận, tạo nên các đảo nhiệt m chúng tôi sẽ mô tả ở ch‡ơng ny. Các chất ô nhiễm khí quyển Không ở đâu có không khí hon ton tinh khiết. Các vật rắn v lỏng nhỏ lơ lửng (gọi l các hạt khí quyển) đi vo khí quyển từ các nguồn tự nhiên v nhân tạo. Giống nh‡ vậy, nhiều chất khí đ‡ợc xem l chất ô nhiễm cũng sinh ra một cách tự nhiên từ những quá trình nh‡ các vụ cháy rừng do sét đánh v phun núi lửa. Tuy nhiên, quá trình tiết giảm v mất tự nhiên các khí v hạt đó lm cho chúng không còn tầm quan trọng t‡ơng đối đối với chất l‡ợng không khí m phần lớn chúng ta cảm nhận. Quan trọng hơn chính l các hiệu ứng của hoạt động con ng‡ời, đặc biệt ở trong hoặc xung quanh thnh thị v các trung tâm công nghiệp, nơi các phát thải nhân sinh tập trung vo những diện tích hẹp hơn rất nhiều. Tất cả những gì giới thiệu trong ch‡ơng ny về ô nhiễm không khí sẽ đề cập tới việc tạo ra các chất khí v các hạt có hại bởi con ng‡ời. Những nguồn sinh các hạt v các chất ô nhiễm khác nhau ở n‡ớc Mỹ v nồng độ t‡ơng đối của chúng đ‡ợc dẫn trên hình 14.1. Một cách khái quát nhất, các chất ô nhiễm có thể chia thnh hai loại. Một số chất, gọi l các chất ô nhiễm nguyên sinh, đ‡ợc phát thải trực tiếp vo khí quyển. Những chất khác, gọi l các chất ô nhiễm thứ sinh, không đi trực tiếp vo khí quyển, m l kết quả của một hoặc nhiều biến đổi hóa học. Vậy, một hóa chất phát thải vo khí quyển có thể l vô hại ở trạng thái nguyên thủy, nh‡ng trở thnh một chất khí hoặc hạt có hại sau khi kết hợp với các chất thải khác hoặc các hợp chất xuất hiện tự nhiên. Một số chất ô nhiễm nguyên sinh v thứ sinh có vai trò áp đảo nhất trong sự suy thoái chất l‡ợng không khí. Các hạt khí quyển Các hạt trong khí quyển (còn gọi l son khí) l những vật rắn hoặc lỏng trong không khí có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo. Mặc dù chúng th‡ờng xuyên nhỏ, các hạt có một dải kích th‡ớc rộng từ 0,1 đến 100 mμ . Một số hạt l những chất ô nhiễm nguyên sinh, trực tiếp gia nhập vo khí quyển, còn một số khác l những chất ô nhiễm thứ sinh, đ‡ợc hình thnh nhờ biến đổi các chất khí đã tồn tại tr‡ớc hoặc nhờ sự kết vón từ các hạt nhỏ hơn thnh các hạt lớn hơn. Nguồn sinh các hạt khí quyển Các hạt trực tiếp đi vo không khí có thể có nguồn gốc từ những vụ cháy tự nhiên, phun núi lửa, xâm nhập các tinh thể muối trong quá trình đổ nho sóng biển, hoặc bụi do gió - nh‡ những ai đã từng bị dị ứng phấn hoa vẫn nói. Hoạt động của con ng‡ời, đặc biệt những hoạt động liên quan đến đốt nhiên liệu, tạo ra các hạt nguyên sinh v thứ sinh. 513 Một số hạt thứ sinh hình thnh nhờ quá trình kết vón các chất khí. Quá trình ny xảy ra nhanh nhất khi độ ẩm cao, tạo ra một tình huống rất thú vị. Nhớ lại từ ch‡ơng 5, rằng các giọt n‡ớc trong tự nhiên th‡ờng hình thnh trên các hạt nhân ng‡ng tụ, trong đó các son khí hấp dẫn n‡ớc thuộc loại đặc biệt hiệu quả về tác dụng hút n‡ớc v lm hạ thấp độ ẩm t‡ơng đối cần thiết để hình thnh giọt. Vì vậy, các hạt, đặc biệt l những hạt lớn, kích thích sự hình thnh các giọt s‡ơng mù hoặc mây. Đồng thời, độ ẩm cao thuận lợi cho việc chuyển hóa một số chất khí thnh các hạt thứ sinh, về phía mình, các hạt ny sẽ kích thích ng‡ng tụ hơi n‡ớc thnh các giọt n‡ớc. Kết quả l, những vùng ẩm ‡ớt v tập trung hoạt động công nghiệp cao có thể trở thnh nơi nhiều s‡ơng mù khi độ ẩm t‡ơng đối thấp hơn 100 % nhiều. Quan hệ cộng sinh ny đã lm cho London trở thnh điển hình về s‡ơng mù nặng cho tất cả các thnh phố công nghiệp miền đông của Bắc Mỹ những năm tr‡ớc đây. Hình 14.1. Các nguồn gây ô nhiễm trên lãnh thổ n~ớc Mỹ 514 Sự loại bỏ các hạt khí quyển Mặc dù các hạt luôn có mặt trong không khí, song không một hạt riêng lẻ no tồn tại vĩnh viễn trong khí quyển. Nh‡ chúng ta đã thấy ở ch‡ơng 7, vận tốc về đích tăng theo kích th‡ớc của vật rơi. Vì vậy, những hạt no luôn luôn nhỏ có thể giữ lơ lửng trong khí quyển trong những khoảng thời gian khá lớn. Những hạt lớn hơn ở lại trong không khí có lẽ chỉ khoảng vi giờ, trong khi các hạt nhỏ hơn có thể tồn tại hng tuần. Một số quá trình tự nhiên loại bỏ các hạt ra khỏi không khí. Sự lắng trọng lực l quá trình trong đó các hạt rơi từ không khí (dù l rất chậm), có tác dụng rất hiệu quả loại bỏ những hạt lớn. Các hạt nhỏ hơn thì ít chịu tác động của quá trình ny bởi vì thậm chí những chuyển động cuộn xoáy rất nhỏ có thể giữ chúng lơ lửng. Mặt khác, giáng thuỷ loại bỏ cả các hạt lớn v các hạt nhỏ theo hai cách. Thứ nhất, những hạt no đóng vai trò l hạt nhân ng‡ng tụ trong mây sẽ bị loại khi các giọt n‡ớc m chúng l một phần bị rơi thnh m‡a hoặc tuyết. Các hạt khác bị loại bởi cơ chế kéo theo, tức quá trình trong đó các giọt n‡ớc v tinh thể đang rơi đụng độ với các hạt trên đ‡ờng rơi của mình. Trong khi va chạm, giáng thủy kéo theo hạt v mang nó xuống bề mặt. Quá trình kéo theo các hạt giải thích vì sao không khí lại sạch v tầm nhìn đ‡ợc cải thiện sau một trận m‡a ro. Hiệu ứng của các hạt khí quyển Các hạt lm giảm tầm nhìn do tăng khuếch tán bức xạ nhìn thấy, nh‡ng tác động của chúng tới tầm nhìn không quan trọng bằng những tác động của chúng tới sức khỏe. Có lẽ điều ny không có gì ngạc nhiên, nếu biết rằng chúng ta từng phút đang đắm mình giữa những vật nhỏ li ti ny. Tới năm 1987, ng‡ời ta thấy rõ rằng có một lớp hạt nhất định – với đ‡ờng kính nhỏ hơn 10 mμ (gọi l PM10), rất dễ xâm nhập vo phổi v gây tổn th‡ơng tế bo trầm trọng nhất. Mặc dù phổi có mng mao có thể lọc bỏ những hạt nhỏ ny, nh‡ng quá trình lọc diễn ra rất chậm – thậm chí vo cỡ vi tháng. Nhiều nghiên cứu phân tích tác động của các hạt đã cho thấy rằng một lớp hạt đặc biệt hơn nữa - nhỏ hơn 2,5 mμ (gọi l PM2,5) cũng gây nên những vấn đề sức khỏe nghiêm trọng. Vì lý do ny, vo tháng 7 năm 1997 Tổ chức Bảo vệ Môi tr‡ờng (EPA) đã xem xét lại những điều khoản liên quan đến các hạt khí quyển, sao cho trong t‡ơng lai những điều khoản đó sẽ dựa trên những hạt khí quyển đ‡ợc gọi l các phần tử nhỏ. Song chủ điểm hiện nay nhằm vo PM2,5 không nên hiểu l các hạt lớn hơn thì không nguy hiểm. Ví dụ, kết quả ban đầu của một công trình nghiên cứu hon thnh cuối năm 1997 đã cho thấy một sự t‡ơng quan cao giữa số ca nhập viện ở thung lũng Los Angeles v các mức hạt lớn trong không khí. L‡ợng gia tăng số ca nhập viện đ‡ợc phân gần đều giữa các bệnh nhân với các bệnh hô hấp v các bệnh tim mạch. 515 14-1 Tiêu điểm môi tr‡ờng: Những vụ ô nhiễm nặng Mặc dù nhiều ng‡ời trong chúng ta đang sống ở những nơi m chất l‡ợng không khí kém l một thực tế đáng lo ngại của cuộc sống, đã có nhiều tiến bộ trong việc giải quyết các vấn đề ở các n‡ớc phát triển trong vi thập niên gần đây, với kết quả l phần lớn các dạng tai biến thuộc sự kiện s‡ơng mù trở thnh một vấn đề quá khứ. Ví dụ, ta xem xét vụ xảy ra ở London, n‡ớc Anh, trong các ngy 5-9/12/1952, đây có lẽ l vụ ô nhiễm không khí nổi tiếng nhất trong lịch sử. Trong thời gian 5 ngy ny, một tổ hợp giữa bầu không khí tù đọng, ẩm thấp v việc đốt than chất l‡ợng thấp đã tạo ra một hỗn hợp chết ng‡ời của khói v s‡ơng mù. Ước tính 3500 đến 4000 ng‡ời - phần lớn l trẻ em, ng‡ời gi v những ng‡ời đang bệnh - bị chết do hậu quả trực tiếp vụ ny. Tai biến ô nhiễm không khí nổi tiếng nhất ở Bắc Mỹ xảy ra ở Donora, Pennsylvania, các Pittsburgh 50 km. Từ 26 đến 31/10/1948, l‡u huỳnh, cacbon ôxit v bụi kim loại nặng phát ra từ các nh máy kẽm của công ty American Steel & Wire hòa trộn với s‡ơng mù bức xạ dy đặc để tạo ra một vụ đ‡ợc ng‡ời ta gọi l “Hirosima về ô nhiễm không khí”. Bốn ngy khói mù nặng liên tục v thậm chí đến ngy Thứ Bảy, 30/10, còn nặng hơn. Những cổ động viên tại trận bóng đá của tr‡ờng cao đẳng đã không thể nhìn thấy các sự kiện xảy ra trên sân. Một số khác đã bỏ cuộc sớm khi nghe tin những ng‡ời thân ở nh đã chết hoặc vo bệnh viện do các bệnh hô hấp v s‡ơng khói. Những ai m‡u tính sơ tán khỏi thnh phố cũng không ra đi đ‡ợc bởi tầm nhìn xấp xỉ zero đã hon ton lm ngừng trệ giao thông. Đến sáng Thứ Bảy, nhân viên cứu hỏa phải mang ôxy cho những ng‡ời khó thở, song sự trợ giúp chỉ l tạm thời vì các nhân viên cứu hỏa còn phải tìm đến với những nạn nhân khác cẫn giúp đỡ. Sáng Chủ Nhật, các nh chức trách đã đóng cửa tất cả các nh máy kẽm, v hôm sau khói mù đã tan hết do trận m‡a ro - nh‡ng chỉ sau khi 20 ng‡ời đã chết v 7000 ng‡ời nhập viện. Nếu không kể tới quy mô của mình, sự kiện tồi tệ ny không phải l sự kiện duy nhất. Nhiều thnh phố công nghiệp bị ô nhiễm không khí nặng nề do các hoạt động chế tạo cơ khí, luyện kim, lọc dầu hoặc các hoạt động khác ở địa ph‡ơng. Tuy nhiên, nhiều ng‡ời biết rằng sự kiện Dorona l tác nhân chính trong việc ban hnh đạo luật chống ô nhiễm ở n‡ớc Mỹ. Từ năm 1948, những chuyển biến kinh tế, cùng với sự quan tâm nhiều hơn tới những vấn đề môi tr‡ờng, đã cải thiện rất nhiều chất l‡ợng không khí ở nhiều thnh phố (hình 1). Hình 1. Giống nh‡ các trung tâm công nghiệp cũ khác, chất l‡ợng không khí ở Pittsburgh đã đ‡ợc cải thiện rất nhiều do đóng cửa các x‡ởng đúc v các nh máy. Những tấm ảnh ny thể hiện Pittsburgh năm 1906 (a) v cùng cảnh ở năm 1986 (b) 516 Các chất ôxit cacbon Các chất ôxit carbon gồm cacbon đơn ôxit (CO) v điôxit cacbon (CO2). Chất sau đã đ‡ợc xem xét ở ch‡ơng 1 nh‡ một trong số các chất khí biến đổi quan trọng tạo thnh khí quyển, còn ở ch‡ơng 16 chúng ta mở rộng tới vai trò có thể của nó trong biến đổi khí hậu. Mặc dù CO2 có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng l‡ợng bên trong khí quyển, song mức nồng độ cao của CO2 có tác hại lâu di tới con ng‡ời v môi tr‡ờng. Nh‡ vậy, chất khí ny không đ‡ợc coi một cách chặt chẽ nh‡ l một chất ô nhiễm. Tuy nhiên, không thể nói nh‡ vậy với CO. CO l một chất khí không mu, không mùi. Trong môi tr‡ờng tự nhiên, nó đ‡ợc thải ra nh‡ chất ô nhiễm nguyên sinh do phun núi lửa, cháy rừng, tác động của vi khuẩn v các quá trình khác. Tuy các quá trình tự nhiên phát thải vo môi tr‡ờng nhiều CO hơn so với các hoạt động con ng‡ời, nh‡ng vi sinh vật đất tiêu thụ nó rất hiệu quả, nên các giá trị nền CO rất thấp. Tuy nhiên, ở các thnh phố, l‡ợng nhập vo có thể v‡ợt trên tốc độ mất v nồng độ không an ton có thể xuất hiện. Tại Mỹ, nguồn CO quan trọng nhất l xe ô tô (xem hình 14.1), nó phát thải chất khí ny một phụ phẩm của quá trình cháy ch‡a hết. Với các xe đ‡ợc bảo d‡ỡng tốt, l‡ợng phát thải CO thấp, còn các động cơ vận hnh kém có thể lm cho nồng độ CO tích luỹ đến các mức không an ton. Điều ny đặc biệt đúng ở những nơi chật hẹp, nh‡ các nh để xe v các đ‡ờng hầm. Trong nh ở, bộ phận cấp nhiệt không đ‡ợc thông gió đúng đắn hoặc vận hnh trục trặc có thể thải ra liều l‡ợng CO nguy hiểm rất nhanh. CO còn đ‡ợc phát thải từ bếp núc trong nh, ở đó có lẽ chất khí ny l nguyên nhân của tỉ lệ cao những bất hạnh liên quan tới lửa. Khói thuốc lá cũng thải ra CO nh‡ một phụ phẩm đủ để lm tăng mạnh nồng độ CO trong máu. Bảng 14.1. Các mức ng~ỡng của CO Nồng độ CO (ppm) Ghi chú 50 200 400 800 1 600 3 200 6 400 12 800 Liều loợng OSHA cho phép cực đại cho 8 giờ nhiễm Đau đầu, mệt mỏi, hoa mắt, buồn nôn trong 2-3 giờ Đau đầu trong 1-2 giờ, nguy cơ tử vong sau 3 giờ Hoa mắt, buồn nôn vw co giật trong vòng 45 phút; chết trong 2-3 giờ Đau đầu, hoa mắt, buồn nôn trong 20 phút; chết trong 1 giờ Đau đầu, hoa mắt, buồn nôn trong 5-10 phút; chết trong 25-30 phút Đau đầu, hoa mắt, buồn nôn trong 1-2 phút; chết trong 10-15 phút Chết trong vòng 1-3 phút Cacbon đơn ôxit l chất cực độc. Thậm chí những mức thấp cũng lm cho một ng‡ời lập tức bị suy yếu phản xạ, hôn mê v giảm hoặc mất hẳn ý thức. Nếu bị nhiễm trong 3 giờ tại mức nồng độ 400 phần triệu (ppm) l có nguy cơ tử vong, còn tại nồng độ 1600 ppm sẽ chết trong vòng 1 giờ. Nếu bị nhiễm lâu, CO có thể góp phần gây các bệnh về tim. Bảng 14.1 liệt kê một số tác động của các mức nồng độ CO khác nhau. 517 Không nh‡ các chất ô nhiễm khác gây tác động chủ yếu lên hệ thống phổi, độc tính của CO l do tác động của nó lên đ‡ờng máu. Hồng cầu (chất lm cho các tế bo máu có mu đỏ đặc tr‡ng) hấp thu ôxy trong phổi v l‡u chuyển chúng đi khắp cơ thể. Trong những điều kiện lý t‡ởng, hồng cầu giải phóng ôxy vo các tế bo v sau đó trở lại phổi, tại đây quá trình tiếp tục lặp đi lặp lại. CO trong dòng máu phá vỡ hon ton quá trình ny. Nếu có mặt CO, hồng cầu có độ thích ứng với CO 200 lần lớn hơn so với độ thích ứng với O2. Nói cách khác, nếu CO v O2 cùng hiện diện trong phổi, máu dễ dng hấp thụ CO hơn l hấp thụ O2. Vì vậy, nhiễm CO lm giảm khả năng l‡u thông O2 của hệ thống tim mạch tới phần còn lại của cơ thể. Hợp chất của l~u huỳnh Các hợp chất của l‡u huỳnh trong khí quyển có thể xuất hiện d‡ới dạng khí hoặc son khí. Phần chủ yếu – khoảng 2/3 – của ton bộ hợp chất l‡u huỳnh phát thải vo khí quyển có nguồn gốc từ các quá trình tự nhiên. Các lỗ thông hơi, nh‡ tại Công viên Quốc gia Yellowstone ở Wyominh hoặc Công viên Quốc gia Lassen ở Carlifornia, cho chúng ta những ví dụ thú vị về sự phát thải các hợp chất l‡u huỳnh. Quá trình quan trọng nhất trong số đó l sự thải hyđrô sunphit (H2S) của vi khuẩn, một chất khí đặc biệt độc có mùi giống nh‡ trứng ung. Phun tro núi lửa v bụi n‡ớc biển cũng có vai trò quan trọng trong phát thải các hợp chất l‡u huỳnh. Rất may mắn, các khí sunphua rất dễ tiêu tán trong khí quyển, nên nồng độ nền rất thấp (khoảng 1,5 phần tỷ) v các tác động của chúng đến môi tr‡ờng v sức khoẻ l nhỏ nhất. Trong số các hợp chất nhân tạo của l‡u huỳnh phát thải vo khí quyển, quan trọng nhất l điôxit sunphua (SO2) v triôxit sunphua (SO3). SO2 l một chất ô nhiễm nguyên sinh, sinh ra chủ yếu do đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch chứa l‡u huỳnh, đặc biệt l than v dầu mỏ đ‡ợc dùng trong hệ thống s‡ởi ấm v phát điện. Các hoạt động công nghiệp khác, nh‡ lọc dầu v luyện thép cũng đóng góp SO2 (xem hình 14.1). Khác với các quá trình tự nhiên, các hoạt động con ng‡ời có xu h‡ớng tập trung vo những diện tích t‡ơng đối nhỏ, lm cho SOx đạt tới giá trị cao trên các vùng đô thị v công nghiệp. SO2 l một chất khí không mu nh‡ng tính ăn mòn cao, gây viêm hệ thống hô hấp của ng‡ời. Các nồng độ cao liên quan với số l‡ợng các bệnh về phổi v thậm chí những nồng độ thấp cũng có thể lm cho những ng‡ời có bệnh hen bị khó thở nặng khi tiếp xúc. Mặc dù SO2 đ‡ợc thừa nhận rộng rãi l nguyên nhân gây nên các bệnh hô hấp, song các nh khoa học ch‡a khẳng định đ‡ợc những nồng độ SO2 cao có vai trò trực tiếp nh‡ thế no khi nhiễm. Có thể l sự xuất hiện các bệnh hô hấp trong các tình huống nồng độ SO2 cao không phải l trực tiếp do sự hiện diện của chất khí ny, m l do các hợp chất khác th‡ờng đi kèm theo với nồng độ SO2 cao. SO3 có thể trực tiếp đi vo khí quyển nh‡ một chất ô nhiễm nguyên sinh, nh‡ng phổ biến hơn, nó đ‡ợc hình thnh nh‡ một chất ô nhiễm thứ sinh do những phản ứng có SO2 tham gia. SO3 tự nó không phải l một hợp thnh phần chính của ô nhiễm không khí. Tuy nhiên, nó dễ kết hợp với các giọt n‡ớc để hình thnh axit 518 sunphuric (H2SO4). Nếu quá trình ny xảy ra gần bề mặt, nó tạo thnh s€ơng mù axit; nếu chúng xảy ra trong mây, thì m‡a từ các đám mây ny l m€a axit. Không có gì ngạc nhiên, s‡ơng mù v m‡a axit đều có thể gây tác hại lớn đối với môi tr‡ờng v có thể lm yếu các công trình xây dựng. S‡ơng mù axit có thể đặc biệt nguy hiểm đối với ng‡ời, vì nó rất dễ xâm nhập vo cơ thể. Các tòa nh v t‡ợng đi lm từ đá vôi th‡ờng rất dễ bị tổn th‡ơng khi bị phong hóa bởi m‡a v s‡ơng mù axit (hình14.2). Hình 14.2. Lắng động axit có thể dần dần ăn mòn bề mặt các t~ợng đ†i v† tòa nh† Giáng thủy axit đạt đến bề mặt dần dần tham gia vo hệ thống thủy văn. Mặc dù một phần n‡ớc rơi trực tiếp xuống các hồ v sông, song phần lớn đến các hồ v sông gián tiếp qua đất hoặc n‡ớc ngầm. Dù không trực tiếp gia nhập vo n‡ớc bề mặt, tuy nhiên, n‡ớc giữ ổn định tính axit v chảy bên d‡ới bề mặt v dần dần gia nhập vo các hồ v sông. Theo thời gian, hệ thống n‡ớc bề mặt trở nên có tính axit cao đến mức không còn thích hợp cho sự sống. ở mức xấu nhất, quá trình axit hóa có thể lm cho các hồ v sông hon ton không có chim, cá. Đáng tiếc, vấn đề ny không hề l giả định v trừu t‡ợng. Tại miền đông n‡ớc Mỹ, gần 1200 hồ v 4700 dòng suối đã bị axit hoá - tại một số nơi tới mức độ không một loi cá no sống nổi. Tại tỉnh Ontario của Canada, 1200 hồ hiện nay vắng sự sống. Nếu những con số ny lm sửng sốt ng‡ời ta, thì đó vẫn ch‡a l gì nếu đem so sánh với 6500 hồ cũng bị ảnh h‡ởng t‡ơng tự ở Nauy v Thuỵ sỹ. Nh‡ đã thấy trên hình 14.3, m‡a axit l một vấn đề đối với miền đông n‡ớc Mỹ v Canađa lớn hơn nhiều so với miền tây, chủ yếu l do ở đó sử dụng than v dầu nhiều hơn. Tỷ lệ khổng lồ SO2 cung cấp cho m‡a axit bắt nguồn từ một số l‡ợng nguồn t‡ơng đối nhỏ. Ng‡ời ta ‡ớc tính rằng 50 nguồn phát thải l‡u huỳnh lớn nhất l trong vùng (tất cả l những nh máy phát điện) phát thải ra một nửa l‡ợng axit tích tụ. Thật thú vị, một trong những biện pháp đã tiến hnh để cải thiện chất l‡ợng không khí gần các nh máy phát thải l‡u huỳnh v trạm phát điện có thể lm căng thẳng thêm vấn đề tích tụ axit xa hơn theo chiều gió. Để hỗ trợ cho việc tiêu tán các chất ôxit l‡u huỳnh từ khu vực sản xuất, nhiều nh máy v xí nghiệp đã xây những ống khói lớn để thải các chất ô nhiễm thật cao bên trên mực mặt đất (hình 14.4). ý 519 t‡ởng đằng sau các ống khói ny l bằng cách thải khói ở cao bên trên bề mặt, các hợp chất l‡u huỳnh sẽ bị mang đi những khoảng cách khá xa xuôi theo gió tr‡ớc khi lắng xuống mặt đất. Mặc dù những ống khói ny đã thnh công trong việc lm suy giảm nồng độ l‡u huỳnh ở gần các nguồn thải, chúng có một hệ quả không dự định l lm cho các hợp chất l‡u huỳnh bị mang đi những khoảng cách xa hng trăm km xuôi theo gió, ở đó chúng tái phản ứng để hình thnh kết lắng axit. Nh‡ vậy, vấn đề axit trên miền đông n‡ớc Mỹ v Canađa do các chất ô nhiễm đ‡ợc vận chuyển đến, chứ không phải phát sinh ở địa ph‡ơng. Điều ny đã dẫn đến nhiều năm kiện tụng giữa các bang ở miền Trung Tây v Đông Bắc v giữa Hoa Kỳ v Canađa. Hình 14.3. Giáng thủy axit l† một vấn đề lớn ở miền đông của Bắc Mỹ. Trên bản đồ biểu diễn độ pH trung bình của giáng thủy. Giá trị pH thấp thể hiện độ axit cao hơn. Để so sánh, độ pH của n~ớc m~a bình th~ờng l† 5,6. Khoai tây có pH gần bằng 4,2 Mặc dù phần lớn tích tụ axit ở miền đông của Bắc Mỹ liên quan tới các hợp chất của l‡u huỳnh, nh‡ng đối với những vùng khác thì tình hình không phải bao giờ cũng nh‡ vậy. Một vi tích tụ axit, đặc biệt tại miền tây n‡ớc Mỹ v Canađa, liên quan với các hợp chất từ nitơ v ôxy. 520 Hình 14.4. Những ống khói trên các nh† máy sản xuất v† phát điện đ~ợc thiết kế để xả phát thải ra xa nguồn. Đáng tiếc, các chất ô nhiễm đ~ợc gió mang đi xuôi gió h†ng trăm km rồi tích tụ axit trầm trọng hơn Các ôxit nitơ (NOx) Các ôxit nitơ l những hợp chất gồm các nguyên tử nitơ v ôxy. Hai hợp chất quan trọng nhất trong số đó hình thnh một dạng ô nhiễm không khí l ôxit nitric (NO) v điôxit nitơ (NO2). Cùng với nhau, hai chất khí ny th‡ờng đ‡ợc gọi chung l NOx. NO l một chất khí không độc, không mu v không mùi, hình thnh tự nhiên từ các quá trình sinh học trong đất v n‡ớc. Mặc dù hng triệu tấn vật liệu xâm nhập vo khí quyển mỗi năm, chất ny có hoạt tính cao v phân hủy rất nhanh. NO còn đ‡ợc hình thnh nh‡ một phụ phẩm của quá trình đối cháy ở nhiệt độ cao liên quan tới các động cơ ô tô, công nghiệp chế tạo máy v sản xuất điện năng. Tầm quan trọng chủ yếu của NO về ph‡ơng diện chất l‡ợng không khí l nó bị ôxy hoá để tạo thnh NO2, một hợp phần chính của khói ở nhiều nơi. NO2 l chất khí độc, nó lm cho không khí ô nhiễm chuyển từ mu quen thuộc sang mu nâu đỏ (hình 14.5) v có mùi cay cay. Nó l một thnh phần quan trọng trong ô nhiễm không khí, trong đó nó l chất khí t‡ơng đối độc, ăn mòn v tham gia vo các quá trình chuyển hoá, góp phần tạo ra tích tụ axit v các chất ô nhiễm thứ sinh. Cũng nh‡ với NO, NO2 phân hủy rất dễ dng v kết quả l nồng độ NO2 ở các vùng đô thị có xu h‡ớng tăng v giảm tùy theo các điều kiện giao thông bằng xe hơi. Ngoi ra, sự phân rã nhanh của NO2 ngăn cản không tạo ra nồng độ cao ở các vùng nông thôn bao quanh các khu vực nguồn thải. Giống nh‡ các hợp chất của l‡u huỳnh, các ôxit nitơ có thể gây ra những bệnh phổi nghiêm trọng. Các nghiên cứu y khoa đã cho biết rằng NO2 rất dễ v‡ợt qua cuống phổi v gây viêm các mô ở bên trong phổi. Những thử nghiệm trong phòng thí nghiệm chứng minh động vật bị tổn th‡ơng phổi nặng v giảm đề kháng viêm nhiễm khi tiếp xúc với mức nồng độ NO2 cao. 521 Hình 14.5. NO2 l†m cho không khí ô nhiễm chuyển từ m†u v†ng sang nâu đỏ nh~ trong bức ảnh n†y chụp tại Hồng Kông Các hợp chất hữu cơ bay hơi (hyđrocacbon) Các hợp chất hữu cơ bay hơi (VOC), còn gọi l các hyđrocacbon, l những vật liệu cấu tạo từ nguyên tử cacbon v hyđrô. Các hợp chất ny, bao gồm mêtan, butan, propan v octan, xuất hiện cả d‡ới dạng khí v dạng hạt. Trên quy mô ton cầu, phần lớn VOC có mặt trong khí quyển thông qua các quá trình tự nhiên, gồm cả phát thải v phân hủy của thực v động vật. Tại n‡ớc Mỹ, các hoạt động công nghiệp tạo ra tỉ phần lớn nhất các hyđrocacbon nhân tạo, trong đó xe cộ cũng đóng góp một phần quan trọng. Sự phát thải liên quan với ô tô sinh ra chủ yếu do quá trình chất đốt nhiên liệu không triệt để v sự bốc hơi của dầu lửa (th‡ờng xảy ra khi nạp các bình khí). Ngay cả ở các thnh phố có những nồng độ VOC cao, cũng ít thấy biểu hiện các hoá chất ny có tác động xấu trực tiếp đến sức khoẻ. Mặc dù vậy, chúng rất quan trọng, vì d‡ới ánh