Qui luật tuần hoàn vật chất và năng lượng Một trong nhữngđặcđiểm quantrọngvà đặc trưng của Vỏ cảnh quan Trái đất là sự tồn tại ở đó những vòng tuần hoàncủa vật chất và nănglượng cóliên quan tới vật chất đó. Vaitròcủa chúngcó ý nghĩa lớn trong việc duytrìvà phát triển cảnh quan,bởi vì chúng đảmbảo sự lặp lại nhiềulần cùng một quá trìnhhay hiện tượngvà hiệu quả tổng cộng cao với khối lượng cóhạn của vật chất ban đầu thamgia vàocác quá trìnhnày. 1. Khái niệm Mỗiđối tượng vật chất đều chứa đựng năng lượng-đó là khả năng sinhcông trong quá trìnhvận động. Bởi vậynăng lượng được xemlà động lực của mọi quá trình, làm biến đổi vật chất từ dạng này sang dạngkhác. “Các nguồn năng lượnglàm quay tuốc binnhà máy thủy điện, làmquaycánh quát gió cáccối xay gió hayđẩy các thuyền buồmđi tới,làm chạy máy móckhi ta đốt than hoặc xăng dầu,khi đốtđể nấu nướng, sưởi ấm, v.v…chỉ là nhữngnăng lượng mà trái đất giữ lại từ hai nguồn năng lượngchính nêu trên” Năng lượngtừ Mặt trời là nguồn nănglượng chínhcủa mọi quá trình diễn ra trong Vỏ cảnh quan.Nguồn năng lượng này là động lực thúc đẩy sự trao đổi nhiệt trong khí quyển và trong thủy quyển,tạonên sự cân bằngnhiệt trên trái đất và trả năng lượng dư thừa vào trong vũ trụ. Ngoài sự trao đổi nănglượng, cònđồng thời có sự trao đổi vật chất của các nguyên tố hóa học với nhau, nhất là ôxi,hidrô,cacbon, nitơ v.v…ở nhiều quimô khác nhau, tạo nên vô số vòng tuầnhoàn năng lượngvà vậtchất hếtsức đadạngmà ta đã được biết như vòng tuần hoàncủa nước, vòng tuầnhoàncủa đá,vòng tuần hoàn sinh vật, vòngtuầnhoàn của khôngkhí, vòngtuần hoàn của các hải lưu, vòngtuần hoàn của khí cacbonic, của đạmhaycủa oxi v.v… 2. Vòng tuần hoàn của đá Bằng nghiên cứu cácvết lộ đá ở nhiều vùngkhác nhau,các nhakhoahọc địa chất đã đi đến kết luận là các đá trongvỏ Trái đất tuân theo một hình mẫu được lặp đi lặp lạiqua suốt các thời kỳ địa chất. Chuỗicác sự kiệnnày được Hutton gọi là chu kỳ địa chất hayvòng tuần hoàn của đá. Mặcdù vòngtuần hoàn này không có điểm bắt đầu và kết thúc xác định, nhưngcó thể khái quát như sau: Hình 1 Sự tuần hoàn củađá gồm: trầmtích-tạo đá trầm tích-biến đổithànhđá magmahaybiến chất-tạo núi-bàomòn, vậnchuyển và tích tụ trầm tích - Trầmtích bở rời banđầu được lắng đọng thành nhữnglớp nằm ngang liên tục theo nguyên lý Steno. - Các lớp đá trầm tích bở rời dưới đáy bị chôn vùivà nén chặt tạo thànhđá trầm tích-đó là quá trìnhthành đá. - Các đá trầm tích bị lún chìm sâuhơn, chịu nhiệt độ và áp suất caohơn.Trongđiều kiệnđó, đá bị biến dạng, các lớp cóthể bị uốncong hoặc nóng chảy tạo nên magma-một chất lỏng donóngchảy mà sau nàynguội đithànhđá magma.Magma cũng có thể được sinhra khôngphải từ đá trầm tích. Các đá cũng có thể bị biến đổi mạnhmẽ nhưng chưa tời điểm nóngchảy thì đượcgọi là đá biến chất. - Sự cộng sinh chặt chẽ của hiện tượng biến dạng, biến chất,hoạt động magma và các vòng đai núi chothấy các hoạt động này liên hệ với nhauvà chúng được hình thành trong quá trình tạo núi. - Các dải núi trồi lên chịu tác dụng của nhữngtácnhân phá hủy như trọng lực, mưa gió, băng giá, núi dầndần hạ thấp dobàomòn. - Vật liệu trầmtích vụnbở do bàomònđược sôngsuối vận chuyểnvàođại dương và mộtvòng tuần hoàn mớilại tiếp tục ở một địa điểm khác. 3. Vòng tuần hoàn của nước Nước trên Trái đất tồn tại trongmộtkhoảng khônggian gọi là thủy quyển. Khoảng khônggian này pháttriển đếnđộ cao 15km trong bầu không khí và đi sâu xuống mặtđất khoảng 1kmtrong thạch quyển. Nước vận độngtrong thủy quyển qua những con đường vô cùngphức tạpcấu tạothành vòngtuần hoàn của nước(còn gọi là chu trìnhthủy văn), hình 1. - Nướcbốc hơi từ đạidươngvà lục địa trở thành một bộ phận của khí quyển. - Hơi nước đượcvận chuyểnvào bầu khôngkhí bốclêncao cho đếnkhi chúng ngưngkết và rơitrở lại mặtđấthoặc mặt biển. - Lượngnước rơi xuống mặtđất cóthể bị ngăn giữ lại bởi thực vật, chảy trên mặt đất thành dòngtràntrên các sườn dốc, thấmxuống đất, chảy trongcác tầng sát mặtđất và chảy vào các dòng sôngthànhdòng chảy mặt. - Phần lớn lượng nước bị giữ lại bởi thảmthực vật vàdòng chảy mặtsẽ quay trở lại bầu khí quyểnqua con đườngbốchơi. - Lượngnước thấm trong đấtcó thể thấm sâu hơn xuống các địatầng bêndưới để cấp nướcchokho nước ngầm,sau đó xuất lộ thành các dòng suối hoặcchảy dần vào sông ngòi thành dòng chảy mặt và cuốicùng đổ ra biểnhoặcbốc hơi vào khí quyển. Hình 2 Vòngtuần hoàn củanước vớicân bằng nước trung bình năm toàn Trái đất cho dưới dạng đơnvị tươngđối so với 100lượng mưa rơitrên lục địa 4. Vòng tuần hoàn sinh-hóa-địa Vòng tuần hoàn sinh-hóa-địa đóng vaitrò lớn trongVỏ cảnh quan.Trongbước tiến triển của sự tuần hoàn nàycác chất vô cơ trong hệ sinh thái theo con đường từ ngoại cảnh chuyển vào cơ thể sinh vật, rồitừ cơ thể sinhvậtchuyển trở lại ngoại cảnh. Vòng tuần hoàn sinh-hóa-địa làmộttrong những cơ chế cơ bản để duy trì sự cân bằngtrong sinh quyển.Cácvòng tuần hoàn có vị trí quan trọng và được đề cập nhiều đó là vòngtuần hoàn của các nguyên tố chính như:carbon, nitơ và photpho. Có hai kiểu tuần hoàn sinh-hóa-địa: Vòng tuần hoàn củacác nguyên tố như cacbon, nitơ ở dạng khítrong khí quyển và trong cơ thể sinh vật sẽ trở lạingoại cảnh tương đối nhanh. Vòng tuần hoàn củaphôtpho, lưuhuỳnh chủ chịu chi phối mạnh bởi tác độngcủa những hiệntượng xảyra trongtự nhiên (xói mòn, bồi tụ) và nhữngtác độngcủa con người. 5. Vòng tuần hoàn trong khí quyển Sự khác nhau về nhiệt độ giữa xíchđạovà cực trong tầng đối lưu (qui luật địa đới) và ảnhhưởng củalực Coriolitlà nguyên nhân hìnhthànhcác vòngtuần hoàn trong khí quyển (còngọi là các hoàn lưu)và chế độ hoạt độngcủa nhiều loại gió: - VòngHattley:Ở nhiệtđới,gió tín phongnóngấm thổi từ haichítuyến về xích đạo, bốc lên cao (tạo nên hệ thốngmâyđặc trưng),đi về phía hai chí tuyến (trở nên khô nóngdần), rồi hạ xuốngmặtđất trongkhoảng vĩ độ 15o-30o vàdi chuyển về phía xích đạo tạo nên vòngtuầnhoàn Hattlay. - VòngPheren:Ở vĩ độ trungbìnhtừ 30ođến 65o,gió Tây ônđới thổi từ hai chí tuyến về phía hai cực tạo nênvòng tuần hoàn Pheren. - Vòngtuần hoàn cực: Ở vùng cực, từ trên vĩ độ 65o, gió Đông thổi từ cực về tạo nên vòng tuầnhoàn cực. Như vậy hoạt động của gió tín phong, gió Tây ôn đớivà gió Đông cực ở từng bán cầu đã tạo nên ba vòngtuần hoàn khép kín làmchuyển độngtoàn bộ khí quyển, tạo nên sự trao đổi nhiệt giữa xích đạo và haicực,có tác độnglớnđến khí hậutoàn Trái đất. Ngoài ba vòngtuầnhoàn chung cóqui mô toàn cầunêu trên, còncó nhữngvòng tuần hoàn chỉ thể hiện trong phạmvi nhỏ do ảnh hưởngcủa mặt đệm hoặc địa hình (qui luậtphi địa đới),đó là các hoàn lưu địa phương như gió Bờri,gió phơn, gió núi-thunglũng v.v… Hình 3 Vòng tuầnhoàncủa khíquyển trong quả cầu quay 6. Vòng tuần hoàn trong các đại dương Các loại gió vàcácvòng tuần hoàn trong khí quyển đã hìnhthànhcác dòngtuần hoàn trong cácđại dương.Ví dụ vòng tuầnhoàn nước mặt chủ yếu của Đại tây Dương được hình thành như sau: - Các dòngxích đạo bắc và namdi chuyển theohướng hướng tây dotác động của gió tín phong thổi từ đông bắc ở bắc bán cầu và từ đông namở nam báncầu. Do hiệu ứng Coriolit,dòngxíchđạobắc lệch về bên phải và dòng xích đạo namlệch về bên trái. - Khi các dòngnày đếngầnNam Mỹ,một dònglệch về phía bắc và một dòng lệch về phía nam.Sự lệch này gâyra bởi hìnhdạngcủa cácbồn đại dương, bởi tác động của hiệu ứngCoriolisvà bởi mực đại dươnghơi cao hơn dọc theo xích đạo, nơi mà lượng mưanhiều hơn nhữngnơi khác. - Dòngxích đạobắcdi chuyển vào vịnh Cariberồi đi về phíađông bắc, lúc đầulà dòngFlorida,sau đó là Dòng Vịnh. Đến lượtmình dòngvịnhlệchvề phíađông (về phía bên phải) bởi hiệu ứngCoriolis.Sự di chuyểnvề phíađông này được tăng cường bởi giótâythịnh hànhgiữa vĩ độ 35o và 45oB, ở đây nó trở thành dòng Bắc Atlantic. Khi tới gầnchâu Âu, dòng Bắc Atlantic bị tách ra. Phần di chuyển về phía bắc là dòngbiểnấm qua các đảo của Anhvà đi songsong với bờ biển NaUy. Phần lệch về phía namlà dòng Carany lạnh vàcuốicùng mộtlần nữa nó bị gió tín phongđông bắc dồnvào dòng xích đạo bắc. - Ở phía NamAtlatic,cácdòng mặtcũng xuất hiệntương tự như ở phía Bắc Atlantic. Sau khidòng xích đạo nam bị lệch về phía nam,đi song songvới bờ đông của NamMỹ là dòng Brazin,sau đó nó bị uốn trở lại phíađông (lệch về trái) do hiệu ứng Coriolisvà bị gió tây thịnh hành dồn về phía NamPhi. Dòng di chuyển về phía đôngnày ngày càng xoay về phía trái, ở ngoài khơi châu Phinó dichuyển về phía bắc. Ở đó nó có tên là dòngBenguela,dòngnày bị gió tín phong dồn trở lại dòngxích đạo nam. - Nướcmặt lạnh từ các vùng Nam cựcdi chuyển theo một dòngkhá đơn giản, khôngphứctạp bởi các đạilục, nó bị dồn về hướng đông bởi gióthịnhhành từ phía tây. - Ở Bắc Báncầu, cácdòng mặt bị phức tạpbởi các khối lụcđịa. Nước cựcBắcxuất hiện từ nhữngbiển cựcqua các eoGreenlandđể hình thành dòng Labradorở phía tây và dòng Greenlandở phía đông. Sauđó hai dòng nàykết hợpvới dòngBắc Atlantic và bị lệch về phía đôngvà phíađông bắc. Các dòng mặt của Thái Bình Dương nhìn chung giốngnhư các dòng mặt ở Đại Tây Dương.Các dòng mặt của Ấn Độ Dương chỉ khácvề chi tiết với các dòngmặtNam Atlantic. Hình 4 Vòngtuần hoàn củacác dòng mặt trongđại dương Chínhsự trao đổi năng lượng và vật chất nàylàm chocácmối quanhệ trong tự nhiênngày càng chặt chẽ, bất kỳ một sự thay đổi nhỏ của mộtthành phần nào đó có thể kéo theo sự thay đổi của toàn thể một hệ thống haycủa toàn bộ tự nhiên. Qui luật nàycũng cho ta thấy một đặcđiểm nữa củatự nhiên làsự tự điều chỉnh cân bằng của thiên nhiên khi có sự mất cân bằng,nhưng sự tự điều chỉnhnày chỉ có giớihạn chứ khôngphải vô hạn. Ví dụ: nhiệt độ trái đấtluôngiữ ổn định phù hợp với sự sống là nhờ sự trao đổiCO2 giữađạidương (gấp 5 lần ở khí quyển), sinh quyển, thạch quyển và khíquyển. Các hoạt độngcủa con người gần đâyđã tăng thêm khoảng7 triệutấn CO2 trong mỗinăm vàobầu khí quyển tạo nênhiệuứng nhà kính làm cho nhiệt độ trái đất tăng dần. Cán cân CO2 đã mất cân bằng nghiêm trọng thì thiên nhiên khócó thể điều chỉnh được. a . Qui luật tuần hoàn vật chất và năng lượng Một trong nhữngđặcđiểm quantrọngvà đặc trưng của Vỏ cảnh quan Trái đất là sự tồn tại ở đó những vòng tuần hoàncủa vật chất và nănglượng cóliên quan. nhiều quimô khác nhau, tạo nên vô số vòng tuầnhoàn năng lượngvà vậtchất hếtsức đadạngmà ta đã được biết như vòng tuần hoàncủa nước, vòng tuầnhoàncủa đá,vòng tuần hoàn sinh vật, vòngtuầnhoàn của. khối lượng cóhạn của vật chất ban đầu thamgia vàocác quá trìnhnày. 1. Khái niệm Mỗiđối tượng vật chất đều chứa đựng năng lượng- đó là khả năng sinhcông trong quá trìnhvận động. Bởi vậynăng lượng