BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ----    ----- PGS.TS. LÊ VĂN THĂNG GIÁO TRÌNH KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG ĐẠI CƯƠNG LỜI NÓI ĐẦU Thực hiện chủ trương đổi mới chương trình, giáo trình đào tạo đại học. Năm 2004, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã thống nhất chương trình đào tạo giữa các trường đại học Việt Nam có đào tạo Cử nhân Khoa học Môi trường. Theo đó, ngoài các Học phần thống nhất trong cả nước, tùy thuộc vào đặc điểm vùng miền mà các trường thiết kế một số Học phần mang tính chất đặc thù. Học phần Khoa học môi trường đại cương là một trong những Học phần thống nhất trong cả nước đối với các trường đào tạo Cử nhân khoa học môi trường. Tại Đại học Huế, dưới sự hổ trợ kinh phí của Dự án Giáo dục đại học pha 1, mức C, cùng với nhiều giáo trình được biên soạn, giáo trình Khoa học môi trường đại cương được biên soạn nhằm phục vụ cho nhiệm vụ đào tạo Cử nhân Khoa học môi trường tại Đại học Huế, ngoài ra còn là tài liệu tham khảo cho nhiều đối tượng khác có chuyên môn gần với Khoa học môi trường. Tác giả xin chân thành cảm ơn Dự án Giáo dục đại học mức C tại Đại học Huế đã tạo điều kiện cho tác giả biên soạn giáo trình này. Do điều kiện hạn chế về nhiều mặt, chác chắn giáo trình sẽ còn nhiều thiếu sót, tác giả rất mong được nhận sự góp ý của đồng nghiệp và sinh viên để giáo trình được hoàn thiện tốt hơn. Xin trân trọng cám ơn! Tác giả Chương 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1. Khái niệm môi trường 1.1.1. Định nghĩa môi trường. Thuật ngữ môi trường(MT) - Environment (Tiếng Anh), tiếng Hoa: Hoàn cảnh. MT bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật (Điều 3, Luật BVMT của VN, 2005). • Định nghĩa 1: Theo nghĩa rộng nhất thì MT là tập hợp các điều kiện và hiện tượng bên ngoài có ảnh hưởng tới một vật thể hoặc sự kiện.Bất cứ một vật thể, một sự kiện nào cũng tồn tại và diễn biến trong một MT. Theo Lê Văn Khoa,1995: Đối với cơ thể sống thì “Môi trường sống” là tổng hợp những điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng tới đời sống và sự phát triển của cơ thể. • Định nghĩa 2: MT bao gồm tất cả những gì bao quanh sinh vật, tất cả các yếu tố vô sinh và hữu sinh có tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự sống, phát triển và sinh sản của sinh vật (Hoàng Đức Nhuận, 2000). Theo tác giả, MT có các thành phần chính tác động qua lại lẫn nhau: - MT tự nhiên bao gồm nước, không khí, đất đai, ánh sáng và các sinh vật. - MT kiến tạo gồm những cảnh quan được thay đổi do con người. - MT không gian gồm những yếu tố về địa điểm, khoảng cách, mật độ, phương hướng và sự thay đổi trong MT. • Định nghĩa 3: MT là một phần của ngoại cảnh, bao gồm các hiện tượng và các thực thể của tự nhiên, . mà ở đó, cá thể, quần thể, loài, . có quan hệ trực tiếp hoặc gián tiếp bằng các phản ứng thích nghi của mình (Vũ Trung Tạng, 2000). • Đối với con người, MT chứa đựng nội dung rộng. Theo định nghĩa của UNESCO(1981) thì MT của con người bao gồm toàn bộ các hệ thống tự nhiên và các hệ thống do con người tạo ra, những cái hữu hình(tập quán, niềm tin .)trong đó con người sống và lao động, họ khai thác các TNTN và nhân tạo nhằm thỏa mãn những nhu cầu của mình. Như vậy, MT sống đối với con người không chỉ là nơi tồn tại, sinh trưởng và phát triển cho một thực thể sinh vật và con người mà còn là “ khung cảnh của cuộc sống, của lao động và sự vui chơi giải trí của con người”. • Như vậy, có thể nêu định nghĩa chung về MT : MT là tập hợp các yếu tố tự nhiên và xã hội bao quanh con người có ảnh hưởng tới con người và tác động qua lại với các hoạt động sống của con người như: không khí, nước, đất, sinh vật, xã hội loài người . • MT sống của con người thường được phân chia thành các loại sau: - MT tự nhiên: Bao gồm các yếu tố tự nhiên như vật lý, hóa học, sinh học, tồn tại ngoài ý muốn của con người nhưng cũng ít nhiều chịu tác động của con người. - MT xã hội: Là tổng thể các quan hệ giữa người và người tạo nên sự thuận lợi hoặc khó khăn cho sự tồn tại và phát triển của các cá nhân và cộng đồng loài người. - MT nhân tạo : Là tất cả các yếu tố tự nhiên, xã hội do con người tạo nên và chịu sự chi phối của con người. Như vậy, MT sống của con người theo nghĩa rộng là tất cả các nhân tố tự nhiên và xã hội cần thiết cho sự sống, sản xuất của con người như tài nguyên thiên nhiên, không khí, đất, nước, ánh sáng, cảnh quan, quan hệ xã hội,… Theo nghĩa hẹp, thì MT sống của con người chỉ bao gồm các nhân tố tự nhiên và nhân tố xã hội trực tiếp liên quan tới chất lượng cuộc sống của con người. 1.1.2. Đối tượng và nhiệm vụ của Khoa học môi trường. MT là đối tượng nghiên cứu của một ngành khoa học liên ngành có mục đích chủ yếu là BVMT sống lâu dài của con người trên Trái đất. Vậy Khoa học MT là gì ? Khoa học MT là ngành khoa học nghiên cứu mối quan hệ và tương tác qua lại giữa con người và môi trường chung quanh. Khoa học MT là một ngành khoa học ứng dụng, một dạng của các phương án giải quyết vấn đề là sự tìm kiếm những thay thế cấu trúc đối với tổn thất MT. Khoa học MT là khoa học tổng hợp, liên ngành, nó sử dụng và phối hợp thông tin từ nhiều lĩnh vực như : sinh học, hóa học, địa chất, thổ nhưỡng, vật lý, kinh tế, xã hội học, khoa học quản lý và chính trị . để tập trung vào các nhiệm vụ sau: • Nghiên cứu đặc điểm của các thành phần MT có ảnh hưởng hoặc chịu ảnh hưởng bởi con người, nước, không khí, đất, sinh vật, hệ sinh thái, KCN, đô thị, nông thôn . • Nghiên cứu công nghệ , kỹ thuật xử lý ô nhiễm, bảo vệ chất lượng MT sống của con người. • Nghiên cứu tổng hợp các biện pháp quản lý về khoa học kinh tế, luật pháp, xã hội nhằm BVMT và PTBV. • Nghiên cứu về phương pháp mô hình hóa, phương pháp phân tích hóa học,vật lý, sinh học phục vụ cho 3 nội dung trên. Về phương pháp nghiên cứu: • Các phương pháp thu thập và xử lý số liệu thực tế, các thực nghiệm • Các phương pháp phân tích thành phần MT • Các phương pháp phân tích, đánh giá xã hội, quản lý xã hội, kinh tế. • Các phương pháp tính toán, dự báo, mô hình hóa • Các giải pháp kỹ thuật, tiến bộ kỹ thuật • Các phương pháp phân tích hệ thống 1.2.Phân loại môi trường Theo chức năng, MT được chia thành 3 loại: • MT tự nhiên, bao gồm các yếu tố thiên nhiên, vật lý, hóa học, sinh học tồn tại khách quan bao quanh con người. Nó còn chia nhỏ hơn theo các thành phần: MT sinh thái, ở đó yếu tố sinh thái học chiếm vai trò chủ đạo là MT đất, không khí, nước, địa chất . • MT xã hội, là tổng thể các quan hệ giữa con người với con người, tạo nên sự thuận lợi hay khó khăn cho sự phát triển của cá nhân hay cộng đồng dân cư. • MT nhân tạo, là tập hợp các yếu tố tự nhiên và xã hội do con người tạo nên và chịu sự chi phối bởi con người.  Như vậy, các nội dung nghiên cứu của khoa học MT theo các hướng sau đây: • Nghiên cứu các thành phần của MT sống tự nhiên và xã hội đang tồn tại trên Trái đất trong mối quan hệ với các hoạt động của con người. • Nghiên cứu kỹ thuật và công nghệ MT, nguyên nhân và biện pháp xử lý ô nhiễm MT, các công nghệ xử lý nước thải, khí thải, rác thải, xử lý tiếng ồn . • Quản lý MT, nghiên cứu các biện pháp, giải pháp kỹ thuật, kinh tế, luật pháp, chính sách để ngăn ngừa hoặc giảm thiểu ô nhiễm. 1.3.Quan hệ giữa môi trường và phát triển Có thể trình bày một cách cô đọng MT là tổng hợp các điều kiện sống của con người, phát triển là quá trình cải tạo và cải thiện các điều kiện đó. Giữa MT và phát triển có mối quan hệ rất chặt chẽ. MT là địa bàn và đối tượng của phát triển. Trong phạm vi một quốc gia, một châu lục hay trên toàn thế giới, người ta cho rằng, tồn tại hai hệ thống: “hệ thống KTXH và hệ thống MT”. Hệ thống KTXH cấu thành bởi các thành phần sản xuất, lưu thông- phân phối, tiêu dùng và tích lũy, tạo nên một dòng nguyên liệu, năng lượng, chế phẩm hàng hóa, phế thải lưu thông giữa các phần tử cấu thành hệ. Hệ thống môi trường với các thành phần MT thiên nhiên và MT xã hội. Khu vực giao giữa hai hệ tạo thành “MT nhân tạo”, có thể xem như là kết quả tích lũy mọi hoạt động tích cực hoặc tiêu cực của con người trong quá trình phát triển trên địa bàn MT. Khu vực giao này thể hiện tất cả các mối quan hệ giữa phát triển và MT. MT thiên nhiên cung cấp tài nguyên cho hệ kinh tế, đồng thời tiếp nhận chất thải từ hệ kinh tế. Chất thải này có thể ở lại hẳn trong MT thiên nhiên, hoặc qua chế biến rồi trở về hệ kinh tế. Mọi hoạt động sản xuất mà chất phế thải không thể sử dụng trở lại được vào hệ kinh tế được xem như là hoạt động gây tổn hại đến MT. Lãng phí tài nguyên không tái tạo được, sử dụng tài nguyên tái tạo được một cách quá mức khiến cho nó không thể hồi phục được, hoặc phục hồi sau một thời gian quá dài, tạo ra những chất độc hại đối với con người và MT sống là những hoạt động tổn hại tới MT. Những hành động gây nên những tác động như vậy là hành động tiêu cực về MT. Các hoạt động phát triển luôn luôn có hai mặt lợi và hại. Bản thân thiên nhiên cũng có hai mặt. Thiên nhiên là nguồn tài nguyên và phúc lợi đối với con người, nhưng đồng thời cũng là nguồn thiên tai, thảm họa đối với đời sống và sản xuất của con người. Trong khoa học kinh tế cổ điển không thể giải quyết thành công mối quan hệ phức tạp giữa phát triển và MT. Từ đó nảy sinh lý thuyết không tưởng về “đình chỉ phát triển” ( Zero or negative growth), cụ thể là cho tốc độ phát triển bằng không hoặc âm để bảo vệ nguồn tài nguyên không tái tạo vốn hữu hạn của Trái đất. Đối với tài nguyên sinh học cũng có “ chủ nghĩa bảo vệ”, chủ trương không can thiệp, đụng chạm vào thiên nhiên, nhất là tại các địa bàn chưa được điều tra nghiên cứu đầy đủ. Chủ nghĩa bảo vệ cũng là một điều không tưởng, nhất là trong điều kiện các nước đang phát triển, nơi mà tài nguyên thiên nhiên là nguồn vốn cơ bản cho mọi hoạt động phát triển của con người. Trong phát triển kinh tế một phần đáng kể của nguồn nguyên liệu và năng lượng được tiêu thụ một cách quá mức tại các nước phát triển vốn được khai thác tại các nước đang phát triển. Bên cạnh hiện tượng “ô nhiễm do thừa thải” xảy ra tại các nước công nghiệp phát triển, gần đây tại hầu hết các nuớc đang phát triển có thu nhập thấp đã xảy ra hiện tượng “ ô nhiễm nghèo đói”. Thiếu lương thực, nước uống, nhà ở, thuốc men, vệ sinh, mù chữ, bất lực trước thiên tai là nguồn gốc cơ bản của những vấn đề MT nghiêm trọng đang đặt ra cho nhân dân các nước đang phát triển. Cần nói thêm rằng sự tiêu thụ quá mức nguyên liệu và năng lượng của các nước phát triển cũng đã làm cho các vấn đề MT ở các nước đang phát triển trầm trọng hơn. Tại Hội nghị LHQ về MT con người họp năm 1972 tại Stockholm- Thụy Điển, các nhà khoa học đã đi đến kết luận rằng, nguyên nhân của nhiều vấn đề quan trọng về MT không phải là do phát triển mà chính là hậu quả của sự kém phát triển. Tư tưởng đó đã được thể hiện trong chiến lược phát triển 10 năm lần thứ nhất của LHQ. Chiến lược đã đề cập tới mối quan hệ giữa phát triển với MT, dân số, tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ đất, bảo vệ rừng, . Các mục tiêu phát triển KTXH và BVMT phải được gắn bó với nhau trong việc xây dựng mục tiêu, xác định chiến lược kế hoạch hóa, cũng như điều hành và quản lý việc thực hiện các mục tiêu đó. 1.4.Các chức năng chủ yếu của môi trường • MT là không gian sống của con người và các loài sinh vật Mỗi một người đều cần một không gian nhất định để phục vụ cho các hoạt động sống như: nhà ở, nơi nghĩ, đất để sản xuất nông nghiệp, . Mỗi người mỗi ngày cần trung bình 4 m 3 không khí sạch để hít thở; 2,5 lít nước để uống, một lượng lương thực, thực phẩm tương ứng 2000-2500 calo. Tuy nhiên, hiện nay không gian này ngày càng bị thu hẹp (xem bảng 1.1) Bảng 1.1: Suy giảm diện tích đất bình quan đầu người trên thế giới(ha/người) Năm - 10 6 -10 5 -10 4 O(CN) 1650 1840 1930 1994 2010 Dânsố(tr.ng) 0,125 1,0 5,0 200 545 1.000 2.000 5.000 7.000 DT(ha/ng) 120.000 15.000 3.000 75 27,5 15 7,5 3,0 1,88 Bảng 1.2: Diện tích đất canh tác trên đầu người ở Việt Nam Năm 1940 1960 1970 1992 2000 Bình quân đầu người(ha/ ng) 0,2 0,16 0,13 0,11 0,10 Yêu cầu về không gian sống của con người thay đổi theo trình độ khoa học và công nghệ. Trình độ phát triển càng cao thì nhu cầu về không gian sản xuất sẽ càng giảm. Tuy nhiên, con người luôn cần một khoảng không gian riêng cho nhà ở, sản xuất lương thực và tái tạo chất lượng MT. Con người có thể gia tăng không gian sống cần thiết nhất cho mình bằng việc khai thác và chuyển đổi chức năng sử dụng của các loại không gian khác như: khai hoang, phá rừng, . Có thể phân loại chức năng không gian sống của con người thành các dạng cụ thể sau đây: + Chức năng xây dựng: cung cấp mặt bằng và nền móng cho các đô thị, khu công nghiệp, kiến trúc hạ tầng và nông thôn. + Chức năng vận tải: cung cấp mặt bằng, khoảng không gian và nền móng cho giao thông đường thủy, đường bộ và đường không. + Chức năng cung cấp mặt bằng cho sự phân hủy chất thải + Chức năng giải trí của con người + Chức năng cung cấp mặt bằng và không gian xây dựng các hồ chứa + Chức năng cung cấp mặt bằng, không gian cho việc xây dựng các nhà máy, xí nghiệp + Chức năng cung cấp mặt bằng và các yếu tố cần thiết khác cho hoạt động canh tác nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản . Hình1.1: Các chức năng chủ yếu của môi trường (KHMT) • MT là nơi cung cấp tài nguyên cần thiết cho đời sống và hoạt động sản xuất của con người Trong lịch sử phát triển, loài người đã trãi qua nhiều giai đoạn. Bắt đầu từ khi con người biết canh tác cách đây khoảng 14-15 nghìn năm, vào thời kỳ đồ đá giữa cho đến khi phát minh ra máy hơi nước vào thế kỷ thứ XVIII. Xét về bản chất, mọi hoạt động của con người đều nhằm vào việc khai thác các hệ thống sinh thái của tự nhiên theo sơ đồ sau: Hình1.2: Hệ thống sinh thái của tự nhiên và nhân tạo. (KHMT) Mọi sản phẩm công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, . của con người đều bắt nguồn từ các dạng vật chất tồn tại trên Trái đất và không gian bao quanh Trái đất. [...]... 1. 5) Bảng 1. 5: Dân số các siêu đô thị Thành phố 1 Tokyo, Nhật Bản 19 95 26,8 2000 27,9 2 Sao Paulo, Braxin 16 ,4 17 ,8 16 ,3 16 ,6 15 ,6 16 ,4 3 New York, Mỹ 4 Mexico City, Mexico 5 Thượng Hải, Trung Quốc 6 Bombay, Ấn Độ 15 ,1 17,2 15 ,1 18 ,1 9 Calcuta, Ấn Độ 12 ,4 13 ,1 10 Seoul, Hàn Quốc 12 ,4 14 ,2 11 Jakarta, Inđonêxia 11 ,7 12 ,7 11 ,6 12 ,3 11 ,5 14 ,1 11, 0 12 ,8 10 ,7 12 ,4 17 Karachi, Pakistan 10 ,3 13 ,5 18 Cairo,... 13 ,5 18 Cairo, Ai Cập 9,9 10 ,2 19 Manila, Philippin 9,9 11 ,7 9,9 12 ,1 9,7 10 ,7 9,3 10 ,8 7,8 10 ,2 6,6 7,3 7 Los Angeles, Mỹ 8 Bắc Kinh, Trung Quốc 12 Bueros Aires, Braxin 13 Tianjin, Trung Quốc 14 Lagos, Nigeria 15 Rio de Janeiro, Braxin 16 New Dehli, Ấn Độ 20 Dakha, Bangladet 21 Bangkok, Thái Lan Ở Việt Nam, trong số 6 21 đô thị thì chỉ có 3 thành phố trên 1 triệu dân Trong vòng 10 năm đến, nếu không quy... tổn Hộp 1. 1 Nguyên nhân - Phá hủy nơi sinh sống Ví dụ - Chim di cư, các động vật thủy sinh - Săn bắn để thương mại hóa - Báo tuyết, hổ, voi - Săn bắn với mục đích thể thao - Bồ câu, chim gáy, cú - Kiểm soát sâu hại và thiên dịch - Nhiều loài sống trên cạn và dưới nước - Ô nhiễm, ví dụ: hóa chất bảo vệ thực vật, - Chim đại bàng, hải sản quý hữu cơ - Xâm nhập của các loài lạ - Ốc bươu vàng, trinh nữ,... thoái, các tác động này càng trở nên tồi tệ Bảng 1. 4: Tác động của O3 đối với thực vật Loại cây Nồng độ Thời gian tác động Biểu hiện gây hại O3(ppm) 0,050 20 ngày (8h/ngày) 50% lá chuyển sang màu vàng - Thuốc lá 0 ,10 0 5,5h Giảm 50% phát triển phấn hoa - Đậu tương 0,050 - Giảm sinh trưởng từ 14 , 4 -1 7% - Yến mạch 0,075 19 h - Củ cải Giảm cường độ quang hợp 1. 5.3 Hiệu ứng nhà kính đang gia tăng Vậy hiệu ứng... mại (Tg CO2) 19 ,280 24,045 - Khu vực năng lượng phi thương mại (Tg CO2) 43,660 52,565 - Sản xuất ximăng (Tg CO2) 0,347 2, 417 - Chăn nuôi (Tg CH4) 1, 135 0,394 - Trồng lúa nước (Tg CH4) 0,950 3 ,19 2 - Lâm nghiệp (Tg CO2) 33,90 34, 516 Với những nguyên nhân trên, thiên tai không chỉ xuất hiện với tần suất ngày càng gia tăng mà quy mô tác động gây thiệt hại cho con người cũng ngày càng lớn 1. 5.2 Sự suy... vào các năm từ 19 9 6 -1 998 đã thiêu hủy nhiều khu rừng ở Braxin, Canada, khu tự trị Nội Mông ở Đông Bắc Trung Quốc, Inđônêxia, Italia, Mêhicô, Liên bang Nga và Mỹ Việt Nam tuy chưa phải là nước công nghiệp phát triển, tuy nhiên xu thế đóng góp khí gây hiệu ứng nhà kính cũng thể hiện khá rõ nét Bảng 1. 3: Kết quả kiểm kê khí nhà kính năm 19 9 0 -1 993 (Tg-triệu tấn) Năm 19 90 19 93 Nguồn phát thải - Khu vực năng... kỷ XIX dân số thế giới mới có 1 tỷ người, đến năm 19 27 tăng lên 2 tỷ người, năm 19 60 - 3 tỷ, năm 19 74 - 4 tỷ, năm 19 87 - 5 tỷ và 19 99 là 6 tỷ.Mỗi năm dân số thế giới tăng thêm khoảng 78 triệu người Theo dự báo đến năm 2 015 , dân số thế giới sẽ ở mức 6,9 – 7,4 tỷ người và đến 2025 dân số sẽ là 8 tỷ người và năm 2050 sẽ là 10 ,3 tỷ người, trong đó 95% dân số tăng thêm nằm ở các nước đang phát triển, do... nhà khoa học cho biết trong vòng 10 0 năm trở lại đây, Trái đất đã nóng lên khoảng 0,5 0C và trong thế kỷ này sẽ tăng từ 1, 50C - 4,50C so với nhiệt độ ở thế kỷ XX Hậu quả của sự nóng lên toàn cầu là: - Mực nước biển dâng cao từ 25 đến 14 0cm, băng tan sẽ nhấn chìm một vùng đất liền rộng lớn, theo dự báo nếu tình trạng như hiện nay thì đến giữa thế kỷ này biển sẽ tiến vào đất liền từ 5-7 m độ cao - Thời... 1/ 7 dân số thế giới Đến cuối thế kỷ XX, dân số sống ở đô thị đã tăng lên nhiều và chiếm tới 1/ 2 dân số thế giới Năm 19 50, có 3 trong số 10 thành phố lớn nhất trên thế giới là ở các nước đang phát triển như: Thượng Hải (Trung Quốc), Buenos Aires (Achentina) và Calcuta (Ấn Độ).Năm 19 90, 7 thành phố lớn nhất thế giới là ở các nước đang phát triển Năm 19 95 và 2000 đã tăng lên 17 siêu đô thị (xem bảng 1. 5)... - Chim đại bàng, hải sản quý hữu cơ - Xâm nhập của các loài lạ - Ốc bươu vàng, trinh nữ, côn trùng đưa các loài vào làm thức ăn cho chim 1. 6 .Khoa học - Công nghệ và Quản lý môi trường • Khoa học MT nghiên cứu mối quan hệ giữa con người với MT Từ các nghiên cứu đó, khoa học MT đề xuất các mô hình sinh thái hợp lý, đảm bảo sự cân bằng sinh thái giữa con người và MT • Công nghệ MT là tổng hợp các biện . 6,6 17 ,2 18 ,1 13 ,1 14,2 12 ,7 12 ,3 14 ,1 12,8 12 ,4 13 ,5 10 ,2 11 ,7 12 ,1 10,7 10 ,8 10 ,2 7,3 Ở Việt Nam, trong số 6 21 đô thị thì chỉ có 3 thành phố trên 1 triệu. 17 . Karachi, Pakistan 18 . Cairo, Ai Cập 19 . Manila, Philippin 20. Dakha, Bangladet 21. Bangkok, Thái Lan 15 ,1 15 ,1 12,4 12 ,4 11 ,7 11 ,6 11 ,5 11 ,0 10 ,7 10 ,3