Hóa học và thiên nhiên

[Vũ ngọc Hân]

Tại sao khi thay đổi thời tiết hay sinh ra sương mù?
Các chất hơi, khí (gọi chung là khói) trong đó có nhiều loại hơi khí độc xuất phát từ một nguồn phát thải nào đó, chẳng hạn một cái lò, một khu vực đốt lửa… có thể tản trong không khí theo một trong 3 cách: Bốc hơi lên cao, bay ngang hoặc là bay xuống mặt đất. Các yếu tố quyết định trạng thái lan toả của khói chủ yếu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố của thời tiết và khí tượng (gió, nhiệt độ không khí), địa hình và cả của chính bản thân nguồn tạo khói (nhiệt độ, tải lượng). Ngoài ra tính chất của các phần tử có chứa trong khói như độ tan trong nước, khả năng tham gia các phản ứng hoá học với không khí… sẽ xác định thời gian phân tử đó có thể lưu lại trong không khí bao lâu. Nếu chất đó có thể lưu lâu trong không khí thì khả năng lan toả của các phân tử các chất đó càng lớn.
Nếu chỉ đơn thuần xét về góc độ vật lý, sự lan toả của khói từ các nguồn vào không khí trong điều kiện địa hình bằng phẳng thì người ta thấy hướng gió xác định hướng phát tán của khói, còn tốc độ gió, tình trạng nhiệt độ các lớp không khí sẽ xác định độ bốc cao của cột khói.
Nếu hoàn toàn không có chút gió nào thì cột khói sẽ bốc thẳng đứng lên cao do khói thoát ra từ nguồn thường nóng hơn (nhiệt độ cao hơn) và nhẹ hơn (tỷ trọng thấp hơn) không khí. Khi có gió, khói nhanh chóng trộn lẫn với không khí xung quanh, bị pha loãng và bay theo hướng gió và vẫn tiếp tục bay cao. Độ cao cực đại của cột khói phụ thuộc vào sự phân bố nhiệt độ của các lớp không khí phía trên cột khói. Thông thường cứ lên cao 100 m thì nhiệt độ không khí giảm 1⁰C nên cột khói tiếp tục lên cao đến khi khói loãng và không khí xung quanh cân bằng về nhiệt độ và tỷ trọng.
Trong một vài trường hợp đặc biệt của thời tiết, càng lên cao không khí càng nóng thì cột khói sau khi bốc lên đến độ cao nào đó sẽ lại là xuống gần mặt đất. Quá trình này gọi là quá trình đảo. Quá trình này thường xảy ra vào ban đêm khi mặt đất nguội đi rất nhanh còn phía trên cao có luồng không khí nóng từ các nơi khác tràn về. Hiện tượng này còn có thể xảy ra cả ban ngày vào mùa lạnh. Khi khói là xuống mặt đất và lan toả trong không khí sẽ tạo ra điều kiện cho các phần tử tạo mù trong khói như SO₂, NO_x… gây ra hiện tượng sương mù. Đây là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng cứ “trở trời” là có hiện tượng sương mù.

——————
Khí cacbonic trong khí quyển sẽ tồn tại trong bao lâu, và ảnh hưởng như thế nào?
Hàng năm, một lượng lớn khí cacbonic (CO₂) sinh ra trên trái đất, trong đó CO₂ có nguồn gốc tự nhiên (núi lửa phun trào, sự phát thải của sinh vật…) là 600.000 triệu tấn, và có nguồn gốc từ hoạt động của con người (đốt nhiên liệu trong hoạt động sản xuất và đời sống) là 22.000 triệu tấn.
Tuy sinh ra nhiều như vậy, nhưng sẽ có một lượng CO₂ tương đương chuyển hoá sang dạng khác và tồn tại một cân bằng trong tự nhiên, các cân bằng này có liên kết mật thiết với các quá trình trên mặt đất, mặt biển và trong sinh vật.
Như vậy, ngược lại với các quá trình phát sinh CO₂, còn có quá trình “tiêu diệt CO₂”. Đó là các quá trình quang hợp ở thực vật, quá trình hoà tan CO₂ của nước (chủ yếu là nước biển), sự lắng đọng xác sinh vật giầu các bon (các loại vỏ đá vôi của sinh vật) và sự tạo thành hoá thạch…
Theo tính toán của các nhà khoa học CO₂ sau khi hình thành trong khí quyển (dù có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo) đều có thể tồn tại từ 2 đến 4 năm. Trong thời kỳ tồn tại, CO₂ đủ thời gian để phát tán suốt dọc vùng xích đạo và ảnh hưởng chung đến bầu khí quyển trái đất và gây ra hiệu ứng nhà kính, hấp thụ mạnh tia hồng ngoại.
Theo dự báo của các nhà khoa học, vào năm 2050 nồng độ CO₂ trong khí quyển sẽ vượt 0,06% thể tích (khoảng 10000 ppm), vào vào năm 2200 con số này sẽ là 0,07% thể tích (hiện tại là 0,035% thể tích hay 5.800 ppm) nếu như con người không có biện pháp giảm thải CO₂.
Khi nồng độ CO₂ trong khí quyển tăng cao hơn nữa, có thể khí hậu sẽ có nhiều thay đổi bất lợi cho sự phát triển của nền kinh tế thế giới và đe doạ sự sinh tồn của con người.