Các quá trình vật lý và hóa học của hồ - Chương 7

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:47

Thêm vào BST

Báo xấu

80
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trầm tích khí quyển: Sự tác động của các axít tới hồ Tóm l ợc Trong ch ơng này, chúng ta tập trung vào các quá trình hoá học và sinh địa hóa có liên quan đến sự hình thành nhân tạo độ axít và sự di chuyển của chúng qua khí quyển đến môi tr ờng đất và môi tr ờng n ớc. Việc hợp nhất các định nghĩa về độ trung hòa axít và bazơ (độ axít và độ kiềm) hữu ích trong việc nhận thức các quá trình chính thu nhận và tiêu thụ ion H+ xảy...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Các quá trình vật lý và hóa học của hồ - Chương 7

Ch ¬ng 7 TrÇm tÝch khÝ quyÓn: Sù t¸c ®éng cña c¸c axÝt tíi hå Tãm l îc Trong ch ¬ng nμy, chóng ta tËp trung vμo c¸c qu¸ tr×nh ho¸ häc vμ sinh ®Þa hãa cã liªn quan ®Õn sù h×nh thμnh nh©n t¹o ®é axÝt vμ sù di chuyÓn cña chóng qua khÝ quyÓn ®Õn m«i tr êng ®Êt vμ m«i tr êng n íc. ViÖc hîp nhÊt c¸c ®Þnh nghÜa vÒ ®é trung hßa axÝt vμ baz¬ (®é axÝt vμ ®é kiÒm) h÷u Ých trong viÖc nhËn thøc c¸c qu¸ tr×nh chÝnh thu nhËn vμ tiªu thô ion H+ x¶y ra trong khÝ quyÓn, trong l u vùc s«ng vμ trong hå. Do sù di chuyÓn cña c¸c electron g¾n liÒn víi sù di chuyÓn cña c¸c proton mμ sù «xi ho¸ vμ sù khö lu«n ®i kÌm theo qu¸ tr×nh gi¶i phãng vμ tiªu thô proton. C¸c qu¸ tr×nh «xi ho¸ - khö cã t¸c ®éng lín ®Õn c©n b»ng H+ , vμ lμ qu¸ tr×nh tæng hîp vμ kho¸ng ho¸ sinh khèi. BÊt cø sù t¸ch rêi nμo gi÷a qu¸ tr×nh quang hîp vμ h« hÊp ®Òu ¶nh h ëng ®Õn ®é axÝt vμ ®é kiÒm trong hÖ sinh th¸i ®Êt vμ n íc. Trong l u vùc, th¶m phñ ph¸t triÓn (nh÷ng c¸nh rõng vμ c©y trång tËp trung) g©y ra ®é chua; mÆt kh¸c, sù phong ho¸ hãa häc ®· lμm trung hoμ l îng axÝt nhËp vμo bëi trÇm tÝch (l¾ng ®äng) khÝ quyÓn vμ b¶n th©n axÝt sinh ra. Mét sè m« h×nh tÝnh l îng trÇm tÝch axÝt giíi h¹n cã thÓ bÞ trung hoμ bëi hÖ sinh th¸i vμ kh«ng cã c¸c ¶nh h ëng sinh häc cã h¹i ®ang ® îc ph¸t triÓn. Hai tr êng hîp nghiªn cøu ® îc tãm t¾t lμ: (1) axÝt trong c¸c hå trªn nói cao n¬i mμ c¸c trÇm tÝch axÝt ® îc trung hoμ mét phÇn do qu¸ tr×nh phong ho¸ ho¸ häc cña ®¸ kÕt tinh; (2) mét tû lÖ lín l u vùc cã dßng ch¶y vËn ®éng ®· bÞ axÝt ho¸ do sù t¨ng thªm l îng (NH4)2SO4 qua sù hÊp thô am«ni cña thùc vËt vμ sù nitr¸t ho¸ víi sù tham gia cña nitrat vμ sunfat trong l u vùc s«ng. Tr êng hîp sau lμ mét vÝ dô vÒ khu rõng tËp trung n íc cho thÊy sù b·o hoμ nit¬. 7.1 PhÇn më ®Çu: sô thμnh t¹o nh©n t¹o cña ®é axÝt TrÇm tÝch axÝt tõ khÝ quyÓn lμ kÕt qu¶ cña sù ph¸ huû c¸c chu kú liªn kÕt gi÷a khÝ quyÓn, ®Êt vμ n íc. XÐt trong ph¹m vi toμn cÇu, m«i tr êng cña chóng ta c©n b»ng proton vμ electron trong mét tr¹ng th¸i æn ®Þnh. Xem xÐt ph¶n øng Goldschmidt ë d¹ng s¬ ®å ®¬n gi¶n nhÊt: §¸ m¸cma + chÊt dÔ bay h¬i kh«ng khÝ + n íc biÓn + c¸c trÇm tÝch (1) N¨m 1961 SillÐn ®· t×m ra nh÷ng chÊt dÔ bay h¬i (H2O, CO2, HCl vμ SO2), nh÷ng axÝt trong nói löa (cã nghÜa lμ c¸c axÝt tho¸t ra tõ lßng ®Êt) ®· ph¶n øng víi c¸c thμnh phÇn chÝnh cña ®¸ (silic¸t, c¸c «xÝt vμ c¸cbon¸t) trong c¸c ph¶n øng axÝt baz¬. T ¬ng tù «ng còng tÝnh ® îc khèi l îng cña c¸c thμnh phÇn vËt 301 http://www.ebook.edu.vn
chÊt t¹o thμnh tõ mét mÉu tham gia trong ph¶n øng «xi ho¸ khö. HiÖn t¹i, tr¹ng th¸i æn ®Þnh (sù c©n b»ng H+ vμ e- ) ® îc ph¶n ¸nh trong khÝ quyÓn víi 20.9% O2, 0.03% CO2 vμ 79.1% N2, còng nh trong §¹i d ¬ng thÕ giíi víi trÞ sè pH 8 vμ p 12.5. Tr¹ng th¸i æn ®Þnh nμy cã ® îc bëi sù c©n b»ng toμn cÇu cña c¸c qu¸ tr×nh «xi ho¸ khö, lμ c¸c qu¸ tr×nh t¹o ra vμ tiªu thô H+. H¬n n÷a tèc ®é «xi ho¸ cña chÊt khö nh S, Fe vμ C x¶y ra trong suèt qu¸ tr×nh phong ho¸ ®¸ lôc ®Þa c©n b»ng víi tèc ®é khö cña nh÷ng chÊt cã ho¸ trÞ cao nh S, Fe vμ C tr¶i qua mét thêi gian ® îc l¾ng ®äng xuèng ®Êt vμ trong trÇm tÝch. Sù «xi ho¸ vμ sù khö th êng kÌm theo sù gi¶i phãng vμ tiªu thô proton t ¬ng øng. (§Ó duy tr× c©n b»ng ®iÖn tÝch th× l îng e- ph¶i c©n b»ng víi l îng H+). H¬n n÷a, qu¸ tr×nh hoμ tan ®¸ vμ l¾ng ®äng cña kho¸ng vËt còng kÌm theo sù gi¶i phãng vμ tiªu thô l îng H+ t ¬ng øng. Do ®ã, nh ®ùîc chØ ra bëi Broecker (1971), trÞ sè p vμ pH cña toμn bé bÒ mÆt m«i tr êng cña chóng ta thÓ hiÖn ë c¸c cÊp ®é mμ ë ®ã tr¹ng th¸i «xi ho¸ vμ bÓ chøa ion H+ cña c¸c nguån phong ho¸ b»ng víi c¸c gi¸ trÞ t ¬ng øng cña c¸c s¶n phÈm trÇm tÝch. 7.1.1 Sù h×nh thμnh m a axÝt Qu¸ tr×nh «xi ho¸ c¸cbon, l u huúnh vμ nit¬ hÇu hÕt ®Òu lμ kÕt qu¶ cña sù ®èt c¸c nhiªn liÖu ho¸ th¹ch, ®· lμm x¸o lén c¸c tr¹ng th¸i «xi ho¸ - khö trong khÝ quyÓn. KhÝ quyÓn dÔ bÞ ¶nh h ëng do t¸c ®éng th¶i ra cña con ng êi h¬n m«i tr êng ®Êt hay m«i tr êng n íc, bëi v× xÐt vÒ gãc ®é ®Þnh l îng th× khÝ quyÓn nhá h¬n nhiÒu so víi c¸c bÓ chøa kh¸c. H¬n n÷a, trong kho¶ng thêi gian kh«ng ®æi khÝ quyÓn biÕn ®æi nhiÒu h¬n khi so s¸nh víi biÓn vμ th¹ch quyÓn. Trong c¸c ph¶n øng «xi ho¸ khö, electron (e-) di chuyÓn cïng víi sù di chuyÓn cña proton (H+) t¹o thμnh mét cÆp ®Ó c©n b»ng ®iÖn tÝch. Sù biÕn ®æi cña c©n b»ng «xi ho¸ khö t ¬ng tù sù biÕn ®æi cña c©n b»ng axÝt - baz¬. C¸c ph¶n øng «xi ho¸ cña C, S vμ N m¹nh h¬n c¸c ph¶n øng khö trong c¸c chu kú c¬ b¶n nμy. L îng ion H+ trong m a khÝ quyÓn lμ mét hÖ qu¶ rÊt cÇn thiÕt. Sù x¸o trén nμy ® îc vËn chuyÓn tíi m«i tr êng ®Êt vμ m«i tr êng n íc, nã cã thÓ lμm suy tho¸i c¸c hÖ sinh th¸i nμy. H×nh 7.1 cho thÊy nh÷ng ph¶n øng kh¸c nhau liªn quan ®Õn c¸c chÊt « nhiÔm khÝ quyÓn vμ nh÷ng thμnh phÇn tù nhiªn trong khÝ quyÓn. Nh÷ng ph¶n øng sau ®©y lμ ®Æc biÖt quan träng trong viÖc h×nh thμnh m a axÝt: c¸c ph¶n øng «xi ho¸, hoÆc trong pha khÝ hoÆc pha láng, dÉn tíi sù h×nh thμnh c¸c «xÝt cña C, S vμ N (CO2, SO2, SO3, H2SO4, NO, NO2, HNO2 vμ HNO3), sù hÊp thô khÝ vμo trong n íc (nh÷ng giät m©y, nh÷ng h¹t m a r¬i hoÆc s ¬ng mï) vμ sù t ¬ng t¸c bëi c¸c axÝt míi thμnh t¹o (SO2, H2O, H2SO4, HNO3) víi am«ni¾c (NH3) vμ c¸c c¸cbon¸t cña bôi khÝ quyÓn vμ mét phÇn hoμ tan cña c¸c sol khÝ trong n íc. Trong tr êng hîp nμy sol khÝ ® îc t¹o ra tõ sù t ¬ng t¸c cña h¬i n íc vμ c¸c h¹t bôi khÝ quyÓn (ë gÇn biÓn vμ trong c¸c ®¸m bôi); chóng th êng chøa (NH4)2SO4 vμ NH4NO3. C¸c s¶n phÈm cña c¸c ph¶n øng lý ho¸ kh¸c nhau cuèi cïng còng quay trë l¹i mÆt ®Êt. Th«ng th êng, cã mét sù kh¸c biÖt gi÷a l¾ng ®äng kh« vμ l¾ng ®äng 302 http://www.ebook.edu.vn
ít. L¾ng ®äng ít (theo m a vμ röa tr«i) bao gåm sù tu«n ch¶y cña tÊt c¶ c¸c thμnh phÇn mang ®Õn mÆt ®Êt do m a hoÆc tuyÕt, cã nghÜa lμ tÊt c¶ nh÷ng vËt chÊt ®Æc thï ® îc hoμ tan ®ã chøa trong m a hoÆc tuyÕt. Ng ng tô kh« lμ qu¸ tr×nh tu«n ch¶y cña c¸c h¹t vμ c¸c khÝ (®Æc biÖt nh SO2, HNO3 vμ NH3) tíi mÆt ®Êt trong thêi gian kh«ng cã m a hoÆc tuyÕt. Sù ng ng tô cã thÓ x¶y ra khi nh÷ng giät nhá vμ sol khÝ ® îc ®äng l¹i trªn c©y, trªn thùc vËt hoÆc trªn 2 mÆt ®Êt. §èi víi rõng th× gÇn mét nöa sù l¾ng ®äng cña SO4 , NO3 vμ H+ x¶y ra ë sù ng ng tô kh« (Lindberg vμ céng sù, 1986). Chóng ta cÇn tËp trung vμo ba kh¸i niÖm ho¸ häc c¬ b¶n, ®ã lμ ®iÒu kiÖn tiªn quyÕt ®Ó t×m hiÓu sù h×nh thμnh vμ c¸c ®Æc tÝnh cña trÇm tÝch axÝt. Kh¸i niÖm ®Çu tiªn lμ m« h×nh ho¸ häc l îng ph¸p. Nã gi¶i thÝch, dùa trªn c¬ së c©n b»ng khèi l îng, r»ng thμnh phÇn cña n íc m a lμ kÕt qu¶ tõ mét sù chuÈn ®é cña c¸c axÝt. C¸c axÝt nμy ® îc h×nh thμnh tõ c¸c chÊt « nhiÔm khÝ quyÓn vμ c¸c baz¬ ( NH 3 vμ CO 32 cã liªn quan ®Õn c¸c h¹t bôi) ® îc ® a vμo trong khÝ quyÓn. TiÕp theo lμ mét vÝ dô minh ho¹ vÒ sù c©n b»ng hÊp thô cña c¸c khÝ nh SO2 vμ NH3 vμo trong n íc, n¬i mμ biÓu hiÖn cho sù t ¬ng t¸c cña chóng víi n íc tån t¹i ë d¹ng m©y, nh÷ng giät m a, nh÷ng giät s ¬ng hoÆc mÆt n íc. Cuèi cïng, mét sù gi¶i thÝch ®Þnh l îng cña c©n b»ng axÝt - baz¬ ®ù¬c tr×nh bμy. §iÒu nμy yªu cÇu mét ®Þnh nghÜa chÝnh x¸c vÒ kh¶ n¨ng trung hßa axÝt (®é kiÒm) vμ kh¶ n¨ng trung hßa baz¬ (®é axÝt) ®Ó íc l îng ®é chua cßn sãt l¹i cña trÇm tÝch axÝt vμ gi¶i thÝch sù t ¬ng t¸c gi÷a trÇm tÝch axÝt víi m«i tr êng ®Êt vμ m«i tr êng n íc. 7.1.1.1 M« h×nh ho¸ häc l îng ph¸p Trong h×nh 7.1 cho thÊy n íc m a chøa mét l îng d axÝt m¹nh, hÇu hÕt ®Òu cã nguån gèc tõ sù «xi ho¸ cña sunfua trong qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu ho¸ th¹ch, vμ tõ sù ng ng tô cña nit¬ khÝ quyÓn thμnh NO vμ NO2 (VÝ dô: trong qu¸ tr×nh ®èt ch¸y x¨ng cña c¸c ®éng c¬). Ngoμi ra nã cßn cã nguån gèc tõ tù nhiªn cña c¸c axÝt sinh ra tõ c¸c ho¹t ®éng nói löa, tõ H2S trong trÇm tÝch kþ khÝ, tõ ®imetilasunfua vμ cacboniasunfide b¾t nguån trong ®¹i d ¬ng. HCl sinh ra tõ qu¸ tr×nh ®èt ch¸y vμ ph©n huû cña c¸c hîp chÊt h÷u c¬ clorua nh lμ nhùa tæng hîp PVC. Nguån gèc baz¬ trong khÝ quyÓn nh c¸cbon¸t cña bôi do giã thæi vμ tõ NH3 nh ng th êng thÊy tõ nguån gèc tù nhiªn. NH3 ® îc sinh ra tõ NH 4 vμ tõ sù ph©n huû cña urª trong ®Êt vμ ®Êt n«ng nghiÖp. Tèc ®é ph¶n øng cña sù «xi ho¸ SO2 trong khÝ quyÓn tõ l îng l u huúnh lμ 0,05- 0,5/ngμy, dÉn tíi thêi gian l u tró cña sunph¸t tèi ®a lμ vμi ngμy; t ¬ng øng kho¶ng c¸ch di chuyÓn lμ vμi tr¨m ®Õn 1000 km (Samson vμ Small, 1984). Sù h×nh thμnh HNO3 bëi qu¸ tr×nh «xi ho¸ lμ rÊt nhanh so víi H2SO4, kÕt qu¶ lμ mÊt mét qu·ng ® êng ng¾n h¬n tÝnh tõ nguån ph¸t. Ngoμi ra H2SO4 cã thÓ ph¶n øng víi NH3 t¹o ra khÝ NH4HSO4 hoÆc khÝ (NH4)2SO4. H¬n n÷a l îng NH4NO3 c©n b»ng víi NH3 (g) vμ HNO3 (g) (Seinfeld, 1986). 303 http://www.ebook.edu.vn
H×nh 7.1. Nguån gèc m a axÝt. Tõ qu¸ tr×nh «xi ho¸ S vμ N tr¶i qua sù ®èt ch¸y c¸c nhiªn liÖu ho¸ th¹ch x©y dùng nªn trong khÝ quyÓn (trong pha khÝ, h¹t son khÝ, h¹t m a, b«ng tuyÕt vμ s ¬ng mï) cña CO2 vμ c¸c «xÝt cña S vμ N, c¸i mμ ® a ®Õn sù t ¬ng t¸c axÝt - baz¬. TÇm quan träng cña sù hót c¸c khÝ vμo trong c¸c pha khÝ kh¸c nhau nh : pha khÝ, son khÝ vμ n íc khÝ quyÓn phô thuéc vμo mét sè nh©n 2 SO4 NO3 tè (Trong h×nh nμy, chóng ta thõa nhËn mét l îng 50% vμ , 80% NH3 vμ 100% HCl). Nguån gèc cña m a axÝt thÓ hiÖn ë phÝa trªn bªn ph¶i h×nh nh mét sù chuÈn ®é axÝt - baz¬. D÷ liÖu dùa vμo sù miªu t¶ tr¹ng th¸i ® îc b¾t gÆp ë Zurich, Thôy SÜ. Sù t¸c ®éng kh¸c nhau ë m«i tr êng ®Êt vμ m«i tr êng n íc (Xem b¶ng 2) thÓ hiÖn mét phÇn nhá cña h×nh (Schnoor vμ Stumm, 1985). Th«ng l îng trÇm tÝch kh« lu«n ® îc gi¶ thiÕt b»ng tÝch nång ®é cña nã ë s¸t bÒ mÆt tiÕp xóc vμ tèc ®é båi l¾ng. Tèc ®é båi l¾ng phô thuéc vμo b¶n chÊt cña chÊt « nhiÔm (lo¹i khÝ, kÝch th íc h¹t), sù nhiÔu lo¹n khÝ quyÓn, ®Æc tÝnh cña bÒ mÆt tiÕp xóc (n íc, kh«ng khÝ, b¨ng tuyÕt, thùc vËt, c©y cèi, ®¸…). TrÇm 304 http://www.ebook.edu.vn
tÝch kh« th êng ® îc thu thËp b»ng c¸c thïng ®o hë cho c¸c nghiªn cøu trong c¸c thêi kú kh« r¸o, nh ng ph ¬ng ph¸p nμy íc l îng thiªn nhá th«ng l îng c¸c chÊt « nhiÔm tíi t¸n c©y hoÆc mÆt hå, ®Æc biÖt lμ c¸c lo¹i khÝ (SOx, NOx) (Zobrist vμ nnk, 1993). (S ¬ng mï cã thÓ thu ® îc nhê c¸c dông cô ®Æc biÖt nh ng nã kh«ng ® îc ®o mét c¸ch ®inh l îng b»ng c¸c thïng ít hoÆc kh«). T¸n c©y nhËn ® îc rÊt nhiÒu trÇm tÝch kh« trong d¹ng ion sunfat, nitrat vμ hi®r« xuÊt hiÖn d íi d¹ng khÝ nh SO2, HNO3 vμ NH3. TrÇm tÝch kh« cña c¸c h¹t th« cã ® îc thÓ hiÖn ë c¸c nguån gèc quan träng nh c¸c ion Ca2+ vμ K+ trong c¸c khu rõng l¸ rông phÝa §«ng n íc Mü (B¶ng 1; Lindberg vμ céng sù, 1986). Ngoμi c¸c hçn hîp axÝt baz¬ tr×nh bμy trong h×nh 1, c¸c axÝt h÷u c¬ kh¸c còng th êng ® îc t×m thÊy. RÊt nhiÒu c¸c axÝt lo¹i nμy ® îc t¹o ra tõ sù «xi ho¸ cña chÊt h÷u c¬ th¶i vμo khÝ quyÓn (Galloway vμ nnk, 1982; Kavamura vμ Kaplan, 1984; Keene vμ Galloway, 1984). §Æc biÖt quan t©m ®Õn c¸c lo¹i axÝt nh axÝt fomÝc, axÝt axetÝc, axÝt «xalÝc vμ axÝt benz«ic, c¸c lo¹i trªn ® îc t×m thÊy trong n íc m a víi nång ®é thØnh tho¶ng v ît qu¸ vμi phÇn triÖu gam ph©n tö trªn mét lÝt. Nh vËy chóng ph¶i ® îc tÝnh bao gåm c¶ axÝt cña n íc m a vμ sù tån t¹i cña chóng víi nång ®é lín còng ¶nh h ëng ®Õn trÞ sè pH cña c¸c mÉu n íc m a vμ s ¬ng. B¶ng 7.1 Tæng l îng trÇm tÝch khÝ quyÓn cña c¸c ion chñ yÕu trong rõng gç såi t¹i mét nh¸nh cña l u vùc s«ng Walker trong mét n¨m. TrÇm tÝch khÝ quyÓn (mEq/m2.n¨m) Qu¸ tr×nh 2 H+ Ca2+ K+ NO 3 SO4 NH 4 ChÊt kÕt tña 70 5 20 2 69 5 12 1 12 2 0.9 0.1 TrÇm tÝch kh« 7 2 Nh÷ng h¹t tinh 19 2 0.1 0.02 2.0 0.9 3.6 1.3 1.0 0.2 0.1 0.05 Nh÷ng h¹t kh« 62 7 8.3 0.8 0.5 0.2 0.8 0.3 30 3 1.2 0.2 H¬i n íc 160 9 26 4 85 8 1.3 0 0 Tæng trÇm tÝch 54 4 160 9 18 2 43 4 2.2 0.3 H×nh 7.2 minh ho¹ thμnh phÇn v« c¬ cña c¸c mÉu n íc m a ®iÓn h×nh. Tû lÖ 2 cña c¸c cation (H+, NH 4 , Ca2+, Na+ vμ K+) vμ c¸c anion ( SO4 , NO 3 vμ Cl ) ph¶n ¸nh l îng axÝt - baz¬ t¹o thμnh xuÊt hiÖn trong khÝ quyÓn vμ trong nh÷ng h¹t m a. Tæng nång ®é (tæng c¸c anion hoÆc c¸c cation) ®iÓn h×nh thay ®æi tõ 20 ®Õn 500 eq/l. Nh÷ng t¸c dông lμm lo·ng gièng nh sù röa xãi bëi m a khÝ quyÓn, cã thÓ gi¶i thÝch ® îc mét phÇn sù quan tr¾c kh¸c nhau. VÝ dô: nång ®é cao nhÊt quan tr¾c ® îc sau mét thêi gian kh« kÐo dμi, nång ®é thÊp 305 http://www.ebook.edu.vn
nhÊt ® îc thÊy sau khi kÕt thóc mét trËn m a kÐo dμi.Gi¸ trÞ lμ trung b×nh SE cho sè liÖu cña 2 n¨m. Nh÷ng sè lÇn quan tr¾c giao ®éng trong ph¹m vi tõ 15 (HNO3) ®Õn 26 (c¸c h¹t), ®Õn 122 (chÊt kÕt tña), ®Õn 730 (SO2). Trong sù ®èi chiÕu tû lÖ trÇm tÝch nμy nã ph¶i ® îc nh¾c l¹i r»ng bÊt cø sù ®¸nh gi¸ nμo nh lμ chñ ®Ò dÔ thay ®æi ®¸ng kÓ. H×nh 7.2. Thμnh phÇn c¸c mÉu n íc m a vμ s ¬ng ë vïng æn ®Þnh trªn cao xung quanh Zurich, Thôy SÜ. Thμnh phÇn s ¬ng biÕn ®æi réng vμ ph¶n x¹ trong ph¹m vi lín h¬n lμ m a víi møc ¶nh h ëng cña sù bèc ra mang tÝnh ®Þa ph ¬ng gÇn mÆt ®Êt. L îng s ¬ng tËp trung t¨ng cïng víi l îng h¬i n íc gi¶m. (Stumm cïng nnk, 1987) Nh÷ng sai sè tiªu chuÈn quy ®Þnh chØ mét dông cô ®o l êng dÔ thay ®æi khi tÝnh to¸n mÉu trung b×nh cã liªn quan ®Õn mËt ®é trung b×nh; do ®ã, c¸c tÝnh chÊt dÔ thay ®æi thªm vμo trong c¸c kÕt qu¶ ph©n tÝch, c¸c phÐp ®o thuû v¨n häc, c¸c nh©n tè ®ãng cÆn vμ tèc ®é l¾ng ®äng còng ® îc tÝnh ®Õn. Toμn bé sù kh«ng ch¾c ch¾n cña dßng trÇm tÝch Èm xÊp xØ 20% vμ dßng trÇm tÝch kh« xÊp 2 xØ 50% ®èi víi SO4 , Ca2+, K+, NH 4 , vμ xÊp xØ 75% ®èi víi NO 3 vμ H+ (Lindberg cïng nnk, 1986). a Bao gåm SO2, HNO3 vμ NH3. Sù ®æi chç hoμn toμn cña SO2 thμnh H2SO4 vμ NH3 thμnh NH 4 ®· thõa nhËn sù x¸c ®Þnh h¬i n íc cung cÊp cho H+. TrÇm tÝch NH3 ® îc ®¸nh gi¸ tõ tμi liÖu tham kh¶o. Khi s ¬ng ® îc t¹o thμnh tõ kh«ng khÝ b·o hoμ h¬i n íc, nh÷ng giät n íc 306 http://www.ebook.edu.vn
ng ng tô trªn c¸c h¹t sol khÝ. Ngoμi c¸c thμnh phÇn cña c¸c sol khÝ, c¸c giät s ¬ng cã thÓ hÊp thô nh÷ng khÝ nh NOx, SO2, NH3 vμ HCl h×nh thμnh trong ®iÒu kiÖn thuËn lîi tõ c¸c qu¸ tr×nh «xi ho¸ kh¸c nhau, ®Æc biÖt lμ sù h×nh thμnh H 2 SO4 . Nh÷ng giät s ¬ng (® êng kÝnh 10 ®Õn 50 m) nhá h¬n nhiÒu so víi h¹t m a. N íc ë thÓ láng chøa s ¬ng th êng n»m trong kho¶ng 1 10 4 l/m3 kh«ng khÝ, ®Ó nång ®é axÝt ®iÓn h×nh trong s ¬ng gÊp 10 - 50 lÇn ® îc t×m thÊy trong n íc m a (H×nh7.2; Johnson vμ Sigg, 1985). Qu¸ tr×nh m©y t¹o m a chiÕm thÓ tÝch lín kh«ng khÝ víi kho¶ng c¸ch t ¬ng ®èi lín vμ do ®ã cã thÓ hÊp thô c¸c khÝ vμ sol khÝ trong mét vïng réng lín. Bëi v× s ¬ng ® îc h×nh thμnh trong nh÷ng khèi kh«ng khÝ thÊp, nh÷ng h¹t s ¬ng cã kh¶ n¨ng hÊp thô nh÷ng h¹t nhiÔm bÈn gÇn bÒ mÆt tr¸i ®Êt. ¶nh h ëng mét phÇn cña chÊt th¶i ra (nh NH3 trong c¸c vïng n«ng nghiÖp hoÆc HCl gÇn c¸c lß ®èt phÕ liÖu) t¸c ®éng l¹i thμnh phÇn s ¬ng. Lo¹i s ¬ng mï bëi h¬i n íc chøa tæng nång ®é ion lμ 0.5 - 15 meq/l ® îc tr×nh bμy trong h×nh 7.2. §Æc biÖt gi¸ trÞ pH kh¸c nhau cã thÓ quan tr¾c thÊy trong s ¬ng. Ngoμi mét sè lo¹i s ¬ng trung tÝnh (pH = 5 - 7), mét vμi lo¹i cã nång ®é anion rÊt cao, chóng ta ph¶i t×m nh÷ng lo¹i kh¸c cã ®é axÝt lín nhÊt (pH = 1.8; Waldman vμ céng sù, 1982). 7.1.1.2 Sù hÊp thô SO2 vμ NH3 Sù ph©n bè c¸c ph©n tö khÝ gi÷a pha khÝ vμ pha láng phô thuéc vμo ®Þnh luËt ph©n bè c©n b»ng cña Henry. Trong tr êng hîp cña SO2, CO2 vμ NH3, sù c©n b»ng hoμ tan phô thuéc vμo trÞ sè pH bëi v× c¸c thμnh phÇn trong pha láng - CO2 (khÝ), H2CO3, SO2, H2O (khÝ), NH3 (khÝ) tr¶i qua c¸c ph¶n øng axÝt - baz¬. Cã hai c¸ch tÝnh to¸n cã thÓ thùc hiÖn ® îc: Trong mét m« h×nh hÖ thèng më, mét ¸p suÊt riªng phÇn kh«ng ®æi cña thμnh phÇn khÝ ® îc duy tr×. Trong mét hÖ thèng kÝn, ¸p suÊt riªng phÇn ban ®Çu h×nh thμnh cña mét thμnh phÇn ® îc cho tr íc, vÝ dô: m©y lμ tr¹ng th¸i tr íc khi m a h×nh thμnh hoÆc sù kÕt hîp kh«ng khÝ tr íc khi nh÷ng h¹t s ¬ng ng ng tô; trong nh÷ng tr êng hîp nμy hÖ thèng ® îc coi lμ kÝn, tõ ®ã tæng nång ®é pha khÝ vμ pha láng kh«ng ®æi (H×nh 7.3). Nh÷ng vÝ dô minh ho¹ trÞ sè pH m¹nh nμy phô thuéc vμo sù hoμ tan cña c¸c khÝ trong khÝ quyÓn. Chóng liªn hÖ tíi vÊn ®Ò ®iÒu khiÓn sù to¶ ra theo ® êng th¼ng tõ SO2. Trong mét vμi tr êng hîp kh¸c th× c¸c nh©n tè cã thÓ ¶nh h ëng ®Õn sù hoμ tan. VÝ dô: sù tån t¹i cña focman®ªhÝt cã thÓ t¨ng thªm kh¶ n¨ng hÊp thô cña (tæng) SO2 trong n íc, bëi v× CH2O ph¶n øng víi HSO3 t¹o thμnh CH 2 OHSO3 . AxÝt hydr«focman®ªhÝt - sunfonÝc lμ axÝt m¹nh vμ sù «xi ho¸ cña S (IV) ®· h¹n chÕ nã (Hoffmann vμ Boyce, 1984). 307 http://www.ebook.edu.vn
308 http://www.ebook.edu.vn
H×nh 7.3a- c. C©n b»ng SO2, NH3, CO2 vμ H2O cña n íc hoÆc hÖ thèng khÝ nh lμ mét hμm cña axÝt vμ p SO2 )=( p NH 3 )=1,22 10-8 atm hoÆc {SO2}={NH3}=5 10-7molm-3; dung tÝch h¬i n íc baz¬ thªm vμo. ( (q):10-4lm-3; nhiÖt ®é 298 K. Theo tÝnh to¸n, (a) lμ hÖ thèng më ®èi víi SO2 vμ NH3, hoÆc (b) lμ hÖ thèng ®ãng ®èi víi SO2 vμ NH3 ® ® îc thõa nhËn; (c) lμ tû lÖ phÇn tr¨m cña tæng sè NH3 vμ SO2 cã mÆt trong hÖ thèng ® îc ® a ra trong hμm trÞ sè pH. 7.2 §é axÝt vμ ®é kiÒm: c¸c §é trung Hßa Cã sù ph©n biÖt gi÷a nång ®é H+ (hoÆc ho¹t ®éng) nh mét yÕu tè mËt ®é vμ tr÷ l îng cña H+, l îng tr÷ ion H+ ® îc cho bëi ®é trung hßa baz¬ (BNC) hoÆc ®é axÝt H (H - Acy). §é trung hßa baz¬ cã liªn hÖ víi ®é kiÒm (Alk) hoÆc ®é trung hßa axÝt (ANC) bëi: H - Acy = - [Alk] §é trung hßa baz¬= - §é trung hßa axÝt (2) §é trung hßa baz¬ cã thÓ ® îc ®Þnh nghÜa lμ hiÖu sè c©n b»ng proton t ¬ng øng víi mét gi¸ trÞ (møc) tham kh¶o: tæng nång ®é cña tÊt c¶ c¸c chÊt chøa mét l îng proton v ît qu¸ møc tham kh¶o, trõ ®i tæng nång ®é c¸c chÊt chøa mét l îng proton d íi møc tham kh¶o. §èi víi n íc thiªn nhiªn møc tham kh¶o (t ¬ng øng víi ®iÓm ® ¬ng l îng trong sù chuÈn ®é kiÒm) bao gåm H2O vμ H2CO3: [H - Acy] = [ H ] - [ HCO3 ] - 2[ CO32 ] - [ OH ] (3) §é trung hßa axÝt hoÆc ®é kiÒm [Alk] ® îc liªn hÖ tõ [H - Acy]: - [H - Acy] = [Alk] = [ HCO3 ] + 2[ CO32 ] + [ OH ] - [ H ] (4) XÐt cho cïng sù c©n b»ng ®iÖn tÝch ®iÓn h×nh tõ n íc tù nhiªn (H×nh 7.4) cho chóng ta hiÓu r»ng [Alk] vμ [H - Acy] cã thÓ biÓu thÞ b»ng sù c©n b»ng ®iÖn 309 http://www.ebook.edu.vn
tÝch: tæng ® ¬ng l îng cña c¸c cation b¶o toμn trõ ®i tæng ® ¬ng l îng cña c¸c anion b¶o toμn ([Alk] = a - b). C¸c cation b¶o toμn lμ nh÷ng cation thuéc c¸c baz¬ m¹nh nh Ca(OH)2, KOH, v.v… C¸c anion b¶o toμn lμ nh÷ng anion thuéc 2 c¸c baz¬ kÕt hîp cña c¸c axÝt m¹nh ( SO4 , NO3 vμ Cl ): [Alk] = [ HCO3 ] + 2[ CO32 ] + [ OH ] – [ H ] 2 = [Na+] + [K+] + 2[Ca2+] + 2[Mg2+] - [ Cl ] - 2[ SO4 ] - [ NO3 ] (5) Ng îc l¹i, [H - Acy] ®¹i diÖn cho n íc ®Æc biÖt ® îc tr×nh bμy ([H - Acy] = b - a) nh : 2 [H - Acy] = [ Cl ] + 2[ SO4 ] + [ NO3 ] - [Na+] - [K+] - 2[Ca2+] - 2[Mg2+] (6) a Ca2+ Mg2+ K+ Na+ eq/l CO32 2 HCO3 Cl NO3 SO4 Alk b H×nh 7.4. C©n b»ng ®iÖn tÝch n íc tù nhiªn C¸c ®Þnh nghÜa nμy cã thÓ ® îc sö dông ®Ó gi¶i thÝch nh lμ sù t¸c ®éng cña m a axÝt ®èi víi m«i tr êng. Mét sù m« t¶ ®¬n gi¶n cã thÓ ® îc tr×nh bμy nh sau: mét vμi cation baz¬ cã ®¬n vÞ ®iÖn tÝch (VÝ dô: Ca2+ hoÆc K+) bÞ lo¹i bá khái n íc do bÊt cø mét qu¸ tr×nh nμo gièng nh sù thªm proton vμo n íc vμ mét 2 vμi anion cã ®¬n vÞ ®iÖn tÝch (tõ c¸c anion cña c¸c axÝt m¹nh, vÝ dô: SO4 , NO3 hoÆc Cl ) bÞ lo¹i khái n íc t ¬ng tù nh proton bÞ lo¹i khái n íc hoÆc tæng qu¸t: [C¸c cation baz¬] - [ C¸c anion b¶o toμn] = + [Alk] = - [ H - Acy] (7) NÕu xÐt mét c¸ch cÈn thËn th× n íc cßn chøa c¸c lo¹i axÝt hoÆc baz¬ kh¸c, møc chØ dÉn proton ph¶i më réng tíi c¸c thμnh phÇn kh¸c. Ngoμi c¸c lo¹i trªn, nÕu n íc tù nhiªn chøa c¸c ph©n tö h÷u c¬, vÝ dô nh axÝt cacbonxylic (H - Org) vμ c¸c ion am«ni, mùc chØ dÉn ® îc më réng c¸c lo¹i nμy. Th êng lùa chän c¸c lo¹i am«ni NH 4 vμ H - Org nh lμ ®iÒu kiÖn liªn quan tíi møc kh«ng. Trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng, chóng ta hy väng thÊy sù kh¸c biÖt cña ®é axÝt g©y ra bëi c¸c axÝt m¹nh (c¸c axÝt v« c¬ vμ h÷u c¬ víi pK < 6), ®iÓn h×nh lμ c¸c axÝt v« c¬ hoÆc axÝt tù do, nã gÇn gièng nh nång ®é H+ tù do vμ tæng sè ®é axÝt ® îc sinh ra bëi dung dÞch baz¬ trung tÝnh cña tæng c¸c axÝt m¹nh vμ axÝt yÕu (Johnson vμ Sigg, 1985; Sigg vμ Stumm, 1994). Sù kh¸c biÖt cã thÓ thùc hiÖn ® îc b»ng c¸ch chuÈn ®é kiÒm cña c¸c mÉu n íc m a vμ s ¬ng. Sù chuÈn ®é Gran kh«ng ® îc chÊp nhËn réng r·i trong khu 310 http://www.ebook.edu.vn
vùc nμy. §é axÝt m¹nh, [H - Acy], ®· ® îc nãi râ ®èi víi c¸c tr¹ng th¸i tham 2 kh¶o nh : H2O, H2CO3, SO4 , NO3 , Cl , NO2 , F , HSO3 , NH 4 , H 4 SiO4 vμ HnOrg (c¸c axÝt h÷u c¬, pKa < 10): [H - Acy] = [ H ] + [ HSO4 ] + [HNO2] + [HF] + [H2SO3] - [ OH ] - [ HCO3 ] - 2[ CO32 ] - [NH3] - [ H 2 SiO4 ] - n[Orgn-] (8) HSO4 , HNO2 , HF , H 2 SO3 , CO32 , NH 3 , H 3 SiO3 , cã nång ®é mét sè thμnh phÇn nh kh«ng ®¸ng kÓ trong n íc m a, v× vËy ph ¬ng tr×nh ph¶n øng cã thÓ viÕt thu gän d íi d¹ng: [H - Acy] = [ H ] - [ OH ] - [ HCO3 ] - n[Orgn-] (9) hÇu hÕt c¸c mÉu n íc m a cã trÞ sè pH = 4 4.5, [H - Acy] b»ng [H+] nh ng nång ®é s ¬ng mï h¬i n íc ë møc cao (tr êng hîp lín nhÊt cã pH < 2.5) HSO4 vμ SO2.H2O trë lªn quan träng trong viÖc gãp phÇn lμm t¨ng ®é axÝt. H×nh 7.5. §å thÞ Gran cña m« h×nh n íc m a ®iÓn h×nh. § êng th¼ng ngo¹i suy cña hμm Gran F1 = v 0 10 v0 10 p H pH vμ F2 = tiÕn tíi 0 ®em l¹i ®é axÝt tù do (m¹nh) vμ t ¬ng øng víi tæng ®é axÝt. §é axÝt yÕu = 83,5 mol/l.p H = - log[H+]; thÊu kÝnh ®iÖn cùc ®Ó ®iÒu chØnh nång ®é ion (dung dÞch ® îc t¹o ra tõ 0,05 M víi sù quan t©m ®Õn KCl) trong c¸c giíi h¹n cña nång ®é ion H+. CO2 bÞ di chuyÓn do sù t¸ch ra cïng víi khÝ nit¬ tr íc khi ®Þnh ph©n. (Johnson vμ Sigg, 1985; söa l¹i cho phï hîp víi sù cho phÐp cña Chimia, 1985) C¸c tr¹ng th¸i t ¬ng øng cã liªn quan ®Õn ®Þnh nghÜa vÒ tæng ®é axÝt [AcyT] 2 nh lμ H 2O , CO32 , SO4 , NO3 , Cl , NO2 , F , SO32 , NH 3 , H 3 SiO4 , nOrgn- vμ 311 http://www.ebook.edu.vn
Al(OH)3 (khi nh«m ® îc chuÈn ®é tõ pH = 4 ®Õn pH = 10 th× nã sÏ thuû ph©n tõ Al3+ thμnh Al(OH)3, mçi ph©n tö Al3+ tiªu thô hÕt 3 ® ¬ng l îng baz¬). [AcyT] = [ H ] + 2[H2CO3] + [ HSO3 ] + [ NH 4 ] + [ H 4 SiO4 ] + 3[Al3+] + 2[Al(OH)2+] + [ Al (OH ) 2 ] + n[HnOrg] – [ OH ] (10) HÇu hÕt c¸c mÉu ph ¬ng tr×nh nμy cã thÓ viÕt d íi d¹ng rót gän nh : [AcyT] = [ H ] + [ NH 4 ] + 2[H2CO3] + n[HnOrg] (11) H×nh 7.5 thÓ hiÖn ® êng cong chuÈn ®é ® îc x¸c ®Þnh tõ sù thªm vμo dung dÞch baz¬ thö ph¶n øng ®Ó cã thÓ thay ®æi ®å thÞ Gran b»ng c¸ch gi¶m bít sù x¸c ®Þnh cña c¸c ®iÓm ® ¬ng l îng. H×nh nμy chÝnh lμ ®å thÞ Gran ®iÓn h×nh cña sù chuÈn ®é n íc m a cã chøa c¸c axÝt m¹nh vμ c¸c axÝt yÕu. Gièng nh ®Þnh nghÜa trªn, chuÈn ®é Gran cña ®é axÝt m¹nh th êng coi lμ gÇn ®óng víi ®é axÝt [H - Acy] nh ng ph¶i ® îc hiÓu lμ c¸c axÝt h÷u c¬ víi pKa = 3.5 5 chØ chiÕm mét phÇn trong sù chuÈn ®é nμy vμ cã ¶nh h ëng ®Õn kÕt qu¶ cña c¸c hμm Gran. Tõ ®Þnh nghÜa cña tæng ®é axÝt, H2CO3 th êng ® îc t¸ch khái mÉu (víi N2) bëi v× khi H2CO3 tån t¹i nã rÊt khã ®¹t ® îc ®iÓm kÕt thóc cña chuÈn ®é vμ tÝnh to¸n nång ®é cña c¸c axÝt yÕu. 7.2.1 Sù di chuyÓn ®é axÝt (hoÆc ®é kiÒm) do « nhiÔm tõ kh«ng khÝ ®Õn c¸c hÖ sinh th¸i Chóng ta chØ ra r»ng trong mét hÖ thèng lín (víi gi¶ thiÕt hÖ thèng lμ kÝn) cña m«i tr êng bao gåm tÇng khÝ quyÓn, tÇng thuû quyÓn vμ tÇng th¹ch quyÓn; sù c©n b»ng electron vμ proton ® îc duy tr×. TÝnh bÊt ®ång nhÊt theo thêi gian vμ kh«ng gian gi÷a vμ bªn trong mçi bÓ tr÷ lμ nguyªn nh©n cã ý nghÜa g©y ra sù chuyÓn ®æi c©n b»ng gi÷a electron vμ proton ®Ó c¸c hÖ thèng nhá chøa ®é kiÒm hoÆc ®é axÝt kh¸c nhau. BÊt cø mét sù di chuyÓn nμo cña qu¸ tr×nh «xi ho¸ vμ qu¸ tr×nh khö cña mét axÝt hoÆc baz¬ hoÆc cña c¸c ion tõ mét hÖ thèng nμo kh¸c víi bÊt kú mét nguyªn nh©n g×, b»ng sù vËn chuyÓn, ph¶n øng ho¸ häc hoÆc qu¸ tr×nh «xi ho¸ khö cã nguyªn nh©n t ¬ng tù nh sù di chuyÓn cña ®é axÝt hoÆc ®é kiÒm. 7.2.1.1 §é axÝt cña khÝ quyÓn (®é kiÒm) §©y chÝnh lμ yÕu tè cÇn thiÕt cña qu¸ tr×nh trung hoμ axÝt baz¬ trong toμn bé hÖ thèng khÝ quyÓn. Morgan (1982), Liljestrand (1985) vμ Jacob cïng céng sù (1986) ®· ® a ra kh¸i niÖm vÒ ®é axÝt vμ ®é kiÒm cña khÝ quyÓn, gi¶i thÝch sù t ¬ng t¸c cña NH3 víi c¸c axÝt m¹nh to¶ ra cïng hoÆc thay thÕ nhau vμo trong khÝ quyÓn. Mét m¹ng l íi ®é axÝt khÝ quyÓn cã thÓ ® îc x¸c ®Þnh b»ng tæng tÊt c¶ c¸c axÝt vμ baz¬ cã thÓ cã trong khÝ, sol khÝ vμ pha láng, sö dông c¸c ®iÒu kiÖn t ¬ng øng tõ c¸c ®iÒu kiÖn oxi ho¸ khö ®Æc biÖt vμ thõa nhËn sù tån t¹i cña n íc ë thÓ láng. H×nh 7.6 thÓ hiÖn kh¸i niÖm vÒ ®é kiÒm vμ ®é axÝt tõ m«i tr êng n íc vμ m«i tr êng khÝ vμ x¸c ®Þnh c¸c tr¹ng th¸i liªn quan mét c¸ch thÝch hîp. Trong h×nh 7.6a vμ 7.6b thÓ hiÖn c¸c khÝ NH3, SO2, NOx, HNO3, HCl vμ CO2 (t ¬ng øng víi 312 http://www.ebook.edu.vn
c¸c axÝt vμ baz¬ cã thÓ xuÊt hiÖn), tiÕp theo lμ sù hoμ tan cña chóng trong n íc vμ sù «xi ho¸ cña SO2 tõ H2SO4 vμ NOx tõ HNO3 trë thμnh c¸c thμnh phÇn cña ®é kiÒm vμ ®é axÝt. Do vËy {Alk}(KhÝ) vμ {Acy}(KhÝ) tõ pha khÝ ® îc x¸c ®Þnh bëi quan hÖ sau ®©y (Behra cïng céng sù, 1989): {Alk}(KhÝ) ={NH3}(KhÝ) - 2{SO2}(KhÝ) - {NOx}(KhÝ) - {HNO3}(KhÝ) - {HCl}(KhÝ) - {HOrg}(KhÝ)(12) vμ {Alk}(KhÝ) = {Acy}(KhÝ) (13) 3 ë ®©y { } lμ mol/m vμ Horg lμ tæng c¸c axÝt h÷u c¬ dÔ bay h¬i. H×nh 7.6b thÓ hiÖn c¸c axÝt vμ baz¬ cã thÓ xuÊt hiÖn kÕ tiÕp ®èi víi qu¸ tr×nh hoμ tan cña chóng trong m©y hoÆc s ¬ng víi q = 10-4 l H2O/m3 khÝ quyÓn ® îc gi÷ bëi n íc cïng víi ® ¬ng l îng axÝt. H×nh 6a- d. §é kiÒm/®é axÝt trong khÝ quyÓn, c¸c sol khÝ vμ n íc khÝ quyÓn. §é kiÒm vμ ®é axÝt cã thÓ ® îc x¸c ®Þnh ®¹i diÖn cho khÝ quyÓn sö dông mét møc chØ dÉn hîp lý ®èi víi c¸c t×nh tr¹ng ®éc h¹i (SO2 vμ NOx bÞ «xi ho¸ tõ H2SO4 vμ HNO3) vμ trong sù hiÖn diÖn cña n íc. Sù trung hoμ ®é axÝt khÝ quyÓn bëi NH3 lμ mét chiÒu h íng t¸c dông chñ yÕu trong trÇm tÝch khÝ quyÓn (Behra cïng céng sù, 1989). Trong tr êng hîp cña c¸c sol khÝ, chóng ta cã thÓ x¸c ®Þnh ® îc ®é kiÒm b»ng c©n b»ng ®iÖn tÝch cña tæng c¸c cation b¶o toμn, n{Catn+}(x), cña NH 4 , { NH 4 }(x), vμ tæng c¸c anion b¶o toμn, m{Anm-}(x) (H×nh 7.6c): {Alk}(x) = n{Catn+}(x) + { NH 4 }(x) - m{Anm-}(x) (14) 7.2.1.2 Vai trß cña NH3 313 http://www.ebook.edu.vn
NH3 thùc chÊt lμ chuÈn ®é ®Çu vμo cña c¸c axÝt m¹nh cã thÓ xuÊt hiÖn trong khÝ quyÓn (Jacob cïng céng sù, 1986; Behra cïng céng sù, 1989). Sù «xi ho¸ SO2 trong n íc khÝ quyÓn (m©y, m a, sol khÝ d¹ng láng vμ s ¬ng) ¶nh h ëng ®Õn sù tån t¹i cña NH3. T¨ng c êng t¸c ®éng NH3 lμ ®Æc biÖt râ rÖt, nÕu sù «xi ho¸ x¶y ra víi mét chÊt «xi ho¸ nh O3, tõ ®ã tèc ®é ph¶n øng t¨ng m¹nh víi trÞ sè pH t¨ng bëi v× NH3 (1) cïng tham gia vμo trÞ sè pH cña n íc. B¶ng 7.2 C¸c qu¸ tr×nh ®Ó thay ®æi c©n b»ng H+ trong n íc C¸c qu¸ tr×nh Thay ®æi ®é kiÒm [Alk] = - [H - Acy]{® ¬ng l îng/mol ph¶n øng (chÊt ph¶n øng ® îc in nghiªng)} 1. C¸c ph¶n øng phong ho¸: CaCO3(s) + 2H+ Ca2+ + CO2 + H2O +2 + 2+ +2 CaAl2Si2O5(s) + 2H Ca + H2O + Al2Si2O5(OH)4(s) KalSi3O8(s) + H+ + 4H2O K+ + 2H4SiO4 + Al2Si2O5(OH)4(s) +1 Al2O3.3H2O + 6H+ 2Al3+ + 6H2O +6 2. Sù trao ®æi ion: 2 +2 SO4 R2SO4 + 2OH- 2ROH + NaR + H+ HR + Na+ +1 3. C¸c qu¸ tr×nh «xi ho¸ khö (Sù dμn xÕp vi khuÈn): -2 NH 4 NO3 + H2O + 2H+ Sù nitrat ho¸ + 2O2 +1 NO3 + H+ Sù khö nit¬ CH2O + CO2 + N2 + H2O 2 -2 SO4 + 2H+ Sù «xi ho¸ H2S H2S + 2O2 2 2 +2 SO4 SO4 + 2CH2O + 2H+ Sù khö 2CO2 + H2S + H2O 2 -4 Fe(OH)3 + 2 SO4 + 4H+ Sù «xi ho¸ Pyrit FeS2(s) + 3O2 +3H2O 4. Sù tÝch tô (hoÆc ph©n tÝch) cña l îng sinh vËt, sù hÊp thu (hoÆc gi¶i phãng) cña mçi ® ¬ng l îng cation b¶o toμn lμ nguyªn nh©n g©y ra sù t¨ng ® ¬ng l îng (hoÆc gi¶m) ®é kiÒm vμ mçi mét ® ¬ng l îng c¸c cation baz¬ hÊp thô (hoÆc gi¶i phãng) dÉn ®Õn sù gi¶m ® ¬ng l îng (hoÆc t¨ng) cña ®é kiÒm. Sù khö «xÝt Fe(III)(hydr) vμ c¸c «xÝt Mn(III, IV) bëi vïng sinh vËt cã kh¶ n¨ng riªng biÖt t¹o ra ®é kiÒm trong c¸c hå cã tÇng n íc s©u. {(CH2O)106(NH3)16(H3PO4)}vïng sinh vËt + 424Fe(OH)3 + 862 H+ 2 424Fe2+ + 16 NH 4 HPO4 + 106CO2 + + 1166H2O (a) {(CH2O)106(NH3)16(H3PO4)}vïng sinh vËt + 212MnO2 + 398H+ 2 212Mn2+ + 16 NH 4 HPO4 + 106CO2 + + 298H2O (b) Do ®ã lÇn l ît hoμ tan ® îc SO2, vμ (2) cung cÊp dung tÝch axÝt trung tÝnh nh c êng ®é dung dÞch ®Öm tíi sù kh«ng ®ång nhÊt vÒ hÖ thèng khÝ quyÓn vμ n íc trong viÖc chèng l¹i ®é axÝt ® îc t¹o ra bëi qu¸ tr×nh «xi ho¸ SO2 (Behra cïng céng sù, 1989). Mét c êng ®é dung dÞch ®Öm thÊp, vÝ dô trong tr êng hîp ®é 314 http://www.ebook.edu.vn
axÝt cña khÝ quyÓn cßn sãt l¹i, cã nghÜa lμ nÕu: {NH3}(KhÝ) < 2{SO2}(KhÝ) + {HNO3}(KhÝ) + {HCl}(KhÝ) (15) th× ®é axÝt gi¶m bít h¬n n÷a víi sù «xi ho¸ SO2. V× vËy, khi NH3 ®i vμo khÝ quyÓn ®· lμm gi¶m bít ®é axÝt cña n íc, nã t¨ng c êng sù «xi ho¸ SO2 bëi «z«n, tham gia trong viÖc h×nh thμnh c¸c sol khÝ 2 am«nisunfat vμ am«ni nitrat lμm t¨ng nhanh sù kÕt tña cña SO4 . H¬n n÷a, bÊt kú NH3 hoÆc NH 4 quay trë l¹i bÒ mÆt tr¸i ®Êt nh lμ kÕt qu¶ cña sù nitrat ho¸ vi khuÈn, HNO3 NH3 + 2O2 = H + NO3 + H2O NH 4 + 2O2 = 2 H + NO3 + H2O (16) vμ cã thÓ lμm cho chua ho¸ ®Êt ®ai vμ c¸c hå. ¶nh h ëng nμy kh«ng ® îc quan t©m thÝch ®¸ng trong viÖc ®¸nh gi¸ sù gi¶i phãng cña NH3 (VÝ dô: trong n«ng nghiÖp, n¬i nu«i sóc vËt) vμ viÖc sö dông v ît qu¸ l îng NH3 mμ ® îc quyÒn sö dông trong c¸c quy tr×nh kü thuËt ®· lμm gi¶m l îng nit¬ «xÝt. 7.3 Sù axÝt ho¸ c¸c hÖ sinh th¸i ®Êt vμ n íc Víi môc ®Ých lμ ®Ó hiÓu vÒ trÇm tÝch axÝt ®· ¶nh h ëng ®Õn c©n b»ng ion H+ nh thÕ nμo trong c¸c l u vùc s«ng chóng ta ph¶i quan t©m chñ yÕu ®Õn l îng H+ vμ c¸c qu¸ tr×nh ph¸ huû H+ x¶y ra trong c¸c l u vùc s«ng. Ngoμi ra, ý nghÜa lín nhÊt ë ®©y lμ sù tiªu thô ion H+ do c¸c qu¸ tr×nh phong ho¸ (B¶ng 7.2) vμ c¸c qu¸ tr×nh «xi ho¸ sinh häc trung gian chÝnh lμ sù ®ång ho¸ vμ kho¸ng ho¸ sinh häc. 7.3.1 Sù x¸o trén c©n b»ng H+ tõ sù ph©n t¸ch theo thêi gian hoÆc kh«ng gian cña qu¸ tr×nh s¸n sinh vμ kho¸ng ho¸ sinh khèi Trong hÇu hÕt nh÷ng c¸ch th êng thÊy nh tæng hîp (sù hÊp thô) vμ ph©n tÝch (sù h« hÊp) cña l îng vi sinh vËt cã thÓ viÕt d íi d¹ng ho¸ häc l îng ph¸p nh : 2 2 aCO2(g) + b NO 3 + c HPO4 + d SO4 + gCa2+ + hMg2+ + iK+ + fNa+ + xH2O + (b + 2c + 2d + 2g - 2h - i - f)H+ {CaNbPcSd … CagMghKiNafH2Om}l îng sinh vËt + (a + 2b)O2(g) (17) chóng ta sö dông kh¸i niÖm vÒ ®é kiÒm hoÆc ANC, bÊt cø b»ng c¸ch g× ®Ó gi¶m (t¨ng) nång ®é c¸c cation baz¬ (VÝ dô: K+,Ca2+, Fe2+,…) hoÆc bÊt cø sù t¨ng 2 2 (gi¶m) nång ®é cña c¸c anion axÝt (VÝ dô: NO 3 , HPO4 , SO4 ,…) th êng kÌm theo sù gi¶m (t¨ng) ®é kiÒm. Do ®ã, nh sù minh ho¹ trong h×nh 7.7 m¹ng l íi tæng hîp cña l îng sinh vËt trªn ®Êt liÒn [VÝ dô: trong rõng vμ th¶m rõng, n¬i mμ c¸c cation nhiÒu h¬n c¸c anion ®· sinh ra bëi thùc vËt (c¸c lo¹i c©y) th êng kÌm theo sù gi¶i phãng H+ vμo m«i tr êng. Qu¸ tr×nh axÝt ho¸ m«i tr êng th êng ®i theo qu¸ tr×nh t¨ng baz¬ lμm båi ®¾p l îng sinh vËt (gç vμ thùc vËt)]. Tro cña gç vμ thùc vËt chÝnh lμ ®é kiÒm; mét c¸ch gäi kh¸c lμ “Kali 315 http://www.ebook.edu.vn
cacbonat”. H×nh 7.8a minh ho¹ nh÷ng c©y rõng ho¹t ®éng gièng nh mét c¸i b¬m l îng baz¬. Qu¸ tr×nh “xuÊt khÈu” l îng kiÒm x¶y ra bëi khai th¸c gç vμ gi¶i phãng cation baz¬ ®Õn dßng ch¶y mÆt; ®©y lμ sù c©n b»ng l îng cation trong qu¸ tr×nh phong ho¸ c¸c kho¸ng vËt. Qu¸ tr×nh trao ®æi ion cña ®Êt v« c¬ vμ ®Êt mïn m« t¶ vòng n íc ®Öm trung gian qua qu¸ tr×nh trao ®æi nhanh cña c¸c baz¬. Vòng n íc lín cña c¸c baz¬ v« c¬ ®· ®Þnh râ ®Æc ®iÓm bëi quan hÖ ®éng lùc häc chËm cña qu¸ tr×nh phong ho¸ hãa häc. NÕu phong ho¸ ho¸ häc kh«ng thÓ thay thÕ sù trao ®æi baz¬ trong c¸c lo¹i ®Êt chua cña nh÷ng vïng theo thêi gian chøa ®ùng trÇm tÝch axÝt th× dung tÝch baz¬ trao ®æi trong ®Êt sÏ hoμn toμn gi¶m trong kho¶ng 50 - 100 n¨m. H×nh 7.7. Qu¸ tr×nh ¶nh h ëng dung tÝch trung hoμ axÝt cña ®Êt (bao gåm c¸c baz¬ cã thÓ trao ®æi, sù trao ®æi cation vμ c¸c baz¬ v« c¬). H+ tõ sù kÕt tña axÝt vμ tõ sù gi¶i phãng b»ng c¸c nguån gèc ph¶n øng ®¸ phong ho¸ vμ sù trao ®æi ion trong ®Êt sÐt vμ ®Êt mïn. (Stumm vμ Schnoor, 1986) Qu¸ tr×nh t ¬ng t¸c gi÷a sù axÝt ho¸ cña qu¸ tr×nh båi ®¾p rõng vμ läc ®Êt (sù phong ho¸) ® îc m« t¶ d íi d¹ng biÓu ®å trong h×nh 7.7. NÕu tû lÖ sù phong ho¸ lín h¬n hoÆc b»ng tû lÖ H+ gi¶i phãng bëi khu sinh vËt gièng nh tr êng hîp x¶y ra trong ®Êt chøa ®¸ v«i, ®Êt sÏ duy tr× lμ dung dÞch ®Öm trong c¸c cation baz¬ vμ ®é kiÒm cßn l¹i. MÆt kh¸c, trong ®Êt axÝt kh«ng ®¸ v«i tû lÖ H+ gi¶i phãng l îng sinh vËt cã thÓ v ît qua tû lÖ H+ tiªu thô bëi sù phong ho¸ vμ lμ nguyªn nh©n lμm t¨ng dÇn sù chua ho¸ ®Êt. Trong sù tån t¹i c©n b»ng H+ gi÷a qu¸ tr×nh båi ®¾p thùc vËt vμ ph¶n øng phong ho¸. Mét vÝ dô vÒ sè l îng ®· ® îc cung cÊp bëi sù x¸c ®Þnh cÈn thËn kho axÝt trong hÖ sinh th¸i Hubbard Brook (H×nh7.8b; Driscoll vμ Likens, 1982), ë ®©y bëi v× cã l îng trÇm tÝch axÝt mμ c¸c nguån ion H+ gÇn c©n b»ng víi ion H+ trong c¸c ®Çm lÇy. §Êt mïn vμ than bïn cã thÓ coi lμ nh nhau lμ v× chóng ®Òu cã tÝnh axÝt vμ ph©n phèi mét sè tÝnh chÊt cña ®Êt mïn hoÆc c¸c axÝt fulvic vμo n íc. Trong 316 http://www.ebook.edu.vn
®Çm lÇy c¸c lo¹i thùc vËt nμo ®ã nh ®Çm lÇy rªu Sphagmur ®· chiÕm chç c¸c cation baz¬ vμ gi¶i phãng c¸c ion H+, nã ho¹t ®éng nh sù trao ®æi cation. Chó ý r»ng sù gi¶i phãng chÊt cã tÝnh mïn hoÆc fulvic (Horg, Org-) vμo n íc lμ trong b¶n th©n nã thùc sù kh«ng quan t©m ®Õn nguyªn nh©n vμ kÕt qu¶ cña ®é axÝt mμ lμ kÕt qu¶ cña l îng H+, sù båi ®¾p thùc vËt ®Êt mïn vμ m¹ng l íi s¶n l îng cña dung dÞch baz¬ trung tÝnh (BNC). H×nh 7.8a. C¸c qu¸ tr×nh ¶nh h ëng ®Õn dung tÝch trung hoμ axÝt (ANC) cña ®Êt (bao gåm c¸c baz¬ co thÓ trao ®æi, sù thay ®æi cation vμ c¸c baz¬ v« c¬). C¸c ion H+ tõ kÕt tña axÝt vμ tõ gi¶i phãng b»ng c¸c nguån gèc ph¶n øng ®¸ c¸cbon¸t, nh«m silic¸t vμ c¸c «xÝt còng nh bÒ mÆt phøc t¹p vμ sù trao ®æi ion trong ®Êt sÐt vμ ®Êt mïn. Sù phong ho¸ c¬ häc cung cÊp c¸c kho¸ng vËt phong ho¸. C¸c ® êng kÎ liªn tôc biÓu thÞ cho dßng c¸c proton; c¸c ® êng nÐt ®øt thÓ hiÖn dßng c¸c cation baz¬ (®é kiÒm). C¸c c©y cèi (thùc vËt) ho¹t ®éng gièng nh c¸i b¬n baz¬ (Schnoor vμ Stumm, 1986). b Kho cña c¸c guån H+ vμ c¸c ®Çm lÇy H+ trong hÖ sinh th¸i Hubbrd Brook. Ion H+ gi¶i phãng hoÆc tiªu thô (eq/ha.n¨m) nh lμ kÕt qu¶ sù hÊp thu ion do qu¸ tr×nh båi ®¾p l îng sinh vËt rõng (+ th¶m rõng) vμ t ¬ng øng víi l îng ion gi¶i phãng do c¸c ph¶n øng phong ho¸. Bëi v× trÇm tÝch axÝt cña khÝ quyÓn cã c¸c nguån H+ gÇn c©n b»ng víi c¸c ®Çm lÇy H+ (Likens cïng nnk, 1977). 7.3.2 Sù trung hoμ ion H+ t¹i chç trong c¸c hå Thªm vμo c¸c qu¸ tr×nh trong sù tiªu n íc trªn mÆt ®Êt, c¸c qu¸ tr×nh sinh ho¸ t¹i chç chñ yÕu lμ nguån gèc cña ®é kiÒm, ®Æc biÖt lμ vòng n íc ®Öm (kh«ng cacbonat) trong c¸c l u vùc. Sù t×m ra ®é kiÒm ho¸ häc nμy lμ rÊt quan träng (Froelich cïng céng sù, 1979; Goldman vμ Brewer, 1980; Stumm vμ Morgan, 1995; Schnoor vμ Stumm, 1985; Cook cïng céng sù, 1986; Psenner, 1988; Lerman vμ Stumm, 1989), vμ lμ c¬ së trong c¸c ph ¬ng tr×nh cña b¶ng 7.2. 317 http://www.ebook.edu.vn
H×nh 7.9.a. L îng kiÒm trong c¸c hå do c¸c ph¶n øng «xi ho¸ khö sinh ra. Cã mèi quan hÖ gi÷a sù tiªu thô nitrat (h×nh dung nh lμ Na-NO3) vμ ®é kiÒm trong hå 227. L îng Na+ chØ chÞu ¶nh h ëng bëi sù thay míi n íc t¸i, nh ng ng îc l¹i NO3 l¹i chÞu ¶nh h ëng bëi c¶ sù hÊp thu vμ sù thay míi n íc. C¸c ®iÓm trªn ®å thÞ lμ c¸c gi¸ trÞ trung b×nh hμng n¨m ®¹i diÖn cho nhiÒu n¨m biÓu thÞ b»ng con sè HCO3 (Schindler, 1985); b Nång ®é n íc lç hæng miªu t¶ l îng H+ vμ ®ang tån t¹i t¹i vÞ trÝ x¸c ®Þnh HCO3 trõ ®i dßng H+. (After trong hå Clearwater. Dßng kiÒm phñ lªn trªn n íc g©y ra do dßng Carignan, 1985) VÒ c¬ b¶n, sù t¸c ®éng cña c¸c s¶n phÈm h÷u c¬ trong qu¸ tr×nh quang hîp (VÝ dô: sù l¾ng ®äng cña t¶o vμ c¸c m¶nh vì sinh häc) nh c¸c chÊt khö (nh êng electron) víi chÊt «xi ho¸ nh nitrat, sunfat, c¸c «xit Fe(III) (hydr), c¸c «xit Mn(III, IV), kÌm theo sù ph¸t sinh ®é kiÒm. Cã thÓ minh ho¹ ®iÒu nμy trong c¸c thêi kú cña ho¸ häc l îng ph¸p ® îc ® a ra thμnh c«ng thøc bëi qu¸ tr×nh «xi ho¸ khö (B¶ng 7.2) hoÆc sù gi¶i thÝch c©n b»ng ion H+ cã thÓ ®¬n gi¶n ®· ® a ra trong ph ¬ng tr×nh (5), cã nghÜa lμ b¶n tæng kÕt sù thay ®æi nång ®é trong c¸c cation baz¬ (Ca2+, K+, Fe2+, Mn2+) vμ c¸c anion axÝt 2 2 ( NO 3 , SO4 , HPO4 , HS ). H×nh 7.9a minh ho¹ mèi quan hÖ gi÷a sù tiªu thô nitrat vμ tÝnh kiÒm trong hå 277 ® îc ® a ra bëi Schindler (1985). H¬n n÷a, c©n b»ng hoμn toμn cña sù thay ®æi tÝnh kiÒm trong mét sè hå ® îc ® a ra bëi Cook cïng céng sù (1986), thÓ hiÖn trong h×nh 7.10. 7.3.2.1 Sinh khèi nh mét chÊt khö Trong l u vùc vμ c¸c hå l îng sinh vËt ® îc sinh ra bëi qu¸ tr×nh quang hîp (qu¸ tr×nh «xi ho¸ khö kh«ng c©n ®èi cña n íc t¹o ra «xi vμ hi®r«, c¸i mμ kÕt hîp víi C vμ c¸c thμnh phÇn kh¸c ®ang tån t¹i cïng chÊt h÷u c¬) lμ mét chÊt 2 khö quan träng nhÊt (nh êng electron). Trong qu¸ tr×nh khö NO 3 , HPO4 , Fe(OH)3 vμ MnO2 bëi l îng sinh vËt, m¶nh vì cña nã vμ c¸c s¶n phÈm mÊt bï, 318 http://www.ebook.edu.vn
c¸c proton bÞ tiªu thô (kÕt qu¶ tÊt yÕu lμ tiªu thô l îng electron), cã nghÜa lμ tÝnh kiÒm ® îc sinh ra (B¶ng 7.2). Trong tÇng n íc hå s©u vμ trÇm tÝch tiÕp tôc ® îc cung cÊp víi sù l¾ng xuèng cña thùc vËt næi. H×nh 7.9b minh ho¹ ®é dèc cña H+ vμ HCO 3 trong hå Clearwater (Canada) vμo th¸ng 6 (Carignan, 1985) t¹i mÆt ph©n giíi gi÷a n íc vμ trÇm tÝch. Bëi v× c¸c trÇm tÝch ®· lμm gi¶m bít líp n íc phÝa trªn, h¬n n÷a c êng ®é gi¶m xuèng cña c¸c qu¸ tr×nh tiªu thô l îng ion H+ trong trÇm tÝch h¬n líp n íc phÝa trªn; trÇm tÝch chÝnh lμ mét ®Çm lÇy chøa H+ vμ lμ nguån gèc cña HCO 3 . C¸c s¶n phÈm dinh d ìng nhiÒu h¬n l îng sinh vËt vμ do ®ã lμm mÊt t¸c dông cña sù axÝt ho¸. Davison (1986) cho r»ng sö dông l îng bïn ®Æc cña hå axÝt sÏ lμm gi¶m l îng axÝt cña n íc. Ngay c¶ l îng dinh d ìng trong ®Êt trång (v ît qu¸ l îng c©y trång) cã thÓ lμ nguyªn nh©n lμm cho chua ho¸ ®Êt. H×nh 7.10. Quan s¸t träng l îng thÓ tÝch trung b×nh cña ®é kiÒm trong tÇng n íc hå s©u vμ tõ ®ã dù 2 SO4 NH 4 b¸o ® îc l îng Fe2+, sù khö . L îng Mg2+ còng gi¶i thÝch cho l îng kiÒm (9 vμ l îng eq/l trong mïa ®«ng vμ 7,5 eq/l trong mïa hÌ), c¸i mμ kh«ng ® îc ®¸nh dÊu râ rμng. ThÓ tÝch cña vïng tõ 10 ®Õn 14m lμ 2,22 103 m3 vμ diÖn tÝch cña trÇm tÝch trong vïng lμ 8,25 ha. (Cook cïng céng sù, 1986) 7.3.3 LuËn cø cña Krug vμ Frink Krug vμ Frink (1983) ®· viÕt mét bμi nghi ngê vÒ tÝnh chÊt hiÓn nhiªn cña c¸c hå axÝt. Gi¶ thuyÕt cña hä cho r»ng hÇu hÕt c¸c hå trªn thÕ giíi ®Òu cã tÝnh axÝt mμ h¬n n÷a lμ giμu c¸c axÝt h÷u c¬ trong hiÖn t¹i hoÆc qu¸ khø. Th êng th× nh÷ng hå nμy cã mμu n íc víi sù hoμ tan nång ®é cacbon h÷u c¬ lín h¬n 10 mg/l. Sù t¸c ®éng cña con ng êi ®Õn c¸c trÇm tÝch axÝt lμm thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ trÞ sè pH ®Çu vμo cña c¸c axÝt m¹nh phï hîp víi Krug vμ Frink. §¬n gi¶n lμ nã chØ lμm thay ®æi tõ axÝt h÷u c¬ sang axÝt sunfuric vμ lμm ®«ng l¹i c¸c axÝt h÷u c¬ víi c¸c ion kim lo¹i, vÝ dô nh nh«m. C¸c ion nh«m ® îc gi¶i phãng ra tõ sù trao ®æi ion trong ®Êt h÷u c¬ vμ tõ sù hoμ tan cña c¸c «xÝt nh«m trong ®Êt v« c¬ cïng víi sù thªm vμo cña trÇm tÝch axÝt (H2SO4). Mμu cña n íc trë nªn kÐm h¬n trong thêi gian chuÈn ®é nμy, nh ng chóng vÉn cßn l¹i tÝnh 319 http://www.ebook.edu.vn
axÝt víi sù thay ®æi nhá trÞ sè pH. Sù tranh luËn cña Krug vμ Frink d êng nh lμ ®¸nh gi¸ thÊp tÇm quan träng cña trÇm tÝch axÝt vμ ¶nh h ëng cña nã ®Õn c¸c hå. Víi c¸i nh×n trªn, nã thiÕu vμi ®iÓm quan träng sau: 1. MÆc dï c¸c hå bÞ båi ®¾p bëi sù trao ®æi vμ hoμ tan nh«m rÊt nhá nh ng cã ý nghÜa lμm thay ®æi trÞ sè pH cña hÖ thèng nh lμ thay ®æi trÞ sè pH tõ c¸c axÝt h÷u c¬ tíi c¸c axÝt m¹nh lo·ng. 2. Sù gi¶i phãng nh«m g©y ra ®éc h¹i víi c¸, ®éng vËt l ìng c vμ c¸c sinh vËt sèng kh¸c. Do ®ã, mÆc dï sù thay ®æi pH nhá nh ng ¶nh h ëng rÊt lín ®Õn sinh th¸i. Schnoor cïng céng sù (1986a) t×m ra mét vμi vÝ dô trªn b¸n ®¶o Michigan cña hai hå c¹nh nhau víi gi¸ trÞ pH t ¬ng tù nhau (pH = 4,8), mét víi c¸c axÝt h÷u c¬ vμ mËt ®é ph©n bè c¸ khoÎ m¹nh, cïng víi nh÷ng vÊn ®Ò kh¸c lμ n íc s¹ch vμ l îng c¸ Ýt ái. 3. Sù båi ®¾p nh«m cña n íc tù nhiªn kh«ng cã t¸c ®éng trong c¸c hiÖn t îng b·o vμ tuyÕt tan vμo mïa ®«ng. Do ®ã, dao ®éng cña c¸c axÝt sÏ ® a ®Õn c¸c hÖ thèng chøa ®ùng trÇm tÝch axÝt g©y ¶nh h ëng ®Õn sinh ho¸ häc cña c¸c con suèi vμ hå. Krug vμ Frink (1983) ®· cung cÊp mét gi¸ trÞ quan träng cña c¸c axÝt h÷u c¬ trong sù tho¸t n íc kÐm cña n íc tù nhiªn. C¸c m« h×nh ®ã kh«ng hoμn toμn tÝnh to¸n ®Õn vai trß cña c¸c axÝt h÷u c¬ vμ hçn hîp nh«m, vÝ dô nh m« h×nh ETD cña Nikolaidis cïng céng sù (1988) vμ m« h×nh MAGIC cña Cosby cïng céng sù (1985) kh«ng cã ®ñ kh¶ n¨ng ®Ó m« pháng s¾c th¸i trong c¸c hå cã mμu nμy. Tuy nhiªn, gi¶ thuyÕt cña Frug vμ Frink (1983) ®· kh«ng gi¶i thÝch ® îc sù axÝt ho¸ sè l îng c¸c hÖ thèng n íc s¹ch quan träng c¸i mμ kh«ng bao giê cã mμu. Nghiªn cøu tõ cæ sinh häc trÞ sè pH cña t¶o c¸t ®· chøng minh ® îc r»ng nh÷ng hå nμy cã tÝnh axÝt tr¶i qua 50 n¨m (Baker cïng céng sù, 1991). 7.4 C¸c axÝt Bronsted vμ Lewis: Sù « nhiÔm bëi c¸c kim lo¹i nÆng, ¶nh h ëng do axÝt Hai vÊn ®Ò « nhiÔm chñ yÕu hiÖn nay trªn thÕ giíi lμ « nhiÔm axÝt vμ « nhiÔm kim lo¹i, c¶ hai ®Òu biÓu thÞ sù x¸o trén axÝt - baz¬ trong hÇu hÕt c¶m gi¸c chung. Nh chóng ta ®· biÕt, trÇm tÝch axÝt lμ kÕt qu¶ tõ l îng «xi ho¸ m¹nh mÏ cña c¸c axÝt Bronsted (H2SO4, HNO3) lμ nguyªn nh©n t¨ng BNC trong hÖ sinh th¸i. ¤ nhiÔm kim lo¹i ® a vμo mét l îng v ît qu¸ c¸c axÝt kim lo¹i Lewis nμo ®ã tíi c¸c hÖ sinh th¸i (Morgan vμ Stumm, 1989). TÇm quan träng sinh häc cña « nhiÔm kim lo¹i phô thuéc m¹nh mÏ vμo kÕt qu¶ cña sù h×nh thμnh ho¸ häc, c¸i mμ lμ mét hμm cña c¸c lo¹i vμ tæng c¸c baz¬ Lewis, c êng ®é ph¶n øng «xi ho¸ khö (p ), ®é axÝt - ®é kiÒm (pH) lμ c¸c ®Æc tÝnh m«i tr êng riªng biÖt. Trong vïng sinh vËt c¸c baz¬ Lewis chñ yÕu bao gåm c¸c chÊt nh êng (trong dung dÞch còng nh trªn c¸c bÒ mÆt ph©n tö) chøa c¸c chÊt nh êng «xi (VÝ dô: - OH, RCOOH), c¸c chÊt nh êng l u huúnh (VÝ dô: - SH), c¸c chÊt nh êng nit¬ (VÝ dô: - NH, - NH2), c¸i mμ cã thÓ kÕt hîp víi mét sè kim 320 http://www.ebook.edu.vn