Hóa học môi trường - Chương I

Chia sẻ: Le Duc Lê Đức Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

90
lượt xem 161
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'hóa học môi trường - chương i', khoa học tự nhiên, công nghệ môi trường phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Hóa học môi trường - Chương I

7 1. MỞ ĐẦU 1.1. Một số khái niệm 1.1.1. Môi trường Môi trường là tổng hợp những điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng đến đời sống và sự phát triển của mỗi sinh vật. Đối với con người, môi trường sống là tổng hợp các điều kiện vật lý, hóa học, kinh tế xã hội có ảnh hưởng đến sự sống và phát triển của từng cá nhân, của cộng đồng con người. Môi trường sống của con người là cả vũ trụ, trong đó hệ Mặt trời và Trái đất có ảnh hưởng trực tiếp và rõ rệt nhất. Để đánh giá chất lượng môi trường, người ta thường đo đạc, phân tích và so sánh các thông số chất lượng môi trường với các tiêu chuẩn về chất lượng môi trường do từng quốc gia hay các tổ chức quốc tế đưa ra. 1.1.2. Hóa học môi trường Hóa học môi trường là môn khoa học nghiên cứu các hiện tượng hóa học xảy ra trong môi trường. Nói cách khác, hóa học môi trường nghiên cứu các nguồn, các phản ứng, sự vận chuyển, hiệu ứng và sự tồn tại của các chất hóa học trong không khí, nước, đất, và ảnh hưởng của các hoạt động của con người đến các quá trình này. Như vậy, hóa học môi trường là môn học đa ngành liên quan trực tiếp đến các ngành hóa học, vật lý, sinh học, địa chất học, nông học, y học,... Các kiến thức về hóa học môi trường không những chỉ cần thiết cho các nhà hóa học, mà còn rất cần thiết cho cả những nhà nghiên cứu môi trường, kỹ thuật và quản lý. 1.1.3. Ô nhiễm môi trường Ô nhiễm môi trường là các thay đổi không mong muốn về tính chất vật lý, hóa học, sinh học của không khí, nước hay đất có thể gây ảnh hưởng có hại cho sức khỏe, sự sống, hoạt động của con người hay các sinh vật khác [12]. Một định nghĩa khác về ô nhiễm môi trường, được sử dụng khá phổ biến hiện nay cho rằng, ô nhiễm môi trường là quá trình con người chuyển vào môi trường các chất hay dạng năng lượng có khả năng gây hại cho sức khỏe của con người, sinh vật, hệ sinh thái, hủy hoại cấu trúc, sự hài hòa, hoặc làm ảnh hưởng đến các tác dụng lợi ích vốn có của môi trường [13]. Theo Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam, ô nhiễm môi trường là sự làm thay đổi tính chất của môi trường, vi phạm tiêu chuẩn môi trường. 1.1.4. Chất gây ô nhiễm Chất (gây) ô nhiễm là những chất không có trong tự nhiên, hoặc vốn có trong tự nhiên nhưng nay có hàm lượng lớn hơn và gây tác động có hại cho môi trường thiên nhiên, cho con người cũng như các sinh vật khác. Chất gây ô nhiễm có thể có nguồn gốc tự nhiên (núi lửa, cháy rừng, bão lụt,...) hoặc do các hoạt động của con người tạo ra (hoạt động sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải, chiến tranh, sinh hoạt đô thị,...). 1.1.5. Đường đi của chất gây ô nhiễm (pollutant pathways) Đường đi của chất gây ô nhiễm là cơ chế phát tán chất gây ô nhiễm từ nguồn phát sinh đến các bộ phận của môi trường. Ví dụ: đường đi của chì trong xăng dầu động cơ vào
8 cơ thể người và gây độc hại: Pb(C2H5)4 (xăng, dầu động cơ)  äng   PbCl2 + PbBr2 (khí quyển)  xaíkhê→ ú Người ← Thực phẩm ← PbCl2 + PbBr2 (trong đất) 1.2. Cấu trúc và các thành phần môi trường của Trái đất 1.2.1. Cấu trúc của Trái đất Có nhiều giả thiết giải thích nguồn gốc của hệ Mặt trời nói chung và Trái đất nói riêng, song tất cả các giả thiết ấy đều chỉ dựa trên các hiểu biết rất ít ỏi hiện nay về hệ Mặt trời, do đó còn gây nhiều tranh cãi. Những bằng chứng hiện có cho thấy rằng, Trái đất là một hành tinh có lớp vỏ cứng xuất hiện cách đây khoảng 4,5 tỷ năm, nằm cách Mặt trời 150 triệu km. Cấu trúc chính của Trái đất (Hình 1.1) rất ít thay đổi trong 4 tỷ năm gần đây. Bề dày (Km) Đại dương 0 4 Vỏ lục địa 10 Vỏ đại dương 60 0 − 40 Vỏ 1000 Lớp phủ trên 2900 400 5100 6370 Lớp phủ Ngoài Trong Nhân Vùng chuyển tiếp 1000 Lớp phủ dưới Hình 1.1. Cấu trúc của Trái đất [16] Phần vỏ mỏng bên ngoài của Trái đất, chỉ chiếm 1% khối lượng của Trái đất, nhưng lại đóng vai trò rất quan trọng đối với sự sống và phát triển của loài người. Bề mặt Trái đất không đều, khoảng 70% bị bao phủ bởi nước với độ sâu trung bình khoảng 4 km (0 − 11 km). Phần còn lại là khối đất với độ cao trung bình 0,84 km (0 − 8,8 km) trên mặt nước biển. Hai phần ba của khối đất này thuộc phần Bắc bán cầu.
9 Khối đất chính là lục địa được xác định giới hạn không phải bằng bờ biển, mà bằng mép phần phẳng của đáy đại dương (có thể ở xa bờ), vì vậy lục địa bao gồm cả phần thềm lục địa. Theo cách xác định này thì trong nhiều trường hợp, các đảo ngoài khơi vẫn có thể là một bộ phận của khối đất lục địa gần chúng. Cách xác định phần lục địa này hoàn toàn phù hợp với thực tế về sự khác nhau của thành phần đá lớp vỏ lục địa và đá lớp vỏ đáy đại dương. Bảng 1.1. Các nguyên tố chính trong các phần cấu trúc của Trái đất [16] Phần cấu trúc của Trái đất Các nguyên tố chính (theo thứ tự nồng độ giảm dần) Khí quyển N, O Đại dương O, H (Cl, Na, Mg, S) Đá trầm tích O, Si, Al, Fe, Ca, K, Mg, C, Na Đá granit từ nham thạch O, Si, Al, K, Na, Ca, Fe, Mg Đá bazan từ nham thạch O, Si, Al, Fe, Ca, Mg Lớp phủ O, Si, Mg, Fe Núi (8,8 km) Khí quyển Tầng bình lưu (35 km) bao gồm tầng ozon (15 km) Tầng đối lưu (15 km) Đất thấp (trung bình 0,84 km) Đá trầm tích Thềm lục địa Đại dương (sâu trung bình 4 km) Vực (11 km) Đá granit từ nham thạch Đá bazan từ nham thạch Lớp phủ 0 20 40 60 80 100 % bề mặt Trái đất bị chiếm Hình 1.2. Mặt cắt ngang của bề mặt Trái đất [16] Phần đọc thêm: Sự chuyển dịch của các mảng lục địa Giả thuyết về hoạt động kiến tạo cho rằng lớp vỏ cứng của Trái đất được tạo nên bởi 15 mảng lục địa có kích thước khác nhau lắp ghép lại, trong đó có 9 mảng chính. Có mảng chỉ chứa toàn đại dương hoặc chỉ chứa phần lục địa, nhưng đa số các mảng lục địa vừa chứa phần đại duơng, vừa chứa phần lục địa. Dưới tác động của các dòng chuyển dịch bên trong lòng Trái đất, các mảng lục địa luôn trôi dạt trên lớp quyển mềm (asthenosphere). Có 3 kiểu chuyển dịch tương
10 đối giữa các mảng lục địa liền nhau. Kiểu chuyển dịch phân kỳ làm cho các mảng lục địa tách xa nhau tạo nên các khe hở để dung nham từ lòng đất trào ra ngoài, khô đặc lại tạo thành các ngọn núi lửa trên đất liền hay các dãy núi ngầm dưới đáy đại dương. Chuyển dịch phân kỳ thường xảy ra ở phần đại dương hơn trên lục địa. Hình 1.3. Các mảng lục địa chính [7] Tạo núi Dãy núi ngầm ở đại dương Phần vỏ ở lục địa Phần vỏ ở Phần vỏ ở đại dương đại dương Hoạt động núi lửa Tái nóng chảy Vùng lún xuống LỚP PHỦ Mảng lục địa 1 Mảng lục địa 2 Mảng lục địa 3 Đường biên có Đường biên có sự dịch chuyển hội tụ sự dịch chuyển phân kỳ Hình 1.4. Sự dịch chuyển của các mảng lục địa [16] Kiểu chuyển dịch hội tụ làm các mảng lục địa xô đập hay trườn, trượt, đè chồng lên nhau. Khi một mảng lục địa là lục địa còn mảng kia là đại dương thì mảng đại
11 dương sẽ trượt và lún xuống bên dưới mảng lục địa. Phần lún xuống bị nóng chảy, các thành phần vật liệu nóng chảy có khối lượng riêng nhỏ sẽ di chuyển đi lên tạo ra núi, các vật liệu nặng hơn sẽ chìm xuống vào lớp phủ. Khi hai mảng lục địa dịch chuyển hội tụ đều là lục địa sẽ dẫn đến hiện tượng dồn ép các lớp đất đá lên thành các dãy núi cao (dãy Himalayas, Anpes). Khi một phần của mảng lục địa đại dương trượt và lún sâu xuống bên dưới mảng lục địa, thì một phần mảng lục địa mới được hình thành từ đại dương thay thế các phần mảng lục địa đã bị mất đi. Kiểu chuyển dịch trượt của hai mảng lục địa có thể tạo ra các vết nứt gãy trên mặt đất hay đại dương (ví dụ: vết nứt San Andreas chạy từ thành phố San Francisco cắt ngang bang California (Mỹ) đến tận biên giới Mexico). 1.2.2. Thành phần môi trường của Trái đất Khi nghiên cứu, người ta thường chia môi trường của Trái đất thành 4 thành phần chính: khí quyển, thủy quyển, địa quyển và sinh quyển. Ngoài 4 thành phần chính này, các nhà khoa học còn đưa ra khái niệm mới về trí quyển – một thành phần của môi trường Trái đất. − Khí quyển: là lớp khí bao phủ xung quanh bề mặt Trái đất, nuôi dưỡng sự sống trên mặt đất và bảo vệ chúng trước các tác động có hại từ khoảng không vũ trụ. Khí quyển hấp thụ hầu hết các tia vũ trụ và một phần đáng kể bức xạ điện từ của Mặt trời chiếu xuống Trái đất. Khí quyển chỉ cho các bức xạ có bước sóng trong khoảng 320 đến 2500 nm đi qua và ngăn chặn phần bức xạ tử ngoại có bước sóng nhỏ hơn 320 nm, là phần bức xạ gây hủy hoại da. Khí quyển đóng một vai trò quan trọng trong quá trình cân bằng nhiệt của Trái đất, thông qua khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại của ánh sáng Mặt trời và phần tái bức xạ từ Trái đất. Thành phần chính của khí quyển là nitơ và oxy, ngoài ra còn có argon, cacbonic và nhiều chất khí khác có nồng độ nhỏ hơn rất nhiều. Bảng 1.2. 10 nguyên tố hóa học trong vũ trụ, Trái đất, vỏ Trái đất, đại dương, khí quyển (không khí khô) và sinh quyển (% khối lượng) [16] Vũ trụ Trái đất Vỏ Trái đất Đại dương Khí quyển Sinh quyển H : 77 Fe : 35 O : 46,6 O : 85,8 N : 75,5 O : 53 He : 21 O : 29 Si : 29,5 H : 11 O : 23,2 C : 39 O : 0,8 Si : 14 Al : 8,2 Cl : 1,94 Ar : 1,3 H : 6,6 C : 0,3 Mg : 14 Fe : 5,0 Na : 1,05 C : 9,3 × 10−3 N : 0,5 Ne : 0,2 S : 2,9 Ca : 3,6 Mg : 0,13 Ne : 1,3 × 10−3 Ca : 0,4 Fe : 0,1 Ni : 2,4 Na : 2,8 S : 0,09 Kr : 0,45 × 10−3 K : 0,2 Si : 0,07 Ca : 2,1 K : 2,6 Ca : 0,048 He : 72 × 10 −6 Si : 0,1 N : 0,06 Al : 1,8 Mg : 2,1 K : 0,039 Xe : 40 × 10 −6 P : 0,1 Mg : 0,06 Na : 0,3 Ti : 0,57 Br : 0,007 H : 23 × 10−6 Mg : 0,1 S : 0,04 P : 0,2 H : 0,22 C : 0,003 S : 70 × 10−9 S : 0,07 − Thủy quyển: bao gồm tất cả các nguồn nước: đại dương, biển, sông, suối, hồ, băng ở các cực, nước ngầm,... Khoảng 97% lượng nước của thủy quyển là nước ở các đại dương. Lượng nước ngọt
12 con người có thể sử dụng được (nước sông, hồ, suối và nước ngầm) chỉ chiếm chưa đến 1% lượng nước của thủy quyển. Nước được con người sử dụng vào các mục đích chính sau: nông nghiệp (30%), nhà máy nhiệt điện (50%), công nghiệp (12%), sinh hoạt (7%). Nước (bề) mặt ngày càng bị ô nhiễm do thuốc trừ sâu, phân bón trong nước chảy tràn từ đồng ruộng, do các chất thải khác của con người, động vật và sản xuất công nghiệp. Các bệnh lây qua đường nước từ nước thải đô thị đã làm chết hàng triệu người ở các nước đang phát triển. − Địa quyển (thạch quyển): là phần vỏ Trái đất từ mặt đất đến độ sâu khoảng 100 km, bao gồm các khoáng chất trong lớp phong hóa và đất (đất là hỗn hợp phức tạp bao gồm các chất khoáng, chất hữu cơ, không khí và nước). − Sinh quyển: là một phần của Trái đất và khí quyển có tồn tại sự sống. Giữa sinh quyển và môi trường có sự tác động qua lại lẫn nhau. Sinh quyển cũng có mối quan hệ chặt chẽ với dòng năng lượng trong môi trường và hóa học môi trường nước. − Trí quyển (noosphere): là khái niệm để chỉ các dạng thông tin biểu hiện rất phức tạp trong sinh quyển mà trong đó phát triển cao nhất là trí tuệ con người. Trí quyển đang thay đổi nhanh chóng và phạm vi tác động của nó ngày càng mở rộng kể cả ở ngoài phạm vi Trái đất. 1.3. Quá trình phát triển của sự sống trên Trái đất Cũng như lịch sử phát triển của Trái đất, quá trình phát triển của sự sống trên Trái đất được giải thích dựa vào các giả thiết. Những giả thiết này được xây dựng dựa trên việc nghiên cứu các hóa thạch tìm được. Các hóa thạch cổ nhất đã tìm thấy được có tuổi trên 3 tỷ năm. Các hóa thạch này có dạng tương tự vi khuẩn và tảo ngày nay, tức là các sinh vật đơn bào. Các tế bào này chưa có nhân phát triển hoàn chỉnh và được đặt tên là prokaryotes (sinh vật nhân sơ) . Quá trình tạo thành các prokaryotes cho đến nay vẫn còn là điều bí ẩn. Quá trình phát triển của sự sống được xem là một quá trình tiến triển dần dần từ các phân tử vô cơ đơn giản đến các sinh vật đa dạng, từ đơn giản đến phức tạp hiện nay. Tất cả các dạng sống đều được tạo thành từ các hợp chất hữu cơ. Các hợp chất này có thể đã được tạo thành trong tự nhiên từ các phân tử đơn giản như, H 2O, NH3, CO2, CO, CH4, H2S, H2. Các phân tử đơn giản này có thể đã tồn tại trong khí quyển, đại dương của Trái đất lúc sơ khai. Người ta suy đoán rằng, từ nhiều loại phân tử hữu cơ được tạo thành, các hệ vô sinh (non-living systems) được hình thành, tiến hóa thành các sinh vật tự sinh tồn và sinh sản, sau cùng phát triển thành các dạng sống phong phú ngày nay. Các sinh vật đầu tiên phụ thuộc vào các nguồn cung cấp các phân tử hữu cơ được tổng hợp từ bên ngoài, và do đó chúng được gọi là sinh vật dị dưỡng. Các sinh vật tự dưỡng có khả năng tổng hợp nên các phân tử hữu cơ cần thiết từ các phân tử vô cơ đơn giản. Vì các phân tử vô cơ đơn giản có sẵn rất nhiều trong khí quyển và đại dương so với các phân tử hữu cơ, nên các sinh vật tự dưỡng phát triển mạnh hơn các sinh vật dị dưỡng. Cả hai loại sinh vật prokaryotes có thể đã thu năng lượng từ các phản ứng lên men như sau: C6H12O6 → 2C3H4O3 + 4H glucoz axit pyruvic (kết hợp với các nhóm khác) Phản ứng lên men không phải là nguồn cung cấp năng lượng tốt. Khả năng dùng phần phổ khả kiến của bức xạ Mặt trời làm nguồn năng lượng chuyển hóa CO2 thành các phân tử hữu cơ, đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của loại vi khuẩn quang hợp. Các phân tử như H2S, hay các phân tử hữu cơ đơn giản, có thể đóng vai trò là tác nhân cho hydro:
13 anh saï g ï n nCO2 + 2nH2A      → (CH2O)n + nH2O + 2nA Tác nhân cho hydro Cacbohydrat Từ đó, tảo lam sử dụng nước của đại dương, như một tác nhân cho hydro, để phát triển và tạo ra sản phẩm phụ là oxy: anh saï g ï n nCO2 + nH2O      → (CH2O)n + nO2 Tác nhân cho hydro Cacbohydrat Oxy tạo thành từ quá trình quang hợp đã làm thay đổi bề mặt Trái đất, đồng thời tiêu diệt các sinh vật không thích ứng với loại khí hoạt động hóa học mạnh này. Khi oxy tích tụ nhiều trong khí quyển, tầng ozon dần hình thành ở tầng bình lưu (cách mặt đất 15 − 40 km), hấp thụ tia tử ngoại có hại. Lúc này, các sinh vật đã có thể phát triển thành quần thể trong vùng tiếp giáp của khí quyển / nước / đất và nhu cầu phải sinh sống dưới nước để tránh tác hại của tia tử ngoại không còn là điều bắt buộc nữa. Các sinh vật bắt đầu chuyển lên sống trên cạn. Sự có mặt của oxy tạo điều kiện cho những biến đổi thích hợp của tế bào, nhằm có thể sử dụng phản ứng hô hấp cung cấp năng lượng cho sự phát triển. Nguồn năng lượng thu từ phản ứng hô hấp lớn hơn năng lượng thu từ phản ứng lên men đến 18 lần. (CH2O)n + nO2 → nCO2 + nH2O Cacbohydrat Các tổ chức bên trong tế bào lúc này chịu những thay đổi mạnh mẽ và phát triển. Xuất hiện nhân tế bào có màn bọc, chứa các axit nucleic mang thông tin gen của tế bào, ngoài ra còn có một loạt các biến đổi khác biệt về đặc điểm cấu trúc. Các tế bào mới này được gọi là các eukaryotes (sinh vật nhân thực), chứa nhân xác định. Các eukaryotes đơn bào tự dưỡng tiến hóa thành thực vật đa bào, có khả năng quang hợp để sản xuất các chất hữu cơ và oxy. Sự phát triển về số lượng các sinh vật có khả năng quang hợp và hô hấp tốt tạo thành tập hợp dị dưỡng. Các eukaryotes dị dưỡng tiến hóa thành cá, côn trùng và động vật ngày nay. Hình 1.5. Hai dạng tế bào Prokaryote và Eukaryote[17] Quá trình phát triển sự sống, như vừa nêu sơ lược ở trên làm cho hàm lượng oxy trong khí quyển tăng cao và trở thành loại khí chủ yếu của khí quyển, đồng thời làm giảm đáng kể
14 hàm lượng các khí có lúc đầu trong khí quyển sơ khai (N2, CO2, H2, CO, CH4...). 1.4. Chu trình địa hóa Các số liệu trong Bảng 1.2 chỉ cho thấy sự phân bố các nguyên tố trong các thành phần của môi trường mà không cho thấy sự di chuyển (vận động) của các nguyên tố đó từ bộ phận này sang bộ phận khác, ví dụ: sông vận chuyển các chất tan và chất rắn lơ lửng từ đất liền ra đại dương; sự di chuyển của các mảng lục địa vỏ Trái đất tạo ra sự dâng lên (uplift) của đá trầm tích đại dương và các khối đất mới; thực vật tạo thêm oxy cho khí quyển thông qua quá trình quang hợp, đồng thời lấy oxy từ không khí trong quá trình hô hấp. Sự di chuyển của một nguyên tố hóa học giữa đất, đại dương, không khí có thể được biểu diễn bởi chu trình gọi là chu trình địa hóa. Mỗi chu trình địa hóa là một mô hình, mô tả sự di chuyển của một nguyên tố hóa học (hay một chất), thông thường là xảy ra gần bề mặt Trái đất. Trong một chu trình địa hóa có một số nơi chứa (reservoirs), được xác định rõ về mặt vật lý (như lục địa, đất, đại dương, khí quyển,...) và các đường di chuyển (transport paths) của vật chất từ nơi chứa này đến nơi chứa khác. Số lượng nơi chứa trong một chu trình địa hóa phụ thuộc vào mức độ chi tiết của việc nghiên cứu hệ. Dòng vật chất di chuyển giữa các nơi chứa thường được xác định trong một khoảng thời gian cố định, thường là một năm. 1 2 3 KHÔNG KHÍ 2 4 1 3 2 5 3 ĐẤT 6 ĐẠI DƯƠNG 8 7 TRẦM TÍCH nơi chứa đường di chuyển 1. Ngưng tụ (mưa, tuyết) 5. Sự phát khí (Gas evolution) 2. Bụi 6. Các chất tan và lơ lửng (trong nước sông) 3. Hạt bọt nước biển (sea spray) 7. Sa lắng 4. Sự tách khí (Degassing) 8. Sự dâng lên
15 Hình 1.6. Mô hình tổng quát của chu trình địa hóa [16] Nếu lượng nguyên tố (hay chất) được chuyển vào và chuyển ra khỏi nơi chứa bằng nhau thì nồng độ của nó trong nơi chứa đó sẽ không đổi, lúc đó trạng thái dừng (steady state) được thiết lập. Về cơ bản, nếu không bị ảnh hưởng bởi hoạt động của con người hầu hết các chu trình tự nhiên đều ở trạng thái dừng . Kết luận này được rút ra từ thực tế là không có sự thay đổi lớn nào của môi trường hóa học toàn cầu đã xảy ra trong vài trăm triệu năm trước đây. Nếu hệ đang ở trạng thái dừng, ta có thể xác định thời gian lưu (residence times) của một chất xác định trong nơi chứa xác định dựa vào công thức: læ ng nguyãn täú(chát) trong nåi chæ åü ú a ï t= täc âäü vao (hay ra ) nåi chæ cuí nguyãn täú(chát) ú âi ì a ï a ú Ví dụ, nếu lượng natri tan trong đại dương là 15×1018 kg, lượng thêm vào hằng năm là 100×109 kg, thì thời gian lưu của natri trong đại dương sẽ là 150 triệu năm (thực ra, natri có thời gian lưu trong đại dương là 210 triệu năm). Hầu hết các nguyên tố có thời gian lưu trong đại dương khoảng vài triệu năm, hoặc ít hơn. Thời gian lưu trong vỏ Trái đất thường cao hơn nhiều thời gian lưu trong không khí, điều đó phản ảnh tính lưu động của các hệ. Người ta cho rằng, các tác động của con người lên các chu trình địa hóa đã làm tăng tốc độ chuyển chất rắn từ lục địa ra đại dương, do chặt phá rừng, hoạt động canh tác, làm tăng xói mòn. Nghiên cứu cho thấy, tốc độ xói mòn ngày nay cao gấp đôi cách đây 5000 năm. Rất khó đánh giá được ảnh hưởng của các hoạt động nhân tạo lên các chu trình, do chúng ta không biết chắc giá trị nền nồng độ của các chất cũng như dòng di chuyển vật chất trong các chu trình đã nêu. Mặc dù, hiểu biết về các chu trình địa hóa toàn cầu là rất quan trọng, song chúng ta cũng cần quan tâm đến cả những gì đang xảy ra ở quy mô nhỏ hơn. Một quá trình chung trên toàn cầu có thể che lấp mất các biến đổi bất thường tại một khu vực nhỏ. Sự rò rỉ cadmi từ vùng khai khoáng có thể gây chết cá ở phía hạ lưu, đó là một sự cố rất quan trọng trên phạm vi khu vực địa phương, nhưng dòng di chuyển của cadmi này sẽ không đáng kể gì khi so với dòng di chuyển tổng cộng toàn cầu. Vì vậy, ngoài các chu trình địa hóa, chúng ta vẫn rất cần các mô hình để minh họa và dự đoán các biến đổi môi trường khu vực.