Tài liệu Tài liệu về biến đổi khí hậu môn vật lí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGUYỄN VĂN KHẢI (Chủ biên) ĐẶNG DUY LỢI – NGUYỄN TRỌNG SỬU – NGÔ THỊ QUYÊN Giáo dục ứng phó với biến đổi khí hậu trong môn Vật lí CẤP TRUNG HỌC PHỔ THÔNG (TÀI LIỆU DÀNH CHO GIÁO VIÊN VÀ CÁN BỘ QUẢN LÝ GIÁO DỤC) Hà Nội, năm 2012 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT [1] GDPT: Giáo dục phổ thông BĐKH: Biến đổi khí hậu DHTH: Dạy học tích hợp THCS: Trung học cơ sở THPT: Trung học phổ thông GV: Giáo viên HS: Học sinh MỤC LỤC Trang [2] Mục lục 5 Lời giới thiệu 7 Phần I. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG I. Kiến thức cơ bản về BĐKH 9 1. Biểu hiện, đặc điểm và nguyên nhân chính của sự BĐKH toàn cầu 9 2. Tác động của sự BĐKH đối với tự nhiên và các hoạt động của con người 10 3. Ứng phó với BĐKH 11 4. Hành động ứng phó với BĐKH 11 5. Giáo dục, tuyên truyền, các giải pháp giảm nhẹ với BĐKH tại các địa phương 13 II. Giáo dục ứng phó với BĐKH trong trường THPT 14 1. Vai trò, nhiệm vụ của GDPT trước những thách thức của BĐKH 14 2. Mục tiêu của giáo dục ứng phó với BĐKH trong trường THPT 14 3. Định hướng, yêu cầu của giáo dục ứng phó với BĐKH trong trường THPT 15 4. Tích hợp giáo dục ứng phó với BĐKH trong trường THPT 15 Phần II. TÍCH HỢP GIÁO DỤC ỨNG PHÓ VỚI BĐKH TRONG MÔN VẬT LÍ CẤP THPT 1. Mục tiêu chung về giáo dục ứng phó với BĐKH trong môn Vật lí 19 2. Khả năng tích hợp giáo dục ứng phó với BĐKH của môn Vật lí 20 3. Giới thiệu địa chỉ tích hợp giáo dục ứng phó với BĐKH trong môn Vật lí 38 4. Gợi ý về tổ chức DHTH nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH vào môn Vật lí cấp THPT 47 5. Giới thiệu một số giáo án DHTH nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH trong môn Vật lí 71 6. Giới thiệu một số câu hỏi và bài tập tích hợp nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH trong môn Vật lí cấp THPT 125 Tài liệu tham khảo 129 LỜI GIỚI THIỆU [3] Bước sang thế kỷ XXI, nhân loại đang phải đối mặt với một trong những thách thức lớn nhất là sự BĐKH toàn cầu. BĐKH đã có những tác động sâu sắc, mạnh mẽ đến mọi hoạt động sản xuất; đời sống của sinh vật và con người; môi trường tự nhiên, kinh tế - xã hội của cả mọi châu lục, mọi quốc gia trên Trái Đất. Những biểu hiện, đặc điểm, nguyên nhân và tác động của BĐKH đã được nghiên cứu, tìm hiểu cặn kẽ. Các giải pháp mang tính chiến lược toàn cầu và của mỗi quốc gia trên thế giới về ứng phó có hiệu quả với BĐKH cũng đã được đề ra và thực hiện ráo riết. Nhận thức rõ những ảnh hưởng to lớn và nghiêm trọng do BĐKH gây ra, Thủ tướng Chính phủ nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với BĐKH (Quyết định số 158/2008/QĐ-TTg ngày 2/12/2008). Để thực hiện chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với BĐKH, Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo đã phê duyệt Kế hoạch hành động ứng phó với BĐKH của ngành Giáo dục giai đoạn 2011 - 2015 và phê duyệt Dự án "Đưa các nội dung ứng phó với BĐKH vào chương trình Giáo dục và Đào tạo giai đoạn 2011 - 2015". Nhằm định hướng cho việc triển khai thực hiện nhiệm vụ trên một cách có hiệu quả, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã xây dựng bộ tài liệu giáo dục ứng phó với BĐKH tích hợp vào các môn học cấp THPT: Vật lí, Hóa học, Sinh học, Địa lí, Công nghệ. Mỗi tài liệu có cấu trúc gồm hai phần chính: Phần I. Những vấn đề chung. Phần này làm rõ một số kiến thức cơ bản về BĐKH và những quan niệm về giáo dục BĐKH trong trường THPT. Phần II. Tích hợp giáo dục ứng phó với BĐKH trong môn học. Phần này làm rõ mục tiêu về giáo dục ứng phó với BĐKH, về khả năng tích hợp giáo dục ứng phó với BĐKH, giới thiệu những địa chỉ tích hợp giáo dục ứng phó với BĐKH, những gợi ý về tổ chức DHTH nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH, minh họa một số bài soạn tích hợp nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH và giới thiệu một số câu hỏi và bài tập tích hợp nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH trong môn học. Đây là tài liệu có tính định hướng và gợi ý cho các thầy, cô giáo trong việc xây dựng kế hoạch giáo dục, soạn các giáo án lên lớp cho HS. Trong quá trình triển khai, rất cần sự vận dụng sáng tạo, phù hợp với tình hình cụ thể của các địa phương để nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH đạt được các hiệu quả cao nhất. Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã có nhiều cố gắng, song không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý quý báu của các thầy, cô giáo để tài liệu được hoàn thiện hơn. VỤ GIÁO DỤC TRUNG HỌC Phần I [4] NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG I. KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ BĐKH 1. Biểu hiện, đặc điểm và nguyên nhân chính của BĐKH toàn cầu 1.1. Khái niệm về BĐKH BĐKH là sự thay đổi của khí hậu mà nguyên nhân trực tiếp hay gián tiếp bởi hoạt động của con người làm thay đổi thành phần của khí quyển toàn cầu và tác động thêm vào sự biến động khí hậu tự nhiên trong các thời gian có thể so sánh được (Công ước chung của Liên Hợp Quốc về BĐKH tại Hội nghị Thượng đỉnh về Môi trường tại Rio de Janero (Braxin - năm 1992). Nói một cách khác, BĐKH là sự biến đổi trạng thái của khí hậu so với trung bình hoặc dao động của khí hậu duy trì trong một thời gian dài, thường là vài thập kỷ hoặc hàng trăm năm và lâu hơn. 1.2. Những biểu hiện của BĐKH - Nhiệt độ không khí của Trái Đất đang có xu hướng nóng dần lên: từ năm 1850 đến nay nhiệt độ trung bình đã tăng 0,740C; trong đó nhiệt độ tại 2 cực của Trái Đất tăng gấp 2 lần so với số liệu trung bình toàn cầu. Theo dự báo, nhiệt độ trung bình của Trái Đất có thể tăng lên 1,1 - 6,4 0C tới năm 2100, đạt mức chưa từng có trong lịch sử 10.000 năm qua. Ở Việt Nam trong vòng 50 năm (1957 - 2007) nhiệt độ không khí trung bình tăng khoảng 0,5 - 0,7 0C. Dự báo, nhiệt độ không khí trung bình sẽ tăng từ 1 - 20C vào năm 2020 và từ 1,5 - 20C vào năm 2070. - Sự dâng cao của mực nước biển gây ngập úng và xâm nhập mặn ở các vùng thấp ven biển, xóa sổ nhiều đảo trên biển và đại dương. Trong thế kỷ XX, trung bình mực nước biển ở châu Á dâng cao 2,44mm/năm; chỉ riêng thập kỷ vừa qua là 3,1mm/năm. Dự báo trong thế kỷ XXI, mực nước biển dâng cao từ 2,8 - 4,3mm/năm. Ở Việt Nam, tốc độ dâng lên của mực nước biển khoảng 3mm/năm (giai đoạn 1993 - 2008) tương đương với tốc độ dâng lên của mực nước biển trong các đại dương thế giới. Dự báo đến giữa thế kỷ XXI, mực nước biển có thể dâng thêm 30cm và đến cuối thế kỷ 21 mực nước biển có thể dâng lên 75cm so với thời kỳ 1980 - 1999. - Sự thay đổi thành phần và chất lượng khí quyển có hại cho môi trường sống của con người và các sinh vật trên Trái Đất. - Có sự xuất hiện của nhiều thiên tai bất thường, trái quy luật, mức độ lớn như bão, mưa lớn, hạn hán gây nên những tổn thất to lớn về người và tài sản. 1.3. Đặc điểm của BĐKH toàn cầu - Diễn ra chậm, từ từ, khó phát hiện, khó đảo ngược; - Diễn ra trên phạm vi toàn cầu, có ảnh hưởng tới tất cả các lĩnh vực có liên quan đến sự sống và hoạt động của con người; - Cường độ ngày một tăng và hậu quả khó lường trước; - Là nguy cơ lớn nhất của con người phải đối mặt với tự nhiên trong lịch sử phát triển của mình. 1.4. Nguyên nhân của BĐKH - Ngoài những nguyên nhân tự nhiên gây nên sự BĐKH toàn cầu đã diễn ra trong quá trình hình thành và phát triển của Trái Đất trong các thời gian trước đây, như sự tương tác giữa vận động của Trái Đất và vũ trụ, sự thay đổi của bức xạ Mặt Trời, sự tác động của khí CO 2 do các hoạt động núi lửa, cháy rừng hoặc các trận động đất lớn gây ra; nguyên nhân chính gây nên BĐKH trong vòng 300 năm gần đây và đặc biệt trong nửa thế kỷ qua là do hoạt động công nghiệp phát triển, sử dụng rất nhiều nhiên liệu và năng lượng thải vào bầu khí quyển các chất ô nhiễm. - Tình hình đô thị phát triển mạnh mẽ, gia tăng các hoạt động giao thông vận tải, chặt phá rừng và cháy rừng... cũng làm nghiêm trọng thêm tình hình ô nhiễm không khí, giữ lại lượng bức xạ sóng dài [5] khiến cho nhiệt độ Trái Đất nóng lên theo hiệu ứng nhà kính. Từ đó, làm thay đổi các quá trình tự nhiên của hoàn lưu khí quyển, vòng tuần hoàn nước, vòng tuần hoàn sinh vật... - Có thể nói, hoạt động của con người là nguyên nhân chủ yếu gây ra những BĐKH hiện nay trên Trái Đất. 2. Tác động của BĐKH đối với tự nhiên và các hoạt động của con người 2.1. Sự nóng lên của Trái Đất - Nhiệt độ tăng có ảnh hưởng trực tiếp đến các hệ sinh thái tự nhiên, làm suy giảm đa dạng sinh học, làm ảnh hưởng tới năng suất, chất lượng sản phẩm vật nuôi, cây trồng. - Sự thay đổi và chuyển dịch của các đới khí hậu, đới thảm thực vật tự nhiên dẫn tới nguy cơ đe dọa sự sống của các loài sinh vật. - Nhiệt độ tăng dần dẫn đến sự thay đổi các yếu tố thời tiết khác, phá hoại mùa màng, có ảnh hưởng trực tiếp tới các ngành năng lượng, xây dựng, giao thông vận tải, công nghiệp, du lịch... - Tuy nhiên, con người cũng có thể tận dụng những hệ quả sự nóng lên của Trái Đất. 2.2. Tác động của nước biển dâng - Làm tăng diện tích ngập lụt có ảnh hưởng trực tiếp tới sản xuất nông nghiệp, các đô thị, các công trình xây dựng giao thông vận tải cũng như nơi cư trú của con người; đặc biệt ở các vùng đồng bằng ven biển. - Làm tăng độ nhiễm mặn của nguồn nước, làm thay đổi các hệ sinh thái tự nhiên, hệ sinh thái nông nghiệp. 2.3. Làm tăng cường các thiên tai - Bão, mưa lớn, lũ lụt, hạn hán xảy ra bất thường và có sức tàn phá lớn. - Xuất hiện các đợt nóng, lạnh quá mức, bất thường gây tổn hại đến sức khỏe con người, gia súc và mùa màng. - Tình trạng hoang mạc hóa có xu hướng gia tăng. 3. Ứng phó với BĐKH Ứng phó với BĐKH có hai khía cạnh: giảm nhẹ BĐKH và thích ứng với nó. 3.1. Giảm nhẹ Theo Ban Liên Chính phủ về BĐKH (IPCC) giảm nhẹ có nghĩa là sự can thiệp của con người nhằm làm giảm nguồn phát thải khí nhà kính, hoặc cải thiện các bể chứa khí nhà kính. 3.2. Thích ứng Thích ứng đề cập đến khả năng tự điều chỉnh của một hệ thống để thích nghi với những biến đổi của khí hậu nhằm giảm nhẹ những nguy cơ thiệt hại, để đối phó với những hậu quả (có thể xảy ra) hoặc tận dụng những cơ hội. 4. Hành động ứng phó với BĐKH 4.1. Trên thế giới và Việt Nam - Ý thức về những tác hại do con người gây ra cho môi trường Trái Đất, gần đây đã có sự đồng thuận của cộng đồng quốc tế trong nỗ lực ngăn chặn những ảnh hưởng nguy hại do BĐKH toàn cầu. Nhiều diễn đàn quốc tế đã ngày càng thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học, doanh nghiệp, chính trị cũng như các nhà hoạch định chính sách đối ngoại như Liên hợp quốc, WTO, EU, ASEM, APEC, ASEAN... một điều chắc chắn rằng những thoả thuận kinh tế, chính trị, thương mại song phương hoặc đa phương gắn liền với vấn đề BĐKH luôn nhận được sự tán thành và hợp tác. - Những cam kết quốc tế được cụ thể hoá vào năm 1997 khi Nghị định thư Kyoto ra đời và chính thức có hiệu lực vào năm 2005 liên quan đến Chương trình khung về vấn đề BĐKH mang tầm quốc tế của Liên hợp quốc với mục tiêu cắt giảm lượng khí thải gây ra hiệu ứng nhà kính. - Kể từ tháng 11/2007 đã có khoảng 175 quốc gia kí kết tham gia chương trình này. Nghị định thư Kyoto cũng ràng buộc 37 quốc gia phát triển đến năm 2012 phải cắt giảm khí thải xuống 5% so với mức của năm 1990. Nghị định thư cũng được khoảng 137 quốc gia đang phát triển tham gia kí kết trong đó có [6] Brazil, Trung Quốc và Ấn Độ vốn là những nền kinh tế mới nổi và có lượng khí phát thải cao. Sự kiện chính phủ Nga, quốc gia chiếm 17% lượng khí thải, phê chuẩn Nghị định thư vào năm 2004 và chính phủ Ôxtrâylia ký kết Nghị định thư vào năm 2007, đã gây sức ép buộc Mĩ (quốc gia chiếm 25% lượng khí thải ) - hiện là quốc gia phát triển duy nhất không phê chuẩn Nghị định thư Kyoto - phải thay đổi quan điểm trong thời gian gần đây. Thế giới hi vọng thái độ tích cực và sự tham gia có trách nhiệm của Mĩ sẽ được thể hiện khi Chính phủ của Tổng thống Obama tham gia Hội nghị Copenhagen. Tuy nhiên, cho đến nay tình hình này vẫn chưa có gì sáng sủa hơn, chưa có bước tiến triển mang tính đột phá trong cuộc chiến ứng phó với BĐKH toàn cầu Như vậy, Nghị định thư Kyôtô được mong đợi sẽ là một thành công trong vấn đề cắt giảm khí gây hiệu ứng nhà kính. Mục tiêu được đặt ra nhằm "Cân bằng lại lượng khí thải trong môi trường ở mức độ có thể ngăn chặn những tác động nguy hiểm cho sự tồn tại và phát triển của con người vốn chịu ảnh hưởng sâu sắc của môi trường”. Trong những năm tới, xu thế chung của hợp tác quốc tế và khu vực để đối phó với vấn đề BĐKH sẽ được tăng cường, tập trung vào quá trình thiết lập cơ chế hợp tác, nghiên cứu và đánh giá tác động, xây dựng biện pháp phòng ngừa và nghiên cứu công nghệ, năng lượng mới. Mặc dù vậy, quá trình hợp tác sẽ còn gặp nhiều khó khăn, trắc trở do còn nhiều sự khác biệt về lợi ích giữa các quốc gia trong việc thực hiện các cam kết quốc tế liên quan đến vấn đề BĐKH (cơ bản là việc giảm chất thải gây hiệu ứng nhà kính hoặc sử dụng tiết kiệm nhiên liệu có thể ảnh hưởng xấu đến tăng trưởng kinh tế của nhiều quốc gia), việc sản xuất theo Chương trình cơ cấu phát triển sạch (The Clean Development Mechanism-CDM) đòi hỏi đầu tư lớn và công nghệ phức tạp... Vừa qua, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 158/2008/QĐ - TTg phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia về ứng phó với BĐKH. Ngày 12/01/2009, tại TP.Hồ Chí Minh, Bộ Tài nguyên và Môi trường chính thức công bố Chương trình mục tiêu quốc gia về ứng phó với BĐKH. Mục tiêu chiến lược của Chương trình là đánh giá được mức độ tác động của BĐKH đối với các lĩnh vực, ngành và địa phương trong từng giai đoạn và xây dựng được kế hoạch hành động có tính khả thi để ứng phó hiệu quả với BĐKH cho từng giai đoạn ngắn hạn và dài hạn nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững của đất nước, tận dụng cơ hội phát triển nền kinh tế theo hướng các-bon thấp và tham gia cùng cộng đồng quốc tế trong nỗ lực giảm nhẹ BĐKH, bảo vệ hệ thống khí hậu Trái Đất. 4.2. Hành động của chúng ta Thực tế cho thấy, BĐKH đang đe doạ nghiêm trọng đến lợi ích sống còn của con người trên khắp hành tinh và làm cho Trái Đất chúng ta ngày càng trở nên mỏng manh, dễ bị tổn thương và ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững trong tương lai. Ngay từ bây giờ, chúng ta cần phải ý thức hơn đối với môi trường thông qua từng công việc cụ thể của mỗi cá nhân. Trước tiên, đó chính là sự thay đổi thói quen hàng ngày trong cuộc sống theo hướng tiết kiệm năng lượng. Chỉ cần một cái nhấn nút tắt đèn hay các thiết bị điện, điện tử khi ra vào phòng ở hoặc nơi làm việc là góp phần tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và giảm thiểu năng lượng và các chi phí phải trả. Thứ hai, cần phải nhận thức đầy đủ hơn về nguyên nhân và hậu quả của sự BĐKH để vận dụng trong những hoàn cảnh cụ thể, đặc biệt là đối với những người “ra quyết định”. Ví dụ: Bạn là người có quyền nhập khẩu thiết bị sản xuất thì nhất quyết phải nói không với “công nghệ lạc hậu, sử dụng nhiều nhiên liệu và phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính”. Thứ ba, nghiên cứu khoa học và ứng dụng những thành tựu mới vào trong hiện thực cuộc sống là sự đóng góp thiết thực nhất của chúng ta. Hiện nay, trên thế giới đã tập trung vào việc nghiên cứu ứng dụng những nguồn năng lượng sạch như năng lượng Mặt Trời, sức gió, sóng biển... để tạo ra những sản phẩm thân thiện với môi trường. Trong xây dựng đã chú ý đến kiến trúc sinh thái, trong du lịch đã xuất hiện nhiều hơn sản phẩm du lịch sinh thái... đây đều là những hướng đi tích cực. Thứ tư, bạn hãy là một tuyên truyền viên có trách nhiệm thông qua trao đổi, chuyện trò với gia đình, bạn bè, hàng xóm...về những vấn đề môi trường (như hạn chế xả chất thải bẩn, trồng và chăm sóc cây xanh, đi xe đạp ở những cự ly thích hợp hoặc tăng cường sử dụng phương tiện giao thông công cộng, [7] hạn chế và tiến tới không dùng túi ni lông, cố gắng sử dụng nước sạch tiết kiệm...). Việc tuyên truyền, trao đổi thông tin trên blog cá nhân hay diễn đàn trực tuyến cũng có tác dụng to lớn và nhanh chóng. Thông qua các hoạt động văn hoá, văn nghệ, giải trí thể thao, tình nguyện và phát triển sẽ giúp bạn đưa vấn đề bảo vệ môi trưòng xâm nhập vào cộng đồng một cách hữu hiệu hơn. 5. Giáo dục, tuyên truyền các giải pháp giảm nhẹ với BĐKH tại các địa phương - Có hai nhóm giải pháp quan trọng nhất để đối phó với những thách thức do BĐKH gây ra là giải pháp giảm nhẹ BĐKH và giải pháp thích ứng với những thay đổi của điều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội, giảm thiểu những thiệt hại của thiên tai do BĐKH gây ra. Điều đáng chú ý là các giải pháp này rất đa dạng, phong phú, song phải phù hợp với tình hình cụ thể về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và dân cư của từng địa phương. BĐKH có thể dẫn đến những hậu quả khác nhau đối với mỗi khu vực. Bão lớn có sức tàn phá mạnh ở vùng ven biển trực tiếp gây sạt lở bờ biển, tràn ngập nước mặn, phá hủy công trình xây dựng, nhà cửa... Đối với vùng núi, chúng lại gây mưa lớn, lũ lụt, lũ quét, sạt lở đường... gây nên những tổn thất và thiệt hại to lớn không kém. - Vì vậy việc tuyên truyền phổ biến sâu rộng các kiến thức, kinh nghiệm cụ thể của các địa phương có hoàn cảnh tương tự là rất cần thiết và có tác dụng thiết thực. - Cần chú trọng giáo dục, tuyên truyền cho nhân dân các địa phương tinh thần tích cực, chủ động đối phó với những thách thức do BĐKH gây ra theo phương châm tại chỗ, dựa vào sức mình là chính. II. GIÁO DỤC ỨNG PHÓ VỚI BĐKH TRONG TRƯỜNG THPT 1. Vai trò, nhiệm vụ của GDPT trước những thách thức của BĐKH 1.1. Vai trò của GDPT trước những thách thức của BĐKH - Số lượng HS đông, năm học 2011-2012 số HS của GDPT là 14,7 triệu (Trong đó, HS tiểu học: 7,1 triệu, THCS: 4,9 triệu, THPT: 2,7 triệu). Nếu tính riêng, số lượng HS trung học chiếm gần 1/10 dân số nước ta và có liên quan đến hàng triệu hộ gia đình. - HS phổ thông là lực lượng và nhân tố cơ bản để lan tỏa trong xã hội, những hành động của các em đều có tính động viên, khích lệ lớn đối với gia đình, xã hội và do đó, có tác động góp phần làm thay đổi hành vi, cách ứng xử của mọi người trong xã hội trước hiện tượng BĐKH. - HS phổ thông là lực lượng chủ lực trong việc thực hiện và duy trì các hoạt động tuyên truyền về ứng phó với BĐKH trong và ngoài nhà trường. Đồng thời, những kiến thức và kĩ năng về ứng phó với BĐKH mà các em tiếp thu được từ nhà trường sẽ dần hình thành trong tư duy, hành động của các em để ứng phó với BĐKH trong tương lai. Bởi vậy việc đầu tư cho giáo dục ứng phó với BĐKH trong hệ thống GDPT nói riêng, hệ thống giáo dục quốc dân nói chung, là một giải pháp lâu dài, nhưng hiệu quả kinh tế nhất và bền vững nhất. 1.2. Nhiệm vụ của GDPT trước những thách thức của BĐKH Giáo dục THCS và THPT bên cạnh việc hoàn thiện nội dung GDPT qui định cho từng cấp học, thì trước những thách thức của BĐKH còn có nhiệm vụ cung cấp cho HS những hiểu biết cơ bản về BĐKH, tác động của BĐKH đến môi trường tự nhiên, đến đời sống và sản xuất của con người; những giải pháp nhằm hạn chế tác động của BĐKH và ứng phó với BĐKH để HS trở thành một tuyên truyền viên tích cực trong gia đình, nhà trường và địa phương về BĐKH. 2. Mục tiêu của giáo dục ứng phó với BĐKH trong trường THPT 2.1. Mục tiêu chung - Nâng cao nhận thức, khả năng ứng phó với BĐKH cho cán bộ quản lí, GV và HS cấp THPT trong từng giai đoạn cụ thể; - Trang bị kiến thức, kĩ năng, hành vi cho cán bộ quản lí, GV và HS cấp THPT để ứng phó với BĐKH, góp phần tích cực vào việc thực hiện Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với BĐKH. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Nâng cao nhận thức cho cán bộ quản lí, GV và HS về BĐKH và ứng phó với BĐKH; - Tăng cường năng lực, kĩ năng, hình thành thái độ, hành vi của cán bộ quản lý, GV, HS cấp [8] THPT về BĐKH và ứng phó với BĐKH trên toàn cầu, khu vực và trong nước. - Đưa các nội dung giáo dục về ứng phó với BĐKH tích hợp vào các môn học Sinh học, Địa lí, Vật lí, Hóa học, Công nghệ. 3. Định hướng, yêu cầu của giáo dục ứng phó với BĐKH trong trường THPT - Thông qua việc tích hợp kiến thức về BĐKH vào nội dung môn học trong tiết học chính khóa hoặc ngoài giờ lên lớp, các hoạt động ngoại khóa để nâng cao nhận thức, hình thành thái độ, hành vi ứng xử, rèn luyện kỹ năng và hành động cụ thể để ứng phó với BĐKH. - Nội dung của giáo dục ứng phó BĐKH phải đảm bảo tính khoa học, tính hệ thống giữa các khối kiến thức, kĩ năng, đảm bảo tính liên thông giữa các cấp học. Kiến thức và kĩ năng về BĐKH còn phải đảm bảo được tính phù hợp với các đối tượng HS ở các vùng miền khác nhau trên cả nước. - Ứng phó với BĐKH cần có sự hợp tác, liên kết giữa các trường học trên phạm vi quốc gia, quốc tế về thông tin, chia sẻ kinh nghiệm xử lý rủi ro trong những trường hợp cụ thể, cả về nhân lực và tài chính. - Giáo dục ứng phó BĐKH là giáo dục về nhận thức và cả hành động để có thể tham gia giải quyết những vấn đề cụ thể do BĐKH gây ra. Do đó, mỗi HS được giáo dục ứng phó BĐKH không chỉ có thêm nhận thức, hiểu biết cần thiết để ứng phó BĐKH, mà còn phải biết vận dụng các các kiến thức, kĩ năng để giải quyết các vấn đề thực tiễn cụ thể, phải biết làm một việc gì đó cho trường mình, cho cộng đồng, nghĩa là giáo dục ứng phó BĐKH phải được tiến hành thông qua các hành động thực tiễn. - Trong giáo dục về ứng phó với BĐKH, cần phát triển các kĩ năng hợp tác: thày-trò; trò - trò; thầy trò - xã hội để nâng cao hiệu quả giáo dục và góp phần xây dựng “Trường học thân thiện, học sinh tích cực”. 4. Tích hợp giáo dục ứng phó với BĐKH trong trường THPT 4.1. Quan niệm về DHTH Khái niệm tích hợp đã được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và kĩ thuật, đặc biệt trong lĩnh vực kĩ thuật điện tử, công nghệ thông tin,... Tích hợp có nghĩa là "gộp lại, sáp nhập lại thành một tổng thể" (tiếng Pháp là intégration, tiếng Anh là integration). Tư tưởng tích hợp đã được vận dụng trong nhiều giải pháp công nghệ thuộc mọi lĩnh vực kinh tế - xã hội hiện nay, trong đó có giáo dục. Phương thức tích hợp các môn học trong quá trình dạy học, hay DHTH, đã được vận dụng tương đối phổ biến ở nhiều quốc gia. Ở Việt Nam đã có nhiều môn học, hoạt động giáo dục quan tâm vận dụng tư tưởng tích hợp vào quá trình dạy học để nâng cao chất lượng giáo dục (như tích hợp các nội dung của các môn Sinh học, Địa lí, Lịch sử,... hoặc đưa các nội dung giáo dục vào các môn học như giáo dục bảo vệ môi trường, sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, giáo dục dân số, giáo dục giới tính vào các môn học). Xavier Rogiers đã đưa ra một định nghĩa về khoa học sư phạm tích hợp như sau: "Khoa sư phạm tích hợp là một quan niệm về một quá trình học tập trong đó toàn thể các quá trình học tập góp phần hình thành ở HS những năng lực rõ ràng, có dự tính trước những điều cần thiết cho HS, nhằm phục vụ cho các quá trình học tập tương lai, hoặc nhằm hòa nhập HS vào cuộc sống lao động". "Khoa sư phạm tích hợp" được trình bày như một lí thuyết giáo dục, một mặt nó đóng góp vào việc nghiên cứu xây dựng chương trình, sách giáo khoa, đồng thời góp phần định hướng các hoạt động dạy học trong nhà trường. Với ý nghĩa định hướng các hoạt động dạy học, trong nhiều tài liệu người ta cũng thường sử dụng thuật ngữ "DHTH". Trong tài liệu này chúng tôi sẽ dùng thuật ngữ "DHTH" để chỉ quá trình dạy học, trong đó, HS phải huy động nội dung kiến thức, kĩ năng thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau để giải quyết các nhiệm vụ học tập, thông qua đó lại hình thành và phát triển những kiến thức, kĩ năng mới, rèn luyện được những năng lực cần thiết. Một quá trình dạy học như vậy cũng đòi hỏi GV phải nghiên cứu vận dụng phối hợp các phương pháp và phương tiện dạy học. 4.2. Lí do phải thực hiện DHTH - DHTH góp phần thực hiện mục tiêu giáo dục toàn diện của nhà trường phổ thông. [9] + Vận dụng DHTH là một yêu cầu tất yếu của việc thực hiện nhiệm vụ dạy học ở nhà trường phổ thông. Như Luật giáo dục (2005) đã nêu : "Mục tiêu giáo dục phổ thông là giúp học sinh phát triển toàn diện về đạo đức, trí tuệ, thể chất, thẩm mỹ và các kỹ năng cơ bản, phát triển năng lực cá nhân, tính năng động và sáng tạo, hình thành nhân cách con người Việt Nam Xã hội chủ nghĩa, xây dựng tư cách và trách nhiệm công dân; chuẩn bị cho học sinh tiếp tục học lên hoặc đi vào cuộc sống lao động, tham gia xây dựng và bảo vệ tổ quốc". Việc có nhiều môn học đã được đưa vào nhà trường phổ thông hiện nay là thể hiện quá trình thực hiện mục tiêu giáo dục toàn diện. Các môn học đó phải liên kết với nhau để cùng thực hiện mục tiêu giáo dục nêu trên. + Mặt khác, hiện nay các tri thức khoa học và kinh nghiệm xã hội của loài người phát triển như vũ bão. Trong khi, quỹ thời gian cũng như số năm học để HS ngồi trên ghế nhà trường là có hạn, không thể đưa nhiều môn học hơn nữa vào nhà trường, cho dù những tri thức này là rất cần thiết. Chẳng hạn, ngày nay người ta nhận thấy cần thiết phải trang bị nhiều kĩ năng sống cho HS (các kiến thức và kĩ năng về an toàn giao thông, bảo vệ môi trường sống, tiết kiệm năng lượng và sử dụng năng lượng hiệu quả, về định hướng về nghề nghiệp,...) trong khi những tri thức này không thể tạo thành môn học mới để đưa vào nhà trường. Vì vậy, DHTH là giải pháp quan trọng. + Chương trình GDPT và sách giáo khoa các môn học đã tích hợp nhiều tri thức để thực hiện các mục tiêu nêu trên, song không thể đầy đủ và phù hợp với tất cả đối tượng HS. Vì vậy, trong quá trình dạy học, GV phải nghiên cứu để tích hợp các nội dung tri thức trên một cách cụ thể cho từng môn học và phù hợp với từng đối tượng HS ở các vùng miền khác nhau. - Do bản chất của mối liên hệ giữa các tri thức khoa học Các nhà khoa học cho rằng khoa học ở thế kỷ XX đã chuyển từ phân tích cấu trúc lên tổng hợp hệ thống làm xuất hiện các liên ngành (như sinh thái học, tự động hóa,...). Vì vậy, xu thế dạy học trong nhà trường là phải làm sao cho tri thức của HS xác thực và toàn diện. Quá trình dạy học phải làm sao liên kết, tổng hợp hóa các tri thức, đồng thời thay thế "tư duy cơ giới cổ điển" bằng "tư duy hệ thống". Theo Xavier Rogiers, nếu nhà trường chỉ quan tâm dạy cho HS các khái niệm một cách rời rạc, thì nguy cơ sẽ hình thành ở HS các "suy luận theo kiểu khép kín", sẽ hình thành những con người "mù chức năng", nghĩa là những người đã lĩnh hội kiến thức nhưng không có khả năng sử dụng các kiến thức đó hàng ngày. - Góp phần giảm tải học tập cho HS Giảm tải học tập không chỉ là giảm thiểu khối lượng kiến thức môn học, hoặc thêm thời lượng cho việc dạy học một nội dung kiến thức theo qui định. Phát triển hứng thú học tập cũng có thể được xem như một biện pháp giảm tải tâm lí học tập có hiệu quả và rất có ý nghĩa. Làm cho HS thấu hiểu ý nghĩa của các kiến thức cần tiếp thu, bằng cách tích hợp một cách hợp lí và có ý nghĩa các nội dung gần với cuộc sống hàng ngày vào môn học, từ đó tạo sự xúc cảm nhận thức, cũng sẽ làm cho HS nhẹ nhàng vượt qua các khó khăn về nhận thức và việc học tập khi đó mới trở thành niềm vui và hứng thú của HS. 4.3. Phương thức, hình thức DHTH nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH trong các môn học cấp THPT a) Các phương thức tích hợp: - Nội dung GDPT đảm bảo tính phổ thông, cơ bản, toàn diện, hướng nghiệp và có hệ thống; gắn với thực tiễn cuộc sống, phù hợp với tâm sinh lí lứa tuổi của HS, đáp ứng mục tiêu giáo dục ở cấp học, nên việc đưa các nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH, cũng như các nội dung giáo dục khác vào nội dung các môn học trong trường phổ thông cần phải tìm các phương thức dạy học phù hợp. Thực tế cho thấy thực hiện phương thức tích hợp các nội dung nêu trên trong dạy học các môn học là khả thi nhất trong bối cảnh hiện nay. - Các nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH, nội dung giáo dục sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, cũng như nội dung giáo dục bảo vệ môi trường, có thể được tích hợp vào các môn học ở các mức độ khác nhau. Trong trường hợp cần tích hợp nhiều nội dung có liên quan với nhau vào cùng một môn học, trước hết ta cần làm rõ mối quan hệ giữa các nội dung này và nên lựa chọn các nội dung thể [10] hiện rõ nhất, có cơ sở khoa học và có ý nghĩa nhất để tích hợp vào nội dung môn học. Điều này giúp ta tránh được sự dàn trải, đưa quá nhiều nội dung vào môn học làm quá tải hoạt động học tập của HS. - Các phương thức tích hợp thường dùng hiện nay là: + Tích hợp toàn phần: được thực hiện khi hầu hết các kiến thức của môn học, hoặc nội dung của một bài học cụ thể, cũng chính là các kiến thức về giáo dục ứng phó với BĐKH. + Tích hợp bộ phận: được thực hiện khi có một phần kiến thức của môn học hoặc bài học có nội dung về giáo dục ứng phó với BĐKH. + Hình thức liên hệ: liên hệ là một hình thức tích hợp đơn giản nhất khi chỉ có một số nội dung của môn học có liên quan tới nội dung về giáo dục ứng phó với BĐKH, song không nêu rõ trong nội dung của bài học. Trong trường hợp này GV phải khai thác kiến thức môn học và liên hệ chúng với các nội dung về giáo dục ứng phó với BĐKH. Đây là trường hợp thường xảy ra. b) Các hình thức tổ chức DHTH: - Hình thức thứ nhất: Thông qua các bài học trên lớp. Trong trường hợp này GV thực hiện các phương thức tích hợp với các mức độ đã nêu ở trên. Các hoạt động của GV có thể bao gồm: Hoạt động 1: Nghiên cứu chương trình, sách giáo khoa để xây dựng mục tiêu dạy học, trong đó có các mục tiêu giáo dục ứng phó với BĐKH, mục tiêu giáo dục bảo vệ môi trường. Hoạt động 2: Xác định các nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH, giáo dục môi trường cụ thể cần tích hợp. Căn cứ vào mối liên hệ giữa kiến thức môn học và các nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH, giáo dục môi trường, GV lựa chọn tư liệu và phương án tích hợp. Cụ thể phải trả lời các câu hỏi: tích hợp nội dung nào là hợp lí? Liên kết các kiến thức về giáo dục ứng phó với BĐKH và giáo dục bảo vệ môi trường như thế nào? Thời lượng là bao nhiêu? Hoạt động 3: Lựa chọn các phương pháp dạy học và phương tiện phù hợp, cần quan tâm sử dụng các phương pháp dạy học tích cực, các phương tiện dạy học có hiệu quả cao để tăng cường tính trực quan và hứng thú học tập của HS (như sử dụng các thí nghiệm, mô hình, tranh ảnh, video clip,...). Hoạt động 4: Xây dựng tiến trình dạy học cụ thể. Ở đây GV cần nêu cụ thể các hoạt động của HS, các hoạt động trợ giúp của GV. - Hình thức thứ hai: Giáo dục ứng phó với BĐKH cũng có thể được triển khai như một hoạt động độc lập song vẫn gắn liền với việc vận dụng kiến thức môn học. Các hoạt động có thể như: tham quan, ngoại khóa, tổ chức các nhóm ngoại khóa chuyên đề, tổ chức thực hiện dự án, nghiên cứu một đề tài (phù hợp với HS). Với các hoạt động này, mức độ tích hợp kiến thức, kĩ năng các môn học với các nội dung giáo dục ứng phó với BĐKH, giáo dục môi trường sẽ đạt cao nhất. Trong các hoạt động này, HS học cách vận dụng kiến thức môn học trong các tình huống gần gũi với cuộc sống hơn, huy động được kiến thức từ nhiều môn học hơn. [11] Phần II TÍCH HỢP GIÁO DỤC ỨNG PHÓ VỚI BĐKH TRONG MÔN VẬT LÍ CẤP THPT 1. Mục tiêu chung về giáo dục ứng phó với BĐKH trong môn Vật lí 1.1. Mục tiêu chung Qua dạy học môn vật lí trang bị cho HS những kiến thức cơ bản về khí hậu, thời tiết, khí nhà kính, BĐKH hiện tại và quá khứ, nguyên nhân và hậu quả. Mối quan hệ giữa con người, thiên nhiên, BĐKH và ứng phó BĐKH, để mỗi HS trở thành tuyên truyền viên tích cực trong gia đình, nhà trường và địa phương về BĐKH đồng thời có ý thức tham gia đóng góp vào các hoạt động phù hợp ở địa phương làm giảm thiểu tác động của BĐKH khi ngồi trên ghế nhà trường cũng như trong tương lai. 1.2. Mục tiêu cụ thể - Kiến thức + Trang bị cho HS những kiến thức cơ bản về khí hậu, thời tiết, khí nhà kính, BĐKH, nguyên nhân và hậu quả, mối quan hệ giữa con người, thiên nhiên và những cơ sở khoa học vật lí của các hiện tượng đó; + Trang bị cho HS những kiến thức cơ bản về BĐKH, ứng phó với BĐKH và cơ sở khoa học vật lí của các quá trình đó. - Kĩ năng + Trang bị và phát triển những kỹ năng vận dụng kiến thức vật lí để giải thích cơ sở khoa học của các hiện tượng khí hậu, thời tiết, khí nhà kính, nguyên nhân và hậu quả, mối quan hệ giữa con người và thiên nhiên; + Trang bị và phát triển những kỹ năng vận dụng kiến thức vật lí để giải thích cơ sở khoa học về BĐKH, ứng phó với BĐKH trên cơ sở đó phát triển các kĩ năng thuyết phục, tuyên truyền về BĐKH và ứng phó với BĐKH trong cộng đồng. - Thái độ + Giáo dục cho HS ý thức vận dụng kiến thức vật lí trong giải thích các hiện tượng BĐKH, môi trường và ứng phó với BĐKH (giảm nhẹ và thích ứng). + HS có ý thức vận dụng các hiểu biết, kĩ năng thu được qua học tập môn vật lí để tham gia các hoạt động tuyên truyền về ứng phó với BĐKH, tham gia các hoạt động nhằm ứng phó với BĐKH phù hợp với lứa tuổi. + Hình thành hoài bão ước mơ học tập, nghiên cứu học công nghệ để xây dựng một tương lai xanh, phát triển bền vững trên hành tinh Trái Đất. 2. Khả năng tích hợp giáo dục ứng phó với BĐKH của môn Vật lí Môn vật lí có vai trò quan trọng trong việc trang bị kiến thức về BĐKH và giáo dục ứng phó với BĐKH, bởi vì hầu hết các quá trình liên qua tới môi trường sống trên Trái Đất, BĐKH đều liên quan trực tiếp tới môi trường vật lí, tức là các điều kiện vật lí cho sự tồn tại và phát triển của hệ sinh thái. Do vậy, khả năng tích hợp giáo dục ứng phó với BĐKH vào môn vật lí là khá phong phú. Muốn thực hiện được điều đó, người GV trên cơ sở đã hình thành cho HS các kiến thức khoa học vật lí vững chắc, đồng thời có nhiệm vụ làm rõ các nội dung sau: Thứ nhất, làm rõ vai trò của các tác nhân vật lí trong cấu trúc của môi trường sinh thái, trong quá trình dẫn đến BĐKH; Thứ hai, làm rõ vai trò của các quá trình vật lí trong các hiện tượng môi trường và BĐKH. 2.1. Làm rõ vai trò của các tác nhân vật lí trong cấu trúc môi trường sinh thái và BĐKH [12] Làm rõ vai trò của các tác nhân vật lí trong các hiện tượng liên quan tới môi trường sinh thái có ý nghĩa quyết định đến hiệu quả giáo dục môi trường, giáo dục về BĐKH qua dạy học bộ môn vật lí. Trong mục này sẽ phân tích để làm rõ vai trò của các tác nhân vật lí trong các hiện tượng môi trường sinh thái. 2.1.1. Cấu trúc môi trường - Môi trường là gì? "Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và yếu tố vật chất nhân tạo quan hệ mật thiết với nhau, bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và thiên nhiên." (Theo Ðiều 1, Luật Bảo vệ môi trường của Việt Nam). - Một số định nghĩa khác về môi trường: 1. Môi trường là tập hợp các yếu tố vật lí, hoá học, sinh học, kinh tế xã hội, tác động lên từng cá thể hay cả cộng đồng. (Theo UNEP - United Nation Environment Program). 2. Môi trường nói chung là những điều kiện tự nhiên, xã hội, trong đó con người hay một sinh vật tồn tại, phát triển, trong quan hệ với con người, với sinh vật ấy. (Từ điển tiếng Việt - NXB Đà Nẵng - TT từ điển học, 1997) - Thành phần của môi trường tự nhiên gồm: + Các yếu tố vô cơ: đất, nước, không khí... + Các yếu tố hữu cơ: sinh vật (bao gồm cả con người)… + Các yếu tố vật lí: nhiệt độ, ánh sáng... - Môi trường con người (còn gọi là môi trường địa lí): "Môi trường con người bao gồm toàn bộ các hệ thống tự nhiên và các hệ thống do con người tạo ra, trong đó con người sống và bằng lao động của mình, khai thác các nguồn tài nguyên tự nhiên và nhân tạo nhằm thoả mãn những nhu cầu của con người." (UNESCO - 1981). 2.1.2. Một số khái niệm môi trường sinh thái liên quan tới vật lí - Thạch quyển (lithosphere) còn gọi là địa quyển hay môi trường đất, gồm vỏ Trái Đất với độ sâu 60 - 70 km trên phần lục địa và 20 - 30 km dưới đáy đại dương. Môi trường đất (soil environment) thuộc vỏ phong hoá từ lớp đá mẹ lên mặt đất và bề mặt Trái Đất, sâu khoảng 2 - 3 m, (bazalte ~ 10 m). - Sinh quyển (biosphere) hay môi trường sinh học, gồm những phần của sự sống từ núi cao đến đáy đại dương, cả lớp không khí có ôxi trên cao và những vùng địa quyển. Đặc trưng cho hoạt động sinh quyển là các chu trình trao đổi vật chất và trao đổi năng lượng. Mô hình môi trường sinh thái chung, lấy con người và hoạt động của con người làm trọng tâm. Ba bộ phận thuộc môi trường con người: Môi trường tự nhiên; Môi trường nhân tạo (thành phố, làng mạc, ruộng đồng, đường xá...); Môi trường kinh tế - xã hội (các tổ chức xã hội và kinh tế...). Hình 1. Sinh quyển của Trái Đất - Khí quyển (atmosphere) còn gọi là môi trường không khí: lớp không khí bao quanh địa cầu. Khí quyển gồm nhiều tầng: Tầng đối lưu (troposphere ): từ 0  12km, trong tầng này nhiệt độ và áp suất giảm [13] theo độ cao, đỉnh tầng đối lưu nhiệt độ khoảng -50 oC  -80oC; Tầng bình lưu (stratosphere): độ cao 10  50 km, trong tầng này nhiệt độ tăng dần và đạt 0oC ở 50 km, không khí rất loãng. Ở đỉnh tầng bình lưu có một lớp khí đặc biệt là ôzôn, có khả năng che chắn mạnh các tia tử ngoại và hạn chế các tia này xuyên xuống mặt đất giết hại sinh vật. Tầng trung lưu (menosphere): từ 50  90 km, nhiệt độ ở tầng này giảm dần và đạt khoảng -90oC  -100oC; Tầng ngoài (thermosphere): từ 90 km trở lên, trong tầng này không khí cực loãng và nhiệt độ tăng dần theo độ cao. Tầng đối lưu có ảnh hưởng quyết định đến môi trường sinh thái địa cầu. Không khí trong khí quyển có thành phần gần như không thay đổi: 78% nitơ; 20,95% ôxi; 0,93% agon ; 0,03% CO 2 ; 0,02% Ne ; 0,005% He, ngoài ra còn có hơi nước, một số vi sinh vật. Hình 2. Khí quyển của Trái Đất - Thủy quyển (hydrosphere) hay môi trường nước bao gồm tất cả các phần nước của Trái Đất (hồ ao, sông ngòi, đại dương, băng tuyết, nước ngầm...). Thủy quyển là một thành phần không thể thiếu được của môi trường sinh thái toàn cầu. Nước duy trì sự sống, có ý nghĩa quyết định cho sự vận chuyển, trao đổi trong môi trường. Sự phân chia cấu trúc các quyển như trên chỉ là tương đối. Thực tế, trong lòng mỗi quyển đều có mặt các thành phần quan trọng của quyển khác, chúng bổ sung và tương tác lẫn nhau, liên hệ mật thiết với nhau. - Hệ sinh thái (ecosystem) là tập hợp các quần xã sinh vật (có thể là động vật, thực vật hay vi sinh vật) có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, tương tác hỗ trợ nhau, có độc lập tương đối, cùng sống trong một số điều kiện ngoại cảnh nhất định... - Cân bằng sinh thái (ecological balance) là trạng thái các quần xã sinh vật, các hệ sinh thái ở tình trạng cân bằng khi số lượng tương đối của các cá thể, của các quần thể sinh vật vẫn giữ được ở thế ổn định tương đối. - Ô nhiễm môi trường (pollution) là sự làm thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp các thành phần và đặc tính vật lí, sinh học, hoá học... của môi trường vượt quá mức cho phép đã được xác định mà những thay đổi đó gây tổn hại hoặc có tiềm năng gây tổn hại cho sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật trong môi trường đó. Theo Luật Bảo vệ Môi trường của Việt Nam: "Ô nhiễm môi trường là sự làm thay đổi tính chất của môi trường, vi phạm Tiêu chuẩn môi trường". [14] Trên thế giới, ô nhiễm môi trường được hiểu là việc chuyển các chất thải hoặc năng lượng vào môi trường đến mức có khả năng gây hại đến sức khoẻ con người, đến sự phát triển sinh vật hoặc làm suy giảm chất lượng môi trường. Các tác nhân ô nhiễm bao gồm các chất thải ở dạng khí (khí thải), lỏng (nước thải), rắn (chất thải rắn) chứa hoá chất hoặc tác nhân vật lí, sinh học và các dạng năng lượng như nhiệt độ, bức xạ. Tuy nhiên, môi trường chỉ được coi là bị ô nhiễm nếu trong đó hàm lượng, nồng độ hoặc cường độ các tác nhân trên đạt đến mức có khả năng tác động xấu đến con người, sinh vật và vật liệu. + Chất ô nhiễm: Là những chất hoặc những "tác nhân" có tác dụng biến môi trường đang trong lành, an toàn trở nên độc hại hoặc sẽ trở nên độc hại. + Nguồn gây nhiễm: Nguồn thải ra (hoặc nguồn tạo ra) các chất (các "tác nhân") gây ô nhiễm. Chia nguồn gây nhiễm theo tính chất hoạt động: do quá trình sản xuất; do quá trình giao thông vận tải; do sinh hoạt; do tự nhiên. Sự lan truyền và tác động của các chất ô nhiễm thể hiện trên hình 3. + Sự cố môi trường: Là những biến cố rủi ro xảy ra trong quá trình hoạt động sản xuất, sinh hoạt của con người, hoặc sự biến cố bất thường của thiên nhiên mà quá trình đó đã làm suy thoái môi trường nghiêm trọng. Một số sự cố môi trường như gió bão, hoả hoạn, lũ lụt, động đất… Môi trường bên ngoài Môi trường trung gian MT bên trong Tác động trong cơ thể Hệ hô hấp Nguồn Hệ tiêu hoá ô nhiễm Hệ thần kinh Chuyển tải ô nhiễm (không khí, nước, đất) Di truyền gen Hệ tuần hoàn Ngộ độc Bài tiết Các yếu tố ảnh hưởng: *nhiệt độ *gió *độ ẩm *ánh sáng *dòng chảy Hình 3. Sơ đồ về sự lan truyền các chất ô nhiễm môi trường 2.2. Làm rõ vai trò của các quá trình vật lí trong các hiện tượng môi trường và BĐKH 2.2.1. Làm rõ vai trò của rừng - Các hiện tượng vật lí liên quan - Vai trò của rừng. + Rừng cung cấp lâm sản... Rừng điều hoà lượng nước trên mặt đất... Rừng là "lá phổi xanh" của Trái Đất (1 ha rừngnăm đưa vào khí quyển  16 tấn O2). Một nghiên cứu tại Anh cho thấy các cánh rừng nhiệt đới đang hấp thụ 20% khí thải CO2 từ khí quyển, giúp con người tiết kiệm khoảng 13 tỉ USD mỗi năm. Rừng hạn chế sự sói mòn đất. Rừng là nguồn tài nguyên quý giá ... [15] Chống xói mòn Hình 4. Vai trò của rừng (Nguồn: Encarta Encyclopedia) - Tư liệu về vai trò của rừng trong cuộc sống. Nếu như tất cả thực vật trên Trái Đất đã tạo ra 53 tỉ tấn sinh khối (ở trạng thái khô tuyệt đối là 64%) thì rừng chiếm 37 tỉ tấn (70%). Và các cây rừng sẽ thải ra 52,5 tỉ tấn (hay 44%) dưỡng khí để phục vụ cho hô hấp của con người, động vật và sâu bọ trên Trái Đất trong khoảng 2 năm (S.V. Belov, 1976). Rừng là thảm thực vật của những cây thân gỗ trên bề mặt Trái Đất, giữ vai trò to lớn đối với con người như: cung cấp nguồn gỗ, củi, điều hòa khí hậu, tạo ra ôxi, điều hòa nước, nơi cư trú động thực vật và tàng trữ các nguồn gen quý hiếm. Một hecta rừng hằng năm tạo nên sinh khối khoảng 300 500 kg, 16 tấn ôxi (rừng thông 30 tấn, rừng trồng 3 - 10 tấn). Mỗi người một năm cần 4.000 kg O2 tương ứng với lượng ôxi do 1.000 - 3.000 m² cây xanh tạo ra trong một năm. Nhiệt độ không khí rừng thường thấp hơn nhiệt độ đất trống khoảng 3 - 5°C. Rừng bảo vệ và ngăn chặn gió bão. Lượng đất xói mòn của vùng đất có rừng chỉ bằng 10% lượng đất xói mòn của vùng đất không có rừng. Rừng là nguồn gen vô tận của con người, là nới cư trú của các loài động thực vật quý hiếm.Vì vậy tỉ lệ đất có rừng che phủ của một quốc gia là một chỉ tiêu an ninh môi trường quan trọng (diện tích đất có rừng đảm bảo an toàn môi trường của một quốc gia tối ưu là ≥ 45% tổng diện tích). - Các hiện tượng vật lí liên quan tới vai trò của rừng. + Hiện tượng mao dẫn: Hiện tượng chất lỏng trong ống có tiết diện nhỏ được dâng lên hoặc hạ xuống so với mực chất lỏng trong bình. Các ống có tiết diện nhỏ, trong đó xảy ra hiện tượng mao dẫn, gọi là ống mao dẫn hay mao quản. Bằng những lí luận và phép tính phức tạp người ta có thể giải thích được hiện tượng mao dẫn bằng lực căng bề mặt và khả năng làm dính ướt thành ống của chất lỏng, đồng thời tính được độ dâng h của mặt thoáng chất lỏng trong ống mao dẫn theo công thức h  4 . Trong đó σ là Dgd hệ số căng bề mặt của chất lỏng; D là khối lượng riêng của chất lỏng; g là gia tốc trọng trường và d là đường kính bên trong của ống. Trong trường hợp chất lỏng hoàn toàn không làm dính ướt ống thì công thức trên cho ta độ hạ mặt thoáng trong ống mao dẫn. Có thể làm thí nghiệm đo độ dâng mặt thoáng h và nghiệm lại công thức. Trong tự nhiên có rất nhiều vật có cấu tạo giống nhau như một hệ thống các ống mao dẫn. Rễ cây và thân cây có một hệ thống các ống dẫn có đường kính nhỏ hơn một phần trăm milimet. Giấy thấm gồm một mạng lưới các sợi giấy ghép sát nhau tạo thành những ống mao dẫn. Bấc đèn cũng có một hệ thống các ống dài rất nhỏ do các sợi vải tạo nên... Nhờ có hệ thống các ống mao dẫn này mà những vật nói trên có khả năng hút một số chất lỏng lên cao. + Hiện tượng quang hợp, chu trình cácbon: [16] Sự tổng hợp chất hữu cơ nhờ năng lượng ánh sáng do diệp lục hấp thụ (trừ một nhóm nhỏ vi khuẩn có thể quang tổng hợp từ các hợp chất vô cơ) ở tất cả các cây xanh, một số sinh vật nhân sơ (tảo lam, một số vi khuẩn). Ở cây xanh, quang hợp xảy ra trong lục lạp của lá. Quang hợp là nguồn cung cấp cacbon và năng lượng cho tất cả các sinh vật (trừ sinh vật hoá tự dưỡng). Cơ chế quang hợp rất phức tạp, gồm hai giai đoạn: phản ứng sáng, phản ứng tối. Phản ứng chung của quang hợp ở cây xanh có thể tóm tắt bằng phương trình: (năng lượng ánh sáng) 6CO2 + 6H2O 6(CH2O) + 6O2 diệp lục (cây xanh) Trong phản ứng sáng, năng lượng ánh sáng được chất diệp lục và các sắc tố khác hấp thụ và bắt đầu một chuỗi các phản ứng hoá học mà trong đó, nước và ôxi được giải phóng. Hiđrô từ nước đính với các phân tử khác và được sử dụng để khử cacbon đioxit thành cacbon hiđrat trong phản ứng tiếp theo. Phản ứng sáng liên quan đến sự chuyển ADP thành ATP trong quá trình photphoryl hoá. Quá trình này xảy ra cùng phản ứng chuyển điện tử, bắt nguồn từ hai hệ thống: sắc tố và quang hoá I và II. Mỗi hệ thống có sự tham gia của các dạng clorophin a, các sắc tố phụ và các chất mang điện tử được sắp xếp chặt chẽ. Các phân tử sắc tố giải phóng ra các điện tử khi được hoạt hoá do năng lượng ánh sáng và các điện tử từ các sắc tố kích thích chuyển đến các phân tử diệp lục đặc biệt, hấp thụ ánh sáng có bước sóng dài và hoạt động như những chiếc bẫy năng lượng. Tên các bẫy năng lượng đặt theo tên bước sóng ánh sáng mà nó hấp thụ (tính bằng nanomét), vd. P680 trong hệ thống quang hoá II, P700 trong hệ thống quang hoá I. Những điện tử đó chuyển đến các chất nhận điện tử. Quá trình quang photphoryl hoá có thể diễn ra theo chu trình vòng kín hoặc vòng hở. Trong quang photphoryl hoá vòng hở thì nước đóng vai trò chất cho điện tử ở chỗ hở của vòng. Các sản phẩm của chu trình này là ôxi, ATP và NADPH. Ion hiđro từ nước cuối cùng sẽ kết hợp với điện tử để khử NADP. Hai hệ thống sắc tố đó đều có liên quan với nhau. Trong quá trình photphoryl hoá vòng, sản phẩm độc nhất là ATP chỉ liên quan đến hệ thống quang hoá I. Đó có thể là quá trình được sử dụng để tạo thêm ATP. Trong quá trình thực hiện các phản ứng tối, ATP và NADPH sinh ra trong các phản ứng sáng được sử dụng để khử cacbon đioxit thành hiđrat cacbon. Các phản ứng này xảy ra trong dung dịch. Ở sinh vật nhân chuẩn, nó xảy ra trong cơ chất của lục lạp. Cacbon đioxit trước tiên được cố định do phối hợp với đường 5 cacbon ribulozơđiphotphat (RUDP) để tạo nên hai phân tử acid photphoglixeric (PGA) là sản phẩm đầu tiên của QH. PGA bị khử thành photphoglixeranđehit (triozophophat) do sử dụng NADPH và một số ATP. Một số triozophophat và ATP còn lại được dùng trong phục hồi chất nhận cacbon đioxit và RUDP và qua một phức hệ chu trình gồm photphat đường 3, 4, 5, 6 và 7 cacbon. Các triozophotphat còn lại được sử dụng để tổng hợp hiđrat cacbon, protein và những chất khác. Chu trình này do Canvin (M. Calvin; nhà hoá sinh học Hoa Kì) phát hiện khi nghiên cứu tảo lục Chlorella, sử dụng đồng vị phóng xạ 14 C và sắc kí trên giấy để xác định hợp chất trung gian. Hiện nay, chu trình này được gọi là chu trình Canvin. [17] Hình 5. Chu trình cacbon Chu trình cacbon: Chu trình mà cacbon luân chuyển trong môi trường được gọi là chu trình cacbon. Trong những điều kiện của Trái Đất, sự chuyển hóa từ một đồng vị sang một đồng vị khác là rất hiếm. Vì thế, đối với các mục đích thực tiễn, khối lượng của cacbon trên Trái Đất có thể coi là một hằng số. Vì vậy các quá trình sử dụng cacbon phải thu nhận nó từ một nơi nào đó và giải phóng nó ở một nơi nào khác. Ví dụ, thực vật lấy cacbon điôxit từ môi trường và sử dụng nó để tạo ra khối lượng sinh học. Một số trong khối lượng sinh học này được động vật ăn, ở đó một phần chúng cuối cùng lại được thải ra dưới dạng cacbon điôxit. Chu trình cacbon trong thực tế phức tạp hơn nhiều so với ví dụ nhỏ này; ví dụ, một phần cacbon điôxít bị hòa tan trong nước biển; các động thực vật chết có thể trở thành đá trầm tích v.v… Hàng năm, trên Trái Đất nhờ quang hợp của thực vật đã tạo ra 150 tỉ tấn chất hữu cơ, tiêu thụ 300 tỉ tấn điôxit cacbon và phát thải 200 tỉ tấn ôxi. Quá trình sinh lí này của thực vật rất quan trọng đối với sự sống của con người (mỗi người cần 400 kg ôxi/năm, tính ra cần có 0,1 - 0,3 ha rừng). Trong điều kiện của những khu công nghiệp tập trung, khói bụi và không khí chứa nhiều hoá chất thì quá trình sinh lí của cây không được diễn ra bình thường, do đó khả năng quang hợp của cây giảm đi nhiều. Năng suất quang hợp của rừng phụ thuộc nhiều vào kiểu rừng và loại cây. Ở rừng kín rậm ôn đới khả năng hấp thụ CO2 khoảng 20 25 tấn/ha/năm và thải ra 15 - 18 tấn oxi/ha/năm, tạo ra 14 - 18 tấn/ha/năm chất hữu cơ. Ở rừng mưa nhiệt đới thường xanh, mức hấp thụ điôxit cacbon khoảng 150 tấn/ha/năm, thải 110 tấn ôxi/ha/năm, tạo ra 40 tấn/ha/năm chất hữu cơ. Ngược lại, chất hữu cơ nói chung và những hợp chất tạo thành thực vật nói riêng khi bị phân giải do bị đốt cháy, thuỷ phân hay bị vi sinh vật... tác động là nguồn phát thải khí CO 2 và các khí khác trong thành phần khí nhà kính. Khi rừng bị cháy, trong khói tạo ra không chỉ điôxit cacbon mà còn có các loại khí khác do xác động vật sản sinh ra. Khi rừng bị chặt phá thì quá trình phân giải của thực vật còn lại trong rừng cũng phát thải điôxit cacbon và các khí khác tuy ở mức độ thấp hơn cháy rừng. Khi một diện tích rừng bị mất thảm thực vật thì tác hại xảy ra trên hai khía cạnh: Mất khả năng hấp thụ điôxit cacbon mặt khác, sinh khối bị phân giải là nguồn phát thải khí nhà kính. Khả năng hấp thụ điôxit cacbon hay phát thải khí nhà kính phụ thuộc chủ yếu vào thảm thực vật rừng. + Thế năng dòng nước. Có thể tính được thế năng của dòng nước theo công thức: giả sử chiều cao của thác nước h, lưu lượng của dòng chảy trong một đơn vị thời gian m/t, m là khối lượng nước, thì công suất của dòng chảy sẽ là: N = mgh/t. Dòng chảy này có thể gây ra tác hại sói mòn đất, nếu dòng chảy lớn (như lũ ống) có thể cuốn trôi hoa màu, nhà cửa hoặc phá hoại các công trình. Cũng có thể khai thác thế năng dòng nước để sản suất điện năng (thủy điện). 2.2.2. Ô nhiễm nước [18] - Vai trò của nước đối với sự sống: Cuộc sống trên Trái Đất bắt nguồn từ trong nước. Tất cả các sự sống trên Trái Đất đều phụ thuộc vào nước và vòng tuần hoàn nước. Nước có ảnh hưởng quyết định đến khí hậu và là nguyên nhân tạo ra thời tiết. Hơn 70% diện tích của Trái Đất được bao phủ bởi nước. Lượng nước trên Trái Đất có vào khoảng 1,38 tỉ km³. Trong đó 97,4% là nước mặn trong các đại dương trên thế giới, phần còn lại, 2,6% là nước ngọt, tồn tại chủ yếu dưới dạng băng tuyết đóng ở hai cực và trên các ngọn núi, chỉ có 0,3% nước trên toàn thế giới (hay 3,6 triệu km³) là có thể sử dụng làm nước uống. Việc cung cấp nước uống sẽ là một trong những thử thách lớn nhất của loài người trong vài thập niên tới đây. Nguồn nước cũng đã là nguyên nhân gây ra một trong những cuộc chiến tranh ở Trung Cận Đông. Ở Việt Nam: lượng nước dồi dào, gấp 3 lần bình quân trên thế giới (17.000 m 3/năm - 1 người). Nước được sử dụng trong công nghiệp từ lâu như là nguồn nhiên liệu (cối xay nước, máy hơi nước, nhà máy thủy điện), là chất trao đổi nhiệt. Nhà triết học người Hy Lạp Empedocles đã coi nước là một trong bốn nguồn gốc tạo ra vật chất (bên cạnh lửa, đất và không khí). Nước cũng nằm trong Ngũ hành của triết học cổ Trung Hoa. Hình 6. Biểu đồ phân bổ nước trên Trái Đất (Nguồn: Wikipedia) - Ô nhiễm nước: Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lí - hoá học - sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật, làm giảm độ đa dạng sinh vật trong nước. Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất. Nước bị ô nhiễm là do sự phú dưỡng xảy ra chủ yếu ở các khu vực nước ngọt và các vùng ven biển, vùng biển khép kín. Phú dưỡng là hiện tượng nồng độ các chất dinh dưỡng, đặc biệt là N, P tăng quá cao! Do lượng muối khoáng và hàm lượng các chất hữu cơ quá dư thừa làm cho các quần thể sinh vật trong nước không thể đồng hoá được. Kết quả làm cho hàm lượng ôxi trong nước giảm đột ngột, các khí độc tăng lên, tăng độ đục của nước, gây suy thoái thủy vực. Ở các đại dương là nguyên nhân chính gây ô nhiễm đó là các sự cố tràn dầu. Ô nhiễm nước có nguyên nhân từ các loại chất thải và nước thải công nghiệp được thải ra lưu vực các con sông mà chưa qua xử lí đúng mức; các loại phân bón hoá học và thuốc trừ sâu ngấm vào nguồn nước ngầm và nước ao hồ; nước thải sinh hoạt được thải ra từ các khu dân cư ven sông. - Tình hình ô nhiễm nước: Ở châu Âu: Tổng lượng nước thải sinh hoạt và công nghiệp vào nước mặn là: 140 triệu m3/ngày ở Pháp, 34 triệu tấn/ngày ở Hà Lan... nhiều con sông hồ bị ô nhiễm. Hoa Kỳ: hàng năm hơn 90 tỉ m3 nước thải công nghiệp, 400 tấn thuỷ ngân dùng trong thuốc trừ sâu, cỏ dại. Ở Việt Nam, công nghiệp phát triển, dân số tăng nhanh, đô thị hoá mạnh nên nhiều con sông bị ô nhiễm: Sông cầu Thái Nguyên, sông Tô lịch Hà Nội, sông Thị Vải Thành phố Hồ Chí Minh,… - Các dạng ô nhiễm nguồn nước: Ô nhiễm hoá học: Chất hữu cơ phân huỷ trong nước; Hoá chất vô cơ: axit, kiềm, các ion kim loại nặng (chì Pb2+, đồng Cu2+; ion Nhôm Al3+; Thuỷ ngân Hg; ion Nitorat NO; ion phốt phát PO43-...), thuốc trừ sâu [19] Ô nhiễm Vật lí: Ô nhiễm nhiệt nguồn nước do chất thải nước đục, đổi màu  giảm ôxi hoà tan  phân huỷ yếm khí tăng  thoát ra chất độc hại; Ô nhiễm sinh - lí học: Chất thải trong nước làm cho nước có mùi và vị bất thường; Ô nhiễm sinh học: Nước thải cống rãnh, bệnh viện  nhiều vi khuẩn gây bệnh, tảo, nấm, kí sinh trùng  nhiều bệnh dịch truyền nhiễm nguy hiểm. - Các hiện tượng vật lí liên quan tới nước và sự ô nhiễm nước: Hình 7. Sơ đồ vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên (Nguồn: Wikipedia) Vòng tuần hoàn nước (Hình 7) trong tự nhiên gắn liền với nhiều hiện tượng vật lí (Sự chuyển thể: bốc hơi, sự ngưng tụ hơi nước, băng tan; thế năng của nước, giáng thủy, hiện tượng mao dẫn,…) và có liên quan nhiều tới sự ô nhiễm nước. Giáng thủy là tên gọi chung các hiện tượng nước thoát ra khỏi những đám mây dưới các dạng lỏng (mưa) và dạng rắn (mưa tuyết, mưa đá), nhằm phân biệt với các hiện tượng nước tách ra từ không khí (sương, sương băng). [20]