47 48 Chơng 2 ảnh hởng của sự ô nhiễm khí quyển tới con ngời, thế giới thực vật v động vật 2.1. Mở đầu Tất cả các chất lm ô nhiễm không khí khí quyển ở mức độ nhiều hoặc ít đều ảnh hởng xấu tới sức khỏe con ngời. Những chất ny đi vo cơ thể con ngời chủ yếu qua hệ thống hít thở. Các cơ quan hít thở chịu ảnh hởng ô nhiễm trực tiếp, vì gần 50 % các hạt tạp chất với bán kính 0,010,1 m xâm nhập vo phổi sẽ lắng đọng tại đó. Khi xâm nhập vo cơ thể, các hạt gây nên hiệu ứng độc, vì chúng: a) độc theo bản chất hóa học hoặc lý học của mình; b) tạo thnh nhiễu đối với một hoặc một số cơ chế bảo đảm lm sạch đờng hô hấp; c) lm vật mang chất độc do cơ thể hấp thụ. Phân tích thống kê đã cho phép xác lập một cách khá tin cậy sự phụ thuộc giữa mức ô nhiễm không khí v những bệnh nh tổn thơng các tuyến hô hấp trên, trụy tim, viêm phế quản, hen, viêm phổi, emphysema phổi v các bệnh về mắt. Sự tăng mạnh nồng độ tạp chất duy trì trong vòng một số ngy sẽ lm tăng tỉ lệ tử vong những ngời đứng tuổi do các bệnh đờng hô hấp v tim mạch. Tháng mời hai năm 1930, ở thung lũng sông Maas (Bỉ), ngời ta ghi nhận một đợt ô nhiễm không khí mạnh trong ba ngy liền; kết quả l hng trăm ngời đã bị ngã bệnh v 60 ngời chết hơn 10 lần cao hơn tỉ lệ tử vong trung bình. Tháng giêng năm 1931, ở vùng Manchester (Anh), 9 ngy liền quan sát thấy không khí nhiễm bụi mạnh v l nguyên nhân tử vong của 592 ngời. Ngời ta còn đợc biết nh ững trờng hợp ô nhiễm khí quyển mạnh ở Luân đôn gắn liền với kết cục tử vong nhiều sinh mạng. Năm 1873, ở Luân đôn, đã ghi nhận 268 trờng hợp tử vong bất ngờ. Bụi khói mạnh kết hợp với sơng mù trong thời kỳ từ 5 đến 8 tháng mời hai năm 1852 đã lm chết hơn 4 000 dân nội thnh Luân đôn. Tháng giêng năm 1956, gần 1000 ngời Luân đôn chết do một vụ bụi khói kéo di. Phần lớn những ngời chết bất ngờ đã bị viêm phế quản, emphysema phổi hay các bệnh tim mạch. Nh hình 2.1 cho thấy, nguyên nhân chủ yếu của những kết cục tử vong l sự ô nhiễm không khí khí quyển. Hình 2.1. Số trờng hợp tử vong (1), nồng độ điôxit lu huỳnh (2) v khói (3) trong khí quyển ở Luân đôn tháng 12 năm 1952 2.2. Ôxit cacbon Nồng độ CO vợt trên nồng độ tới hạn cho phép sẽ dẫn tới những biến đổi sinh lý trong cơ thể ngời, còn nồng độ cao hơn 750 phần triệu tử vong. Điều ny l do CO một chất khí 49 50 hoạt tính cao, dễ liên kết với hồng cầu (hồng huyết cầu). Khi liên kết tạo thnh cacboxihemoglobin (cao hơn chuẩn 0,4 %), hm lợng chất ny trong máu sẽ kéo theo: a) sự suy giảm thị lực v khả năng đánh giá độ di các khoảng thời gian, b) sự rối loạn một số chức năng tâm lý về chuyển động của não bộ (với hm lợng 25 %), c) những thay đổi trong hoạt động của tim v phổi (với hm lợng hơn 5 %), d) các cơn đau đầu, buồn ngủ, co giật, h hại chức năng thở v tử vong (với hm lợng 1080 %). Mức độ tác động của ôxit cacbon tới cơ thể phụ thuộc không chỉ vo nồng độ của nó, m cả vo thời gian con ngời sống (tiếp xúc) với không khí nhiễm CO. Thật vậy, với nồng độ CO bằng 1050 phần triệu (thờng quan sát thấy trong khí quyển ở các quảng trờng v đờng phố của các thnh phố lớn), khi tiếp xúc 5060 phút sẽ nhận thấy những rối loạn đã dẫn trong mục (a), tiếp xúc 68 giờ 6 tuần quan sát thấy những thay đổi đã chỉ ra trong mục (b). Sự rối loạn thở, co giật, mất trí nhớ đợc quan sát thấy với nồng độ CO bằng 200 phần triệu v thời gian tiếp xúc 12 giờ trong điều kiện công việc nặng v 36 giờ trong điều kiện nghỉ ngơi. Rất may l sự tạo thnh carboxihemoglobin trong máu l quá trình thuận nghịch: khi ngừng hít thở CO thì carboxihemoglobin bắt đầu dần dần thoát ra khỏi máu; ở ngời khỏe mạnh hm lợng CO trong máu cứ sau 34 giờ giảm đi hai lần. Ôxit cacbon chất rất bền vững; thời gian tồn tại của nó trong khí quyển bằng 24 tháng. Với nhập lợng hng năm 350 triệu tấn, nồng độ CO trong khí quyển phải tăng lên khoảng 0,03 phần triệu một năm. Nhng rất may l điều ny không xảy ra, v ta phải biết ơn các loại nấm trong đất l chính, chúng rất tích cực phân hủy CO (ngoi ra sự chuyển hóa CO thnh CO 2 cũng có một vai trò no đó). 2.3. Điôxit lu huỳnh v sunphua anhyđrit Điôxit lu huỳnh (SO 2 ) v sunphua anhyđrit (SO 3 ) trong tổ hợp với các hạt lơ lửng v hơi ẩm có tác hại nhất tới con ngời, các cơ thể sống v những giá trị vật chất. SO 2 chất khí không mu v không cháy, với nồng độ trong không khí 0,31,0 phần triệu bắt đầu cảm thấy mùi của nó, còn với nồng độ cao hơn 3 phần triệu SO 2 có mùi gắt khó chịu. Điôxit lu huỳnh trong hỗn hợp với những hạt rắn v axit sunphuric (một chất kích thích mạnh hơn SO 2 ) ngay với hm lợng trung bình năm 0,040,09 phần triệu v nồng độ khói 150200 mg/m 3 sẽ lm tăng các triệu chứng khó thở v các bệnh phổi, còn với hm lợng SO 2 trung bình ngy 0,20,5 phần triệu v nồng độ khói 500700 mg/m 3 quan sát thấy tăng mạnh số bệnh nhân v tử vong. Với nồng độ SO 2 0,30,5 phần triệu trong thời gian một số ngy sẽ xảy ra gây hại mãn tính đối với lá thực vật (đặc biệt l rau muống, x lách, bông, bạch dơng ). 2.4. Các ôxit nitơ v một số chất khác Các ôxit nitơ (trớc hết l điôxit nitơ độc NO 2 ), dới sự xúc tác của bức xạ Mặt Trời cực tím, liên kết với các hyđrô cacbua (trong số đó oleophin có khả năng phản ứng lớn nhất), tạo thnh peroxilathetilnitrat (PAN) v các chất ôxy hóa quang hóa khác, trong đó có peroxibenzoilnitrat (PBN), ôzôn (O 3 ), H 2 O 2 , điôxit nitơ. Những chất ôxy hóa ny l những hợp phần cơ bản của hỗn hợp khói mù quang hóa, khói ny có tần suất lặp lại rất 51 52 cao tại những thnh phố ô nhiễm nặng nằm ở các vĩ độ thấp của bắc v nam bán cầu (LosAngeles với gần 200 ngy trong năm có khói mù, Chicago, NewYork v các thnh phố khác của Mỹ; một loạt các thnh phố của Nhật, Thổ Nhĩ Kỳ, Pháp, Tây Ban Nha, Italia, châu Phi v Nam Mỹ). Đánh giá về tốc độ các phản ứng quang hóa dẫn tới sự tạo thnh PAN, PBN v ôzôn cho thấy rằng ở nhiều thnh phố phơng nam của Liên Xô, mùa hè vo những giờ gần tra (khi nhập lợng bức xạ cực tím lớn), những tốc độ ny vợt trên giá trị m bắt đầu từ đó ngời ta nhận thấy khói mù đợc tạo thnh. Thật vậy, ở AlmaAta, Erevan, Tbilisi, Askhabađ, Baku, Ôđesa v các thnh phố khác, tại những mức ô nhiễm không khí đợc quan trắc, tốc độ cực đại tạo thnh O 3 đã đạt tới 0,700,85 mg/(m 3 .giờ), trong khi khói mù xuất hiện ngay tại tốc độ 0,35 mg/(m 3 .giờ). Sự có mặt của điôxit nitơ v iôđua kali trong thnh phần của PAN lm cho khói mù có sắc nâu. Khi ngng kết, PAN rơi xuống mặt đất dới dạng lớp mng lỏng có tác động hủy diệt đối với thảm thực vật. Tất cả những chất ôxy hóa, trớc hết l PAN v PBN, kích thích mạnh v gây viêm mắt, khi ở trong tổ hợp với ôzôn nó kích thích vòm họng, dẫn tới co giật khoang ngực, còn với nồng độ cao (hơn 34 mg/m 3 ) nó gây ho nặng v lm suy giảm khả năng tập trung. Ta sẽ nêu ra một số chất khác lm ô nhiễm không khí, tác hại tới con ngời. Đã xác định đợc rằng, ở những ngời m nghề nghiệp có tiếp xúc với asbest thì xác suất các bệnh ng th thanh quản v vách ngăn giữa khoang ngực v khoang bụng cao hơn. Berili có tác hại (kể cả lm xuất hiện các chứng bệnh khối u) tới đờng hô hấp, da v mắt. Hơi thủy ngân gây rối loạn hệ thần kinh trung ơng v thận. Vì thủy ngân có thể tích tụ trong cơ thể ngời, nên kết cục tác động của nó dẫn đến tn phá những khả năng trí tuệ. ở các thnh phố, do sự ô nhiễm không khí liên tục tăng, nên số ngời mắc các chứng bệnh nh viêm phế quản mãn tính, emphysema phổi, các bệnh dị ứng v ung th phổi ngy cng nhiều. ở Anh, 10 % trờng hợp tử vong thuộc về viêm phế quản mãn, trong đó 21 % dân c ở độ tuổi 4059 bị bệnh ny. ở Nhật, tại một loạt thnh phố có tới 60 % c dân bị viêm phế quản mãn tính, triệu chứng của bệnh l ho khan kèm thở hắt, tiếp theo l khó thở v trụy tim (nhân đây phải nhận xét rằng, cái gọi l điều kỳ diệu kinh tế Nhật Bản những năm 5060 đã đồng hnh với nạn ô nhiễm nặng môi trờng tự nhiên của một trong những vùng đẹp n hất của Trái Đất v tổn thất nghiêm trọng đối với sức khỏe c dân nớc ny). Trong những thập niên gần đây, số bệnh nhân ng th phế quản v phổi, với các hyđrô cacbua gây ung th l tác nhân, đang tăng nhanh với tốc độ rất đáng ngại. 2.5. ảnh hởng của các chất phóng xạ tới thế giới thực vật v động vật Một số nguyên tố hóa học có tính phóng xạ: chúng tự phân hủy v biến thnh những nguyên tố với số thứ tự khác kèm theo sự phát xạ. Khi phân hủy chất phóng xạ, khối lợng chất đó giảm dần với thời gian. Về lý thuyết thì ton bộ khối lợng của nguyên tố phóng xạ sẽ tiêu hủy sau thời gian lớn vô hạn. Thời gian m trong đó khối lợng giảm một nửa đợc gọi l chu kỳ bán phân hủy. Đối với những chất phóng xạ khác nhau, chu kỳ bán phân hủy biến đổi trong phạm vi rộng: từ một số giờ (với 41 Ar bằng 2 giờ) đến một số tỉ năm (với 238 U 4,5 tỉ năm). Cuộc đấu tranh với sự ô nhiễm phóng xạ môi trờng chỉ có 53 54 thể mang tính chất cảnh báo, bởi vì không hề tồn tại một phơng pháp phân hủy sinh học hay cơ chế no khác cho phép lm trung hòa đợc dạng ô nhiễm môi trờng tự nhiên ny. Nguy hiểm nhất l những chất phóng xạ với chu kỳ bán phân hủy từ vi tuần tới vi năm: khoảng thời gian ny đủ để các chất ny thâm nhập vo cơ thể thực vật v động vật. Lan truyền cùng với chuỗi thức ăn (từ thực vật tới động vật), các chất phóng xạ cùng với các sản phẩm thức ăn nhập vo cơ thể ngời v có thể tích lũy tới một lợng có khả năng gây hại sức khỏe con ngời. Với cùng một mức ô nhiễm môi trờng nh nhau, những đồng vị của các nguyên tố đơn giản ( 14 C, 32 P, 45 Ca, 35 S, 3 H v các nguyên tố khác) l những hợp phần chính của chất sống (của thực vật v động vật) nên chúng nguy hiểm hơn so với những chất phóng xạ ít gặp v cơ thể ít hấp thụ. Nguy hiểm nhất trong số các chất phóng xạ, 90 Sr v 137 Cs đợc tạo thnh bởi những vụ nổ hạt nhân trong khí quyển cũng nh đi vo môi trờng cùng với phát thải của công nghiệp nguyên tử. Nhờ tính chất hóa học giống với canxi, 90 Sr dễ xâm nhập vo mô xơng của động vật có xơng sống, trong khi 137 Cs tích tụ trong cơ, lm cản trở cali. Sự phát xạ của các chất phóng xạ có tác động nh sau tới các cơ thể: Lm suy yếu cơ thể bị xạ, giảm tốc độ tăng trởng, giảm sức chống đối bệnh dịch v sức đề kháng của cơ thể; Rút ngắn thời gian sống, cắt giảm những chỉ số tăng trởng tự nhiên do sự thanh trùng tạm thời hay hon ton; Bằng các cách khác nhau lm tổn thơng gien v những hậu quả ny sẽ biểu lộ ở các thế hệ thứ hai hay thứ ba; Có tác động tích lũy, gây nên những hiệu ứng không đảo ngợc đợc. Mức nặng nề của những hậu quả bức xạ phụ thuộc vo lợng năng lợng (bức xạ) do chất phóng xạ phát ra m cơ thể hấp thụ. Đơn vị của năng lợng ny l 1 R đó l cấp độ bức xạ tại đó 1 g chất sống hấp thụ 5 10 J năng lợng. Đã xác lập đợc rằng, với cấp độ vợt trên 1000 R, con ngời sẽ chết; cấp độ 700 v 200 tơng ứng với kết cục tử vong tuần tự l 90 v 10 % trờng hợp; trờng hợp cấp độ 100 R con ngời sống sót, nhng xác suất bị bệnh ung th cũng nh xác suất vô sinh hon ton tăng lên rất nhiều. Các vụ nổ thử bom nguyên tử v khinh khí tiến hnh nhiều vo những năm 19541962 đã gây ô nhiễm nhiều nhất. Tới năm 1963, khi kí kết Hiệp ớc cấm thử vũ khí hật nhân trong khí quyển, vũ trụ v dới nớc, thì trong khí quyển đã tích lũy những sản phẩm nổ với tổng công suất hơn 170 Mega tấn (xấp xỉ với công suất nổ 8 500 quả bom tơng tự nh quả bom ném xuống Hirôsima). Nguồn tạp chất phóng xạ thứ hai đó l từ công nghiệp nguyên tử. Các tạp chất đi vo môi trờng trong khi khai thác v lm giu nguyên liệu khoáng, sử dụng nó trong các lò phản ứng, chế biến nhiên liệu hạt nhân trong các hệ thống lò. Sự ô nhiễm môi trờng nặng nề nhất liên quan tới những nh máy lm giu v chế biến nhiên liệu nguyên tử. Phần lớn các tạp chất phóng xạ chứa trong nớc thải đợc thu gom v bảo quản trong những bình kín. Tuy nhiên 85 Kr, 133 Xe v một phần 131 I xâm nhập vo khí quyển từ các hệ thống bốc hơi dùng để cô đặc các chất thải phóng xạ. Triti v một phần các sản phẩm phân hủy ( 90 Sr, 137 Cs, 105 Ru, 131 I) bị thải vo sông v biển cùng với các chất lỏng ít phóng xạ (một nh máy không lớn sản xuất nhiên liệu nguyên tử hng năm thải 500 đến 1500 tấn nớc 55 56 nhiễm các đồng vị ny). Theo các ớc lợng hiện có, đến năm 2000 lợng chất thải năm của công nghiệp nguyên tử ở Mỹ sẽ đạt 4250 tấn (tơng đơng với khối lợng chất thải có đợc khi nổ 8 triệu quả bom cùng loại đã ném xuống Hirôsima). Để vô hiệu hóa các chất thải phóng xạ đến độ hon ton không nguy hiểm, cần một thời gian bằng khoảng 20 chu kỳ bán phân hủy (gần 640 năm đối với 137 Cs v 490 nghìn năm đối với 239 Ru). Chắc gì có thể tin rằng các côngtơnơ chứa chất thải giữ kín đợc trong thời gian di nh vậy. Nh vậy, việc cất giữ các chất thải của ngnh năng lợng nguyên tử l một vấn đề căng thẳng nhất để bảo vệ môi trờng khỏi bị nhiễm phóng xạ. Thật ra, về mặt lý thuyết có thể xây dựng những nh máy phát điện nguyên tử với lợng tạp chất thải thực tế bằng không. Nhng trong trờng hợp đó sản xuất năng lợng tại nh máy điện nguyên tử sẽ đắt hơn nhiều so với nh máy nhiệt điện. Vì sản xuất năng lợng dựa trên nhiên liệu khoáng sản (than, dầu, khí) cũng kèm theo sự ô nhiễm môi trờng, còn trữ lợng bản thân nhiên liệu khoáng có hạn, nên phần lớn các nh nghiên cứu về những vấn đề năng lợng v bảo tồn môi trờng đã đi đến kết luận: ngnh năng lợng nguyên tử không những có khả năng đáp ứng tất cả những nhu cầu ngy cng tăng của xã hội về năng lợng, m còn đảm bảo bảo tồn môi trờng thiên nhiên v con ngời tốt hơn so với việc sản xuất cùng lợng năng lợng đó bằng các nguồn hóa học (đốt hyđrô cacbua). ở đây phải đặc biệt chú trọng tới những biện pháp loại trừ nguy cơ ô nhiễm môi trờng bởi phóng xạ (ngay cả trong tơng lai xa), thí dụ nh đảm bảo sự độc lập của các cơ quan kiểm soát đổ thải với các ngnh chịu trách nhiệm sản xuất năng lợng nguyên tử. Ngời ta đã thiết lập đợc những liều lợng bức xạ ion hóa cho phép tới hạn dựa trên yêu cầu sau: liều lợng phải không vợt quá hai lần giá trị trung bình của liều lợng bức xạ m con ngời chịu trong điều kiện tự nhiên. ở đây giả thiết rằng ngời ta thích nghi tốt với mức bức xạ tự nhiên của môi trờng. Hơn nữa, đợc biết có những nhóm ngời sống ở những vùng với độ bức xạ cao, vợt hơn nhiều độ bức xạ trung bình ton Trái Đất (thật vậy, tại một trong những vùng của Brazin, dân c nhận gần 1600 mRad một năm, tức lớn hơn 1020 lần liều lợng bức xạ thông thờng). Về trung bình, liều lợng bức xạ ion hóa m mỗi ngời trên hnh tinh nhận đợc dao động giữa 50 v 200 mRad, trong đó độ bức xạ tự nhiên (các tia vũ trụ) gần 25 mRad, độ bức xạ từ đất đá khoảng 50150 mRad. Cũng phải tính đến liều lợng m con ngời nhận từ các nguồn bức xạ nhân tạo. Thí dụ, ở Anh hng năm một ngời nhận gần 100 mRad trong chụp chiếu rơn ghen, khoảng 10 mRad bức xạ từ máy vô tuyến truyền hình, gần 3 mRad từ các chất thải của công nghiệp nguyên tử v ma phóng xạ. . vong l sự ô nhiễm không khí khí quyển. Hình 2 .1. Số trờng hợp tử vong (1) , nồng độ điôxit lu huỳnh (2) v khói (3) trong khí quyển ở Luân đôn tháng 12 năm 19 52 2. 2. Ôxit cacbon Nồng độ CO. 85 Kr, 13 3 Xe v một phần 13 1 I xâm nhập vo khí quyển từ các hệ thống bốc hơi dùng để cô đặc các chất thải phóng xạ. Triti v một phần các sản phẩm phân hủy ( 90 Sr, 13 7 Cs, 10 5 Ru, 13 1 I). hnh nhiều vo những năm 19 5 419 62 đã gây ô nhiễm nhiều nhất. Tới năm 19 63, khi kí kết Hiệp ớc cấm thử vũ khí hật nhân trong khí quyển, vũ trụ v dới nớc, thì trong khí quyển đã tích lũy những