Độc học môi trường part 4 potx

Đối với môi trường biển và môi trường xung quanh Làm mất mỹ quan môi trường biển do nước biển chuyển màu và có mùi hôi thối bốc lên do xác các sinh vật biển chết bị thối rữa, xác tảo ch

+ Nhức đầu kéo dài

+ Bệnh nhân bị ngứa da nhiều

+ Thân nhiệt cơ thể không ổn định, bị nóng lạnh thất thường + Không kiềm chế được cảm xúc, dễ nóng nảy cáu gắt

+ Bị đau các khớp xương và nhức mỏi cơ, có thể dẫn đến tê liệt

cơ bắp

+ Hay bị ảo giác và chóng mặt

+ Mạch không đều và huyết áp giảm

Những loài gây nhiễm độc: loài cá nhồng (Barracuda), cá Snapper, Amberjack, Kingfish, Mahi mahi và cá Mú Tuy nhiên phải tiêu thụ một lúc một lượng lớn thì mới nhiễm độc ngay

16.3.3 Nhiễm độc DSP (Diarrheic Shellfish Poisoning)

• Loài tảo gây ra: loài Dinophysis (D.acuminata, D caudata) và

loài Prorocentrum (P.lima, P.hoffmanianum)

• Độc tố gây ra: axít Okadaic, Pectenotoxins, Dinophysistoxins

• Triệu chứng bắt đầu xuất hiện sau khi cơ thể nhiễm độc từ 30 phút đến 12 giờ và sẽ biến mất sau 3 ngày

• Các triệu chứng cụ thể:

+ Nôn mửa và buồn nôn, đau bụng quằn quại

+ Tiêu chảy kéo dài

+ Cảm thấy ớn lạnh trong người

• Độc tố có thể bị nhiễm từ: sò (nằm trong tuyến tiêu hoá), trai và hến

16.3.4 Nhiễm độc NSP (Neurotoxic Shellfish Poisoning)

• Loài tảo gây ra: Karenia brevis

• Độc tố gây ra: Brevetoxins và derivatives

• Triệu chứng nhiễm độc xuất hiện sau vài giờ và sẽ kết thúc sau vài ngày

• Triệu chứng cụ thể:

+ Lưỡi, môi, cổ họng bị ngứa và có cảm giác bị tê

+ Bị đau cơ, có biểu hiện đau dạ dày

+ Bị chóng mặt, hoa mắt và choáng váng

• Các loài có thể lây nhiễm độc: trai, sò, hến…

16.3.5 Nhiễm độc PSP (Paralytic Shellfish Poisoning)

• Loài tảo gây ra: Gymnodinium catenatum

• Độc tố gây ra: Saxitoxin và Derivatives

• Triệu chứng nhiễm độc biểu hiện sau khi nhiễm độc từ 30 phút đến 3,5 giờ và sẽ mất đi sau vài ngày

• Triệu chứng cụ thể:

+ Ngứa da và bị tê cổ họng và các đầu ngón tay

+ Tình trạng cơ bắp nhức mỏi không ổn định

+ Da và cổ họng bị khô, cảm thấy uể oải và thường bị choáng,

bị tắt tiếng nói

+ Bị sốt và phát ban

+ Nôn mửa, tiêu chảy

• Nếu trường hợp nhiễm độc nồng độ cao thì hệ hô hấp không hoạt động và có thể bị tử vong sau 24 giờ

• Độc chất có thể bị nhiễm từ: trai, sò, hến, một số loài cua và tôm hùm

16.4 TÁC ĐỘNG ĐỘC CỦA THỦY TRIỀU ĐỎ LÊN SINH VẬT 16.4.1 Đối với môi trường biển và môi trường xung quanh

Làm mất mỹ quan môi trường biển do nước biển chuyển màu và có mùi hôi thối bốc lên do xác các sinh vật biển chết bị thối rữa, xác tảo chết… Khi đó bãi biển sẽ trở thành một bãi rác với các chất hữu

cơ hôi thối và độc hại, gây ô nhiễm cho môi trường đất, nước, không khí xung quanh Mùi tanh sẽ theo gió biển vào khu dân cư, gây ảnh hưởng đến sức khoẻ của người dân

Do tảo phát triển dày đặc nên ánh sáng mặt trời không chiếu sâu xuống mực nước biển, gây hại cho hệ sinh thái biển Ngoài ra, lượng oxy hòa tan trong nước giảm tạo điều kiện cho các vi sinh vật

kỵ khí phát triển, các vi khuẩn khử sulfat sẽ chuyển hoá sulfat trong nước biển thành khí Hydro Sulphide (H2S) gây mùi hôi thối; khí này còn có thể gây ăn mòn các vật liệu bằng sắt và gây ảnh hưởng hệ hô hấp của dân cư xung quanh

16.4.2 Đối với các sinh vật

Khi tảo phát triển bùng nổ sẽ tạo thành một lớp rất dày trên mặt nước, chúng sẽ cản trở ánh sáng chiếu xuống biển gây hại cho các loài sinh vật đáy Hơn nữa chúng sẽ tiêu thụ một lượng lớn oxy hòa tan trong nước gây giảm oxy đáng kể và điều này cũng dẫn đến cái chết của các loài sinh vật biển như: tôm, cua, sò, ốc … hay có thể gây chết hàng loạt đối với một số loài sinh vật biển khác

Nhiều loài tảo khác còn có thể gây hại cho các động vật có vú sống tại khu vực đó, tuy nhiên cũng có một số loài chỉ gây hại cho tôm cá chứ không gây hại đến sức khoẻ con người và các động vật có vú Một số loài động vật thân mềm khi nhiễm độc sẽ không làm chủ được sự hoạt động của các cơ và chúng không thể di chuyển được, biểu hiện nhiễm độc chỉ ở bên trong tế bào, không thể hiện ra bên ngoài nên rất khó nhận biết là chúng đã bị nhiễm độc Tỷ lệ gây chết đối với loài này là khoảng 55 – 69% Loài cua khi ăn thịt các

Hình 16.10: Cá chết do hiện tượng

thủy triều đỏ

động vật thân mềm bị nhiễm độc vẫn không bị nhiễm độc (theo Roberts et al., 1979)

16.4.2.1 Đối với cá

Khi bị nhiễm độc cá sẽ bị chết hàng loạt do chất độc từ tảo tiết ra hấp thu trực tiếp qua mang đi vào cơ thể Ngoài ra, chất độc còn xâm nhập vào các mô rất mãnh liệt Những biểu hiện khi cá bị nhiễm độc: + Cá co giật mạnh và bơi lung tung không định hướng

+ Cá đi ra phân nhiều hơn bình thường và nôn mửa thức ăn ra miệng nhiều

+ Vây ngực của cá bị tê liệt, vây đuôi bị cong gây khó khăn cho cá khi bơi và giữ thăng bằng

+ Tuần hoàn máu chậm hơn bình thường và khi đến cực điểm thì cá sẽ bị chết do không hô hấp được

Nồng độ tảo trung bình có thể gây chết cá là khoảng 2,5.105 tế bào tảo/1 lít nước, tuy nhiên thực tế có thể cao hơn hay thấp hơn tuỳ theo từng loại tảo với các độc tính khác nhau Thông thường thì các loài giáp xác như tôm, cua và nghêu, sò, hến ít bị ảnh hưởng bởi thuỷ triều đỏ do chúng có khả năng không trao đổi chất với môi trường nước xung quanh nên không bị nhiễm độc Chỉ một số ít loài tảo gây nhiễm độc cho chúng Tuy nhiên, nếu thời gian thủy triều đỏ tồn tại lâu cũng sẽ dẫn đến cái chết của chúng do đói vì không có thức ăn Đối với các loài sống trong vùng biển có hiện tượng thủy triều đỏ thì con người cũng không nên ăn thịt để bảo đảm an toàn sức khoẻ

16.4.2.2 Đối với chim và các loài động vật có vú khác

Trong khu vực xảy ra hiện tượng thủy triều đỏ người ta phát hiện có rất nhiều loài chim biển chết hoặc trong tình trạng sức khoẻ rất kém như: chim cốc (Double–crested cormorants), vịt mỏ nhọn ngực đỏ … Thông thường độc chất xâm nhập qua ba cách: qua đường hô hấp, qua thức ăn, qua nước uống Biểu hiện khi nhiễm độc:

+ Rất khó khăn khi bay, khi bay đầu cúi xuống đất (đối với các loài chim)

+ Nước mũi, nước mắt và dịch nhờn trong miệng chảy ra nhiều + Tuyến dầu bị rối loạn, áp huyết và thân nhiệt giảm và bị mất nước + Rất khó khăn cho việc hô hấp

16.4.3 Đối với nền kinh tế

• Gây ảnh hưởng đến sản lượng đánh bắt của các ngư dân, làm mất đi nguồn thu nhập của ngư dân

• Khi hiện tượng thủy triều đỏ xuất hiện ở bờ biển thì nền kinh tế địa phương, ngoài các khoản thiệt hại hữu hình do chúng gây ra, còn bị thiệt hại một khoản lợi nhuận không nhỏ từ hoạt động du lịch

• Tốn chi phí để dự báo hiện tượng thủy triều đỏ tại các vùng biển

• Khi thuỷ triều đỏ đã hết thì chi phí để giải quyết vấn đề môi trường do chúng để lại cũng là một khoản không nhỏ

• Chi phí chu cấp thuốc men và trợ cấp cho người dân bị nhiễm các độc chất từ tảo ở vùng bị xảy ra hiện tượng thủy triều đỏ

16.5 CÁC ĐƯỜNG ĐỘC CHẤT XÂM NHẬP VÀO CƠ THỂ SINH VẬT

Độc chất có thể xâm nhập vào cơ thể sinh vật qua nhiều cách khác nhau như:

• Hấp thu trực tiếp vào tế bào (đối với các loài hấp thu thức ăn bằng cách lọc chất dinh dưỡng từ nước như: bọt biển, động vật phiêu sinh, động vật thân mềm, loài giáp xác)

• Sinh vật sử dụng nước có độc chất do tế bào tiết ra hay sau khi tế bào đã chết (cá, sò, ốc…)

• Lây nhiễm từ môi trường không khí qua đường hô hấp (các loài động vật có vú, chim, rùa…)

• Nhiễm độc thông qua quá trình tích lũy sinh học

Đối với các sinh vật dưới nước, nhiễm độc xảy ra qua bốn đường chính sau:

+ Nhiễm độc do môi trường nước uống

+ Nhiễm độc do hô hấp

+ Nhiễm độc thông qua thức ăn hay trầm tích bùn chứa độc tố + Nhiễm độc trực tiếp

16.6 CÁC BIỆN PHÁP NGĂN NGỪA HIỆN TƯỢNG THỦY TRIỀU ĐỎ

Hiện nay nguồn chất thải hữu cơ do các hoạt động của con người tạo ra thải xuống biển chính là một trong những nguyên nhân chính làm cho thủy triều đỏ ngày càng xảy ra nhiều hơn và gây thiệt hại nhiều hơn Do đó cần có các biện pháp hạn chế như:

• Khuyến cáo người dân sử dụng phân bón đúng cách và không lạm dụng phân bón gây hiện tượng dư thừa phân bón trên đồng ruộng

• Trong lĩnh vực xử lý nước thải: xử lý phải có kế hoạch cho từng khu vực cụ thể tùy theo tính chất nước thải của từng vùng Chú

ý nồng độ chất hữu cơ giúp tảo có thể phát triển như nitơ và phospho không được vượt tiêu chuẩn thải

• Tránh thải trực tiếp phân và nước thải của thú nuôi ở các nông trại xuống sông, biển mà không qua xử lý

• Đối với ngành chăn nuôi thủy hải sản chú ý lượng thức ăn, tránh cho ăn dư thừa gây dư chất dinh dưỡng trong nước

• Chú ý đầu tư sức và tiền của cho công tác quan trắc theo dõi chất lượng nước biển và các thông số chất hữu cơ, nồng độ tảo trong nước biển để kịp thời ứng phó khi thủy triều đỏ xảy ra

• Ở những khu vực bờ biển có nguy cơ dễ bị nhiễm thuỷ triều đỏ hay các khu vực gần nơi có hiện tượng thuỷ triều đỏ, chính quyền cần để các bản thông báo và tuyên truyền giáo dục cho người dân tác hại của thuỷ triều đỏ Khuyến cáo mọi người không nên đánh bắt và sử dụng nguồn hải sản nơi có hiện tượng thủy triều đỏ

• Cần thành lập các tổ chức gồm các nhà chuyên môn trong các lĩnh vực có liên quan đến thủy triều đỏ để nghiên cứu, khảo sát các số liệu nhằm tạo điều kiện dễ dàng cho quá trình sự đoán hiện tượng thủy triều đỏ (ví dụ như tổ chức STAR (Solutions To Avoid

Red tide) ở Mỹ)

16.7 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHI THỦY TRIỀU ĐỎ XUẤT HIỆN

• Tăng sự khuấy động của nước biển để làm ảnh hưởng đến sự phát triển dày đặc của các tế bào tảo bằng các thiết bị cánh quạt (ví dụ thiết bị Couette)

• Nhanh chóng dọn dẹp xác động thực vật chết để hạn chế chất hữu cơ vì đó chính là nguồn dinh dưỡng cho tảo phát triển, đồng thời khuyến cáo người dân về ảnh hưởng của thuỷ triều đỏ

• Thực hiện ngay các khảo sát để xác định loài tảo nào phát triển chủ yếu gây nên hiện tượng để có các biện pháp xử lý và phòng tránh cụ thể

• Trong vài năm gần đây một số nước trên thế giới đã dùng đất sét để khống chế thủy triều đỏ

 Khống chế thủy triều đỏ bằng đất sét

Người ta sử dụng đất sét do chúng có đặc tính sau: có thể hấp thu các tế bào tảo rất tốt và chỉ bằng phương pháp cơ học đơn giản; Đất sét được pha với nước biển sẽ tạo thành một loại cốt liệu, người

ta phun trên mặt nước, sau khi kết hợp với tảo đất sét nặng và chìm xuống đáy biển, chúng sẽ được vớt lên sau đó và được xử lý; Đất sét có thể tiêu diệt tảo độc với hiệu suất khá cao, khoảng 80 – 90 % trong vòng 2 giờ; Khả năng hấp thu tảo của đất sét phụ thuộc vào các yếu tố như: loại đất sét, loài tảo gây ra thủy triều đỏ, giá trị pH của nước biển…

Để chuẩn bị đất sét, trong một vài trường hợp người ta thường pha thêm chất PAC (Polyhydroxy aluminum chloride) để tạo khả năng bám dính tế bào tảo tốt hơn Đất sét, sau khi hấp thu tảo, sẽ được đem quay ly tâm với tốc độ 2800 vòng/phút trong 4 phút Những viên đất sét này sẽ được khử trùng tảo bằng tia tử ngoại trong dung dịch aceton, sau đó quay ly tâm lần nữa Dùng các loại thuốc và vi sinh vật có khả năng diệt tảo và có thể dùng KMnO4 nồng độ 4mg/l hay ozon cũng có thể khử chất độc do tảo tiết ra một cách rất hiệu quả

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Lê Huy Bá, Lâm Minh Triết (2000), Sinh thái môi trường ứng dụng, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật

2 Đỗ Hồng Lan Chi, Lâm Minh Triết (2002), Vi sinh vật kỹ thuật môi trường, Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia TP

20 http://vm.cfsan.fda.gov/~frf/hamm01ab.html

21 http://www.afcd.gov.hk/fisheries/eng/e_aqenv.htm

22 http://www.whoi.edu/redtide/

23 http://www.floridamarine.org/features/category_sub.asp?id=1816

Ghi nhận sự đóng góp của Trần Nguyễn Thiên Ân

Ô nhiễm không khí gây ra nhiều hậu quả trực tiếp và gián tiếp đến sức khỏe con người, đến các hệ sinh thái, đến sản xuất, đến các công trình xây dựng, các tác phẩm nghệ thuật Ô nhiễm không khí kéo theo nhiều hiện tượng khác như mưa axit, hiệu ứng nhà kính, lỗ thủng tầng ozon, và đặc biệt là sương mù quang hóa,

17.1.1 Ô nhiễm không khí đô thị cổ điển

17.1.1.1 Tình hình chung

Ô nhiễm không khí ở đô thị cổ điển phát sinh ra thuật ngữ

“sương” là vấn đề của những thành phố Tây Âu và Bắc Mĩ vào những thập niên 1950 và 1960

Vào mùa đông không khí thường lạnh, đặc trưng bởi tốc độ gió chậm và tầng xáo trộn rất mỏng Các hạt khói, bồ hóng kết hợp với

hơi ẩm không khí tạo thành hỗn hợp màu vàng xanh mà người dân ở đây gọi là hiện tượng “súp đậu” Ngoài ra, cuộc cách mạng công nghiệp đầu thế kỉ 19, với việc dựa vào các nguyên liệu rẻ tiền, các nguyên liệu hoá thạch, đã thải vào môi trường những chất gây ô nhiễm như là: SO2, CO2, NO2 Hỗn hợp các chất này kết hợp với không khí ẩm tạo nên hiện tượng khói mù Các khói này kết hợp với các gốc sunfua làm cho hỗn hợp khí này có màu vàng xanh

Các hạt bồ hóng và khói trong không khí tạo thành hỗn hợp khói (smoke) và sương mù (fog); kết hợp hai thuật ngữ này lại được thuật ngữ “smog” Các hạt này kết hợp với gốc sunfua và hơi nước làm cho có tính acid cao, có thể gây kích thích mắt, mũi và khí quản Trong hoàn cảnh khói mù như vậy, năm 1952 rất nhiều người phải nhập viện và trên 4000 người đã chết ở khu vực London trong vài ngày Các trường hợp tương tự của acid sol cũng xảy ra ở các thành phố khác ở Tây Âu và Bắc Mĩ đã thúc đẩy con người quan tâm đến việc quản lí chất lượng không khí ở những nước này Những hạt muội khói trong không khí ô nhiễm có khả năng góp phần đáng kể vào việc sinh ra axit nitơ (HNO2) – một hợp chất đóng vai trò quan trọng để tạo thành các khói quang hoá (một danh từ chung cho các hoá chất ô nhiễm trong khí quyển tạo bởi phản ứng giữa các chất hydro cacbon và ôxyt nitơ dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời)

Sau hàng loạt các nghiên cứu tiến hành trong phòng thí nghiệm các nhà khoa học Viện Paul Scherer và Đại học Bern đã cho biết HNO2 được tạo thành hết sức nhanh chóng từ NO2 (dioxyt nitơ) và nước với sự tham gia của các hạt khói trong môi trường không khí bị

ô nhiễm Từ lĩnh vực thực nghiệm, người ta kết luận, axit nitơ tích tụ vào ban đêm ở những nơi có khối lượng không khí ô nhiễm cao Vào lúc mặt trời mọc, axit này bị quang ly thành ôxyt nitơ (NO2) và gốc hydroxyt có hoạt tính cao (OH) và sẽ tham gia vào quá trình quang hoá vào ban ngày và tạo ra khói quang hoá

Việc hình thành axit nitơ trong vùng không khí bị ô nhiễm còn

ít được sáng tỏ Theo một nhà khoa học tại Viện Paul Scherrer, thì các phản ứng pha khí tạo ra H2SO4 và sự phát tán thẳng HNO2 từ quá trình đốt cháy không khí được tính vào lượng axit tạo ra do bầu

không khí bị ô nhiễm Điều này gợi ý rằng còn có quá trình phản ứng gây ra trên bề mặt tiếp xúc Các nhà khoa học đã chứng minh rằng phải tính đến tốc độ hình thành axit này trên bồ hóng cao hơn từ 5 đến 7 bậc so với bề mặt tiếp xúc khác nhau trong không khí Theo Paul J Crutzen, người nhận giải Nobel về hoá học năm 1995, thì công trình nghiên cứu này ở Thuỵ Sỹ rất đáng chú ý và có ý nghĩa:

"Những vùng tạo thành axit HNO2 nhờ bồ hóng chính là những tầng không khí giáp ranh bị ô nhiễm bởi khí thải công nghiệp (hay cháy rừng) và các hành lang bay Nhóm nghiên cứu Thuỵ Sỹ đã sử dụng máy gia tốc Cyclotron tạo ra chất đồng vị phóng xạ vòng đời ngắn của nitơ N13 dùng làm chất đánh dấu và áp dụng một kỹ thuật đặc biệt để đo trực tiếp nồng độ HNO2, HNO2, NO2, NO và nitơ Đây là một kỹ thuật hết sức mới giúp nghiên cứu sự hình thành axit nitơ trong không khí

Ngoài ra, ô nhiễm do khói quang hoá thường xảy ra ở các khu vực đô thị phát triển có mật độ xe cộ lưu thông lớn Nguyên nhân do các chất thải trong động cơ đốt trong là nguồn gốc phát thải rất lớn những tác nhân tạo thành khói quang hoá như là NOx và các hydrocacbon Năm 1948, khi được giao nhiệm vụ tìm hiểu nguyên nhân khói dày đặc

ở Los Angeles, trường đại học tổng hợp Stanford nổi tiếng đã không phát hiện được rằng xe cộ chính là một thủ phạm của hiện tượng này Hậu quả là mãi đến năm 1974, khi chính sách cấm vận dầu làm giảm lượng khí thải cấu thành sương mù – do xe cộ phải nằm lại nhà xe – người ta mới nhận ra rằng song song với việc giảm thiểu lượng khí thải này số lượng người chết do các bệnh đường hô hấp và tim mạch cũng giảm đi thế là người ta đã có một chứng cớ khoa học

Các nhà quản lý đã áp dụng nhiều biện pháp để giảm nguy cơ xảy ra các hiện tượng này như chuyển dần việc sử dụng nhiên liệu than có hàm lượng S cao sang dầu có hàm lượng S thấp và khí tự nhiên có chứa ít lưu huỳnh hơn Hơn nữa quá trình đốt dầu và hơi sạch hơn do dầu và khí hoà trộn tốt hơn Các ngành công nghiệp và nhà máy điện phải bố trí ống cao trên 100m, nghĩa là trong điều kiện khí tượng ưu tiên trong giai đoạn thời tiết lạnh Vì thế, những điều

kiện đặc biệt của khói mù cổ điển này đã biến mất hầu hết ở các vùng trên thế giới

17.1.1.2 Một số trường hợp điển hình

a Sương mù Luân Đôn, Lusanca:

Một trong những vụ ô nhiễm môi trường nghiêm trọng hủy diệt nhiều vi sinh vật và làm giết chết nhiều người trên phạm vi toàn cầu là vụ “Chết người vì sương mù Luân Đôn, Lusanca”

Sự kiện sương mù Luân Đôn gây chấn động thế giới phát sinh ngày 5 tháng 12 năm 1952 Hôm đó bắt đầu từ sáng sớm, cả thành phố Luân Đôn bao trùm trong sương mù Khi tiếng chuông vang lên, nhiệt độ giảm xuống nhanh chóng Không khí ẩm ướt và nặng giống như một khối chì đè lên không trung thành phố, sương dày đặc không loãng ra được, không thể nhìn thấy mặt trời Trong lúc đó, hàng ngàn, hàng vạn ống khói từ các gia đình và các nhà máy cũ vẫn tiếp tục nhả vào bầu trời những cuộn khói đen như cũ Mặt đất không hề có gió, khói không thể khuếch tán được Trong không khí, nồng độ của bụi khói và khí sunfurơ không ngừng tăng lên Khắp các ngõ hẻm tràn đầy khí sunfurơ và bụi than Ô tô bật đèn to nhưng những ánh sáng màu vàng không xuyên nổi sương mù, cảnh sát giao thông phải đeo khẩu trang phòng độc, người qua lại ngày càng ho nhiều và chảy nước mắt Đến chập tối ngày thứ

5, sương mù mới bắt đầu nhạt dần Nhưng lúc đó trận sương mù kéo dài 5 ngày đã cướp đi sinh mạng hơn 4000 người, ba tháng sau đó lại tiếp tục chết thêm hơn 8000 người

Hiện tượng này lại được chứng kiến vào tháng 9 năm 1955 tại thành phố Lusanca (Mỹ) Kết quả là trong 2 ngày sương mù đã có 400 cụ già trên 65 tuổi bị chết, cao gấp 3 lần so với bình thường Trong thời gian thành phố Lusanca bị sương mù, vùng ven ngoại ô từ màu xanh biến thành màu nâu, không ai dám ăn, sản lượng hoa quả và các nông sản khác giảm trông thấy, hàng loạt cây cối lá xanh biến thành màu vàng, các cánh rừng với hàng vạn mẫu bị khô héo và chết

b Sương mù Đại dương

Ngày 15 tháng 4 năm 1912 đánh dấu một sự kiện bi thảm nhất trong lịch sử hàng hải thế giới: chiếc tàu Titanic, một lâu đài mới trên mặt biển, lần đầu tiên vượt Đại Tây Dương đã đụng phải núi băng trên biển, bị đắm kéo theo cái chết của 1500 người Lúc đó tàu Titanic là niềm tự hào tột bậc của ngành hàng hải Anh, một thành tựu sáng chói về khoa học kỹ thuật đầu thế kỉ 20 Tàu dài 272 mét, với những tiện nghi hiện đại nhất, như một tòa lâu đài sáng rực di chuyển trên mặt biển Tàu rời cảng Southampton ngày 10 tháng 4 năm 1912 lúc 11giờ 15 phút Sau hai chặng dừng ở Cherbourg và Queens Town, Titanic tiến thẳng về New York Mọi chuyện tưởng chừng như trôi chảy nhưng Ngày 14 tháng 4 năm 1912, trời trở lạnh đột ngột Titanic tiến thẳng về phía Terre Neuve, lao thẳng đến khu vực băng trôi Một đêm đầy sao, biển tĩnh lặng như mặt hồ Sương mù dày đặc Một núi băng cách tàu 600 mét mà người trực tàu không hề nhìn thấy Khi phát hiện ra thì đã quá trễ, núi băng đã chém 6 nhát vào vỏ tàu Nước ào ạt tràn vào các khoang Lúc đó là 0 giờ 10 phút, ngày 15 tháng 4 năm 1912 Chỉ có 1000 chỗ trên canô cấp cứu, mà hành khách đến 2200 người Biển tối đen như mực Trời lạnh dưới 00C Một cảnh hỗn loạn chưa từng có Người chạy nhốn nháo Than khóc Gào thét Phá cửa Nước đã ngập đến các cabin của boong dưới Con tàu trong mơ đã biến thành cơn ác mộng Đến 2 giờ

5 phút, chiếc canô cuối cùng được thả xuống biển Khoảng 10 phút sau đó, một quầng sáng bùng lên trong một tiếng nổ dữ dội Con tàu vỡ

ra và dần chìm xuống đáy đại dương 1500 người quẫy đạp, gào thét, bám vào nhau nhưng vô vọng Sự im lặng dần dần ngự trị

Vài ngày sau thảm họa, những người đi vớt xác đã chứng kiến một khung cảnh xúc động: một dây 180 người chết đang ôm nhau Một phụ nữ chết trong tư thế tay vẫn ghì chặt đứa con 2 tuổi Tất cả như đang chìm sâu vào một giấc ngủ Thủ phạm chính của tai nạn khủng khiếp nói trên là sương mù Sương mù đã ngăn cản tầm nhìn của người thủy thủ trực tàu đêm ấy

17.1.2 Ô nhiễm không khí đô thị hiện đại

Vấn đề ô nhiễm không khí ở các đô thị hiện đại khó có thể mô tả bằng các thuật ngữ thống nhất Nó lệ thuộc nhiều vào trạng thái khí tượng và mức độ phát triển kinh tế Các điều kiện khí hậu quyết định độ sâu của tầng xáo trộn, tần số khí ngưng trệ, độ ẩm, nhiệt độ và thời gian có nắng Tất cả các thông số này đều quan trọng trong sự tiến triển của những mức ô nhiễm không khí cao Mặc dù nói chung điều kiện khí hậu quyết định khả năng có hay không có những vấn đề ô nhiễm không khí trầm trọng, nhưng vẫn cần phải nhấn mạnh rằng khí hậu không chịu trách nhiệm cho những vấn đề này mà đó là do hoạt động của con người Sau đây là vấn đề ô nhiễm ở Hồng Kông:

Ô nhiễm không khí không phải là chuyện mới ở Hồng Kông Chính quyền của người Anh trước đây đã phớt lờ những dấu hiệu cảnh báo nạn ô nhiễm môi trường và gần như quên lãng nó trong những năm gần đây do có những bất đồng với Trung Quốc về vấn đề cải cách chính trị Nhưng hiện nay, tình trạng ô nhiễm không khí đã tới mức báo động, đặc biệt đối với một thành phố được xem là cửa ngõ của khu vực và là một trung tâm tài chính ngang tầm với các trung tâm tài chính lớn như New York, Luân Đôn và Tokyo Trong những năm gần đây, khu cảng Victoria nhìn từ xa bị bao phủ bởi một lớp khói bụi như sương mù màu nâu Theo Đài quan sát Hồng Kông, số ngày "u ám khói bụi" tại đây đã tăng hơn gấp đôi từ tháng giêng đến tháng 9–1999 so với cùng thời kỳ năm 1998 Ngay từ năm 1995, một cuộc nghiên cứu về các chứng bệnh hô hấp trong lực lượng cảnh sát tuần tra tại Hồng Kông cho thấy bệnh viêm phổi của các nhân viên cảnh sát chỉ thuyên giảm rõ rệt khi họ chấm dứt công việc tuần tra trên đường! Năm 1998, các cơ quan chức năng tại Hồng Kông cũng đã thử "định giá" các chi phí phát sinh mà ngân sách Hồng Kông phải chi ra cho ngành y tế để chữa các chứng bệnh do ô nhiễm gây ra là 490 triệu đôla/năm Nhưng điều tệ hại hơn là tại Hồng Kông, mỗi năm đã có hơn 1.900 người chết do phải hít thở bầu không khí độc hại này! Các nhà hoạt động đã vận động 21 phòng thương mại quốc tế ở Hồng Kông kêu gọi các công ty thành lập Hội Liên

hiệp thương mại bảo vệ môi trường Các nhà doanh nghiệp Hồng Kông lo lắng vấn đề ô nhiễm môi trường nếu không được giải quyết sẽ ảnh hưởng xấu đến việc kêu gọi đầu tư của nước ngoài Tổ chức

"Những người bạn của hành tinh" ước tính ngành du lịch Hồng Kông

bị thất thu đến 580 triệu đôla mỗi năm do nạn ô nhiễm không khí tại đây Một thành viên của Hội liên hiệp thương mại bảo vệ môi trường cho biết hiện nay cán cân đầu tư nước ngoài đang nghiêng về phía Singapore dù nước này cũng bị ảnh hưởng khá nặng nề do nạn cháy rừng ở Indonesia vừa qua Các phòng thương mại của Anh và Mỹ đã tiến hành điều tra và nhận thấy sự xuống cấp môi trường tại Hồng Kông là nguyên nhân chính gây khó khăn cho việc đấu thầu của các doanh nghiệp nước ngoài Chính vì thế, trước mắt Hồng Kông sẽ lắp đặt 14 trạm quan sát bầu khí quyển, trong đó có 3 trạm đặt tại các khu vực nội ô nhằm kiểm tra chất lượng không khí trên toàn lãnh thổ này Các trạm quan sát đã ghi nhận có tới 222 ngày bầu không khí ở Hồng Kông có chỉ số ô nhiễm rất cao Chỉ số ô nhiễm không khí API (Air Pollution Idex) được tính toán dựa vào 5 tiêu chuẩn: carbon monoxide, sulfur dioxide, nitrogen dioxide, ozone và số lượng bụi con người hít phải (RSPs) Chỉ số ô nhiễm không khí từ 51–100 được xem là cao; từ 100 đến dới 200: rất cao; từ 200 trở lên là cực kỳ nguy hiểm Con người sống trong bầu không khí có chỉ số ô nhiễm từ 100–200 sẽ cảm thấy rất khó chịu nếu đã có vấn đề về tim mạch hay hô hấp Khi hít thở bầu không khí có chỉ số ô nhiễm trên 200, người bệnh sẽ trải qua các triệu chứng bệnh lý rất nặng nề Tại Hồng Kông, nồng độ nitrogen dioxide trong không khí đã tăng khoảng 60% trong vòng vài năm qua do số lượng xe hơi tăng lên quá nhanh (hiện nay là 600.000 chiếc) Trong khi đó, từ nay đến năm 2016; số lượng

xe hơi tại Hồng Kông sẽ tăng lên gấp đôi, thậm chí gấp ba lần con số hiện tại Lượng ozone trong khí quyển che chở con người chống lại bức xạ của tia cực tím cũng bị mỏng dần đi do khí thải từ số lượng ôtô khổng lồ này Điều đó có nghĩa là số người mắc bệnh đường hô hấp sẽ càng tăng cao trong tương lai Ngoài ra, những hạt bụi nhỏ li

ti dưới 10 micron (một phần triệu của mét) cũng là tác nhân nguy hiểm có thể gây rối loạn tim mạch và ung thư phổi nếu con người hít phải trong một thời gian dài Hiện tại, chính quyền Hồng Kông đã

tăng mức phạt đối với các loại xe xả khói trên đường từ 58 đôla lên

74 đôla Mỹ Song điều này ở Hồng Kông xem ra chẳng có tác dụng mấy đối với các tài xế taxi và tài xế xe tải bởi mức phạt nói trên hãy còn quá thấp để có thể răn đe họ Nhiều tài xế cho rằng họ phải cho

xe nổ máy cả những lúc dừng xe để hệ thống máy lạnh hoạt động vì thời tiết ở Hồng Kông quá nóng, nhưng họ lại không biết rằng 37 chiếc xe nổ máy khi dừng làm bầu không khí ô nhiễm tương đương 4.000 chiếc xe đang chạy trên đường!

Cho đến nay, ở Hồng Kông chỉ có vùng Big Apple là nơi các tài xế không dừng xe lâu quá 5 phút do từ thập niên 1970, nơi đây đã bị ảnh hưởng nặng nề bởi khói và sương quang hoá (photochemical smog) Chính quyền Hồng Kông muốn chuyển toàn bộ 17.000 xe taxi chạy bằng dầu diesel sang sử dụng nhiên liệu khí hoá lỏng LPG (Liquefied petrolium gas) Năm 1998, sau khi để 30 xe taxi vào chạy thử nghiệm thành công bằng nhiên liệu khí hoá lỏng, đến nay đã có

200 xe taxi tại Hồng Kông đang vận hành loại nhiên liệu mới này và người ta hy vọng rằng đến năm 2005, một số lượng lớn xe hơi tại Hồng Kông sẽ chính thức sử dụng nhiên liệu LPG Điều này sẽ làm giảm được mức độ ô nhiễm không khí xuống 30%

Hồng Kông cũng là một trong những khu vực có số lượng xe buýt nhiều nhất thế giới Việc đưa khí hoá lỏng vào sử dụng cho xe buýt chưa dám đặt ra bởi nguy cơ cháy nổ rất cao một khi các bồn chứa nhiên liệu này rò rỉ! Cũng rất khó khăn khi phải thiết kế chỗ đặt các bồn nhiên liệu khổng lồ trên xe buýt Đối với những xe buýt mới sản xuất, chính quyền Hồng Kông buộc các nhà thiết kế phải đáp ứng được các tiêu chuẩn bảo vệ môi trường của châu Âu Khói thải từ các nhà máy sản xuất hoá chất công nghiệp ở Hồng Kông cũng là tác nhân gây ô nhiễm nặng cho bầu không khí Hàng năm, các nhà máy này sản xuất đến 80.000 tấn sulfur dioxide Từ thập niên 1990, đa số các nhà máy này đã được dời về Trung Hoa đại lục nhằm giảm chi phí nhân công và tránh bị phạt vì từ năm 1990, Hồng Kông đã cấm các nhà máy ở đây sản xuất nhiên liệu nặng có chứa sulfur dùng trong công nghiệp Nhưng từ tháng 10 đến tháng 4 hàng năm, những

luồng gió thổi từ phía Bắc – nơi có nhiều nhà máy hoá chất – làm Hồng Kông bị bao vây bởi khí sulfur và nitrogen dioxide

Như vậy, chuyện ô nhiễm không khí ở Hồng Kông vẫn là "đề tài muôn thuở" Trưởng đặc khu hành chính kinh tế Hồng Kông – ông Đổng Kiến Hoa – vẫn phải lên diễn đàn hứa hẹn để trấn an dư luận Còn tính khả thi của các dự án làm sạch bầu không khí ở Hồng Kông thì hãy đợi đấy!

Mức phát triển kinh tế quyết định nguồn năng lượng sử dụng, mức độ công nghiệp hoá, khả năng nhập mua những nhiên liệu cao cấp và khả năng áp dụng những công nghệ sạch Không nhất thiết là một nền kinh tế phát triển cao sẽ dẫn đến mức độ ô nhiễm không khí thấp, ngược lại trong suốt thời gian bắt đầu phát triển kinh tế thường người ta ưu tiên cho việc phát triển phồn vinh đưa đến làm suy thoái chất lượng môi trường hay chất lượng không khí Chỉ sau một giai đoạn phát triển nào đó thì người ta mới ưu tiên cho giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Derek Elsom cho ta cái nhìn bao quát về hiện trạng ở nhiều nơi trên thế giới Có thể chia tình trạng ô nhiễm không khí đô thị thành hai loại chung: khói mù mùa hè và khói mù mùa đông Khói mù mùa hè đặc trưng bởi các phản ứng quang hóa dẫn đến có nhiều chất oxi hoá (đặc biệt là ozon và PAN) xảy ra ở các vĩ độ cao và trung chỉ trong mùa hè và ở những vùng nhiệt đới trong suốt năm Khói mù mùa đông đặc trưng bởi nhiều hạt xảy ra ở những vĩ độ cao và trung chủ yếu trong mùa đông Vì các phản ứng quang hoá tạo ra các hạt (thông qua quá trình tạo mầm kết tinh) nên sự phối hợp của hai loại khói mù này sẽ là trường hợp xấu nhất Ở nhiều vùng đô thị thuộc các nước cận nhiệt đới xảy ra cả hai loại khói mù này

17.2 TỔNG QUAN SƯƠNG MÙ QUANG HÓA

17.2.1 Khái niệm

Theo nhiều tác giả, sương mù quang hóa là chất ô nhiễm thứ cấp được hình thành khi hydrocacbon và oxit nitơ bị giữ lại do hiện tượng đảo nhiệt và xảy ra các phản ứng quang hóa hình thành nên peroxy acetyl nitrat (PAN) và ozon

Hiện tượng sương mù quang hóa xảy ra ở ngay lớp không khí kề sát mặt đất, có nguồn gốc nhân tạo là chính Các sản phẩm chủ yếu của phản ứng quang hóa gồm có: ozon, các dẫn xuất nitro của hydrocacbon và các chất hữu cơ khác Như vậy, ta thấy “sương mù quang hóa” được hình thành khi hội đủ ba thành tố sau đây trong khí quyển:

• Tia UV trong thành phần ánh sáng mặt trời

• Các hydro cacbua, oxit nitơ

17.2.2.2 Hạt nhân ngưng kết

Sự hình thành những giọt nước trong quá trình ngưng kết luôn luôn diễn ra trên những trung tâm được gọi là hạt nhân ngưng kết Nếu tế bào phôi thai của giọt nước không xuất hiện trên hạt nhân ngưng kết thì nó không ổn định; Các phân tử tạo thành các giọt nước lại sẽ bay tứ tung Vai trò của hạt nhân ngưng kết là nhờ vào sự hút ẩm của nó mà các tế bào phôi thai của giọt nước sẽ lớn lên một cách ổn định Nếu không khí hoàn toàn trong sạch, tức là không có các hạt bụi, khói, thì hiện tượng ngưng kết sẽ không bao giờ xuất hiện cho dù không khí đã đạt đến trạng thái bão hòa Tuy nhiên hạt nhân ngưng kết luôn luôn tồn tại trong khí quyển bởi thế cho nên một lượng rất ít hơi nước quá bão hòa cũng không quan trắc thấy Phần lớn những tạp chất trong không khí có thể được coi như những hạt nhân ngưng kết

17.2.2.3 Các sản phẩm ngưng kết

Không khí ẩm chưa bão hòa hơi nước nhưng vì một lý do nào đó làm cho nhiệt độ của nó giảm xuống dưới điểm sương, không khí vượt quá bão hòa, lượng hơi nước thừa ra sẽ trở về thể lỏng hoặc rắn và chúng được gọi là sản phẩm ngưng kết Nhiệt độ không khí bị giảm có thể do không khí chuyển động lên cao, hoặc chuyển động ngang (bình lưu) tràn lên bề mặt đêm lạnh hơn, cũng có thể do mất nhiệt về ban đêm do bức xạ Sản phẩm ngưng kết gồm có các loại sau đây:

• Sương mù: được hình thành ở lớp không khí gần mặt đất, do

bức xạ hoặc bình lưu Hạt nước của sương mù nhỏ, bán kính trung bình khoảng 2–5.10–5 mm

• Sương và sương muối: được hình thành ngay trên mặt đất

lạnh hay trên các ngọn cỏ do quá trình bức xạ của mặt đất Những hạt nước nhỏ được ngưng kết ở nhiệt độ dương sau một thời gian kết hợp với nhau thành những hạt sương lớn Nếu ở nhiệt độ âm thì hơi nước tạo thành những tinh thể rắn gọi là sương muối

• Mây: là tập hợp những sản phẩm ngưng kết hay thăng hoa của

hơi nước ở các độ cao khác nhau trong khí quyển

Trong dân gian có một cách phân loại khác:

• Nếu nước đọng thành hạt trên các lá cây, ngọn cỏ thì gọi là

sương móc

• Nếu lơ lửng trong không khí mà dày đặc gọi là sương mù

• Nếu mong manh nom tựa như những làn khói vắt ngang các

ngọn cây hay trải ra trên mặt sông, mặt hồ thì gọi là sương khói

• Nếu sương hình thành lúc gần sáng, về mùa đông, trong điều kiện nhiệt độ hạ xuống thấp, thì các hạt nước sẽ trở thành các hạt

băng nhỏ, trắng, giống như những hạt muối, gọi là sương muối

17.2.2.4 Sương mù quang hóa

Sự ngưng kết cũng diễn ra trên những phân tử và hạt nhỏ thuộc chất rắn, như những vật phẩm của sự cháy hoặc của sự phân rã các chất hữu cơ Đó là những axit nitric (HNO3), axit sunfuric (H2SO4), amoni sunfat ((NH4)2SO4), Ở những khu trung tâm công nghiệp

trong khí quyển chứa một lượng lớn những hạt nhân ngưng kết như thế Những phân tử khá lớn không hút ẩm nhưng thấm nước cũng đóng vai trò của hạt nhân ngưng kết Khi sự ngưng kết diễn ra trên các sản phẩm của các phản ứng quang hóa (các chất ô nhiễm thứ cấp)

ta có sương mù quang hóa

17.3 CÁC PHẢN ỨNG QUANG HÓA TRONG KHÍ QUYỂN

17.3.1 Khái niệm quá trình quang hóa

Quá trình quang hóa được hiểu là hàng loạt những phản ứng hóa học xảy ra trong đó năng lượng cần thiết cho phản ứng được chuyển đến qua những tia ở dạng ánh sáng nhìn thấy được hoặc tia cực tím Đối với phản ứng quang hóa có một số nguyên tắc cơ bản sau:

• Phản ứng quang hóa chỉ xảy ra với các phần tử có khả năng hấp thụ các phôtôn mà nó gặp

• Mỗi phôtôn được hấp thụ có thể kích hoạt chỉ với một phần tử duy nhất ở quá trình quang hóa đầu tiên

• Theo quy luật hấp thụ năng lượng thì trước hết các phôtôn được hấp thu bởi các phần tử ở những trạng thái có năng lượng thấp

Do đó, đối với quá trình quang hóa thì những trạng thái kích động năng lượng thấp rất có ý nghĩa

Hiệu quả hấp thu quang hóa được định nghĩa qua mức hấp thụ S

của một quá trình quang hóa: S = số phần tử tham gia phản ứng/số phôtôn bị hấp thụ Theo định luật đương lượng điện hóa

của Einstein thì một phôtôn hoạt hóa một phân tử Năng lượng mang bởi một phôtôn là:

E = hc / a

c: tốc độ ánh sáng

h: hằng số Plank

a: bước sóng ánh sáng

Mặt khác, theo định luật hấp thu quang hóa của Lambert– Beer thì cường độ ánh sáng I sau khi đi qua một lớp khí đồng nhất có chiều dày l được xác định theo:

I = I 0 e – k.l.C

C: nồng độ khí

Io: cường độ sáng ban đầu

Như vậy cường độ sáng đã hấp thụ IA sẽ được xác định:

I A = I 0 – I

Quang hóa sinh thái là một ngành khoa học nghiên cứu quá trình hóa học với sự tham gia của các chất hóa học trong môi trường tự nhiên và được thực hiện trực tiếp hoặc gián tiếp nhờ năng lượng mặt trời Các phản ứng quang hoá đóng một vai trò quan trọng trong thành phần khí quyển cũng như trong trong quá trình ô nhiễm môi trường khí quyển Những phản ứng này phản ánh tác động của các sóng điện tử lên vật chất

Bước đầu tiên của phản ứng này là phân tử hấp thụ prôton tạo nên trạng thái kích hoạt:

Trong đó: h – hằng số Planck

ν – tầng số ánh sáng

hν – biểu thị proton của ánh sáng

Tiếp đó phân tử ở trạng thái kích hoạt sẽ tham gia các phản ứng sau:

a Toả nhiệt

Các phân tử ở trạng thái kích hoạt trả lại năng lượng dư dưới dạng năng lượng toả nhiệt

E – năng lượng được giải phóng

Phân tử bị kích thích mất năng lượng dư của mình cho nguyên tử hay phân tử trung gian Nguyên tử này có khả năng chuyển đổi năng lượng lớn, ngay sau đó giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt để trở về trạng thái ban đầu:

hν

c Trao đổi năng lượng liên phân tử

Năng lượng của các phân tử bị kích thích truyền cho phân tử khác, làm cho phân tử mới trở nên trạng thái kích hoạt:

d Trao đổi năng lượng nội phân tử

Năng lượng được trao đổi ngay trong phân tử làm biến đổi các phân tử từ trạng thái kích hoạt này sang trạng thái kích hoạt khác:

e Ion hoá

Nếu năng lượng do photon cung cấp cho phân tử đủ lớn thì các điện tử không chỉ bị đẩy ra khỏi quỹ đạo ngoài mà còn có khả năng bị đẩy ra khỏi phạm vi ảnh hưởng của liên kết phân tử, trở thành điện tử tự do và biến các phân tử ở trạng thái kích hoạt trở thành các ion:

Hinh 17.1: Các trạng thái spin của phân tử

Mức zero Mức zero Mức zero

A *’

A *

A

17.3.2 Phản ứng hoá học

Các phân tử bị kích thích trở thành các phân tử có hoạt tích cao, rất dễ tham gia vào các phản ứng hoá học, tạo thành các hợp chất mới trong khí quyển Các phản ứng quang hoá học là những phản ứng quan trọng nhất trong khí quỵển và thường có các dạng chủ yếu sau:

17.3.2.1 Liên kết quang hoá: Các phân tử ở trạng thái kích

hoạt liên kết với các phân tử khác mà nó gặp, tạo ra hợp chất mới mà không cần chất xúc tác hay điều kiện nhiệt độ, áp suất

Ví dụ: phản ứng của NO2 kích hoạt với các chất hữu cơ dễ bay hơi

17.3.2.2 Phân li quang hoá: các phân tử bị kích thích có

năng lượng dư lớn hơn năng lượng liên kết hoá học của phân tử sẽ bị phân li thành chất mới:

Các phản ứng phân li quang hoá đóng vai trò rất quan trọng trong khí quyển Một trong những phản ứng quan trọng nhất là phản ứng phân li NO2 tạo ra oxy nguyên tử có tính oxi hoá mạnh:

17.3.2.3 Phát quang: Khi phân tử ở trạng thái kích thích trở

về trạng thái ban đầu thì nó sẽ phát ra một năng lượng:

17.3.2.4 Đồng phân tự phát: Năng lượng dư trong các phân

tử ở trạng thái kích hoạt làm thay đổi liên kết trong phân tử, tạo

ra các đồng phân

Ví dụ: o–nitrobenzaldehyt chuyển thành o–nitrozobenzoic acid:

(14) Phản ứng này được ứng dụng trong việc làm xạ quang kế để

đo tia điện từ

Năng lượng của tia nhìn thấy hoặc tia cực tím thường đạt đến giá trị trung bình của liên kết hoá học Vì vậy, khi một phân tử hấp thụ một proton ở vùng phổ điện tử này, các liên kết hoá học có thể bị phá vỡ Nếu biết được năng lượng của một liên kết hoá học nào đó, có thể dự báo được phản ứng quang hoá sẽ xuất hiện từ một bước sóng xác định nào đó Ta biết được tốc độ ánh sáng C= 3*108 m*s –1 và tính theo công thức sau:

C = f*λ; f: tầng số, λ là độ dài bước sóng Phương trình Planck mô tả quan hệ giữa tần số của sóng và năng lượng

E = h*f; với h là hằng số Planck có giá trị bằng 6.63*10 –34 J*s Kết hợp hai phương trình trên ta có:

Phản ứng quang hoá cơ bản xảy ra trong môi trường gồm: Phản ứng quang hoá sinh ra oxy nguyên tử:

Phản ứng dây truyền phân nhánh hay ngắt nhánh

Phương trình phản ứng tạo peroxyaxetyl nitrat (PAN) sẽ được trình bày ở phần sau

17.4 QUÁ TRÌNH PHÁT SINH CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG SƯƠNG MÙ QUANG HÓA

17.4.1 Các chất ô nhiễm không khí sơ cấp

17.4.1.1 Giới thiệu

Trên thế giới, có năm loại nguyên

vật liệu chính được thải trực tiếp vào

trong khí quyển với những hình thức khác

nhau và có lượng đủ lớn để gây ra các rủi

ro đối với sức khỏe con người Đó là

cacbon monoxit (CO), hydrocacbon (CH),

các dạng hạt, sulfur dioxit (SO2) và các

hợp chất chứa nitơ (NOx)

Nhóm này được gọi là các chất ô

nhiễm sơ cấp Chúng tương tác với nhau hoặc tương tác với các phân tử khác có mặt trong nguồn thải của động vật

17.4.1.2 Cacbon monoxit (CO)

CO là sản phẩm đốt cháy của các vật liệu hữu cơ như xăng dầu, than đá, gỗ và rác rưởi Nguồn lớn nhất của CO là hoạt động giao thông vận tải Mặc dù hiệu quả sử dụng nhiên liệu đã được gia tăng và việc sử dụng các chất xúc tác đã làm giảm sự phát thải CO nhưng

CO vẫn là một vấn đề nan giải do số lượng xe trên đường phố ngày càng tăng

Một nguồn lớn nữa của CO là khói thuốc lá Ở nước Mỹ và một số nước khác, có sức ép rất lớn để hạn chế việc hút thuốc lá Các nhà hàng chỉ định những khu vực cấm hút thuốc lá, các nơi công cộng

cũng ra chỉ định cấm hút thuốc lá Khói đang giảm đi trong quá trình công nghiệp hóa hiện nay, nhưng ở các quốc gia phát triển, khói thuốc lá có những sự mê hoặc của nó, do kết quả của các chiến dịch tiếp thị rộng rãi của các công ty, nhà máy sản xuất thuốc lá CO là một chất ô nhiễm không bền Các quá trình tự nhiên chuyển CO thành những hợp chất khác không gây hại Vì vậy, không khí có thể làm sạch CO nếu như không có lượng CO mới được đưa vào trong khí quyển

Nguồn chính của carbon monoxit, hydrocacbon, và oxit nitơ là sự đốt cháy bên trong động cơ Sự tập trung một lượng lớnxe ô tô làm gia tăng các chất ô nhiễm Nồng độ cao của CO gây ra mệt mỏi, chóng mặt và nhức đầu

Nấu ăn và sưởi ấm gây tác hại đối với sức khoẻ Khoảng 2,5 tỷ người, phần lớn là phụ nữ và trẻ em, trải qua hàng giờ mỗi ngày với cacbon conoxit, các loại hạt và hydrocacbon gây ung thư

17.4.1.3 Hydrocacbon (HC)

Ngoài CO, hoạt động giao thông còn thải ra nhiều loại hydrocacbon (HC) Hydrocacbon là nhóm hợp chất hữu cơ bao gồm các nguyên tử hydro và cacbon Nó bay hơi từ sự cung cấp nhiên liệu hoặc từ những vết của nhiên liệu không cháy hoàn toàn Sự đốt cháy bên trong động cơ là nguồn chủ yếu của các hydrocacbon Ngoài ra, các lò luyện kim và các ngành công nghiệp cũng đóng góp một lượng lớn hydrocacbon Các hydrocacbon trong khí quyển cũng không gây tác hại lớn Chúng chỉ gây nhiều tác hại khi tham gia phản ứng hình thành các chất ô nhiễm thứ cấp

17.4.1.4 Các loại hạt

Hạt là những mảnh nhỏ của vật liệu rắn, phân tán trong khí quyển, tạo thành một loại lớn thứ ba trong các chất gây ô nhiễm không khí Các phần tử khói từ các đống lửa, các mẩu amiăng, các phần tử bụi, và tro tàn từ các nhà máy công nghiệp đóng góp vào trọng tải hạt Các loại hạt này cũng gây ra bệnh ung thư (chẳng hạn bụi amiăng)

Các loại hạt thường bị để ý vì chúng dễ dàng bị nhận ra Khói đen phát ra từ các nhà máy có thể nhìn thấy mà không cần tốn kém các thiết bị quan trắc và thực sự chúng đã gây ra những sự phản đối kịch liệt, còn những vùng thải ra những loại khí không màu như CO và SO2 thì lại ít bị nhận biết

• Sol khí (aerosol): các hạt có kích thước hạt keo phân tán trong

khí quyển (þ < 0,4μm)

• Sol khí ngưng tụ (conden sation aerosol): được tạo thành do

ngưng tụ các chất bốc hơi hoặc bởi các phản ứng trong chất khí

• Sol khí phân tán (dispesion aerosol): được tạo thành từ các

chất rắn bị nghiền mịn, từ sự nguyên tử hóa các chất lỏng hoặc từ sự phân tán của bụi

• Sương mù (fog): gồm các hạt lỏng có kíck thước rất nhỏ

• Khói (smoke): gồm các hạt tạo thành do sự đốt cháy nhiên liệu

không hoàn toàn (có lẫn bụi than)

17.4.1.5 Sunfua dioxit (SO 2 )

SO2 là hợp chất của lưu huỳnh và oxygen được tạo ra khi đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch có chức lưu huỳnh Than đá và dầu hỏa hình thành từ các sinh vật cũng có chứa lưu huỳnh

SO2 có mùi cay, hắc và kích thích các mô hô hấp Nó cũng phản ứng với nước, oxygen và các vật liệu khác trong không khí hình thành các chất có tính axit Axit thì có thể bám vào các loại hạt (do tính hút ẩm của các loại hạt) và khi chúng ta hít vào nó ăn mòn các mô

Năm 1306, vua nước Anh (Edward I) đã cấm đốt các loại than đá tìm thấy ở bờ biển trong các thành phố ở Luân Đôn Những loại than đá này có chứa hàm lượng lưu huỳnh cao và có thể gây ra mùi độc hại trong thành phố Những luật cấm của Edward là những luật đầu tiên và tốt nhất về môi trường liên quan đến chất lượng không khí

17.4.1.6 Oxit nitơ (NO và NO 2 )

Các oxit nitơ (NO và NO2) là loại thứ 5 của các chất gây ô nhiễm không khí gây sơ cấp Sự kết hợp khác nhau của oxy và nitơ

tạo ra nhiều loại hợp chất, trong đó NO và NO2 là thường thấy nhất Khi sự đốt cháy xảy ra trong không khí, phân tử nitơ và oxy từ không khí có thể phản ứng với nhau và hình thành các oxit nitơ:

N2 + O2  2NO (nitơ oxit)

2 NO + O2  2NO2 (nitơ dioxit)

Hỗn hợp của nitơ oxit và nitơ dioxit được gọi là NOx NO2 trong hỗn hợp phản ứng với các hợp chất khác tạo ra sương mù quang hóa Nguồn chủ yếu của NO là từ động cơ xe ô tô Các chất xúc tác làm giảm lượng NO thải ra từ sự đốt cháy của động cơ, nhưng sự gia tăng số lượng xe lưu thông làm cho lượng NOx tăng lên ở những khu vực trung tâm NOx đáng được chú ý vì nó liên quan đến các chất ô nhiễm thứ cấp

Bảng 17.1: Các chất gây ô nhiễm sơ cấp trong quá trình sương quang hoá

Chất ô nhiễm Nguồn

Cacbon monoxit Các nhiên liệu hóa thạch cháy không hoàn toàn

Khói thuốc lá Hydrocacbon Các nhiên liệu cháy không hoàn toàn

Khói thuốc lá Các chất hóa học Hạt Sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch

Sản xuất nông nghiệp Hoạt động xây dựng Chất thải công nghiệp Sự phá hủy các tòa nhà Sunfua dioxit Sự đốt cháy nhiên liệu hóa thạch

Luyện kim Các hợp chất của nitơ Sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch

17.4.2 Các chất ô nhiễm thứ cấp trong sương mù quang hóa

17.4.2.1 Tổng quan

Các chất ô nhiễm thứ cấp là các hợp chất hình thành từ sự tương tác của nhiều loại chất ô nhiễm sơ cấp khác nhau Sương mù

quang hóa là hỗn hợp của các chất ô nhiễm hình thành từ sự tương tác của NO và NO2 dưới tác dụng của các tia tử ngoại

Hai thành phần có sức hủy diệt lớn nhất của sương mù quang hóa là ozon (O3) và peroxy acetyl nitrat (PAN) Chúng là những hợp chất có tính oxy hóa mạnh, có nghĩa là chúng dễ dàng phản ứng với các hợp chất khác, bao gồm cả những loại tìm thấy trong những vật sống, gây ra sự hủy diệt Một quá trình tạo ra sương mù quang hóa mẫu bao gồm một chuỗi các phản ứng sau đây:

1 Lượng giao thông buổi sáng tạo ra một lượng lớn NO

N2 + O2  2NO

2 NO phản ứng với phân tử O2 trong khí quyển tạo ra NO2

NO2 trong khí quyển gây ra sương mù quang hóa, còn gọi là sương mù màu nâu đỏ

6 Khi ozon và PAN phản ứng với các vật chất sống, chúng gây

ra sự tổn thương và bị chuyển thành những phần tử kém hoạt động, và sương khói thực sự được làm sạch

Những chất ô nhiễm không khí quan trọng khác là chì và các độc chất hóa học

17.4.2.2 Cơ chế hình thành các chất ô nhiễm thứ cấp

trong sương mù quang hóa

a NO, O 3 và NO 2

Trong khí thải của động cơ đốt trong có đủ cả hai thành tố để gây hiện tượng sương mù quang hóa: các oxit nitơ và các hydrocacbon Nhiệt độ cao (khoảng 2500oC) và áp suất cao (tới 40 atm) của chu kỳ đánh lửa (chu kỳ 3 trong 4 chu kỳ của động cơ đốt trong là nạp khí, nén khí, đánh lửa, thoát khí) tạo ra khí NO

N2 + O2 → 2NO Sự nguội lạnh nhanh của động cơ đốt trong trong chu kỳ 4 khiến cho NO không kịp nhiệt phân và đi vào chất thải

Trong không khí:

2NO + O2 → NO2Phản ứng quang hóa đầu mối

NO2 + hν (a < 420nm) → NO + O

(ν là tần số ánh sáng)

O3 + O + M → O3 + M (M là vật thứ 3 hấp thụ năng lượng)

O3 + NO → NO2 + O2 Nếu trong khí thải còn lượng dư hydrocacbon RH

O + RH → Ro + các sản phẩm khác

O3 + RH → Ro + các sản phẩm khác

Ro là gốc tự do có thể chứa hoặc không chứa oxy

Ro tham gia vào các phản ứng dây chuyền để sinh ra các gốc tự

do mới Cuối cùng có thể xảy ra phản ứng “cắt đứt” dây chuyền

NO + RCOOo → NO2 + các sản phẩm khác (RCOOo là gốc tự do có chứa oxy)

NO2 + Ro → các sản phẩm khác (ví dụ PAN)

b PAN (peroxy acetyl nitrat)

PAN được sinh ra như sau:

CH4 + O → CH3o + HOo

CH3o + O2 + M → H3COOo + M

H3COOo + NO2 + M → H3C–OONO2 + M

(PAN) Nếu thay CH4 bằng RH, ta có ROONO2 là những chất gây ô nhiễm nặng

CH3CHO + hm → CH3COo + H

CH3CHO + HOo → CH3COo + H2O

CH3COo + O2 → CH3CO2Oo

CH3CO2Oo + NO2 → CH3–CO–O–O–NO2 (PAN = peroxy ankyl nitrat)

Trong khí thải động cơ đốt trong có thể tạo thành các hydrocacbon thơm có vòng ngưng tụ như PAH (Polycylic aromatic hydrocacbon)

CH3–CH3 benzen benzo(a)pyren (PAH)

500oC 500oC

benzo(f)fluoranthene (PAH); 3–Nitro pyren (mutagenic)

SO2 tham gia phản ứng quang hóa khi hấp thụ tia bức xạ mặt

trời trong khoảng bước sóng a = 300–400 nm, ở áp suất thấp và sinh

ra SO2 kích hoạt

SO2 + hm → SO2oTrong điều kiện bình thường, ở nồng độ 5–30 ppm khi độ ẩm không khí là 32–90% và có mặt các phần tử NOx, CnHm cùng các thành phần quang hóa khác thì SO2 tham gia phản ứng tạo thành H2SO4

SO2 + 0.5 O2 + H2O → H2SO4

SO2 tham gia với một số gốc sinh ra từ quá trình quang hóa

nhiệt nhiệt

SO2 + HO2o → OH + SO3

SO2 + RO2 → RO + SO3 (R là gốc ankyl)

SO2 + OH + M → HOSO2o + M HOSO2o + O2 → HOSO2O2oHOSO2O2o + NO → HOSO2Oo + NO2

Bảng 17.2: Hằng số phân ly quang hóa của một số chất ở tầng đối lưu

(Đặng Kim Chi, 2001)

( j; s –1 ) Thời gian lưu (s)

17.5.1 Vị trí địa lý và địa hình

Vị trí địa lý và địa hình có ảnh hưởng đến hướng gió, mưa, qua đó ảnh hưởng đến chất lượng không khí Địa hình có ảnh hưởng quan trọng đến chiều gió và tốc độ của gió

Gió thường xuất hiện vào buổi tối khi nhiệt độ giảm đi, mang theo một số chất ô nhiễm đi vào thung lũng Địa hình thung lũng làm ngăn cản hướng gió tạo ra các xoáy lớn, làm thay đổi hướng các nguồn ô nhiễm Các chất ô nhiễm bị lưu giữ lại lâu hơn các vùng khác Vì vậy khi gió núi tràn xuống thường kèm theo hiện tượng ngộ độc của con người và tình trạng chết đột tử xảy ra rất cao Các chất ô nhiễm sơ cấp bị giữ lại với nồng độ cao và thời gian lâu làm tăng các sản phẩm quang hóa và hiện tượng sương mù quang hóa trở nên trầm trọng hơn

17.5.2 Vấn đề đảo nhiệt trong tầng đối lưu

Trong tầng đối lưu có một vài đặc điểm đáng lưu ý: khối không khí khô khi gia tăng đến một giới hạn nào đó bởi sự gia tăng nhiệt độ thì không tăng nữa và thậm chí còn giảm Nếu nó bao quanh một khối không khí lạnh hơn thì nó lại tiếp tục biến đổi trong một thời gian ngay sau đó Nó có thể tăng hoặc giảm, tùy thuộc vào lượng nhiệt của khối khí chiếm ưu thế Cứ lên 1000 mét thì nhiệt độ không khí giảm xuống 6,4oC Do đó trong điều kiện nếu mức độ giảm quá mức so với quy luật trên thì các chất gây ô nhiễm không khí sẽ dễ dàng xâm nhập vào Đây là một trong những nguyên nhân làm ô nhiễm môi trường không khí

Tính đảo nhiệt: là trạng thái khí tượng mà qua đó các chất

gây ô nhiễm không khí xâm nhập vào bầu khí quyển làm cho nhiệt độ không khí giảm chậm hơn so với bình thường theo độ cao

Hình 17.1: Hiện tượng phát tán ơ nhiễm bình thường

và do nghịch đảo nhiệt

Tính đảo nhiệt có thể tạo nên sự đổi chỗ khí hậu, làm cho nhiệt độ không khí bất thường, ô nhiễm môi trường không khí tăng lên Một thảm họa do đảo nhiệt có thể kể đến là tại thung lũng Manse (Bỉ) vào năm 1930 và tương tự ở thung lũng dọc sông Monongahela vào năm 1948 Trong các vụ này hàng trăm người chết Hiện tượng đảo nhiệt đã làm tăng nồng độ hơi khí độc, gây ra tình trạng ngạt thở và làm gia tăng tỉ lệ tử vong

Khi hiện tượng đảo nhiệt xảy ra, hình thành một “nắp” không khí nằm trên khối không khí lạnh Không khí sát mặt đất do lạnh hơn nên không đi lên được, chất gây ô nhiễm bị giữ lại ở các tầng thấp, nồng độ tăng lên đến mức độ nguy hiểm Đó chính là nhân tố góp phần gây ra hiện tượng sương mù quang hóa ở Luân Đôn năm

1952 làm chết ngạt và làm tổn thương hệ hô hấp khoảng 4000–5000 người Ở Los Angeles vào tháng 8 năm 1969 cũng xảy ra tình trạng này và đã gây thiệt hại đáng kể về người và của

17.6 MỘT SỐ LOẠI SƯƠNG MÙ QUANG HÓA

17.6.1 Sương khói mùa hè (smog) hay sương mù trắng

Đây là loại thường gặp nhất, gây ra chủ yếu bởi khí NO2 Dưới ánh nắng mặt trời mùa hè, chúng bị phân ly và giải phóng ra O nguyên tử có tính phản ứng mạnh Chúng kết hợp với oxy phân tử trong lớp không khí thấp ở gần mặt đất để tạo ra ozon Ozon phản ứng với cacbua hydrua nhất là giờ cao điểm của hoạt động giao thông trong thành phố, để tạo ra sương mù trắng

17.6.2 Sương mù mùa đông (fog) hay sương mù đen

Về mùa đông tại các thành phố công nghiệp và các thành phố có hoạt động giao thông nhộn nhịp, không khí ẩm ướt chứa nhiều SO2 và

H2SO4, thường xuất hiện loại sương mù mùa đông (fog) hay sương mù đen

17.6.3 Sương mù màu nâu đỏ

Thường có trong những thành phố ô nhiễm khí trầm trọng Màu đặc trưng này là do có sự tồn tại cao của hàm lượng NO2, cùng kết hợp với nước tạo ra axit nitric (HNO3)

17.7 SƯƠNG MÙ QUANG HÓA Ở MỘT SỐ NƠI TRÊN THẾ GIỚI

Ở Mỹ, trên bầu trời các đô thị khổng lồ như New York, Washington, Los Angeles, thường xuyên có đám mây khí độc bao phủ, đó là những đám sương mù quang hóa Trước hết ở thành phố Los Angeles mùa hè thường có sương mù trắng, gây ra bệnh viêm họng, bệnh đau mắt, bệnh đường hô hấp, làm sức khỏe giảm sút, nhất là đối với những người lớn tuổi Hiện nay, ở Mỹ có khoảng 75 triệu người dân thành phố sống trong những khu vực bị ô nhiễm bởi sương mù trắng

Trên đường phố thủ đô Bon của nước Đức, các cảnh sát giao thông giữ gìn an toàn giao thông khi làm việc phải đeo mặt nạ phòng sương mù quang hóa mà phần lớn là sương mù trắng mùa hè Ở Ba Lan, tại thành phố Nowa Huta gần Cracovie, phức hợp công nghiệp lớn nhất ở nước này đã gây ra sương mù trắng bao phủ Cracovie trong 135 ngày/năm

Từ năm 1970, thủ đô Tôkyô của Nhật Bản vào mùa hè đã bị lớp sương mù trắng bao trùm lên đường phố trong nhiều giờ Đặc biệt, vào ngày 23/06/1971, do tác động nặng nề của sương mù trắng đã có

11620 người bị chết Hiện nay, ở Tôkyô người ta đã khắc phục được phần lớn hậu quả bằng cách xây dựng các “cây oxy”, tức là hệ thống cung cấp oxy cho người đi lại trên các phố

Ở Athenes, thủ đô Hy Lạp do bầu không khí thủ đô bị ô nhiễm nặng, tính ra bình quân mỗi ngày có 6 người dân bị chết do sương mù trắng Các thành phố San Paulô (Braxin), thành phố Mêxicô, thành phố Cairô (Ai cập), Niu Đêli (Ấn Độ) luôn luôn phải đương đầu với sương mù trắng trong mùa hè Riêng ở thành phố Calcutta của Ấn Độ đã có 60% thị dân mắc các bệnh do sương mù trắng gây ra bởi hoạt động của xe ô tô

Ở thủ đô Luân Đôn nước Anh trong những năm 1950–1960 đã xuất hiện những đợt sương mù đen độc hại, gây chết người hàng loạt Trong những năm đó có một ngày, ngay vào giữa trưa, một lớp sương mù đen dày đặc đã làm cho những người đi cách nhau một tầm tay mà không trông thấy nhau, bầu trời trở nên tối đen Chỉ trong 3

ngày, đã có tới 100 người bước nhầm xuống sông và bị chết đuối, các lái xe đã không nhìn thấy đèn hiệu giao thông và đã có hơn 20000 tai nạn ô tô xảy ra và có 1000 người dân thủ đô mắc bệnh viêm phổi cấp tính Sương mù đen mùa đông ở Anh năm 1952 là nguyên nhân tử vong của trên 4000 người ở Luân Đôn, phần lớn là người lớn tuổi May thay, hiện tượng sương mù đen đã ít gặp hơn, nhờ người ta đã thay thế than đá giàu lưu huỳnh bằng một loại than đá “sạch” hơn đã xử lý bớt lưu huỳnh trước đó

Thủ đô Mêhicô được xem là thành phố bị ô nhiễm không khí đứng đầu thế giới, khói nhà máy gây ra sương mù màu đỏ quanh năm Ở đây không có bình minh, người dân thủ đô không nhìn thấy được ánh sáng từ mặt trời chiếu xuống thành phố Không gian luôn luôn có lớp sương khói và sương mù âm u dày đặc Dù đang giữa trưa,

xe ô tô chạy (trên 3 triệu ô tô) cũng phải bật đèn Mọi người luôn luôn chú ý đến máy đo chất lượng không khí chia thành 500 nấc Nếu máy bắt đầu chỉ nấc 200 trở lên thì tránh cử động và hô hấp nhẹ hay sử dụng bình oxy Bởi vậy ở nước Mêhicô mỗi năm có 100.000 trường hợp tử vong do nguyên nhân ô nhiễm không khí

Từ thập kỷ 80, chính phủ Mỹ đã công bố cho nhân dân nước này biết rõ các thành phố lớn như New York, Washington, Baltimore Philadephia, bị ô nhiễm không khí Một báo cáo tại Quốc hội Mỹ đã lưu ý rằng hàng năm ở Mỹ, cũng như ở Canada, có 50.000 trường hợp tử vong vì nạn ô nhiễm không khí và làm cho hàng ngàn người dân chết sớm hơn bình thường

Kết quả điều tra gần đây của Ngân hàng thế giới cho biết tình trạng ô nhiễm không khí ở 6 thành phố lớn của Ấn Độ đã làm chết hơn 40.000 người Thủ đô Niu Đêli, thành phố bị ô nhiễm xếp hàng thứ 4 trên thế giới, đã có tới 7.500 trường hợp tử vong

Ở Cubatao (Braxin), do ô nhiễm không khí bởi sương mù quang hóa mà tỷ lệ người dân ở đây mắc các bệnh đường hô hấp và bệnh lao cũng như tỷ lệ tử vong của trẻ em sơ sinh rất cao

Theo số liệu thống kê của Liên hiệp quốc năm 1985, có khoảng

1 tỷ người, tức là gần một nửa dân số của các đô thị trên thế giới phải sống trong bầu không khí bị ô nhiễm, đặc biệt là do SO2

17.8 TÁC HẠI CỦA HIỆN TƯỢNG SƯƠNG MÙ QUANG HÓA 17.8.1 Tác hại của các chất gây ô nhiễm sơ cấp

Cho đến nay chúng ta đã biết những kiểu và những nguồn chính gây ô nhiễm không khí Bây giờ chúng ta xem xét ảnh hưởng của những chất ô nhiễm này lên sức khỏe con người, những nguyên vật liệu tự nhiên, hệ sinh thái và khí hậu toàn cầu Theo APA, dân chúng sống trong những thành phố ô nhiễm nhất ở Hoa Kỳ có thể chết sớm hơn dân chúng ở những thành phố có không khí trong lành từ 15–17% Các bệnh về tim, đường hô hấp, ung thư phổi, tất cả đều nghiêm trọng hơn đối với nhóm người hít thở không khí ô nhiễm, so với nhóm người tương đương sống trong môi trường không khí trong lành Điều này có nghĩa là bạn sẽ giảm tuổi thọ từ 5 đến 10 năm nếu bạn sống trong những vùng “tệ nhất” của Los Angeles hoặc Baltimore Dĩ nhiên là điều đó còn phụ thuộc vào cường độ, khoảng thời gian phơi nhiễm cũng như tuổi tác và tình trạng sức khỏe trước đó của mỗi người Sự rủi ro còn cao hơn đối với trẻ em, người già hoặc những người đang bị các bệnh về hô hấp, bệnh tim mạch, những người nhạy cảm hơn do di truyền hoặc do sự phơi nhiễm trước đó Những người làm việc nặng, luyện tập nhiều có thể dễ chết hơn những người làm việc tại chỗ

Tình trạng ở nhiều nước còn tệ hơn ở Canada hoặc Hoa Kỳ Theo Liên hiệp quốc, có ít nhất 1,3 tỉ người trên thế giới sống ở những vùng có không khí bị ô nhiễm trầm trọng Trong khu vực “tam giác đen” của Balan, Hungary và Tiệp Khắc, các bệnh về hô hấp, chứng khó ở, ung thư phổi, tỷ lệ tử vong dưới 18 tuổi và sự sẩy thai cao hơn 50% so với ở những vùng không ô nhiễm của những quốc gia này Và ở Trung Quốc, số người chết vì ung thư phổi của dân thành thị cao gấp 4 lần đến 6 lần so với người sống ở miền quê Khói lửa dùng trong nấu nướng và sưởi ấm cũng gây tác hại Hàng tỷ phụ nữ và trẻ em trải qua nhiều giờ mỗi ngày trong tình trạng không đảm bảo sức khỏe này Theo Tổ chức y tế thế giới, có khoảng 4 triệu trẻ

em dưới 5 tuổi chết mỗi năm do bệnh hô hấp cấp tính mà nguyên nhân là sự ô nhiễm không khí

Làm thế nào mà sự ô nhiễm không khí lại gây ra những ảnh hưởng đến sức khỏe? Con đường phổ biến nhất là do hít phải, nhưng sự hấp thụ trực tiếp qua da hoặc qua các chuỗi thức ăn cũng là con đường quan trọng

Các chất oxy hóa mạnh như sunfat, SO2, NOx, O3 làm tổn thương những mô trong mắt và đường hô hấp, Những vật liệu dạng hạt lơ lửng (kích thước <10μm) xuyên sâu vào phổi và gây viêm tấy Sự cảm ứng do viêm gây ra sự đi ngoài, suy yếu chức năng của phổi và gây ra những vấn đề về tim mạch khi cố gắng làm cân bằng sự thiếu oxygen bằng cách co bóp nhanh hơn và mạnh hơn Nếu sự viêm tấy khốc liệt, nhiều chất khí thấm xuyên qua phổi và làm tổn thương mô, dẫn đến bệnh khí thũng

17.8.1.1 Tác hại của CO

CO kết hợp với hemoglobin tạo thành oxy hemoglobin HbO2, vì

CO có ái lực với hemoglobin mạnh hơn oxy gấp 250 lần, và làm suy giảm khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu Tình trạng thiếu oxy trong máu là nguyên nhân gây ra chứng đau đầu, chóng mặt, suy tim và thậm chí có thể gây chết

Người ta thấy rằng khi không khí chứa 1% CO và 16% O2 thì có đến 95% hemoglobin kết hợp với CO để hình thành cacboxy hemoglobin (HbCO) Bởi vậy ngay khi trong không khí chỉ chứa 0,001% CO cũng đủ để hình thành một lượng đáng kể HbCO trong máu của người và động vật Máu chứa nhiều HbCO sẽ mất chức năng hô hấp Khi 20% hồng cầu của máu bị mất khả năng kết hợp với oxy thì con người bị nhiễm độc CO, biểu hiện bằng triệu chứng điển hình là nhức đầu nặng, bị mất ngủ, chóng mặt, buồn nôn Nếu 70% hồng cầu bị ức chế bởi CO thì cơ thể bị thiếu oxy và đi đến chỗ bị chết ngạt Nếu con người sống trong môi trường không khí chứa 1% CO thì

bị bất tỉnh sau 2 giờ và bị tử vong Chính vì vậy mà trong chiến tranh thế giới lần thứ hai, phát xít Đức đã sử dụng khí CO để sát hại hàng loạt tù nhân trong các trại tập trung của chúng, bởi vì khi người

ở trong không khí có nồng độ CO khoảng 250 ppm thì có thể bị tử vong

Đối với thực vật, nồng độ CO trong không khí tăng lên đến 100 – 1000 ppm làm lá cây quăn lại và rụng đi, do diện tích lá bị thu hẹp, cây non bị chết yểu CO cũng góp phần gây ra bệnh viêm cuống phổi Bệnh viêm cuống phổi là sự viêm tấy dai dẳng của cuống phổi (lớn hoặc nhỏ trong phổi), gây ra chứng ho đau đớn và chứng co thắt cơ khó chịu làm đè nén đường hô hấp Viêm cuống phổi nghiêm trọng dẫn đến bệnh khí thũng Và hậu quả là các phế nang bị phá hủy Không khí bị ứ đọng lại làm sưng phồng các khoang chứa khí trong phổi, nó ngăn cản sự tuần hoàn trong máu Khi những tế bào chết đi do thiếu oxygen và dưỡng chất, thành phế nang bị phá hủy, tạo ra một khoảng trống rỗng không có khả năng trao đổi khí Phổi

bị mất tính đàn hồi và việc thở trở nên khó khăn hơn Nạn nhân của bệnh khí thũng thường tạo ra tiếng rít đặc thù khi họ thở Thường họ cần bổ sung thêm oxygen để giảm cường độ hô hấp

17.8.1.2 Tác hại của các hydrocacbon

– Tác hại của metan (CH 4 ): CH4 là một hydrocacbon đơn giản đại diện cho sự phát thải của xe cộ

CH4 + 2O2 + 2NO + hm  H2O + HCHO + 2NO2Các hydrocacbon bị oxy hóa thành aldehyd (phân tử có chứa nhóm CHO) Trong phản ứng trên, nó là formaldehyd Những aldehyd gây tổn thương mắt và là những tác nhân gây ung thư

– Tác hại của etylen (C 2 H 5 OH): Etylen là thành phần của khí

thải động cơ và được thoát ra từ nhà máy lọc dầu thô và những nhà máy hóa chất Nồng độ etylen cao trong khí quyển gây hại đối với những thực vật nhạy cảm Người ta cho rằng, những khu rừng ở châu Âu và miền bắc nước Mỹ bị phá hủy có lẽ một phần là do các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi như etylen

– Tác hại của benzen (C 6 H 6): Benzen là một thành phần đáng quan tâm trong nhiên liệu xe hơi Nó thường chiếm 5% về nồng độ Benzen cũng là chất gây ung thư Nồng độ cao của benzen có thể tìm thấy trong khí quyển các thành phố, và nó làm gia tăng số người bị bệnh ung thư Khói thuốc lá cũng là nguồn quan trọng tạo ra benzen trong khí quyển

– Tác hại của toluen: Toluen là một hợp chất thơm hiện diện

với nồng đo lớn trong xăng dầu Nhiều dấu hiệu chứng tỏ nó ít gây ung thư hơn benzen, nhưng nó cũng gây ra những hiệu ứng khó chịu Toluen cũng đóng góp quan trọng trong việc tạo ra ozon và aldehyd trong khí quyển Thêm vào đó, nó còn hoạt động hình thành peroxy benzoyl nitrat (PAN), một tác nhân gây viêm mắt rất hiệu quả

17.8.1.3 Tác hại của các loại hạt

Các hạt cũng có thể tích lũy trong phổi và gây cản trở việc trao đổi khí của phổi Tuy nhiên những người thường xuyên tiếp xúc với một lượng lớn hạt (do công việc) thì mới có nguy cơ mắc bệnh này (bệnh nghề nghiệp) Khi chúng ta hít thở không khí có chứa các loại hạt, chúng ta lại tiếp xúc với một lượng lớn các chất khác độc hại hơn tích lũy trên chính những hạt đó Axit sunfuric, axit nitric và axit cacbonic là những chất có thể gây viêm đường hô hấp, thường xuyên có trong các loại hạt

17.8.1.4 Tác hại của SO 2

SO2 và axit sunfuric H2SO4 gây ra sự phá hoại to lớn đối với thảm thực vật Ngoài ra chúng phá hủy cực kỳ mạnh mẽ các nguyên vật liệu như đá, các vật liệu xây dựng Năm 1986, tổ chức tiền thân của INCO (International Nickel Company) bắt đầu mở cửa chế biến quặng sunfua tại Sudbury SO2 và axit sunfuric thải ra bởi quá trình này gây ra sự phá hoại to lớn thảm thực vật trong khoảng 30 km, tạo

ra những cảnh ảm đạm, cằn cỗi xung quanh khu vực sản xuất 20 năm sau người ta bổ sung máy lọc khí sunfua vào Sự phát thải đã giảm 90% và hệ sinh thái xung quanh đã bắt đầu hồi phục lại Tuy nhiên, khu vực gần nhà máy vẫn là vùng đất hoang trống vắng và khắc nghiệt Đối với thực vật, xảy ra sự tẩy các chất diệp lục và sau đó là sự hoại tử (chết) thành từng vết trên lá Nếu sự phá hoại khốc liệt, toàn bộ cây có thể chết Tuy nhiên, những triệu chứng của tác hại này thì hay mơ hồ, không rõ ràng và khó tách riêng rẽ với các bệnh về lá hoặc do côn trùng

Ở một giá trị nào đó, khi nồng độ của ozon và SO2 riêng rẽ ở mức dưới ngưỡng giới hạn, không có thiệt hại nào đáng kể xảy ra Nhưng cũng với nồng đó, khi có mặt đồng thời cả ozon và SO2, những tổn thương là đáng kể Tuy nhiên, trong cỏ linh lăng, SO2 và O3 kết hợp