Giáo trình bảo vệ môi trường - Phần 1 Bảo vệ khí quyển - Chương 2 ppsx

Khi liên kết tạo thμnh cacboxihemoglobin cao hơn chuẩn 0,4 %, hμm lượng chất nμy trong máu sẽ kéo theo: a sự suy giảm thị lực vμ khả năng đánh giá độ dμi các khoảng thời gian, b sự rối l

Chương 2

ảnh hưởng của sự ô nhiễm khí quyển tới

con người, thế giới thực vật vμ động vật

2.1 Mở đầu

Tất cả các chất lμm ô nhiễm không khí khí quyển ở mức độ

nhiều hoặc ít đều ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người Những

chất nμy đi vμo cơ thể con người chủ yếu qua hệ thống hít thở

Các cơ quan hít thở chịu ảnh hưởng ô nhiễm trực tiếp, vì gần 50

% các hạt tạp chất với bán kính 0,01ư0,1 μm xâm nhập vμo phổi

sẽ lắng đọng tại đó

Khi xâm nhập vμo 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

thμnh nhiễu đối với một hoặc một số cơ chế bảo đảm lμm sạch

đường hô hấp; c) lμm 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 vμ những bệnh

như tổn thương các tuyến hô hấp trên, trụy tim, viêm phế quản,

hen, viêm phổi, emphysema phổi vμ các bệnh về mắt Sự tăng

mạnh nồng độ tạp chất duy trì trong vòng một số ngμy sẽ lμm

tăng tỉ lệ tử vong những người đứng tuổi do các bệnh đường hô

hấp vμ tim mạch Tháng mười hai năm 1930, ở thung lũng sông

Maas (Bỉ), người ta ghi nhận một đợt ô nhiễm không khí mạnh

trong ba ngμy liền; kết quả lμ hμng trăm người đã bị ngã bệnh

vμ 60 người chết ư hơn 10 lần cao hơn tỉ lệ tử vong trung bình

Tháng giêng năm 1931, ở vùng Manchester (Anh), 9 ngμy liền

quan sát thấy không khí nhiễm bụi mạnh vμ lμ nguyên nhân tử

vong của 592 người Người ta còn được biết những trường 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 trường hợp tử vong bất ngờ Bụi khói mạnh kết hợp với sương

mù trong thời kỳ từ 5 đến 8 tháng mười hai năm 1852 đã lμm chết hơn 4000 dân nội thμnh Luân đôn Tháng giêng năm 1956, gần 1000 người Luân đôn chết do một vụ bụi khói kéo dμi Phần lớn những người chết bất ngờ đã bị viêm phế quản, emphysema phổi hay các bệnh tim mạch Như hình 2.1 cho thấy, nguyên nhân chủ yếu của những kết cục tử vong lμ sự ô nhiễm không khí khí quyển

Hình 2.1 Số trường hợp tử vong (1), nồng độ điôxit lưu huỳnh (2) vμ khói (3)

trong khí quyển ở Luân đôn tháng 12 năm 1952

2.2 Ôxit cacbon

Nồng độ CO vượt trên nồng độ tới hạn cho phép sẽ dẫn tới những biến đổi sinh lý trong cơ thể người, còn nồng độ cao hơn

750 phần triệu ư tử vong Điều nμy lμ do CO ư một chất khí

hoạt tính cao, dễ liên kết với hồng cầu (hồng huyết cầu) Khi

liên kết tạo thμnh cacboxihemoglobin (cao hơn chuẩn 0,4 %),

hμm lượng chất nμy trong máu sẽ kéo theo:

a) sự suy giảm thị lực vμ khả năng đánh giá độ dμi các

khoảng thời gian,

b) sự rối loạn một số chức năng tâm lý về chuyển động của

não bộ (với hμm lượng 2ư5 %),

c) những thay đổi trong hoạt động của tim vμ phổi (với hμm

lượng hơn 5 %),

d) các cơn đau đầu, buồn ngủ, co giật, hư hại chức năng thở

vμ tử vong (với hμm lượng 10ư80 %)

Mức độ tác động của ôxit cacbon tới cơ thể phụ thuộc không

chỉ vμo nồng độ của nó, mμ cả vμo thời gian con người sống (tiếp

xúc) với không khí nhiễm CO Thật vậy, với nồng độ CO bằng

10ư50 phần triệu (thường quan sát thấy trong khí quyển ở các

quảng trường vμ đường phố của các thμnh phố lớn), khi tiếp xúc

50ư60 phút sẽ nhận thấy những rối loạn đã dẫn trong mục (a),

tiếp xúc 6ư8 giờ ư 6 tuần ư quan sát thấy những thay đổi đã chỉ

ra trong mục (b) Sự rối loạn thở, co giật, mất trí nhớ được quan

sát thấy với nồng độ CO bằng 200 phần triệu vμ thời gian tiếp

xúc 1ư2 giờ trong điều kiện công việc nặng vμ 3ư6 giờ trong điều

kiện nghỉ ngơi Rất may lμ sự tạo thμnh carboxihemoglobin

trong máu lμ quá trình thuận nghịch: khi ngừng hít thở CO thì

carboxihemoglobin bắt đầu dần dần thoát ra khỏi máu; ở người

khỏe mạnh hμm lượng CO trong máu cứ sau 3ư4 giờ giảm đi hai

lần Ôxit cacbon ư chất rất bền vững; thời gian tồn tại của nó

trong khí quyển bằng 2ư4 tháng Với nhập lượng hμng năm 350

triệu tấn, nồng độ CO trong khí quyển phải tăng lên khoảng

0,03 phần triệu một năm Nhưng rất may lμ điều nμy không xảy

ra, vμ ta phải biết ơn các loại nấm trong đất lμ chính, chúng rất

tích cực phân hủy CO (ngoμi ra sự chuyển hóa CO thμnh CO2

cũng có một vai trò nμo đó)

2.3 Điôxit lưu huỳnh vμ sunphua anhyđrit

Điôxit lưu huỳnh (SO2) vμ sunphua anhyđrit (SO3) trong tổ hợp với các hạt lơ lửng vμ hơi ẩm có tác hại nhất tới con người, các cơ thể sống vμ những giá trị vật chất SO2 ư chất khí không mμu vμ không cháy, với nồng độ trong không khí 0,3ư1,0 phần triệu bắt đầu cảm thấy mùi của nó, còn với nồng độ cao hơn 3 phần triệu SO2 có mùi gắt khó chịu Điôxit lưu huỳnh trong hỗn hợp với những hạt rắn vμ axit sunphuric (một chất kích thích mạnh hơn SO2) ngay với hμm lượng trung bình năm 0,04ư0,09 phần triệu vμ nồng độ khói 150ư200 mg/m3

sẽ lμm tăng các triệu chứng khó thở vμ các bệnh phổi, còn với hμm lượng SO2

trung bình ngμy 0,2ư0,5 phần triệu vμ nồng độ khói 500ư700 mg/m3

quan sát thấy tăng mạnh số bệnh nhân vμ tử vong Với nồng độ SO2 0,3ư0,5 phần triệu trong thời gian một số ngμy sẽ xảy ra gây hại mãn tính đối với lá thực vật (đặc biệt lμ rau muống, xμ lách, bông, bạch dương )

2.4 Các ôxit nitơ vμ một số chất khác

Các ôxit nitơ (trước hết lμ điôxit nitơ độc NO2), dưới 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 thμnh peroxilathetilnitrat (PAN) vμ các chất ôxy hóa quang hóa khác, trong đó có peroxibenzoilnitrat (PBN), ôzôn (O3), H2O2,

điôxit nitơ Những chất ôxy hóa nμy lμ những hợp phần cơ bản

của hỗn hợp khói mù quang hóa, khói nμy có tần suất lặp lại rất

cao tại những thμnh phố ô nhiễm nặng nằm ở các vĩ độ thấp của

bắc vμ nam bán cầu (LosưAngeles với gần 200 ngμy trong năm

có khói mù, Chicago, NewưYork vμ các thμnh phố khác của Mỹ;

một loạt các thμnh phố của Nhật, Thổ Nhĩ Kỳ, Pháp, Tây Ban

Nha, Italia, châu Phi vμ Nam Mỹ)

Đánh giá về tốc độ các phản ứng quang hóa dẫn tới sự tạo

thμnh PAN, PBN vμ ôzôn cho thấy rằng ở nhiều thμnh phố

phương nam của Liên Xô, mùa hè vμo những giờ gần trưa (khi

nhập lượng bức xạ cực tím lớn), những tốc độ nμy vượt trên giá

trị mμ bắt đầu từ đó người ta nhận thấy khói mù được tạo

thμnh Thật vậy, ở AlmaưAta, Erevan, Tbilisi, Askhabađ, Baku,

Ôđesa vμ các thμnh phố khác, tại những mức ô nhiễm không

khí được quan trắc, tốc độ cực đại tạo thμnh O3 đã đạt tới

0,70ư0,85 mg/(m3

.giờ), trong khi khói mù xuất hiện ngay tại tốc

độ 0,35 mg/(m3

.giờ)

Sự có mặt của điôxit nitơ vμ iôđua kali trong thμnh phần

của PAN lμm cho khói mù có sắc nâu Khi ngưng kết, PAN rơi

xuống mặt đất dưới dạng lớp mμng lỏng có tác động hủy diệt đối

với thảm thực vật

Tất cả những chất ôxy hóa, trước hết lμ PAN vμ PBN, kích

thích mạnh vμ 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 3ư4 mg/m3

) nó gây ho nặng vμ lμm suy giảm khả năng tập trung

Ta sẽ nêu ra một số chất khác lμm ô nhiễm không khí, tác

hại tới con người Đã xác định được rằng, ở những người mμ

nghề nghiệp có tiếp xúc với asbest thì xác suất các bệnh ưng thư

thanh quản vμ vách ngăn giữa khoang ngực vμ khoang bụng

cao hơn Berili có tác hại (kể cả lμm xuất hiện các chứng bệnh

khối u) tới đường hô hấp, da vμ mắt Hơi thủy ngân gây rối loạn

hệ thần kinh trung ương vμ thận Vì thủy ngân có thể tích tụ

trong cơ thể người, nên kết cục tác động của nó dẫn đến tμn phá những khả năng trí tuệ

ở các thμnh phố, do sự ô nhiễm không khí liên tục tăng, nên số người mắc các chứng bệnh như viêm phế quản mãn tính, emphysema phổi, các bệnh dị ứng vμ ung thư phổi ngμy cμng nhiều ở Anh, 10 % trường hợp tử vong thuộc về viêm phế quản mãn, trong đó 21 % dân cư ở độ tuổi 40ư59 bị bệnh nμy ở Nhật, tại một loạt thμnh phố có tới 60 % cư dân bị viêm phế quản mãn tính, triệu chứng của bệnh lμ ho khan kèm thở hắt, tiếp theo lμ khó thở vμ trụy tim (nhân đây phải nhận xét rằng, cái gọi lμ

điều kỳ diệu kinh tế Nhật Bản những năm 50ư60 đã đồng hμnh với nạn ô nhiễm nặng môi trường tự nhiên của một trong những vùng đẹp nhất của Trái Đất vμ tổn thất nghiêm trọng đối với sức khỏe cư dân nước nμy) Trong những thập niên gần đây, số bệnh nhân ưng thư phế quản vμ phổi, với các hyđrô cacbua gây ung thư lμ tác nhân, đang tăng nhanh với tốc độ rất đáng ngại

2.5 ảnh hưởng của các chất phóng xạ tới thế giới thực vật vμ

động vật

Một số nguyên tố hóa học có tính phóng xạ: chúng tự phân hủy vμ biến thμnh những nguyên tố với số thứ tự khác kèm theo

sự phát xạ Khi phân hủy chất phóng xạ, khối lượng chất đó giảm dần với thời gian Về lý thuyết thì toμn bộ khối lượng của nguyên tố phóng xạ sẽ tiêu hủy sau thời gian lớn vô hạn Thời

gian mμ trong đó khối lượng giảm một nửa được gọi lμ 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

41Ar bằng 2 giờ) đến một số tỉ năm (với 238U ư 4,5 tỉ năm)

Cuộc đấu tranh với sự ô nhiễm phóng xạ môi trường chỉ có

thể mang tính chất cảnh báo, bởi vì không hề tồn tại một

phương pháp phân hủy sinh học hay cơ chế nμo khác cho phép

lμm trung hòa được dạng ô nhiễm môi trường tự nhiên nμy

Nguy hiểm nhất lμ những chất phóng xạ với chu kỳ bán phân

hủy từ vμi tuần tới vμi năm: khoảng thời gian nμy đủ để các

chất nμy thâm nhập vμo cơ thể thực vật vμ 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 vμo

cơ thể người vμ có thể tích lũy tới một lượng có khả năng gây hại

sức khỏe con người

Với cùng một mức ô nhiễm môi trường như nhau, những

đồng vị của các nguyên tố đơn giản (14C, 32P, 45Ca, 35S, 3H vμ các

nguyên tố khác) lμ những hợp phần chính của chất sống (của

thực vật vμ động vật) nên chúng nguy hiểm hơn so với những

chất phóng xạ ít gặp vμ cơ thể ít hấp thụ

Nguy hiểm nhất trong số các chất phóng xạ, 90

Sr vμ 137

Cs

được tạo thμnh bởi những vụ nổ hạt nhân trong khí quyển cũng

như đi vμo môi trường cùng với phát thải của công nghiệp

nguyên tử Nhờ tính chất hóa học giống với canxi, 90

Sr dễ xâm nhập vμo mô xương của động vật có xương sống, trong khi 137

Cs tích tụ trong cơ, lμm cản trở cali

Sự phát xạ của các chất phóng xạ có tác động như sau tới

các cơ thể:

ư Lμm suy yếu cơ thể bị xạ, giảm tốc độ tăng trưởng, giảm

sức chống đối bệnh dịch vμ sức đề kháng của cơ thể;

ư Rút ngắn thời gian sống, cắt giảm những chỉ số tăng

trưởng tự nhiên do sự thanh trùng tạm thời hay hoμn toμn;

ư Bằng các cách khác nhau lμm tổn thương gien vμ những

hậu quả nμy sẽ biểu lộ ở các thế hệ thứ hai hay thứ ba;

ư Có tác động tích lũy, gây nên những hiệu ứng không đảo

ngược được

Mức nặng nề của những hậu quả bức xạ phụ thuộc vμo lượng năng lượng (bức xạ) do chất phóng xạ phát ra mμ cơ thể hấp thụ Đơn vị của năng lượng nμy lμ 1 R ư đó lμ cấp độ bức xạ tại đó 1 g chất sống hấp thụ 10ư5 J năng lượng

Đã xác lập được rằng, với cấp độ vượt trên 1000 R, con người sẽ chết; cấp độ 700 vμ 200 tương ứng với kết cục tử vong tuần tự lμ 90 vμ 10 % trường hợp; trường hợp cấp độ 100 R con người sống sót, nhưng xác suất bị bệnh ung thư cũng như xác suất vô sinh hoμn toμn tăng lên rất nhiều

Các vụ nổ thử bom nguyên tử vμ khinh khí tiến hμnh nhiều vμo những năm 1954ư1962 đã gây ô nhiễm nhiều nhất Tới năm

1963, khi kí kết Hiệp ước cấm thử vũ khí hật nhân trong khí quyển, vũ trụ vμ dưới nước, 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 8500 quả bom tương tự như quả bom ném xuống Hirôsima)

Nguồn tạp chất phóng xạ thứ hai ư đó lμ từ công nghiệp nguyên tử Các tạp chất đi vμo môi trường trong khi khai thác

vμ lμm giμu 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 trường nặng nề nhất liên quan tới những nhμ máy lμm giμu vμ chế biến nhiên liệu nguyên tử Phần lớn các tạp chất phóng xạ chứa trong nước thải được thu gom vμ bảo quản trong những bình kín Tuy nhiên 85Kr, 133Xe vμ một phần

131

I xâm nhập vμo khí quyển từ các hệ thống bốc hơi dùng để cô

đặc các chất thải phóng xạ Triti vμ một phần các sản phẩm phân hủy (90Sr, 137Cs, 105Ru, 131I) bị thải vμo sông vμ biển cùng với các chất lỏng ít phóng xạ (một nhμ máy không lớn sản xuất nhiên liệu nguyên tử hμng năm thải 500 đến 1500 tấn nước

nhiễm các đồng vị nμy) Theo các ước lượng hiện có, đến năm

2000 lượng chất thải năm của công nghiệp nguyên tử ở Mỹ sẽ

đạt 4250 tấn (tương đương với khối lượng chất thải có được khi

nổ 8 triệu quả bom cùng loại đã ném xuống Hirôsima) Để vô

hiệu hóa các chất thải phóng xạ đến độ hoμn toμn không nguy

hiểm, cần một thời gian bằng khoảng 20 chu kỳ bán phân hủy

(gần 640 năm đối với 137

Cs vμ 490 nghìn năm đối với 239

Ru)

Chắc gì có thể tin rằng các côngtơnơ chứa chất thải giữ kín được

trong thời gian dμi như vậy

Như vậy, việc cất giữ các chất thải của ngμnh năng lượng

nguyên tử lμ một vấn đề căng thẳng nhất để bảo vệ môi trường

khỏi bị nhiễm phóng xạ Thật ra, về mặt lý thuyết có thể xây

dựng những nhμ máy phát điện nguyên tử với lượng tạp chất

thải thực tế bằng không Nhưng trong trường hợp đó sản xuất

năng lượng tại nhμ máy điện nguyên tử sẽ đắt hơn nhiều so với

nhμ máy nhiệt điện

Vì sản xuất năng lượng dựa trên nhiên liệu khoáng sản

(than, dầu, khí) cũng kèm theo sự ô nhiễm môi trường, còn trữ

lượng bản thân nhiên liệu khoáng có hạn, nên phần lớn các nhμ

nghiên cứu về những vấn đề năng lượng vμ bảo tồn môi trường

đã đi đến kết luận: ngμnh năng lượng nguyên tử không những

có khả năng đáp ứng tất cả những nhu cầu ngμy cμng tăng của

xã hội về năng lượng, mμ còn đảm bảo bảo tồn môi trường thiên

nhiên vμ con người tốt hơn so với việc sản xuất cùng lượng năng

lượng 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 trường bởi phóng xạ (ngay cả trong tương lai xa), thí dụ như

đảm bảo sự độc lập của các cơ quan kiểm soát đổ thải với các

ngμnh chịu trách nhiệm sản xuất năng lượng nguyên tử

Người ta đã thiết lập được những liều lượng bức xạ ion hóa

cho phép tới hạn dựa trên yêu cầu sau: liều lượng phải không

vượt quá hai lần giá trị trung bình của liều lượng bức xạ mμ con người chịu trong điều kiện tự nhiên ở đây giả thiết rằng người

ta thích nghi tốt với mức bức xạ tự nhiên của môi trường Hơn nữa, được biết có những nhóm người sống ở những vùng với độ bức xạ cao, vượt hơn nhiều độ bức xạ trung bình toμn Trái Đất (thật vậy, tại một trong những vùng của Brazin, dân cư nhận gần 1600 mRad một năm, tức lớn hơn 10ư20 lần liều lượng bức xạ thông thường) Về trung bình, liều lượng bức xạ ion hóa mμ mỗi người trên hμnh tinh nhận được dao động giữa 50 vμ 200 mRad, trong đó độ bức xạ tự nhiên (các tia vũ trụ) gần 25 mRad, độ bức xạ từ đất đá ư khoảng 50ư150 mRad Cũng phải tính đến liều lượng mμ con người nhận từ các nguồn bức xạ nhân tạo Thí dụ, ở Anh hμng năm một người 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 vμ mưa phóng xạ