Ảnh hưởng của sự ô nhiễm khí quyển tới con người, thế giới thực vật và động vật

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 － tử vong. Điều này là do CO － một chất khí hoạt tính cao, dễ liên kết với hồng cầu (hồng huyết cầu). Khi liên kết tạo thành cacboxihemoglobin (cao hơn chuẩn 0,4 %), hàm lượng chất này trong máu sẽ kéo theo:

a) sự suy giảm thị lực và khả năng đánh giá độ dài các khoảng thời gian,

b) sự rối loạn một số chức năng tâm lý về chuyển động của não bộ (với hàm lượng 2－5 %),

c) những thay đổi trong hoạt động của tim và phổi (với hàm lượng hơn 5 %),

d) các cơn đau đầu, buồn ngủ, co giật, hư hại chức năng thở và tử vong (với hàm lượng 10－80 %).

Mức độ tác động của ôxit cacbon tới cơ thể phụ thuộc không chỉ vào nồng độ của nó, mà cả vào thời gian con người sống (tiếp xúc) với không khí nhiễm CO. Thật vậy, với nồng độ CO bằng 10－50 phần triệu (thường quan sát thấy trong khí quyển ở các quảng trường và đường phố của các thành phố lớn), khi tiếp xúc 50－60 phút sẽ nhận thấy những rối loạn đã dẫn trong mục (a), tiếp xúc 6－8 giờ － 6 tuần － 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 và thời gian tiếp xúc 1－2 giờ trong điều kiện công việc nặng và 3－6 giờ trong điều kiện nghỉ ngơi. Rất may là sự tạo thành carboxihemoglobin trong máu là quá trình thuận nghịch: khi ngừng hít thở CO thì carboxihemoglobin bắt đầu dần dần thoát ra khỏi máu; ở người khỏe mạnh hàm lượng CO trong máu cứ sau 3－4 giờ giảm đi hai lần. Ôxit cacbon － chất rất bền vững; thời gian tồn tại của nó trong khí quyển bằng 2－4 tháng. Với nhập lượng hàng năm 350 triệu tấn, nồng độ CO trong khí quyển phải tăng lên khoảng 0,03 phần triệu một năm. Nhưng rất may là điều này không xảy ra, và ta phải biết ơn các loại nấm trong đất là chính, chúng rất tích cực phân hủy CO (ngoài ra sự chuyển hóa CO thành CO₂ cũng có một vai trò nào đó).

Điôxit lưu huỳnh và sunphua anhyđrit

Điôxit lưu huỳnh (SO₂) và sunphua anhyđrit (SO₃) trong tổ hợp với các hạt lơ lửng và hơi ẩm có tác hại nhất tới con người, các cơ thể sống và những giá trị vật chất. SO₂ － chất khí không màu và không cháy, với nồng độ trong không khí 0,3－1,0 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 và axit sunphuric (một chất kích thích mạnh hơn SO₂) ngay với hàm lượng trung bình năm 0,04－0,09 phần triệu và nồng độ khói 150－200 mg/m³ sẽ làm tăng các triệu chứng khó thở và các bệnh phổi, còn với hàm lượng SO₂ trung bình ngày 0,2－0,5 phần triệu và nồng độ khói 500－700 mg/m³ quan sát thấy tăng mạnh số bệnh nhân và tử vong. Với nồng độ SO₂ 0,3－0,5 phần triệu trong thời gian một số ngày sẽ xảy ra gây hại mãn tính đối với lá thực vật (đặc biệt là rau muống, xà lách, bông, bạch dương...).

Các ôxit nitơ và một số chất khác

Các ôxit nitơ (trước hết là 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 thành peroxilathetilnitrat (PAN) và các chất ôxy hóa quang hóa khác, trong đó có peroxibenzoilnitrat (PBN), ôzôn (O₃), H₂O₂, điôxit nitơ. Những chất ôxy hóa này là những hợp phần cơ bản của hỗn hợp khói mù quang hóa, khói này có tần suất lặp lại rất cao tại những thành phố ô nhiễm nặng nằm ở các vĩ độ thấp của bắc và nam bán cầu (Los－Angeles với gần 200 ngày trong năm có khói mù, Chicago, New－York và các thành phố khác của Mỹ; một loạt các thành phố của Nhật, Thổ Nhĩ Kỳ, Pháp, Tây Ban Nha, Italia, châu Phi và Nam Mỹ).

Đánh giá về tốc độ các phản ứng quang hóa dẫn tới sự tạo thành PAN, PBN và ôzôn cho thấy rằng ở nhiều thành phố phương nam của Liên Xô, mùa hè vào những giờ gần trưa (khi nhập lượng bức xạ cực tím lớn), những tốc độ này vượt trên giá trị mà bắt đầu từ đó người ta nhận thấy khói mù được tạo thành. Thật vậy, ở Alma－Ata, Erevan, Tbilisi, Askhabađ, Baku, Ôđesa và các thành phố khác, tại những mức ô nhiễm không khí được quan trắc, tốc độ cực đại tạo thành O₃ đã đạt tới 0,70－0,85 mg/(m³.giờ), trong khi khói mù xuất hiện ngay tại tốc độ 0,35 mg/(m³.giờ).

Sự có mặt của điôxit nitơ và iôđua kali trong thành phần của PAN làm cho khói mù có sắc nâu. Khi ngưng kết, PAN rơi xuống mặt đất dưới dạng lớp màng lỏng có tác động hủy diệt đối với thảm thực vật.

Tất cả những chất ôxy hóa, trước hết là PAN và PBN, kích thích mạnh và 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 3－4 mg/m³) nó gây ho nặng và làm suy giảm khả năng tập trung.

Ta sẽ nêu ra một số chất khác làm ô nhiễm không khí, tác hại tới con người. Đã xác định được rằng, ở những người mà nghề nghiệp có tiếp xúc với asbest thì xác suất các bệnh ưng thư thanh quản và vách ngăn giữa khoang ngực và khoang bụng cao hơn. Berili có tác hại (kể cả làm xuất hiện các chứng bệnh khối u) tới đường hô hấp, da và mắt. Hơi thủy ngân gây rối loạn hệ thần kinh trung ương và thận. Vì thủy ngân có thể tích tụ trong cơ thể người, nên kết cục tác động của nó dẫn đến tàn phá những khả năng trí tuệ.

ở các thành 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 và ung thư phổi ngày càng nhiều. ở Anh, 10 % trường hợp tử vong thuộc về viêm phế quản mãn, trong đó 21 % dân cư ở độ tuổi 40－59 bị bệnh này. ở Nhật, tại một loạt thành phố có tới 60 % cư dân bị viêm phế quản mãn tính, triệu chứng của bệnh là ho khan kèm thở hắt, tiếp theo là khó thở và trụy tim (nhân đây phải nhận xét rằng, cái gọi là điều kỳ diệu kinh tế Nhật Bản những năm 50－60 đã đồng hành với nạn ô nhiễm nặng môi trường tự nhiên của một trong những vùng đẹp nhất của Trái Đất và tổn thất nghiêm trọng đối với sức khỏe cư dân nước này). Trong những thập niên gần đây, số bệnh nhân ưng thư phế quản và phổi, với các hyđrô cacbua gây ung thư là tác nhân, đang tăng nhanh với tốc độ rất đáng ngại.

Một số nguyên tố hóa học có tính phóng xạ: chúng tự phân hủy và biến thành 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 toàn bộ khối lượng của nguyên tố phóng xạ sẽ tiêu hủy sau thời gian lớn vô hạn. Thời gian mà trong đó khối lượng giảm một nửa được gọi là 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 － 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 nào khác cho phép làm trung hòa được dạng ô nhiễm môi trường tự nhiên này. Nguy hiểm nhất là những chất phóng xạ với chu kỳ bán phân hủy từ vài tuần tới vài năm: khoảng thời gian này đủ để các chất này thâm nhập vào cơ thể thực vật và 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 vào cơ thể người và 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 và các nguyên tố khác) là những hợp phần chính của chất sống (của thực vật và động vật) nên chúng nguy hiểm hơn so với những chất phóng xạ ít gặp và cơ thể ít hấp thụ.

Nguy hiểm nhất trong số các chất phóng xạ, ⁹⁰Sr và ¹³⁷Cs được tạo thành bởi những vụ nổ hạt nhân trong khí quyển cũng như đi vào môi trường cùng với phát thải của công nghiệp nguyên tử. Nhờ tính chất hóa học giống với canxi, ⁹⁰Sr dễ xâm nhập vào mô xương của động vật có xương sống, trong khi ¹³⁷Cs tích tụ trong cơ, làm cản trở cali.

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

－ Làm suy yếu cơ thể bị xạ, giảm tốc độ tăng trưởng, giảm sức chống đối bệnh dịch và sức đề kháng của cơ thể;

－ Rút ngắn thời gian sống, cắt giảm những chỉ số tăng trưởng tự nhiên do sự thanh trùng tạm thời hay hoàn toàn;

－ Bằng các cách khác nhau làm tổn thương gien và những hậu quả này sẽ biểu lộ ở các thế hệ thứ hai hay thứ ba;

－ 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 vào lượng năng lượng (bức xạ) do chất phóng xạ phát ra mà cơ thể hấp thụ. Đơn vị của năng lượng này là 1 R － đó là cấp độ bức xạ tại đó 1 g chất sống hấp thụ 10 −5 size 12{ {} rSup { size 8{ - 5} } } {} J năng lượng.

Đã xác lập được rằng, với cấp độ vượt trên 1000 R, con người sẽ chết; cấp độ 700 và 200 tương ứng với kết cục tử vong tuần tự là 90 và 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 hoàn toàn tăng lên rất nhiều.

Các vụ nổ thử bom nguyên tử và khinh khí tiến hành nhiều vào những năm 1954－1962 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 và 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 8 500 quả bom tương tự như quả bom ném xuống Hirôsima).

Nguồn tạp chất phóng xạ thứ hai － đó là từ công nghiệp nguyên tử. Các tạp chất đi vào môi trường trong khi khai thác và làm giàu 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 nhà máy làm giàu và chế biến nhiên liệu nguyên tử. Phần lớn các tạp chất phóng xạ chứa trong nước thải được thu gom và bảo quản trong những bình kín. Tuy nhiên ⁸⁵Kr, ¹³³Xe và một phần ¹³¹I xâm nhập vào khí quyển từ các hệ thống bốc hơi dùng để cô đặc các chất thải phóng xạ. Triti và một phần các sản phẩm phân hủy (⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ¹⁰⁵Ru, ¹³¹I) bị thải vào sông và biển cùng với các chất lỏng ít phóng xạ (một nhà máy không lớn sản xuất nhiên liệu nguyên tử hàng năm thải 500 đến 1500 tấn nước nhiễm các đồng vị này). 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 hoàn toàn không nguy hiểm, cần một thời gian bằng khoảng 20 chu kỳ bán phân hủy (gần 640 năm đối với ¹³⁷Cs và 490 nghìn năm đối với ²³⁹Ru). Chắc gì có thể tin rằng các côngtơnơ chứa chất thải giữ kín được trong thời gian dài như vậy.

Như vậy, việc cất giữ các chất thải của ngành năng lượng nguyên tử là 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 nhà máy phát điện nguyên tử với lượng tạp chất thải thực tế bằng không. Nhưng trong trường hợp đó sản xuất năng lượng tại nhà máy điện nguyên tử sẽ đắt hơn nhiều so với nhà 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 nhà nghiên cứu về những vấn đề năng lượng và bảo tồn môi trường đã đi đến kết luận: ngành năng lượng nguyên tử không những có khả năng đáp ứng tất cả những nhu cầu ngày càng tăng của xã hội về năng lượng, mà còn đảm bảo bảo tồn môi trường thiên nhiên và 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 ngành 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 mà 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 toàn Trái Đất (thật vậy, tại một trong những vùng của Brazin, dân cư nhận gần 1600 mRad một năm, tức lớn hơn 10－20 lần liều lượng bức xạ thông thường). Về trung bình, liều lượng bức xạ ion hóa mà mỗi người trên hành tinh nhận được dao động giữa 50 và 200 mRad, trong đó độ bức xạ tự nhiên (các tia vũ trụ) gần 25 mRad, độ bức xạ từ đất đá － khoảng 50－150 mRad. Cũng phải tính đến liều lượng mà con người nhận từ các nguồn bức xạ nhân tạo. Thí dụ, ở Anh hàng 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 và mưa phóng xạ.