Giáo trình bảo vệ môi trường

387 trang huongle 5260

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình bảo vệ môi trường", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_bao_ve_moi_truong.pdf

Nội dung text: Giáo trình bảo vệ môi trường

Giáo trình bảo vệ môi trường Biên tập bởi: duvantoan
Giáo trình bảo vệ môi trường Biên tập bởi: duvantoan Các tác giả: voer_nguyenthanhson duvantoan PGS. TS. NGƯT Phạm Văn Huấn Phiên bản trực tuyến:
MỤC LỤC 1. Bảo vệ môi trường Lời nói đầu 2. Bảo vệ môi trườngNhập môn 3. Bản chất và những tính chất của các chất làm ô nhiễm môi trường tự nhiên 4. Ảnh hưởng của sự ô nhiễm khí quyển tới con người, thế giới thực vật và động vật 5. Sự ô nhiễm toàn cầu 6. Sự ô nhiễm khí quyển từ các nguồn thải di động 7. Những biến đổi khí hậu các thành phố có nguồn gốc nhân sinh 8. Bức xạ 9. Những quy luật lan truyền chất ô nhiễm(tạp chất)trong môi trường rối 10. Dự báo sự ô nhiễm nền của không khí thành phố 11. Các mô hình số về ô nhiễm khí quyển thành phố lớn 12. Tổ chức quan trắc ô nhiễm không khí quyển 13. Sự phát triển các nghiên cứu về bảo vệ tài nguyên nước 14. Hệ thống quan trắc và kiểm soát chất lượng của mặt nước 15. Các nhân tố thủy văn hình thành và phương pháp đánh giá chất lượng nước mặt 16. Những đại lượng thủy văn và những yếu tố thủy lực cần thiết để tính toán sự pha loãng nước thải 17. Bảo vệ các đối tượng nước khỏi cạn kiệt 18. Dự báo chất lượng tài nguyên nước 19. Vùng bảo tồn nước và dải rừng phòng hộ 20. Bảo vệ các sông nhỏ 21. Nguồn gốc và các dạng ô nhiễm đại dương thế giới 22. Mô hình hóa sự lan truyền các chất ô nhiễm trong đại dương 23. Hiện trạng ô nhiễm nước Đại Dương 24. Các quá trình tự làm sạch môi trường biển khỏi những chất ô nhiễm 25. Bảo vệ các đối tượng nước khỏi cạn kiệt 26. Ảnh hưởng của các chất ô nhiễm tới hoạt động sống của sinh vật biển 27. Ô nhiễm trong môi trường nước 28. Những cơ sở sinh thái học nhân sinh đại dương và dung lượng dung hòa của các hệ sinh thái biển 29. Kiểm soát tổng hợp toàn cầu Đại Dương thế giới 30. Phương tiện kỹ thuật bảo vệ môi trường biển khỏi ô nhiễm 31. Bảo vệ môi trường biển khỏi ô nhiễm 32. Tài liệu tham khảo 1/385
Tham gia đóng góp 2/385
Bảo vệ môi trường - Lời nói đầu Trong kỉ nguyên tiến bộ khoa học kĩ thuật những tác động nhân sinh lên môi trường trở nên ngày càng mạnh mẽ và qui mô hơn. Sự ô nhiễm các môi trường tự nhiên khí quyển, thủy quyển và sinh quyển, đang gia tăng, tỏ ra trầm trọng và nguy hiểm. Do đó, những vấn đề kiểm soát chất lượng và điều chỉnh trạng thái môi trường mà các chuyên gia khí tượng thủy văn (các nhà khí tượng học, thủy văn học, hải dương học) có nghĩa vụ tham gia trực tiếp có tầm quan trọng to lớn nhất. Các chuyên gia tương lai cần có khái niệm rõ ràng về đặc điểm và qui mô của tất cả các dạng tác động nhân sinh (vật lý, hóa học, sinh học) lên môi trường tự nhiên và những hậu quả của những tác động đó, về những phương pháp đánh giá trạng thái ô nhiễm khí quyển và các đối tượng nước, về những phương pháp hiện hành tính toán và mô phỏng toán học sự lan truyền các hợp chất độc hại trong môi trường, cũng như những chuẩn mực pháp lý của luật pháp quốc gia và quốc tế trong lĩnh vực bảo vệ môi trường khỏi sự ô nhiễm và suy thoái. Tất cả những vấn đề đã liệt kê và hàng loạt những vấn đề liên quan sẽ được xem xét trong cuốn giáo khoa này. Nhiệm vụ chính của các giáo trình bảo vệ môi trường là làm sao hình thành ở sinh viên một thế giới quan sinh thái trong đó cơ sở là quan niệm về sự thống nhất và liên hệ qua lại của tất cả những quá trình tự nhiên, sự biến đổi của chúng dưới tác động của những nhân tố nhân sinh. Những luận điểm cơ bản trình bày trong sách được minh họa bằng các thí dụ và dữ liệu thực tế, chúng được sử dụng để chỉ ra qui mô và ý nghĩa của một hiện tượng nào đó; đương nhiên, với thời gian những quan niệm của chúng ta có thể thay đổi nhiều. Cuốn giáo khoa này do tập thể tác giả đang giảng dạy các giáo trình bảo vệ môi trường viết: phần mở đầu phó giáo sư A. A. Alimov, bảo vệ khí quyển giáo sư L. T. Matveev (không kể chương 9 do phó tiến sĩ địa lý học V. L. Anđreev viết), bảo vệ nước lục địa giáo sư A. M. Vlađimirov và phó giáo sư V. G. Orlov, bảo vệ Đại dương Thế giới giáo sư Iu. I. Liakhin (không kể chương 2 do phó giáo sư L. N. Kuznhesova viết). Các tác giả chân thành cảm ơn giáo sư N. V. Razumikhin (Đại học Tổng hợp Lêningrat), giáo sư G. S. Bashkirov (Đại học Khí tượng Thủy văn Ôđesa), phó tiến sĩ khoa học toán lý V. A. Pavlov, giáo sư A. V. Tsưban và phó tiến sĩ sinh học N. P. Timoshencova (Viện khí hậu và sinh thái toàn cầu) đã đọc bản thảo và nêu ra nhiều nhận xét, đề xuất rất xây dựng. 3/385
Bảo vệ môi trường-Nhập môn Trong lịch sử nhân loại luôn có không ít những vấn đề và những bài toán mà sự phồn thịnh và phát triển của xã hội tùy thuộc vào sự giải quyết chúng có thành công hay không. Tuy nhiên, trước đây chưa bao giờ nảy sinh những vấn đề có tầm cỡ như một ngưỡng làm cho sự tiến bộ xã hội sẽ vô cùng khó khăn nếu không nói là hoàn toàn không thể. Ngày nay trở nên rõ ràng rằng đến cuối thế kỉ 20 loài người đã đụng độ với những vấn đề nặng nề nhất tích tụ lại từ những thế kỉ trước đó. Cùng với những mâu thuẫn kinh tế ? xã hội, chính trị của ngày hôm nay, đang nổi lên những mâu thuẫn qui mô toàn cầu đụng chạm tới chính những cơ sở tồn tại của nền văn minh. Đó là những vấn đề căng thẳng như sự ô nhiễm môi trường, bầu không khí và các đại dương, sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên. Là một vấn đề toàn cầu, vấn đề sinh thái (như một tập hợp những vấn đề bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên) đang ảnh hưởng tới lợi ích của tất cả 5 tỉ dân cư của hành tinh chúng ta, lợi ích của tất cả, không ngoại trừ, các quốc gia hiện đại và cuối cùng, lợi ích của từng con người sống trên Trái Đất. Sự đảm bảo những ưu tiên sinh thái đang trở thành yếu tố ngày càng quan trọng của sự tiến bộ xã hội. Những ưu tiên này đang dần dần đạt tới tính chất của những giá trị tuyệt đối. Do đó, ngay từ nay, đặc biệt trong tương lai, một quyết sách kinh tế hay chính trị bất kỳ sẽ là không thể chấp nhận được về nguyên tắc nếu nó vi phạm những đòi hỏi có căn cứ khoa học về y tế, về sinh thái và những đòi hỏi khác đối với môi trường. Không tuân thủ điều này có nghĩa là hi sinh số phận của một xã hội, của sự sống không chỉ của một thế hệ hôm nay mà cả các hế hệ mai sau vì những lợi ích cá nhân và ích kỉ của những người đang sống hiện nay. Tính phức tạp, đa phương diện và mâu thuẫn của vấn đề sinh thái đang gây khó khăn cho việc đề ra một chiến lược toàn nhân loại ứng sử sinh thái, cản trở quá trình xây dựng một con đường phát triển xã hội hợp lý nhất trong kỉ nguyên cách mạng khoa học ? kĩ thuật. Có thể phân biệt ba hợp phần cơ bản của vấn đề sinh thái: a) sinh học, b) kĩ thuật, c) kinh tế ? xã hội. 4/385
Tuy nhiên số lượng các khuynh hướng riêng biệt và những phương diện khác của hệ thống vấn đề sinh thái thì nhiều hơn nhiều. Đó là những vấn đề kinh tế, pháp lý, kiểm soát, quản lý chất lượng môi trường v.v Mặc dù ý nghĩa nghiêm túc của các hợp phần sinh học và kĩ thuật, tính qui mô và tính mâu thuẫn của hợp phần thứ ba ? hợp phần kinh tế ? xã hội, đang ngày càng tăng lên, bởi vì sự phức tạp của vấn đề này là do tính không đơn trị khách quan của bản thân quá trình tương tác giữa xã hội và tự nhiên quy định. ở đây đang đan xen những qui luật phát triển của tự nhiên và xã hội, “đang đụng độ” “những lợi ích” sinh học của tự nhiên và những yêu cầu xã hội của xã hội. Trong điều kiện con người khai thác mạnh mẽ tài nguyên thiên nhiên, việc thu hút tài nguyên thiên nhiên vào hoạt động kinh tế sẽ ngày càng làm tổn hại bản thân tự nhiên. Tự nhiên bắt đầu mất đi khả năng tự hồi phục độc đáo của mình. Các chu trình sinh học tự nhiên đang bị phá vỡ, các quá trình phát triển đang chậm lại, tự nhiên ngày càng cảm nhận được những tác động mang tính chất “tấn công” của xã hội. Trong kỉ nguyên cách mạng khoa học ? kĩ thuật, những lời sau đây của F. Ănghen trở thành đặc biệt ý nghĩa: “Tự nhiên ? đó là con nhân sư luôn đặt ra câu hỏi cho mỗi con người và mỗi thời đại. Ai trả lời đúng câu hỏi đó là người hạnh phúc, còn ai không trả lời hoặc trả lời sai sẽ bị nó khuất phục, thay vì một nàng dâu xinh đẹp anh ta sẽ tìm thấy một ả sư tử cái hung hãn”. (C. Mac, F. Ănghen ? Toàn tập, tập 20). Hôm nay, loài người cần trả lời câu hỏi ? liệu xã hội có khả năng ngăn ngừa được cuộc khủng hoảng sinh thái toàn cầu, hay là họ bị tiêu diệt bởi sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên và sự ô nhiễm quá độ của môi trường tự nhiên xung quanh. Vậy vấn đề là gì? Cái gì là nguyên nhân tạo ra tình huống sinh thái toàn cầu cực kỳ bất lợi? Chúng ta sẽ xem xét bức tranh tổng thể sự phát triển kinh tế của thế giới hiện đại. Nền kinh tế thế giới có khả năng hàng năm “xuất xưởng” hơn 800 triệu tấn kim loại đen, hơn 60 triệu tấn các vật liệu tổng hợp mà thiên nhiên chưa từng được biết, gần 500 triệu tấn phân khoáng, gần 8 triệu tấn hóa chất độc, hơn 300 triệu tấn hợp chất hóa học hữu cơ với hơn 150 tên gọi v.v Do công suất sản xuất công nghiệp, trong nửa sau của thập niên 80 đã đưa vào khí quyển hơn 300 triệu tấn ôxit cacbon, 50 triệu tấn hyđrô cacbua các loại, 120 triệu tấn bụi khói, 150 triệu tấn điôxit lưu huỳnh, còn vào nước Đại dương Thế giới ? 6 10 triệu tấn dầu thô, lưu lượng rắn đạt tới 17 triệu tấn. 5/385
Ngoài ra, để tưới ruộng, sản xuất công nghiệp, sinh hoạt, nhân loại đã sử dụng hơn 13 % lượng nước sông và đưa vào các thủy vực đến 500 tỉ m3 nước thải công nghiệp và sinh hoạt một năm, và muốn trung hòa lượng nước đó (tùy thuộc mức độ làm sạch) cần 5?12 lần lượng nước sạch tự nhiên để giải nhiễm. Sự ô nhiễm sinh quyển, sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, sự phá hủy các hệ sinh thái, tự nhiên bị mất khả năng tự phục hồi ? đó là những quá trình cực κ? nguy hiểm và phức tạp, tất cả đã bị gây nên và đang được khuyến khích bởi hoạt động kinh tế của con người. Tới nay, nhiều dạng chất ô nhiễm, thí dụ như các kim loại, bụi, thuốc bảo vệ sinh vật, chất phóng xạ, do các quá trình hoàn lưu trong khí quyển và thủy quyển mà đã vươn tới mức khu vực và toàn cầu, biến hành tinh thành một hệ thống sinh học công nghệ thống nhất. Những biến đổi như vậy trong môi trường thiên nhiên không phải không để lại dấu tích đối với con người. Theo ý kiến của các thầy thuốc và chuyên gia trong lĩnh vực vệ sinh môi trường, trong chất thải của các xí nghiệp công nghiệp chứa tới 150 chất gây hại cho sức khỏe mọi người. Bây giờ người ta đã phải lo lắng về chuyện nhiều bệnh tật của con người có liên quan tới sự xuất hiện của những sản phẩm công nghiệp hóa học và chất thải vận tải trong môi trường, hơn nữa nhiều chất ô nhiễm có những tính chất biến đổi gien có khả năng làm thay đổi tính di truyền của con người. Không phải ngẫu nhiên mà các nhà khoa học, các chuyên gia, các đại biểu xã hội ngày càng băn khoăn nói về sự xuất hiện “mối liên hệ ngược” trong quá trình tương tác giữa xã hội và thiên nhiên. Thật vậy, thí dụ nhà triết học Xô viết G. Saregorođsev nhận định rằng, sức khỏe người ta trong những điều kiện hiện đại phụ thuộc tới 15?20 % vào trạng thái của môi trường. Các chuyên gia khẳng định rằng sự ô nhiễm không khí khí quyển mạnh bởi các hóa chất, sự tiếp xúc ngày càng gia tăng của con người với các hợp chất và vật liệu tổng hợp nhân tạo sẽ dẫn tới những biến đổi trong hệ thống miễn dịch của cơ thể. ở một bộ phận nhất định của nhân loại, hệ thống này đã bị hủy hoại đáng kể và xã hội buộc phải có những chi phí khổng lồ để ngăn chặn những thảm họa đó. Hơn nữa, mối nguy này còn đáng sợ đến mức theo ý kiến nhà khoa học người Pháp M. Mauruat, chúng ta cần phải tạo ra những điều kiện nhằm bảo tồn cả những axit nucleic trong tế bào của mình để chúng cung cấp cho ta toàn bộ lịch sử khẳng định loài giống của mình, bởi lẽ nó đang bị đe dọa. 15?20 năm gần đây vấn đề sinh thái không chỉ gây nên sự chú ý thật sự, mà còn cả sự quan ngại sâu sắc của nhiều chuyên gia, nhà khoa học, nhà hoạt động chính trị và dư luận thế giới rộng rãi. Và đã từ lâu việc đặt vấn đề “bảo vệ tự nhiên”, “bảo vệ môi trường” không còn là chuyện trọng mốt nữa. Bây giờ là chuyện giải quyết một vấn đề 6/385
quan trọng sống còn ? bảo vệ và gìn giữ sức khỏe của các thế hệ hiện nay và tương lai khỏi những hậu quả tai hại của tiến bộ khoa học ? kĩ thuật và hoạt động kinh tế. Trong thời đại cách mạng khoa học ? kĩ thuật đã xuất hiện một tình huống nghịch lý: một mặt, tri thức và khả năng kĩ thuật của con người đã trở thành cơ sở tạo ra sức sản xuất hùng mạnh, có khả năng chủ động tiến công vào tự nhiên, làm thay đổi bộ mặt Trái Đất, làm cho môi trường phục vụ lợi ích xã hội, nhưng mặt khác, chính là vì thiếu tri thức, đặc biệt về các vấn đề môi trường, đang hạn chế khả năng đánh giá đúng và đầy đủ về mức độ tác động của sức sản xuất xã hội tới thiên nhiên. Sự mải mê của con người với những “thành công”, “chiến thắng” của mình trong quá trình tương tác với thiên nhiên đã dẫn tới chỗ chính những “chiến thắng” ấy đã trở thành sự thất bại. Hơn nữa, tính sai lầm và hoang tưởng của những “chiến thắng” ấy thật rõ ràng, về điều này thì các nhà tư tưởng vĩ đại C. Mac và F. Ănghen đã nhắc nhở từ hơn một thế kỉ trước đây. Các ông đã viết: ”Tuy nhiên, chúng ta sẽ đừng có quá thỏa mãn với những chiến thắng của mình trước thiên nhiên. Tự nhiên sẽ trả thù chúng ta vĩ mỗi chiến thắng đó. Thật ra, mỗi chiến thắng như vậy có những hệ quả mà lúc đầu sẽ đúng như chúng ta dự định, nhưng sau đó và sau đó nữa sẽ có những hậu quả khác, không lường trước và thường là thủ tiêu ý nghĩa của những hệ quả đầu tiên”. (Mac C., Ănghen F. Toàn tập, tập 20, tr. 495?496). Ngoài ra, theo lời của F. Ănghen, “sự trả thù” này của thiên nhiên dưới dạng những hậu quả không lường sẽ biểu lộ không thùy thuộc vào một tổ chức xã hội nào đó, tức trong điều kiện những hình thái kinh tế ? xã hội khác nhau. Việc khai thác tài nguyên thiên nhiên từ lâu nay và có tính tự phát của con người nói chung diễn ra trong những điều kiện tương đối thuận lợi cả đối với xã hội và đối với tự nhiên đã tạo ra một tập quán tâm lý ? xã hội trong thái độ của con người đối với những tài nguyên thiên nhiên quanh họ. Người ta đoan chắc rằng, dù qui mô hoạt động của con người thế nào chăng nữa, thì ảnh hưởng của con người tới tự nhiên cũng chỉ là hoặc rất nhỏ bé, hoặc chỉ mang tính chất khu vực. Nhưng đến nay, hệ thống xã hội ? tự nhiên đã tỏ ra là một hệ thống chức năng đóng kín. Đối với xã hội, tự nhiên tỏ ra không phải là một môi trường vô biên và vô định hình, mà là một hệ thống chức năng, nó tái tạo những kết quả hoạt động kinh tế thành những nhân tố mới mà sau này sẽ biểu lộ ra và xã hội buộc phải tính tới. Vì vậy vấn đề xây dựng một quan niệm khoa học tổng quát để dựa vào đó mà thực hiện quá trình tương tác giữa xã hội và tự nhiên một cách tự giác, có mục tiêu và mang lại kết quả tối ưu đang trở thành cực κ? quan trọng. Những năm gần đây đã hình thành một hướng khoa học mới tích hợp liên ngành ? sinh thái xã hội học. Và nó sẽ phải trở thành cơ sở quan điểm của những nghiên cứu lý luận, 7/385
bởi vì đối tượng khảo sát của nó là quá trình tương tác sinh học ? xã hội giữa xã hội và môi trường xung quanh, còn mục tiêu ? xác định những con đường tối ưu phát triển và hoàn thiện quá trình tương tác giữa xã hội và môi trường nhằm giảm thiểu tác hại của hoạt động kinh tế của con người tới trạng thái môi trường xung quanh. Cuối những năm bảy mươi người ta đã nêu ra luận đề rằng không có một lĩnh vực khoa học nào có thể hoàn toàn bỏ qua nhiệm vụ bảo tồn tự nhiên và sử dụng tự nhiên hợp lý. Ngày nay, luận điểm này đã được khẳng định đầy đủ trong thực tiễn. Các khoa học như địa lý học, kinh tế học, hóa học, vật lý học, sinh học, lịch sử, toán học và những khoa học khác, đang tích cực nghiên cứu những vấn đề bảo tồn môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên. Ngày nay, chúng ta có thể nói rằng luận điểm do nhà khoa học lỗi lạc V. I. Vernađsky cho rằng sau này tri thức của chúng ta sẽ phát triển không phải theo các bộ môn khoa học, mà theo những vấn đề, đã được minh chứng hoàn toàn. Và trong thí dụ vấn đề sinh thái thì điều này đã trở thành đặc biệt hiển nhiên. Cơ sở phương pháp luận của sinh thái xã hội học là phương pháp duy vật biện chứng nghiên cứu tất cả những quá trình và hiện tượng diễn ra trong tự nhiên và xã hội, còn kinh tế học sử dụng tự nhiên đã trở thành cái cốt lõi đặc biệt của cơ sở đó. Kinh tế học sử dụng tự nhiên là gì? Có thể định nghĩa bản chất của khái niệm này như sau. Tài nguyên thiên nhiên là cơ sở vật chất của sự phát triển sản xuất xã hội, nó chủ yếu thực hiện chức năng kinh tế. Nhưng khác với những phương tiện sản xuất khác là thể hiện của lao động đã vật hóa, tài nguyên thiên nhiên hình thành nên môi trường tự nhiên xung quanh và do đó, nó thực hiện chủ yếu chức năng sinh thái. Và chỉ đồng thời ? tài nguyên thiên nhiên và môi trường thiên nhiên (thường là dưới dạng đã bị biến đổi dưới tác động của con người) cùng với những quan hệ sản xuất thống trị làm thành hệ thống kinh tế ? sinh thái, bao gồm tự nhiên và nền sản xuất. Được biết rằng nền sản xuất chỉ có thể vận hành trong trường hợp nếu phương tiện sản xuất được kết hợp với sức lao động và phát huy quá trình hoạt động tự giác của mọi người nhằm mục đích nhận được phúc lợi tiêu dùng. Nói cách khác, thực hiện quá trình lao động ? quá trình mà trong đó theo lời C. Mac “con người bằng hoạt động của chính mình vật hóa, điều chỉnh lại và kiểm soát sự trao đổi chất giữa mình và tự nhiên”. Đồng thời, quá trình lao động được thực hiện không phải một cách trừu tượng, mà trong khuôn khổ những mối liên hệ và quan hệ xã hội nhất định, và do đó, tính chất liên kết sức lao động với phương tiện sản xuất và mục đích sản xuất quyết định tính chất của quan hệ qua lại của xã hội với tự nhiên. Kết quả là tài nguyên thiên nhiên và môi trường tự nhiên, quan hệ sản xuất thống trị cùng với bản thân xã hội tạo thành hệ thống kinh tế ? xã hội ? sinh thái. 8/385
Chính là từ đây mà quan điểm giải quyết vấn đề sinh thái từ lập trường của khoa học kinh tế xã hội học trở thành quan trọng. Vì vậy, không phải ngẫu nhiên mà những vấn đề kinh tế học sử dụng thiên nhiên đã trở thành chủ đề của một lĩnh vực đặc biệt của khoa học kinh tế có đối tượng nghiên cứu là những quan hệ hình thành nên trong quá trình tương tác giữa xã hội và tự nhiên. Kinh tế học sử dụng thiên nhiên cần phải xúc tiến xây dựng quan điểm chính sách quốc gia bảo tồn thiên nhiên hợp lý. Như vậy, cơ sở của hệ thống hoạt động bảo tồn thiên nhiên phải là thái độ hợp lý của xã hội, hình thành trên quan điểm khoa học tổng hợp đối với việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên, bao gồm sự khôi phục và nhân rộng những tài nguyên thiên nhiên mới cũng như tạo ra những lãnh thổ được bảo tồn đặc biệt bằng cách tách ra một số khu vực tự nhiên không khai thác, tuân thủ bắt buộc những yêu cầu cơ bản về cải tạo tự nhiên có mục đích và có căn cứu khoa học. Kinh tế học sử dụng thiên nhiên bao quát tất cả những khía cạnh khai thác tự nhiên, bắt đầu từ những vấn đề cạn kiệt tài nguyên cho đến sản xuất sản phẩm cuối cùng và sử dụng các loại phế thải khác nhau. Vì vậy, trong kinh tế học sử dụng thiên nhiên (cũng như nói chung trong sinh thái xã hội học) không nên nhân tạo tách rời một trong các hướng và xem xét nó tách biệt với tất cả những quá trình khác. Sử dụng đất đai liên quan tới những vấn đề tiêu thụ nước, sử dụng tài nguyên rừng, khai thác khoáng sản, nhất là bằng các phương pháp chiều rộng, khi cảnh quan trên những lãnh thổ rộng lớn bị phá hủy. Nhân loại cần phải hiểu rằng, không thể hy vọng phát triển nền văn minh mà không tính đến những qui luật khách quan của bản thân quá trình duy vật biện chứng của sự phát triển và tự phát triển. Và về phương diện này, những qui luật sinh thái do nhà khoa học Mỹ B. Commoner rút ra thật đáng quan tâm: 1) tất cả mọi thứ liên quan đến mọi thứ, 2) mọi cái đều phải trả giá, 3) không có cái gì qua đi một cách không dấu vết, 4) thiên nhiên bao giờ cũng biết tốt hơn chúng ta. Thời gian gần đây, các chuyên gia ngày càng chú ý tới cách tiếp cận tổng hợp đối với vấn đề tương tác xã hội và tự nhiên. Sự đánh giá của họ nhiều khi vang lên như một lời tiên đoán về cuộc khủng hoảng sinh thái đang đến dần, một lời cảnh báo về thảm họa sinh thái tiềm năng. Liên quan đến chuyện này phải nói rằng bản thân khái niệm “khủng hoảng sinh thái” hoàn toàn không đơn trị. Thí dụ, về phương diện sinh học, khủng hoảng sinh thái ? đó là sự phá hủy những hệ sinh thái, sự diệt chủng những cơ thể sống, sự suy giảm năng suất của tự nhiên và sự giảm sút các điều kiện sống của mọi người. Nguyên nhân trực tiếp của những quá trình ấy là sự ô nhiễm môi trường ngày càng tăng. Nguyên nhân khoa học ? kĩ thuật của khủng hoảng sinh thái ? đó là công nghệ của nền sản xuất hiện đại, mức độ tăng trưởng cao của các tổ hợp kinh tế. 9/385
Những gốc rễ kinh tế ? xã hội của khủng hoảng sinh thái có thể là sự điều hành nền sản xuất kinh tế phi kế hoạch và vô kiểm soát, sự chạy đua vì siêu lợi nhuận, thái độ tiêu thụ đối với thiên nhiên, phương thức quản lý kinh tế hành chính mệnh lệnh, sự vi phạm những nguyên tắc khoa học sử dụng tài nguyên hợp lý. Tại thời điểm này có lẽ chưa có cơ sở để nói về cuộc khủng hoảng sinh thái toàn cầu, mặc dù phải thừa nhận sự hiện diện một tình huống sinh thái bất lợi không chỉ trong khuôn khổ những vùng riêng biệt mà cả trên qui mô hành tinh. Những thí dụ trực quan nhất về phương diện này ? đó là sự gia tăng nồng độ điôxit cacbon, các ôxit nitơ, lưu huỳnh và các chất ô nhiễm khác trong khí quyển. Giải quyết những vấn đề này chỉ có thể với điều kiện liên kết nỗ lực của từng quốc gia (ở mức chính sách quốc gia về sử dụng thiên nhiên) trong khuôn khổ hợp tác quốc tế hiện đại. ở đất nước chúng ta đã làm được khá nhiều chuyện thuộc lĩnh vực này của chính sách kinh tế ? xã hội, song những kết quả đạt được thì không thể gọi là thành công. Có lẽ, thời kỳ khó khăn và cam go của lịch sử đất nước chúng ta ? những năm đầu tiên của chính quyền Xô viết, là thí dụ trực quan nhất về phương diện này. Ngay từ năm 1918, lần đầu tiên đã đặt ra vấn đề thành lập một cơ quan nhà nước thống nhất về bảo tồn thiên nhiên. Nhưng chỉ tới cuối năm 1919 ý tưởng này mới được thực hiện. Khi đó, trong khuôn khổ ủy ban Nhân dân về Giáo dục đã thành lập ủy ban Nhà nước về Bảo tồn Thiên nhiên với thành viên gồm những nhà khoa học nổi tiếng của nước Nga như G. A. Kogievnhikov, N. M. Kulaghin, Đ. M. Rossinsky, V. I. Taliev, nhà du hành Nga P. N. Kozlov đã tham gia tích cực trong công tác của ủy ban. Cơ sở hoạt động của ủy ban là những khuyến cáo của Ban Khoa học thuộc Dân ủy Giáo dục, trong đó các vấn đề bảo tồn thiên nhiên, như đã nhấn mạnh trong bản báo cáo đặc biệt “Về những nhu cầu bảo tồn thiên nhiên ở Liên bang Nga”, đã được nhìn nhận như là một công cuộc có tầm quan trọng quốc gia. Không thể không dẫn ra một số điểm từ bản báo cáo này, bởi vì trong đó biểu lộ rõ quan điểm, cách tiếp cận, từ đó làm căn cứ xây dựng nên chính sách bảo tồn thiên nhiên của nhà nước chúng ta trong những năm đầu tiên của chính quyền Xô viết. Điều này còn quan trọng do chỗ trong số các tác giả của văn bản đó không chỉ có những nhà khoa học ? C. A. Buturlin, G. A. Kogievnhikov, N. M. Kulaghin, C. F. Olđenburg, A. N. Seversev, V. I. Taliev, A. E. Fersman, mà cả những nhà hoạt động chính trị nổi tiếng thời đó. Trong báo cáo đã ghi: “Tự nhiên, một mặt, là nguồn của cải vật chất đối với chúng ta, nhưng mặt khác, nó là nguồn nghiên cứu và học tập vô tận. Nhận thức những qui luật điều khiển tự nhiên ? đó là một trong những nhiệm vụ to lớn nhất trước nhân loại mà thực hiện nó sẽ hứa hẹn cho chúng ta những ứng dụng thực tiễn rộng lớn và những phúc 10/385
lợi vật chất vĩ đại, nhưng để nhận thức những qui luật ấy chúng ta cần phải có một thiên nhiên nguyên thủy làm đối tượng quan sát và nghiên cứu các qui luật của nó. Nếu chúng ta không nhanh chóng tổ chức ngay những biện pháp cần thiết thực sự bảo tồn thiên nhiên nước Nga, thì sau một thời gian nào đó, chúng ta sẽ chẳng còn gì mà bảo tồn, trong chúng ta chỉ còn lại những hoài niệm về những của cải tự nhiên từng có mà bây giờ chúng ta có thể tự hào trước những đất nước khác. Tây Âu quá muộn màng bắt tay vào công cuộc bảo tồn thiên nhiên, khi đó nơi ấy đã mất đi nhiều nét thực vật nguyên thủy, đại bộ phận những động vật quí hiếm. Và trong điều kiện đó trước Cộng hòa Nga là một nhiệm vụ có tầm quan trọng thế giới ? bảo tồn một loạt những loài động vật không đâu còn ngoài ranh giới tổ quốc chúng ta và số phận của chúng đang được giới khoa học toàn thế giới chăm chú theo dõi”. Những lời này, đã được viết ra vào ngay đầu những năm hai mươi, lại một lần nữa đang khẳng định rằng chúng ta đã mất đi nhiều đến mức nào do những thập niên tiếp sau nhiều nguyên tắc lành mạnh hợp lý của chính sách bảo tồn thiên nhiên đã bị hoàn toàn phá bỏ. Kết cục đã rõ ? hiện nay hệ thống những giải pháp bảo tồn thiên nhiên ở nước ta đòi hỏi phải cải tổ cơ cấu một cách nghiêm trọng. Đó là do một loạt nguyên nhân quyết định. Thứ nhất ? kích thước rộng lớn bất thường của đất nước chúng ta và qui mô những tài nguyên thiên nhiên được thu hút vào nền kinh tế quốc dân. Theo những tính toán sơ bộ, đến đầu những năm tám mươi tổng giá trị kinh tế quốc dân các tài nguyên rừng của Liên Xô bằng khoảng 840 tỉ rúp, giá trị hoa lợi nông nghiệp ? 540 tỉ rúp, giá trị dự trữ khoáng sản ? 460 tỉ rúp và giá trị tài nguyên nước (dòng nước mặt và tài nguyên nước ngầm) ? 250 tỉ rúp. Như vậy, tổng giá trị chỉ của những tài nguyên thiên nhiên đã liệt kê vượt trên 2 nghìn tỉ rúp, vượt trên giá trị ước lượng tài sản quốc gia nước ta nếu không tính tới tài nguyên thiên nhiên. Nói cách khác, chúng ta đang đề cập vấn đề đưa vào lĩnh vực kiểm kê giá trị tiền tệ nền kinh tế quốc dân từ những hợp phần tài sản quốc gia quan trọng nhất, ngang hàng với giá trị của các hợp phần thường được tính tới theo truyền thống. Nhưng không được quên về giá trị sinh thái của những tài nguyên thiên nhiên được thu hút vào quá trình kinh tế quốc dân. Thí dụ, trong khi xem xét theo truyền thống những tài nguyên rừng như là nguồn nguyên liệu, chúng ta đang mắc một sai lầm nghiêm trọng. Được biết rằng chính là từ gỗ như là dạng chủ yếu của nguyên liệu “rừng” ngày nay con người có thể sản xuất ra hơn 2000 loại sản phẩm cuối cùng khác nhau cần trong đời sống hàng ngày. Nhưng chính rừng là “chiếc máy” độc đáo đang làm lại và lấp đi những khiếm khuyết của hoạt động con người. Được biết rằng, thí dụ, một ngày trời đẹp nắng 1 ha rừng hấp thụ 220?280 kg điôxit cacbon và tỏa ra 180?220 kg ôxy, còn tất cả rừng của hành tinh một năm “cho qua” mình hơn 550 tỉ tấn điôxit cacbon và trả lại cho con 11/385
người gần 400 tỉ tấn ôxy. Ngoài ra, rừng hấp thụ lượng bụi lớn (1 ha rừng một năm ? từ 32 đến 63 kg bụi tùy thuộc thành phần của mình), tách ra những chất rất quí đối với con người ? phitonxit, có khả năng diệt các vi khuẩn gây bệnh (1 ha rừng một ngày cho 2?4 kg phitonxit, mà 30 kg chất này đủ để tiêu diệt các loài vi sinh có hại trong một thành phố lớn). Mặc dù một quốc gia xã hội chủ nghĩa có những lợi thế khách quan nhất định trong các vấn đề sử dụng thiên nhiên ? và điều này đã được nhiều chuyên gia ngoại quốc nhận xét Nhà sinh thái học người Mỹ B. Commoner trong công trình “Vòng tròn khép kín” đã viết: “ Hệ thống xã hội chủ nghĩa của Liên Xô có một ưu thế thực tế quan trọng so với hệ thống kinh tế tư nhân. Nền kế hoạch toàn diện sản xuất công nghiệp và nông nghiệp trên qui mô toàn quốc là một tính chất riêng có hữu cơ của hệ thống Xô viết” (“Vòng tròn khép kín”, Lêningrat, 1974, tr. 201). , nhưng ở nước ta đã không đảm bảo được đầy đủ việc thực thi chính sách quốc gia sử dụng thiên nhiên. Thật vậy, ở Liên Xô đang nhận thấy sự thuyên giảm sản lượng tự nhiên của đất đai, cạn kiệt chất mùn trong đất, trạng thái tài nguyên rừng không đáp ứng. Thí dụ, các xí nghiệp công nghiệp thải vào khí quyển hơn 65 triệu tấn chất độc hại và một lượng không ít hơn thế là từ ô tô. Hàm lượng những chất này trong không khí ở tất cả các trung tâm công nghiệp vượt quá các tiêu chuẩn vệ sinh, trong đó, tại 104 thành phố với tổng dân cư 50 triệu người nồng độ những chất đó không hiếm khi vượt trên chuẩn cho phép 10 lần hoặc hơn. Tình hình với tài nguyên nước cũng không khá hơn. Đến đầu những năm tám mươi, nền kinh tế quốc dân đã sử dụng 400 km3 nước (không kể nước tưới!), lượng này bằng khoảng hai lần lưu lượng năm của sông Volga hay tám lần lưu lượng nước sông Đnepr. Hầu như mọi nơi đều giảm chất lượng nước và đặc biệt ở các sông vùng Tây Xibiri ? sông Obi, Irtưsh, các sản phẩm dầu tích lũy trong nước các sông này lớn hơn 20 lần tiêu chuẩn cho phép. Không những các sông, mà các biển cũng bị ô nhiễm. Thật vậy, nồng độ phenol ở Kaspi vượt chuẩn cho phép 9 lần, ở biển Baltich ? 4 lần. Biển Aral nếu xét theo tất cả “các tiêu chí biển” thì đã trở thành vùng thảm họa sinh thái thực sự. Nhà khoa học Xô viết nổi tiếng, viện sĩ thông tấn Viện hàn lâm Khoa học Liên Xô, đại biểu quốc hội Liên Xô A. V. Iablokov đã phác họa một bức tranh rất hùng hồn trong bài phát biểu của mình tại Đại hội các Xô viết lần I. Ông nói: “Tình huống hiện nay là: 20 % dân cư nước ta đang phải sống trong các vùng thảm họa sinh thái, còn 34?40 % ? trong những điều kiện bất lợi sinh thái. Kết quả là tình trạng bệnh tật liên quan tới suy giảm chất lượng môi trường đang tăng nhanh”. Vậy cái gì đã dẫn tới tình trạng sinh thái bất lợi như vậy? Vì sao, mặc dù bao nhiêu phương tiện đã đầu tư cho thực thi chính sách sinh thái, mặc dù đã thông qua hàng loạt 12/385
những quyết sách quan trọng, mà vẫn không đạt được chẳng những kết quả mong muốn, mà cả kết quả cần thiết? ở đây chúng ta đã tiến tới nguyên nhân thứ hai, nói đúng hơn, tới một tổ hợp toàn vẹn những nguyên nhân có tính chất kinh tế, chính trị và tư tưởng, đang gây khó khăn cho sự phát triển công cuộc sử dụng thiên nhiên hợp lý ở nước ta. ở Liên Xô bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên được đưa lên hàng chính sách quốc gia. Hiến pháp nước ta qui định rằng “ Vì lợi ích các thế hệ hôm nay và tương lai, ở Liên Xô đang thi hành những biện pháp cần thiết để bảo tồn và sử dụng hợp lý có căn cứ khoa học đất đai và lòng đất, tài nguyên nước, giới thực vật và động vật, để giữ gìn trong sạch không khí và nước, đảm bảo tái tạo những của cải thiên nhiên và cải thiện môi trường xung quanh con người” (tr. 18) trong khi đồng thời đảm bảo đòi hỏi từng công dân Liên Xô phải có nghĩa vụ gìn giữ thiên nhiên và bảo vệ nguồn của cải tự nhiên (tr. 67). ở nước ta có một loạt những qui định pháp luật của Xô viết Tối cao Liên Xô trong thời kỳ hơn 15 năm. Thật vậy, có thể nêu ra Những cơ sở của Pháp luật đất đai (1970), Luật bảo vệ không khí khí quyển (1980), Luật bảo tồn và sử dụng giới động vật (1980). Còn một loạt các luật đã được thông qua ở cấp các xô viết tối cao của những nước cộng hòa thuộc Liên Xô. Năm 1972 (ngày 29 tháng 12), Ban chấp hành Trung ương Đảng cộng sản Liên Xô và Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô đã thông qua nghị quyết “Về tăng cường bảo tồn thiên nhiên và cải thiện sử dụng tài nguyên thiên nhiên”, theo đó đã thiết lập quan điểm ngành trong những vấn đề về bảo tồn và sử dụng tài nguyên thiên nhiên. Những lợi ích ngành hẹp, phương thức quản lý hành chính ? mệnh lệnh đã trở thành nguyên nhân của những vi phạm nghiêm trọng đối với những nguyên tắc khoa học của đường lối bảo tồn thiên nhiên xã hội chủ nghĩa. ở đây không thể không nhớ lại những lời rất quan trọng xét về ý nghĩa xã hội ? chính trị của viện sĩ V. S. Nhemtrinov, nói rằng “sự tự phát duy ý chí trong điều kiện chủ nghĩa xã hội có thể đưa tới những hậu quả không kém nghiêm trọng so với sự tự phát cạnh tranh ở Phương Tây”. Vì thế, những giải pháp đang thực thi từ trước tới nay không đem lại kết quả cần thiết. Thật vậy, nếu như từ năm 1974 những biện pháp bảo tồn thiên nhiên đã trở thành bộ phận cấu thành bắt buộc của những kế hoạch hàng năm phát triển kinh tế đất nước, còn từ năm 1981 chúng được đưa thành những chương mục về bảo tồn thiên nhiên trong các kế hoạch năm năm, nhưng căn cứ khoa học và phương pháp luận của chúng vẫn còn xa mới hoàn chỉnh. Và không phải ngẫu nhiên mà kết cục là hơn 63 tỉ rúp đầu tư vào sự nghiệp bảo tồn thiên nhiên trong hai kế hoạch năm năm gần đây không đảm bảo 13/385
làm giảm dung lượng tài nguyên và năng lượng của nền sản xuất, không làm giảm đáng kể sự ô nhiễm môi trường, và nước ta, theo ý kiến của nhà sinh thái học Xô viết N. F. Reimers, tụt hậu 15?20 năm so với các quốc gia phát triển về những vấn đề bảo tồn thiên nhiên và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên. Đáng tiếc, chúng ta đã không giải quyết được những nhiệm vụ đề ra trong đề mục “Bảo tồn môi trường, sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên” trong khuôn khổ “Những phương hướng chủ yếu phát triển kinh tế và xã hội Liên Xô trong những năm 1986?1990 và thời kỳ đến năm 2000”. Thực chất, đây là một chương trình của những biện pháp quan trọng nhất nhằm hoàn thiện chính sách sinh thái trong điều kiện đẩy nhanh tốc độ phát triển kinh tế ? xã hội của đất nước. Đến cuối những năm tám mươi, chúng ta đã dự định đảm bảo thực hiện những giải pháp về sử dụng hợp lý tài nguyên đất, nước, rừng và các tài nguyên khác của đất nước. Đã dự định áp dụng những công nghệ mới, trong đó có công nghệ ít thải, sử dụng những phương thức và phương pháp mới kế hoạch hóa kinh tế ? sinh thái v.v Như ta quan niệm, cách tiếp cận tổng hợp tới những vấn đề chính sách bảo tồn thiên nhiên phải đảm bảo làm sao bao hàm những biện pháp cực rộng về mặt địa lý, trong đó có hồ Baikal, lưu vực các biển Baltic, Kaspi, Hắc Hải và Azov, các thủy vực Bắc Băng Dương, vùng Trung á, Kazakhstan và Viễn Đông, hàng nghìn sông nhỏ và hồ chứa, những thứ cần được trợ giúp sinh thái một cách nghiêm túc. Tuy nhiên, thậm chí trong hai ? ba năm gần đây không hề có một thay đổi hiện thực nào trong chính sách bảo tồn thiên nhiên. Điều này là do vẫn duy trì một loạt những tàn dư, chúng cắm rễ vào trong những quan điểm chính trị, kinh tế và tư tưởng ? lý luận trong việc thi hành chính sách quốc gia bảo tồn thiên nhiên. Một vấn đề không kém phần quan trọng ở đây là vấn đề được thông tin của các chuyên gia, các nhà khoa học, của công luận rộng rãi về trạng thái môi trường. Sự thiếu hiểu biết về tính phức tạp của tình hình sinh thái dẫn tới những quyết sách sai lầm, và kết cục ? những sai lầm trong lựa chọn các phương hướng quan trọng để giải quyết vấn đề sinh thái. Điều này đang trở nên cực κ? quan trọng đặc biệt hiện nay, trong khi chúng ta đang tiến hành công tác lập căn cứ cho Chương trình Sinh thái đặc biệt có tác động ngang bằng với những chương trình lương thực, năng lượng và các chương trình khác của quốc gia. Với mục đích đó, tại ủy ban Nhà nước về Khoa học và Kỹ thuật Liên Xô đã thành lập nhóm công tác đặc biệt hình thành những phương hướng chủ yếu của chương trình này. Tuy nhiên, theo ý kiến của một trong các thành viên nhóm công tác này, nhà kinh tế ? sinh thái học, giáo sư M. Ia. Lemesev, thì ngay từ đầu ta đã phạm những sai lầm nghiêm 14/385
trọng. Thứ nhất, đó là để xây dựng một tài liệu qui mô nội dung như vậy mà chỉ cho một thời hạn ngắn ngủi phi hiện thực. Thứ hai, phải thừa nhận rằng trong khi xác định những nhiệm vụ của nhóm đã biểu lộ quan điểm hình thức “truyền thống”, tức quan điểm ngành. Điều đó không hứa hẹn gì cả, ngoài những tai họa mới. Vấn đề là ở chỗ: theo quyết định của ủy ban Nhà nước về Khoa học và Kỹ thuật thì các bộ và ngành trước đây chịu trách nhiệm về bảo tồn những dạng tài nguyên thiên nhiên riêng biệt được trao nhiệm vụ gấp rút cung cấp cái gọi là những số liệu kiểm soát, ? đó là những đầu bài về bảo tồn thiên nhiên mà trên cơ sở đó các bộ và ngành khác cần phải xây dựng những biện pháp bảo tồn thiên nhiên theo từng lĩnh vực của mình. Một bảng tổng hợp các đầu bài như vậy chính là tạo thành chương trình quốc gia. Tuy nhiên, không thể không nói về chuyện khi xây dựng Chương trình Sinh thái Quốc gia, người ta đã sử dụng những luận điểm cơ bản của quan điểm hoạt động sinh thái đã được hình thành trong “Dự thảo những luận điểm chủ yếu của chương trình khoa học tổng thể nghiên cứu sinh quyển và sinh thái học thời kỳ đến năm 2015”. Vì vậy, cần đặc biệt chú ý làm sao liên kết những nhân tố sinh thái và kinh tế của việc sử dụng tài nguyên, bởi vì sử dụng tài nguyên có thể thực sự là tối ưu kinh tế chỉ trong điều kiện nó tối ưu sinh thái. Nhưng nếu cải tổ tất cả những cơ cấu bảo tồn tài nguyên một cách sâu sắc như vậy chắc chắn sẽ động chạm tới nhiều vấn đề kinh tế ? xã hội, chính trị và tư tưởng. Trong những văn bản do Viện hàn lâm Liên Xô đề xuất và đã được sử dụng khi lập Chương trình Sinh thái Quốc gia đã dự kiến tiến hành những nghiên cứu sinh thái cơ bản, trong số đó có lĩnh vực tiến hóa của sinh quyển, sự trao đổi năng lượng và khối lượng trong sinh quyển, hóa học sinh quyển, những khía cạnh sinh học của vấn đề bảo tồn thiên nhiên và cuối cùng là xây dựng một phương pháp luận nghiên cứu hệ thống và mô hình hóa toán học các quá trình sinh quyển. Dĩ nhiên, để thực thi thực tế chính sách bảo tồn thiên nhiên quốc gia thì những biện pháp nhằm giải quyết các vấn đề cụ thể như: đánh giá các tài nguyên thiên nhiên về mặt kinh tế; xác định tổn thất sinh thái; áp dụng những đảm bảo pháp luật nghiêm ngặt cho công cuộc bảo tồn tài nguyên thiên nhiên v.v cũng quan trọng. Vấn đề về hoạt động của cơ quan bảo tồn thiên nhiên quốc gia ngoại ngành cũng không kém phần phức tạp. Theo nghị quyết của Ban chấp hành trung ương Đảng cộng sản Liên Xô và Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô tháng giêng năm 1988 đã thành lập ủy ban Nhà nước về Bảo tồn Thiên nhiên. Nó được đề bạt như một cơ quan trung ương quản lý nhà nước trong lĩnh vực bảo tồn tự nhiên và sử dụng tài nguyên thiên nhiên và cùng với các hội đồng bộ trưởng của các nước cộng hòa trực thuộc phải chịu trách nhiệm đầy đủ về bảo tồn thiên nhiên, tổ chức sử dụng hợp lý và tái tạo tài nguyên thiên nhiên. 15/385
Những nhiệm vụ của ủy ban Nhà nước về Thiên nhiên Liên Xô cực kì đa dạng: từ việc xây dựng và thi hành chính sách bảo tồn thiên nhiên có căn cứ khoa học tổng hợp cho đến việc tổ chức phổ biến những tri thức bảo tồn thiên nhiên trong đông đảo quần chúng dân cư. Một trong những điểm quan trọng nhất, theo dự kiến, quy định vị trí đặc biệt của ủy ban Nhà nước về Thiên nhiên Liên Xô, đó là: những quyết định, do nó đề ra trong khuôn khổ quyền lực của mình, là những quyết định bắt buộc phải thực hiện đối với tất cả các bộ, ngành, các tập đoàn, xí nghiệp và tổ chức. ở đây phải lưu ý rằng tất cả các tập đoàn, xí nghiệp và tổ chức có trong thành phần chuẩn mực kinh tế dài hạn cũng nhận được những định mức chi trả về tài nguyên thiên nhiên cũng như những định mức chi trả do phát thải các chất ô nhiễm vào môi trường. Đồng thời trong ủy ban Nhà nước về Thiên nhiên Liên Xô lập ra một quĩ dự trữ đặc biệt bảo tồn thiên nhiên từ nguồn triết khấu những khoản chi trả do phát thải chất ô nhiễm vào môi trường tự nhiên cũng như từ kinh phí khoản phạt những người vi phạm pháp luật bảo tồn thiên nhiên. Nhưng ủy ban Nhà nước về Thiên nhiên Liên Xô cần phải trở thành “siêu bộ”, có được quyền bãi bỏ đối với những dự án nào không phù hợp về góc độ sinh thái bất kể ở qui mô nào. Sai lầm mắc phải ngày hôm nay trong vấn đề sinh thái có thể ngày mai biến thành những hậu quả sinh thái, kinh tế không thể bù đắp được, thậm chí đôi khi là những hậu quả chính trị không thể bù đắp. Không nên quên rằng trong số các nguyên nhân quan trọng gây sự căng thẳng giữa các dân tộc, thì những thảm họa sinh thái mà các nước cộng hòa riêng biệt phải gánh chịu do chính sách ngành là một nhân tố rất đáng chú ý. Năm 1991, ủy ban Nhà nước về Thiên nhiên Liên Xô đổi thành Bộ Bảo tồn Môi trường. Vai trò của nó cần phải tích cực tối đa, và vị trí của nó khác với vị trí mà các bộ và các ủy ban nhà nước khác nắm giữ. Điều này càng quan trọng vì trong khái niệm chính sách bảo tồn thiên nhiên còn có những vấn đề như đào tạo và giáo dục bảo tồn thiên nhiên (sinh thái). Theo lời của A. Ia. Iablokov, một trong những trở ngại lớn trên con đường giải quyết vấn đề sinh thái ở Liên Xô là “sự lạc hậu sinh thái, sự thiển cận sinh thái, chủ nghĩa phiêu lưu sinh thái và tình trạng vô đạo đức sinh thái”. Vì vậy, ý nghĩa của giáo dục sinh thái đang tăng mạnh. Ngay từ năm 1977, trong các quyết nghị của hội nghị chuyên đề về vấn đề giáo dục trong lĩnh vực môi trường diễn ra ở Tbilisi theo kênh UNESCO và UNEP đã nêu lên sự cần thiết phải tổ chức hệ thống giáo dục sinh thái liên tục. Có nghĩa rằng bắt đầu từ vườn trẻ, qua trường trung học và đại học, cũng như thông qua hệ thống tái đào tạo cán bộ trình độ cao, phải liên tục tiến hành công tác giáo dục và đào tạo sinh thái. Trong báo cáo kết thúc tại hội nghị này đã 16/385
nhấn mạnh rằng môi trường bao gồm môi trường xã hội, môi trường văn hóa và cả môi trường tự nhiên, và do đó, việc phân tích phải tính đến sự liên hệ qua lại giữa môi trường tự nhiên, các hợp phần sinh học của nó và các nhân tố xã hội và văn hóa. Còn về giáo dục sinh thái ở nước ta và đặc biệt việc đặt vấn đề này ở trường đại học, thì rõ ràng là chúng ta chưa hiểu hết ý nghĩa của vấn đề. Sự thiếu thốn các cán bộ giảng dạy giàu kinh nghiệm và được đào tạo tốt, cách tiếp cận chuyên môn hẹp ở các cơ sở đào tạo chỉ quan tâm phát triển cái gọi là “sinh thái học thực dụng” ? đó chỉ là những khó khăn riêng lẻ mà chúng ta cần phải khắc phục trước hết vì lợi ích của việc giải quyết chính vấn đề sinh thái. Đào tạo sinh thái ngày nay cần cho các cán bộ và chuyên gia (cả cán bộ thông thường lẫn cán bộ lãnh đạo) thực tế trong tất cả các lĩnh vực kinh tế quốc dân. Yêu cầu này cũng đề ra đối với hệ thống đảm bảo khí tượng thủy văn. Để kết thúc, cần nhắc lại một lần nữa rằng tính chất toàn cầu của vấn đề sinh thái buộc chúng ta phải tính tới một thực tế rằng công cuộc ngăn chặn khủng hoảng sinh thái chỉ có thể bằng những lỗ lực của tất cả các quốc gia. Những vấn đề sinh thái xã hội học biểu hiện ở các nước khác nhau theo kiểu khác nhau. ở đây phải tính tới cả vị trí địa lý của quốc gia (những điều kiện và tự nhiên và những khả năng của họ) và trình độ phát triển kinh tế (trong đó có trình độ công nghệ) và xu thế phát triển kinh tế ? xã hội của quốc gia đó. Tuy nhiên, không phụ thuộc vào chế độ xã hội, tất cả các nước cần phải góp phần giải quyết vấn đề toàn cầu toàn nhân loại. ở đây trước hết phải nêu ra những hình thức hợp tác liên quốc gia như thành lập những cơ quan và những tổ chức chuyên môn bảo tồn thiên nhiên liên quốc gia UNESCO Tổ chức giáo dục, khoa học và văn hóa của LHQ, UNEP Chương trình môi trường của LHQ, WMO Tổ chức khí tượng thế giới, EEC Ủy ban kinh tế châu Âu của LHQ, IUER Liên hiệp quốc tế bảo tồn môi trường. . Năm 1972, tại Stockholm diễn ra Hội nghị về vấn đề môi trường. Một trong những kết quả quan trọng nhất của nó là lập ra một cơ quan trợ giúp mới của LHQ mà xét về cơ cấu và tính chất hoạt động thì tương đương với một tổ chức quốc tế ? Chương trình Môi trường của LHQ (UNEP). Cơ cấu, những hướng hoạt động chủ yếu của tổ chức này cho phép có được quan niệm khá rộng về trạng thái hiện đại của quá trình tương tác xã hội và tự nhiên ở các qui mô toàn cầu, khu vực và phụ khu vực và trên cơ sở đó đề ra một hệ thống những giải pháp xúc tiến phối hợp hoạt động bảo tồn thiên nhiên của các quốc gia và các tổ chức quốc tế. 17/385
Liên Xô tham gia tích cực vào công việc của UNEP và cũng là một trong những thành viên thực hiện các chương trình sinh thái trong khuôn khổ các tổ chức đó, như WMO, EEC, UNESCO, IUER và các tổ chức khác. ở Liên Xô đã thành lập và đang hoạt động những ủy ban quốc gia về các vấn đề của UNESCO và Trung tâm các dự án quốc tế của UNEP. Trong khuôn khổ của UNEP cùng với WMO và UNESCO, trong các năm 1979, 1981, 1983 (Riga, Tbilisi, Tallin) đã diễn ra các hội thảo quốc tế về kiểm soát môi trường tổng hợp toàn cầu. Vậy là, như chúng ta thấy, tình hình sinh thái hiện đại hình thành dưới tác động của một loạt những nguyên nhân sinh thái, kinh tế và xã hội đang đòi hỏi sự chăm chú từ phía mỗi quốc gia và toàn bộ cộng đồng nhân loại. 18/385
Bản chất và những tính chất của các chất làm ô nhiễm môi trường tự nhiên Mở đầu Vấn đề ô nhiễm môi trường sống của con người đã tồn tại vài thế kỉ (thí dụ, chúng ta được biết sắc lệnh của Karl VI năm 1382 cấm thải “khói độc và hôi” ở Pari). Tuy nhiên, trước khi phát triển công nghiệp, sự ô nhiễm môi trường mang tính chất hạn chế về địa điểm và thời gian lan truyền cũng như về số lượng và tác hại của các chất ô nhiễm tới cơ thể sống. Tình hình đã thay đổi mạnh do sự tăng trưởng sản xuất công nghiệp và dân cư ở các thành phố (đô thị hóa). Dưới dạng tổng quát vấn đề là ở chỗ con người trong quá trình hoạt động kinh tế tạo ra những chất thải, những chất này không được đưa vào chu trình tiếp theo (do sự chưa hoàn thiện của công nghệ hiện thời hoặc do những lập luận kinh tế). Thêm vào đó phải kể tới sự gia tăng tiêu dùng mạnh và tập quán ngày càng phổ biến (ở các nước công nghiệp phát triển) vứt bỏ đồ vật không chỉ khi chúng hư hỏng, mà cả do mốt. Trong số những chất thải sản xuất và sinh hoạt con người, có nhiều chất (khoáng và hữu cơ) không chịu phân hủy sinh học (chất dẻo, thuốc bảo vệ động thực vật, đồ gốm, kim loại không rỉ, đồng vị phóng xạ v.v ). Trước khi chuyển sang phân tích những chất gây nhiễm khí quyển, chúng ta đưa ra định nghĩa thuật ngữ “ô nhiễm”. Ô nhiễm trong sinh thái được hiểu là sự biến đổi bất lợi của môi trường, hoàn toàn hay một phần do kết quả hoạt động của con người, trực tiếp hay gián tiếp làm thay đổi sự phân bố năng lượng đi tới, mức phóng xạ, các tính chất lý hóa của môi trường và điều kiện tồn tại của cơ thể sống. Những biến đổi này có thể ảnh hưởng tới con người một cách trực tiếp hoặc thông qua nước và các sản phẩm dinh dưỡng. Chúng cũng có thể tác động tới con người bằng cách làm xấu đi các tính chất của những vật mà con người sử dụng, điều kiện nghỉ ngơi và làm việc. Đứng đầu bảng trong số các nguồn ô nhiễm môi trường là các hyđrô cacbua khoáng (than, dầu, khí), vì khi chúng cháy tạo ra lượng chất thải lớn. Mặc dù sử dụng hyđrô cacbua với tư cách là nhiên liệu không thể không thừa nhận là bình thường, mà còn hợp lý, người ta đốt các khoáng chất không tái sinh chủ yếu với mục đích lấy năng lượng (thí dụ, ở Pháp chỉ 7 % dầu mua về được dùng làm nguyên liệu trong ngành hóa hữu cơ). Xét về tác động của chúng tới cơ thể con người, các chất gây ô nhiễm khí quyển được phân chia thành các chất lý học và các chất hóa học. Các chất lý học bao gồm: a) các nguyên tố phóng xạ, là nguồn bức xạ ion hóa; b) ô nhiễm nhiệt (làm tăng nhiệt độ); c) tiếng ồn và rung tần thấp (ngoại âm). Các chất hóa học bao gồm: a) các chất dẫn xuất dạng khí của cacbon và hyđrô cacbua lỏng; b) các chất tẩy rửa; c) các chất dẻo; d) thuốc 19/385
bảo vệ động thực vật và các chất tổng hợp; e) các chất dẫn xuất của lưu huỳnh; f) các chất dẫn xuất của nitơ; g) các kim loại nặng; h) các hợp chất của flo; i) tạp chất rắn; k) các chất hữu cơ. Xét về điều kiện hình thành, tất cả các chất gây ô nhiễm khí quyển phân chia ra thành tạp chất nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo (nhân sinh). Tạp chất nguồn gốc tự nhiên đi vào khí quyển do hoạt động núi lửa, phong hóa đất và đá, cháy rừng, chết thực vật, sóng biển (đi kèm bọt sóng), cháy thiên thạch. Tạp chất nguồn gốc nhân sinh được hình thành trước hết trong quá trình đốt nhiên liệu khoáng (trong động cơ đốt trong, tại nhà máy nhiệt điện, trong hệ thống đốt lò) cũng như khi đốt cháy chất thải công nghiệp và sinh hoạt, nổ hạt nhân v.v Bảng 1.1. Khối lượng (tấn/năm) chất ô nhiễm thải vào khí quyển Chất Nhập tự nhiên Chất thải nhân sinh Ôxit cacbon (CO) ? 3,5.108 Điôxit lưu huỳnh (SO2) 1,4.108 1,45. 108 Các ôxit nitơ (NOx) 1,4.109 (1,5?2,0).107 Sôn khí (các hạt rắn) (7,7?22,0).1010 (9,6?26,0).1010 Các chất policlorvilyn, phreol ? 2,0.106 Ôzôn (O3) 2,0.109 ? Hyđrô cacbua 1,0.109 1,0.106 Chì (Pb) ? 2,0.105 Thủy ngân (Hg) ? 5,0.103 Có thể hình dung về số lượng và tương quan các tạp chất đi vào khí quyển với nguồn gốc tự nhiên và nhân sinh theo số liệu bảng 1.1. Tổng lượng chất thải công nghiệp thế giới bằng khoảng 600 tỉ tấn một năm. Trong 100 năm gần đây nhập vào khí quyển 1,35 triệu tấn silic, 1,5 triệu tấn acsen, hơn 1 triệu tấn niken và khoảng ngần ấy côban, 0,6 triệu tấn thiếc và ăngtimoan. Theo thành phần tạp chất đi vào khí quyển, người ta chia ra thành các tạp chất dạng khí, dạng rắn và dạng lỏng. Tỉ phần các chất dạng khí (ôxit cacbon, điôxit và các chất dẫn 20/385
xuất khác của lưu huỳnh, hyđrô cacbua, các ôxit nitơ, các hợp chất hữu cơ) bằng khoảng 90 %, dạng rắn (bụi, kim loại nặng, các hợp chất khoáng và hữu cơ, các chất phóng xạ) gần 10 %; khối lượng các tạp chất lỏng (axit sunphuric) nhỏ so với khối lượng các tạp chất khí và rắn. Thực ra, trong thành phần các tạp chất rắn thực tế luôn có mặt nước với hàm lượng càng lớn nếu độ ẩm tương đối của không khí càng cao. Khi đốt cháy tất cả các dạng nhiên liệu sẽ tạo ra hơi nước và điôxit cacbon và sau đó nhập vào khí quyển, chúng được chứa trong khí quyển trong điều kiện tự nhiên và không có tác hại với con người. Vì vậy, các khí này không thuộc các chất gây ô nhiễm khí quyển, mặc dù phần lớn chất thải nguồn gốc nhân sinh thuộc loại các chất này. Ôxit cacbon Ôxit cacbon (CO) tạp chất phổ biến nhất và nhiều nhất (về khối lượng) trong khí quyển. Trong điều kiện tự nhiên, hàm lượng CO trong khí quyển rất ít: chỉ dao động từ vài phần trăm của phần triệu đến 0,2 phần triệu (ta nhớ lại rằng hàm lượng điôxit cacbon trung bình bằng 325 phần triệu). Khối lượng chủ yếu của CO được tạo thành trong quá trình đốt cháy nhiên liệu khoáng. Trong đó các động cơ đốt trong là nguồn chính. Thí dụ, ở Mỹ hàng ngày ô tô xả ra hơn 120 triệu tấn khí này. Lượng CO tối đa được tạo thành trong kỳ nung nóng của động cơ và trong trường hợp tái trộn hỗn hợp. Thể tích ôxit cacbon có thể đạt tới 10 % thể tích các khí thải. Tổng khối lượng CO bị thải vào khí quyển được ước lượng (theo tình hình tới năm 1988) bằng khoảng 380 triệu tấn, trong đó từ cháy xăng gần 270 triệu tấn, than 15 triệu tấn, củi 15 triệu tấn, chất thải công nghiệp 35 triệu tấn và cháy rừng 15 triệu tấn. Hàm lượng CO ở những thành phố lớn dao động từ 1 đến 250 phần triệu và trung bình gần 20 phần triệu. Nồng độ tới hạncho phép đó là nồng độ xác định chuẩn mức của chất ô nhiễm tại đó nó chưa có tác động xấu đáng kể tới cơ thể và điều kiện (chất lượng) cuộc sống của con người. Người ta phân biệt nồng độ tới hạn cho phép một lần và nồng độ tới hạn cho phép ngày đặc trưng cho mức độ ảnh hưởng ngắn hạn (thường không quá 2030 phút) và ảnh hưởng lâu dài của chất đang xét tới cơ thể con người. Hàm lượng CO cao nhất (vượt trội hơn nhiều so với nồng độ tới hạn cho phép) được quan sát thấy trên các đường phố và quảng trường thành phố với giao thông xe hơi nhộn nhịp, đặc biệt trong các mẫu khí xả của xe. Điôxit lưu huỳnh Điôxit lưu huỳnh hay khí sunphua (SO2) chất thứ hai (về khối lượng) làm ô nhiễm khí quyển. Nguyên nhân chính (thực tế là nguyên nhân duy nhất) của sự hiện diện SO2 trong khí quyển việc sử dụng nhiên liệu khoáng, trước hết là than, vì nhiên liệu bất kỳ đều chứa ít nhiều lượng lưu huỳnh (từ một vài phần của phần trăm tới 57 %). Theo các ước 21/385
lượng, hàng năm thải vào lớp khí quyển đối lưu gần 145 triệu tấn SO2, trong đó 70 % được tạo thành khi cháy than và 16 % cháy nhiên liệu lỏng (đặc biệt là mazút). Sự phân hủy SO2 trong khí quyển diễn ra dưới tác động của bức xạ cực tím, thành anhyđrit hưu huỳnh (SO3) theo phản ứng 2SO2 + O2 → 2SO3 + 185kJ. Khi tiếp xúc với hơi nước, sẽ tạo thành axit sunphua SO2 + H2O = H2SO3 + 76kJ. Trong khí quyển ẩm và ô nhiễm còn xảy ra phản ứng , dẫn tới tạo thành axit sunphuric (H2SO4). Đi vào khí quyển còn có một hợp chất lưu huỳnh nữa sunphua hyđrô (H2S), phát thải nguồn gốc nhân sinh của chất này không lớn; nó chủ yếu được sinh ra bởi vi khuẩn trong đất màu và trong môi trường biển (khoảng 100 triệu tấn/năm). Các ôxit lưu huỳnh làm tăng mạnh sự ăn mòn kim loại trong các thành phố 1,5?5 lần so với ở nông thôn. Tại một trong những thành phố của Mỹ, sự gia tăng nồng độ SO2 lên 3 lần kéo theo tăng tốc độ ăn mòn thiếc lên 4 lần. Đặc biệt vải nilon rất nhạy cảm đối với sự ô nhiễm khí quyển bởi chất này. Các hợp chất nitơ Một lượng lớn ôxit nitơ NO và điôxit nitơ NO2 được tạo thành trong quá trình đốt ở nhiệt độ cao, trước hết trong các động cơ đốt trong dùng xăng và nhiên liệu điezen. Điôxit nitơ chất khí bền vững màu vàng, thường làm cho không khí thành phố có sắc nâu. Dưới ảnh hưởng của bức xạ cực tím, NO2 bị phá hủy, chuyển thành NO. Sự phá o hủy NO2 cũng diễn ra khi nhiệt độ cao hơn 600 C, điều này giải thích hàm lượng NO cao so với hàm lượng NO2 trong khí xả ô tô. Điôxit nitơ tạo thành trong không khí trong khi lan truyền các khí xả theo phản ứng . 22/385
Tổng khối lượng NO2 hàng năm thải vào khí quyển trong quá trình hoạt động con người được ước lượng là 1520 triệu tấn, bằng khoảng 0,1 khối lượng khí này tạo thành bằng con đường tự nhiên (núi lửa, sấm chớp, vi sinh vật). Điôxit nitơ bảo tồn trong khí quyển trung bình 3 ngày. Khi tương tác với hơi nước, nó biến thành axit sunphuric và các nitrat khác. Những chất sau cùng này trở lại đất cùng với giáng thủy, đó là vì sao mà tuyết có thuộc tính bón phân cho đất. Hyđrô cacbua Nguồn hyđrô cacbua tự nhiên chủ yếu là thực vật (1 tỉ tấn một năm), còn nguồn nhân sinh là giao thông ô tô (động cơ đốt trong và bình nhiên liệu của ô tô). Ở Mỹ, trong số 32 triệu tấn hyđrô cacbua hàng năm thải vào khí quyển, thì hơn một nửa là từ động cơ đốt trong (trong đó nhiên liệu bị cháy không hoàn toàn), gần 14 % từ thải công nghiệp và gần 27 % từ các nguồn còn lại. Ngoài ra, trong khi cháy không hoàn toàn còn tạo thành (tổng hợp) những hyđrô cacbua vòng gây ưng thư. Đặc biệt nhiều hyđrô cacbua gây ung thư (gây khối u phổi) có chứa trong cặn khói của các động cơ điêzen và các hệ thống lò đốt. Mặc dù bằng cách điều chỉnh tốt động cơ, điều khiển xe khéo léo có thể giảm thải bớt được phần nào, nhưng động cơ điêzen chiếm một trong những vị trí đầu về các nguồn ô nhiễm khí quyển bằng các chất gây ung thư. Chúng tôi một lần nữa lưu ý về tác hại của hút thuốc sự tự nguyện làm ô nhiễm cơ thể người nghiện, nơi ở của anh ta và những nơi công cộng bởi khói thuốc mà trong thành phần có không ít chất gây ung thư. Vì lí do này, về trung bình cứ 23 phút có 1 trong số 1 triệu người chết vì hút thuốc (để so sánh, cứ 23 ngày có một người chết bởi tai nạn ô tô, 45 ngày có 1 người chết vì dùng rượu). Theo dữ liệu khảo sát đặc biệt, mỗi chiếc ô tô của Mỹ về trung bình trên 1 km đường xả thải ra 30 g ôxit cacbon, 4 g ôxit nitơ và 2 g hyđrô cacbua. Còn accroleum chất rất độc và có tính kích thích, đi vào khí quyển không những tại những nhà máy sản xuất mà cả từ những khí xả chứa các sản phẩm của nhiên liệu không cháy hết. Những tạp chất rắn (sôn khí) Giống như trong trường hợp các chất gây ô nhiễm dạng khí, thêm vào các sôn khí nguồn gốc tự nhiên các hạt rắn và lỏng lơ lửng trong không khí, còn có một lượng lớn sôn khí nguồn gốc nhân sinh. Kích thước (bán kính) các hạt rắn quan trắc được trong khí quyển dao động trong phạm vi rộng: từ những phần nghìn, phần trăm của μm đến một số μm (trong bão bụi kích 23/385
thước các hạt mang trong gió tăng lên đến 100 μm và hơn). Tùy thuộc kích thước, người ta chia các hạt sôn khí thành ba loại: nhỏ hay vi mô (hạt tinh) với bán kính μm, trung bình (hạt trung), μm và lớn (hạt thô), μm. Trong số các sôn khí hạt tinh, người ta tách ra một nhóm hạt có những tính chất hấp thụ nước. Người ta gọi những hạt này là các nhân ngưng kết (chúng là mầm của những hạt nước mây và sương). Nhiều khi các hạt nhỏ mang điện tích dương hay âm. Trong trường hợp này, chúng có tên là các ion (nhẹ hoặc nặng). Theo các tính chất lý hóa, người ta chia sôn khí thành: bụi và xỉ cặn (các hạt rắn), khói (các hạt chứa nhiều nước) và giọt (sương, mây, giáng thủy). Ta lưu ý rằng trong điều kiện thực, các hạt bụi cũng luôn luôn chứa nước ở mức độ nào đó, còn các giọt thì luôn chứa nhân ngưng kết (sự thật, khối lượng của nhân rất nhỏ so với khối lượng nước). Chúng ta sẽ không xếp các giọt mây, sương và giáng thủy vào loại sôn khí (xem chúng là các tạp chất), vì chúng có nguồn gốc tự nhiên. Chỉ có một phần không lớn các sôn khí nhân sinh có cấu trúc lỏng (thí dụ axit sunphuric). Xét theo hình dạng hạt, người ta qui ước chia sôn khí thành: a) dạng hình cầu, b) dạng đa diện đều, c) dạng tấm mỏng (kích thước hai chiều lớn hơn nhiều so với kích thước chiều thứ ba), d) dạng kim, dạng tơ, lăng kính, e) dạng tổ hợp phức tạp (chuỗi dài có các nhánh, tỏa tia). Chúng ta sẽ dừng lại xét chi tiết hơn về đặc tính của sôn khí hạt tinh, bởi vì ngoài ảnh hưởng tới cơ thể người, nó góp phần đáng kể vào sự hấp thụ bức xạ và như hệ quả làm biến đổi chế độ nhiệt của khí quyển. Sự thành tạo các hạt sôn khí tinh diễn ra liên tục từ các tạp chất dạng khí, thường số lượng chúng bằng 103104 trong 1 cm3, bán kính luôn nhỏ hơn một vài phần mười μm, nồng độ tính bằng một số μg trong 1 m3. Theo những đánh giá hiện có, khối lượng toàn cầu các sôn khí hạt tinh về trung bình bằng khoảng 50 triệu tấn; tốc độ thành tạo chúng bằng khoảng 5 000 triệu tấn/năm (tức mỗi năm khối lượng sôn khí trong khí quyển tạo mới gần 100 lần, nói cách khác, tốc độ thành tạo chúng khoảng hai lần vượt trội tốc độ tạo mới của hơi nước trong khí quyển). Tham gia trong quá trình thành tạo sôn khí hạt tinh từ các chất khí nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo đi vào khí quyển (NO2, SO2, các sản phẩm cháy và thối rữa) có: bức xạ Mặt Trời và các tia xạ khác, cả hơi nước. Những hạt chất tan lớn nhất (khoảng 24/385
μm) tăng lên khi tăng độ ẩm tương đối đến mức chúng trở thành các mầm giọt mây và sương (tức nhân ngưng kết). Những hạt nhỏ hơn (trước hết là của các chất không hòa tan) được bảo tồn dưới dạng ban đầu, tạo thành thành phần độc lập của sôn khí hạt tinh. Trong thành phần sôn khí, luôn có mặt bốn nhóm chất: các sunphat, các hợp chất hữu cơ, cacbon rắn và nước, hàm lượng tương đối của chúng dao động trong phạm vi rộng phản ánh điều kiện thành tạo các chất khí tiền thân của chúng (kể cả sự phân bố địa lý thảm thực vật và chế độ hoạt động sống của nó) và sự ảnh hưởng các điều kiện khí tượng tới sự phân bố sôn khí trong khí quyển. Cacbon rắn đó là các loại xỉ, bán kính hạt của nó tại thời điểm thành tạo gần bằng 0,003?0,005 μm, còn nồng độ rất biến động từ 1 μg/m3 ở những vùng đặc biệt sạch đến 10?30 μg/m3 ở những vùng nhiều bụi. Ngay sau khi thành tạo, các hạt xỉ liên kết lại với nhau thành bụi bông với bán kính vài phần trăm μm, chúng bị hấp thụ bởi những hạt có bản chất khác (thí dụ, các giọt nước mưa) và bị loại khỏi khí quyển sau một khoảng thời gian từ vài chục giờ tới 1?2 tuần. Tổng khối lượng xỉ trong khí quyển được ước lượng khoảng 5 triệu tấn, còn tốc độ gia nhập gần 500 triệu tấn/năm. Để so sánh, chúng tôi dẫn ra ước lượng hàm lượng toàn cầu của cacbon trong thành phần điôxit cacbon (khoảng triệu tấn) và tốc độ gia nhập của nó từ các nguồn tự nhiên ( triệu tấn/năm) và nhân sinh ( triệu tấn/ năm). Như vậy tốc độ nhập vào khí quyển của cacbon rắn bằng khoảng 10 % tốc độ thải cacbon dạng khí vào khí quyển và tăng nhanh theo mức độ tăng thể tích nhiên liệu được đốt. Vai trò của xỉ trong khí quyển được xác định không chỉ bởi tác động có hại tới con người, trước hết là các cơ quan hít thở, mà còn bởi lẽ trong số tất cả những hợp phần của sôn khí thì xỉ hấp thụ bức xạ Mặt Trời và bức xạ từ đất mạnh nhất, trong dải rộng các bước sóng (từ 0,25 đến 13 μm) và nhờ đó có ảnh hưởng nhiều tới chế độ nhiệt của khí quyển và của mặt đất. Các ước lượng cho thấy rằng nếu như các hạt xỉ lắng đọng đều đặn, thì mặt đất sẽ bị phủ bởi một lớp xỉ dày đến 1 μm với albeđô chỉ bằng gần 2 %. Trong thực tế, khối lượng xỉ chính bị rửa trôi bởi giáng thủy rơi xuống mặt đất. Tuy nhiên, khi rơi trên thảm tuyết hoặc băng, xỉ được phân bố trong toàn bề dày và được giữ lại một thời gian dài. Vì lý do đó, albeđô của tuyết giảm tới 90 % trong trường hợp độ ô nhiễm trung bình và tới 30 % trong trường hợp ô nhiễm mạnh (với điều kiện albeđo bằng 100 % trong điều kiện tuyết sạch), vậy nó đẩy nhanh quá trình tan tuyết. Xỉ cũng ảnh hưởng nhiều tới albeđô của mây. Hợp phần nước của sôn khí hạt tinh thực tế không 25/385
hấp thụ bức xạ ở khoảng bước sóng 0,25?13 μm và do đó không ảnh hưởng tới chế độ nhiệt của khí quyển. Vai trò của các sunphat (các hợp chất của lưu huỳnh) lớn hơn, trước hết là do các hạt lớn nhất của chúng là những nhân ngưng kết quyết định điều kiện hình thành vi cấu trúc của mây và sương. Hàm lượng của các sunphat trong khói rất lớn. Khói là một hiện tượng phổ biến (đặc biệt trong các thành phố) có ảnh hưởng đáng kể tới sự trao đổi bức xạ và albeđô hành tinh. Do lượng phát thải sunphat nguồn gốc nhân sinh tăng lên trong những năm gần đây, nên tính tích cực sinh học của chúng tăng đáng kể, kéo theo sự nhiễm độc đối với thế giới thực và động vật (hiện tượng được gọi là mưa axit). Hợp phần hữu cơ của sôn khí có tác động ít nhất (về phương diện hấp thụ bức xạ và ảnh hưởng tới khí hậu). Nhiều hợp chất hữu cơ trong thành phần của sôn khí có khoảng hấp thụ rộng, nhưng bao phủ các khoảng hấp thụ của hơi nước hoặc nằm trong vùng phổ với cường độ bức xạ rất nhỏ. Tỉ phần của các phát thải nhân sinh trong tổng cán cân sôn khí là đáng kể đối với tất cả các hợp phần của nó (với cacbon rắn phần phát thải nhân sinh vượt trội trên phát thải tự nhiên, với các sunphat và chất hữu cơ bằng khoảng 25 % phát thải tự nhiên) và tỉ phần này đang tiếp tục tăng với thời gian. Chúng tôi sẽ nêu ra những chất khác đang được phát thải vào khí quyển và có tác hại tới cơ thể con người, giới động vật và thực vật. Thấy rằng tổng số các chất làm ô nhiễm khí quyển có thể tính ra tới hàng trăm chất. Một nguồn ô nhiễm khí quyển quan trọng là ngành công nghiệp liên quan tới khai thác và sử dụng vật liệu xây dựng (đào phá vụn đá tại các mỏ lộ thiên, sản xuất xi măng v.v ). Thí dụ, ở Pháp các công xưởng xi mang thải gần 3 % sản phẩm của mình (khoảng 100 nghìn tấn bụi với đường kính vài chục μm) và làm giảm mạnh ánh sáng Mặt Trời bên trên vùng lãnh thổ kế cận. Ngành luyện kim mầu là nguồn ô nhiễm khí quyển bởi các hạt thiếc, chì, đồng và nhôm. Trong bụi lắng ở gần những trung tâm công nghiệp, quan sát thấy không ít các khoáng chất khác nhau: thạch anh, canxit, thạch cao, feldspat, amiăng (chất này thậm chí với nồng độ nhỏ hơn nhiều so với nồng độ các khoáng chất khác vẫn gây tác hại cho phổi). Bụi trong không khí các khu công nghiệp về trung bình chứa 20 % ôxit sắt, 15 % các silicat và 5 % xỉ. Ngoài ra còn phải kể thêm các ôxit phi kim loại (mangan, vanađi, molipđen, acsen, ăngtimoan và đặc biệt độc là selen và tellua) cũng như các ftorit. Xe ô tô, ngành sản xuất thép và đốt chất thải những nguồn chủ yếu ô nhiễm khí quyển bằng chì một kim loại cực độc. Hàng năm mỗi chiếc ô tô thải vào khí quyển trung bình 1 kg chì dưới dạng sôn khí (trong xăng có bổ sung tetraetil chì làm chất chống nổ). Từ năm 26/385
1950, lượng chì rơi lắng xuống băng ở Grinlanđia đã tăng lên rất nhiều đó là hậu quả tăng số lượng xe hơi. Ở những thành phố lớn của nhiều nước trên thế giới nồng độ chì không hiếm khi vượt trên 1 μg/m3 (còn tại các ngã tư và trong đường hầm 5?30 μg/m3), trong khi nồng độ tới hạn cho phép bằng 0,7 μg/m3. Thật vậy, ở Chicago (Mỹ) tại trung tâm thành phố nồng độ chì trung bình lớn hơn 3,2 μg/m3, tại các vùng lân cận khoảng 0,2 μg/m3. Thời gian lưu lại trung bình trong khí quyển của các hạt chì (đường kính từ 0,05 tới 5 μm) là một số tuần, điều đó thuận lợi cho chì lan tới các vùng xa nguồn (thí dụ, từ Mỹ tới Grinlanđia). Hiện nay, toàn bộ sinh quyển đã bị nhiễm chì nguồn gốc nhân sinh. 27/385
Ảnh hưởng của sự ô nhiễm khí quyển tới con người, thế giới thực vật và động vật Mở đầu Tất cả các chất làm ô nhiễm không khí khí quyển ở mức độ nhiều hoặc ít đều ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người. Những chất này đi vào 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 0,01?0,1 μm xâm nhập vào phổi sẽ lắng đọng tại đó. Khi xâm nhập vào 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 thành nhiễu đối với một hoặc một số cơ chế bảo đảm làm sạch đường hô hấp; c) làm 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 và những bệnh như tổn thương các tuyến hô hấp trên, trụy tim, viêm phế quản, hen, viêm phổi, emphysema phổi và các bệnh về mắt. Sự tăng mạnh nồng độ tạp chất duy trì trong vòng một số ngày sẽ làm tăng tỉ lệ tử vong những người đứng tuổi do các bệnh đường hô hấp và 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 ngày liền; kết quả là hàng trăm người đã bị ngã bệnh và 60 người chết ? hơn 10 lần cao hơn tỉ lệ tử vong trung bình. Tháng giêng năm 1931, ở vùng Manchester (Anh), 9 ngày liền quan sát thấy không khí nhiễm bụi mạnh và là 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 làm chết hơn 4 000 dân nội thành Luân đôn. Tháng giêng năm 1956, gần 1000 người Luân đôn chết do một vụ bụi khói kéo dài. 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 là sự ô nhiễm không khí khí quyển. 28/385
Hình 2.1. Số trường hợp tử vong (1), nồng độ điôxit lưu huỳnh (2) và khói (3) trong khí quyển ở Luân đôn tháng 12 năm 1952 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 ? 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 29/385
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 3 hàm lượng SO2 trung bình ngày 0,2?0,5 phần triệu và nồng độ khói 500?700 mg/m 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 30/385
3 quan trắc, tốc độ cực đại tạo thành O3 đã đạt tới 0,70?0,85 mg/(m .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. Ảnh hưởng của các chất phóng xạ tới thế giới thực vật và động vật 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 31/385
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 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 32/385
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 33/385
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. 34/385
Sự ô nhiễm toàn cầu Mở đầu Gia nhập từ những nguồn khác nhau, các chất làm ô nhiễm được mang đi trong khí quyển bởi những dòng không khí có trật tự (trung bình trong những khoảng thời gian nhỏ hoặc lớn) và lan truyền dưới ảnh hưởng của xáo trộn rối. Hệ thống các dòng không khí trong khí quyển khá phức tạp. Thông thường, người ta phân biệt chuyển động qui mô vừa, synop và toàn cầu với các kích thước phương ngang tuần tự không vượt quá 100?200, 1000?2000 km và vài nghìn km. Không khí khí quyển di chuyển không chỉ theo phương ngang, mà cả phương thẳng đứng. Dưới tác động của trao đổi rối và những chuyển động thẳng đứng, sẽ diễn ra sự vận chuyển tạp chất từ các lớp khí quyển này tới các lớp khác (chẳng hạn, từ lớp đối lưu sang lớp bình lưu). Thời gian lưu lại trung bình của tạp chất không rơi lắng (nhẹ) bằng khoảng 2 năm trong lớp bình lưu, 1?4 tháng trong lớp đối lưu thượng và 6?10 ngày trong lớp đối lưu hạ. Với khoảng thời gian tồn tại như vậy, các tạp chất kịp lan truyền đi xa nhiều nghìn kilômet khỏi nơi chúng gia nhập vào khí quyển. Với tốc độ trung bình (khoảng 30?35 m/s) của các dòng hướng tây vẫn quan trắc thấy trong lớp đối lưu thượng và lớp bình lưu hạ ở các vĩ độ trung bình, sôn khí kịp lan vòng quanh địa cầu trong vòng 10?12 ngày. Tốc độ chuyển động của không khí trong phương kinh tuyến nhỏ hơn nhiều so với tốc độ vĩ hướng. Do đó, sôn khí lan truyền từ đới vĩ độ này tới đới vĩ độ khác, hoặc từ bán cầu bắc tới bán cầu nam, chậm hơn nhiều so với lan truyền trên phương vĩ tuyến. Quan trắc về gió và các đại lượng khí tượng khác ở nhiều vùng của Trái Đất hoàn toàn chưa đủ. Nếu theo dõi sự lan truyền của sôn khí, chúng ta có thể ước lượng được tốc độ của các dòng không khí. Với vai trò đó, các tạp chất được sử dụng như là những vật đánh dấu (trasser) các dòng khí quyển toàn cầu và sự trao đổi rối. Các tạp chất phóng xạ Những thập niên gần đây người ta nhận được dữ liệu đầy đủ hơn cả về sự lan truyền các tạp chất phóng xạ, bởi vì chính những tạp chất đó là nguy hiểm nhất, và đặc biệt càng nguy hiểm khi “kỉ nguyên nguyên tử” bắt đầu diễn ra (từ những năm bốn mươi). Độ phóng xạ của khí quyển đã tăng lên mạnh trong những năm 50 và đầu những năm 60 do các vụ thử vũ khí hạt nhân lan tràn. Mặc dù năm 1963 đã cấm thử vũ khí trong khí quyển và trong vũ trụ, một số nước (Trung Quốc, Pháp) không tham gia Hiệp ước và tiếp tục thử vũ khí hạt nhân. Hậu quả là vấn đề ô nhiễm phóng xạ khí quyển vẫn giữ nguyên tính thời sự cho đến tận ngày nay. Các tạp chất phóng xạ nhập vào khí quyển từ bốn nguồn và tuần tự được chia thành bốn nhóm. Nhóm thứ nhất gồm các đồng vị của một số nguyên tố phóng xạ có trong vỏ 35/385
Trái Đất và các sản phẩm phân hủy những chất đó: rađôn (222Rn), 210Pb (RaD), 210Bi (RaE), 210Pb (RaF) Nhóm thứ hai gồm các đồng vị nguồn gốc vũ trụ tạo thành trong khi tương tác các nguyên tử không khí với bức xạ vũ trụ: 22Na, 7Be, 32P, 33P, 14C, 3H Các đồng vị nguồn gốc nhân tạo sản phẩm các vụ nổ hạt nhân (14C, 3H, 131I, 90Sr, 137Cs, 144Ce, 95Zr ) tuần tự làm thành các nhóm thứ ba và thứ bốn. Phần lớn các đồng vị phóng xạ trong khí quyển liên kết với những hạt sôn khí. Sự rơi lắng những hạt này trong trường trọng lực và sự rửa trôi bởi giáng thủy một mặt sẽ làm phức tạp hóa việc sử dụng những quan trắc lan truyền đồng vị với tư cách là những vật đánh dấu các dòng không khí, nhưng mặt khác cho phép ta lợi dụng những quan trắc này để nghiên cứu các quá trình hình thành mây, sương mù và giáng thủy. Đo hàm lượng đồng vị được thực hiện trong các quả cầu thám không, phòng thám không, máy bay và trong các thiết bị đặt mặt đất bằng cách thổi một lượng không khí nhất định qua những bộ lọc hiệu năng cao và sau đó xác định các đồng vị bức xạ bêta nhờ phép phân tích hóa phóng xạ và các đồng vị phóng xạ gamma nhờ phép phân tích trắc phổ. Số lượng lần đo trong khí quyển tự do tương đối ít (vì rất khó khăn và đắt giá). Đó chủ yếu chỉ là những lần đo các sản phẩm nổ hạt nhân trên một số vùng địa lý riêng biệt. Chúng tôi sẽ dẫn một số dữ liệu về sự biến thiên hàm lượng các chất phóng xạ trong khí quyển tự do và ở lân cận mặt đất. Trên hình 3.1 dẫn những trị số trung bình mùa của hàm lượng tổng cộng 90Sr trong vùng nút đối lưu (9?15 km), trong lớp bình lưu hạ (21 km) và bình lưu trung (21?40 km). Độ phóng xạ 90Sr đã đạt những trị số cực đại ở bắc bán cầu vào mùa xuân năm 1963, bởi vì trong nhiều năm trước năm đó đã có nhiều vụ thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển thuộc bắc bán cầu. Ở nam bán cầu, hàm lượng 90Sr đã đạt cực đại sau khoảng nửa năm, và giá trị độ phóng xạ nhỏ hơn một số lần so với ở bắc bán cầu. 36/385
Hình 3.1. Biến thiên theo thời gian hàm lượng tổng cộng 90Sr ở bán cầu bắc (a) và nam (b) trong các lớp 21?40 km (1); 15?21 km tại vĩ độ 30?90o (2) và 0?30o (3), 9?15 km tại vĩ độ 30?90o (4) Đ mùa đông, X mùa xuân, H mùa hè, T mùa thu Sau năm 1963, Liên Xô, Mỹ và Anh không thử vũ khí hạt nhân trong khí quyển nữa, kết quả là hàm lượng 90Sr (cũng như các đồng vị phóng xạ khác) trong lớp bình lưu giảm (một chút tăng ở nửa sau năm 1967 tại bắc bán cầu có lẽ là do các vụ nổ hạt nhân của Trung Quốc hay Pháp). Trong lớp dưới (0?15 km) tại đới vĩ độ 30?90o ở cả hai bán cầu hàm lượng 90Sr cực đại vào mùa đông và xuân và cực tiểu vào mùa thu. Theo các số liệu quan trắc trong các buồng thám không (trên vĩ độ 31o) ở lớp 24?32 km, biến trình năm hàm lượng 90Sr có dạng ngược lại: cực đại mùa hè và thu, cực tiểu cuối đông và xuân. Như vậy, một lượng lớn các sản phẩm nổ hạt nhân từ lớp bình lưu trung tại các vĩ 37/385
độ trung bình và cao đi vào lớp bình lưu hạ và sau đó vào lớp đối lưu, dẫn tới cực đại rơi lắng và hàm lượng 90SR vào mùa thu ở gần mặt đất. Mặc dù các vụ nổ hạt nhân được tiến hành trên những độ cao và những vĩ độ khác nhau, nhưng chỉ khoảng trong một năm sau vụ nổ, trên bức tranh phân bố các sản phẩm phóng xạ ở lớp bình lưu quan sát thấy nhiều nét giống nhau. Cực đại nồng độ tất cả các đồng vị nằm tại lớp bình lưu chí tuyến trong lớp 20?50 km, các cực đại thứ sinh trong lớp bình lưu hạ và lớp đối lưu thượng các vĩ độ trung bình và cao của bắc bán cầu. Tổng lượng rơi sôn khí phóng xạ được xác định trên lục địa và các đại dương bằng cách thu nhận các mẫu trên những bảng bẫy có tính chất dính hoặc cấu trúc vải, các rãnh bẫy thành cao khác nhau, các bình bẫy thành cao thường đặt trên độ cao 1 m. Những đợt đo như vậy trong 20?25 năm gần đây đang được tiến hành một cách hệ thống hầu như ở tất cả các nước công nghiệp phát triển nhằm kiểm soát vô tuyến sự rơi các sản phẩm nổ hạt nhân xuống đất. Khối lượng chủ yếu các sôn khí phóng xạ được rửa trôi từ khí quyển và rơi xuống đất cùng với giáng thủy. Một bộ phận nhập cùng với bụi và các sôn khí dạng rắn khác (gọi là rơi khô). Việc tổng hợp các kết quả quan trắc trên mạng lưới trạm và các tầu cho phép lập các bản đồ rơi sôn khí phóng xạ toàn cầu (thí dụ, 90Sr), đã dẫn tới kết luận rằng khối lượng sản phẩm nổ hạt nhân chủ yếu (theo tình hình năm 1967) nằm ở bắc bán cầu với hàm lượng cực đại ở đới 30?50 oVB. Theo số liệu đo đạc tại hơn 100 điểm phân bố gần 80 oKT trong đới 70 oVB ? 60 oVN, nồng độ 90Sr ở lớp sát đất cực đại vào tháng ba tháng sáu trong đới 20?40 oVB, trong đó từ năm 1963 đến năm 1967 các trị số cực đại đã giảm khoảng 20 lần. Ở nam bán cầu, cực đại 90Sr đã đạt được muộn hơn (vào cuối năm 1964) cũng trong đới 20?30 oVN, trong đó nồng độ 90Sr ở nam bán cầu khoảng 10 lần nhỏ hơn so với ở bắc bán cầu. Người ta nhận thấy có mối liên hệ trực tiếp giữa nồng độ 137Cs và hoạt độ của Mặt Trời. Các vụ nổ hạt nhân thực hiện ở Trung quốc đang tiếp tục làm ô nhiễm khí quyển bằng các tạp chất phóng xạ. Được mang đi bởi các dòng không khí, chúng cũng rơi xuống 38/385
lãnh thổ Liên Xô. Sau mỗi vụ nổ, qua một khoảng thời gian lớn hay nhỏ (tùy thuộc độ cao nâng lên của các sản phẩm nổ) thì nồng độ và sự rơi lắng các tạp chất xuống mặt đất tăng lên. Các mức ô nhiễm ở Liên Xô tăng lên về trung bình từ phía bắc xuống phía nam, và từ phía tây sang phía đông. Những mức ô nhiễm phóng xạ cao nhất đã quan trắc thấy ở vùng Primore, Trung Á và Ngoại Kapkazơ (theo số liệu của K. P. Makhonko và nnk., các năm 1975?1980). Thời gian gần đây, người ta đã tiến hành đánh giá về sự biến đổi có thể có của trạng thái môi trường dưới ảnh hưởng của việc sử dụng tràn lan vũ khí hạt nhân trong các cuộc chiến. Theo báo cáo của Học viện Quốc gia Hoa Kỳ, do một nhóm nhà chuyên môn và chuyên gia chuẩn bị, thì khi kích nổ nguồn dự trữ hạt nhân tổng công suất 104 triệu tấn (tức tương ứng với khoảng nửa công suất đã tích lũy) có thể gây nên những biến đổi sau đây trong môi trường: a) Phát thải ôxit nitơ vào lớp bình lưu sẽ kéo theo sự giảm sút hàm lượng chung của ôzôn 30?70 %; b) Giảm nhập lượng bức xạ cực tím sẽ làm giảm đáng kể sản lượng nền nông nghiệp; c) Các tia phóng xạ gây tổn thương cho mọi sự sống trên Trái Đất, làm gia tăng các bện ung thư và các bệnh liên quan đến gien. Tuy nhiên, nhóm này đã đi đến kết luận rằng, mặc dù đòn tổng tấn công hạt nhân sẽ gây nên những hủy hoại to lớn, song các hậu quả của nó không mang tính thảm họa ở qui mô toàn cầu trong khoảng thời gian một số thập niên, bởi vì sau 2?4 năm sẽ phục hồi hàm lượng ôzôn trong khí quyển, còn sau 25 năm toàn bộ sinh quyển sẽ trở lại trạng thái bình thường (ngoại trừ những quốc gia bị tấn công trực tiếp). Liên hiệp các nhà khoa học Mỹ đã không đồng ý với kết luận này, bởi vì khoa học hiện nay chưa đánh giá được một cách đủ xác định những hậu quả sinh học và kinh tế của những vụ nổ với công suất cỡ 104 triệu tấn. Theo những ước lượng của Iu. A. Izrael, V. N. Petrov và Đ. A. Severov, khi xảy ra vụ nổ công suất một số triệu tấn thì tổng hàm lượng ôzôn trong một cột thẳng đứng tại vùng nổ sẽ giảm đi 20?25 % và phục hồi khoảng sau 1 ngày, dưới ảnh hưởng của vụ nổ với công suất một vài chục triệu tấn giảm 75?80 % và chu kỳ phục hồi tăng lên đến khoảng tuần lễ. Nếu như ở bắc bán cầu sẽ tiến hành những vụ nổ tổng công suất 104 triệu tấn, thì tùy thuộc độ cao ổn định của đám mây nổ hạt nhân, sẽ thiết lập một trạng thái trong đó hàm lượng ôzôn trong toàn khí quyển của bán cầu chỉ còn từ 40 đến 70 % lượng tự nhiên của nó. Iu. A. Izrael chỉ ra rằng những kết quả tác động của các vụ nổ tới sinh quyển và môi trường sống sẽ gồm: 39/385
a) Sự ô nhiễm phóng xạ môi trường dẫn tới sự tổn thương tia xạ (bức xạ gamma và bêta) và sự biến đổi các tính chất điện của khí quyển (bao gồm cả của quyển ion); b) Sự ô nhiễm khí quyển bởi sôn khí, kèm theo sự biến đổi các tính chất bức xạ của khí quyển và hệ quả là sự biến đổi thời tiết và khí hậu; c) Sự ô nhiễm khí quyển bởi những chất dạng khí (mêtan, êtilen và các khí khác) ảnh hưởng tới các dòng bức xạ của Mặt Trời và của Trái Đất và chế độ nhiệt của khí quyển; d) Hỏa hoạn tràn lan trong các thành phố, rừng, trên những khu vực khai thác khí và dầu. Phân tích những tác động đó sẽ dẫn tới kết luận: những vụ nổ hạt nhân, đặc biệt khi sử dụng rộng, sẽ dẫn tới không chỉ những tác động hủy hoại qui mô địa phương, mà còn gây nên những xáo trộn toàn cầu nghiêm trọng mang lại những biến đổi khí hậu không đảo ngược được, sự phá hủy lớp ôzôn của Trái Đất, xáo trộn hoàn toàn sinh quyển. Độ cao nâng lên của mây hạt nhân Trong vụ nổ hạt nhân sẽ tạo thành một quả cầu lửa nóng, là nguồn phát xạ ánh sáng và sóng va đập. Tại thời điểm nổ, nhiệt độ của quả cầu lửa bằng một số triệu độ Kelvin. Tuy nhiên, chỉ qua 10?15 s sau khi nổ, nhiệt độ của nó giảm xuống đến 2 000?3 000 K và quả cầu ngừng phát sáng. Tới thời điểm kết thúc phát sáng, áp suất các khí ở bên trong quả cầu thực tế không khác biệt so với áp suất không khí xung quanh. Người ta qui ước chia các vụ nổ hạt nhân thành các vụ nổ trong không khí, trên mặt đất và trong lòng đất (hay dưới nước). Với vụ nổ trên không khí, quả cầu lửa không tiếp xúc với mặt đất và toàn bộ bụi phóng xạ chỉ tạo thành từ tàn dư phóng xạ (các mảnh vụn) của quả bom, nó bốc hơi trong khi nổ và sau đó ngưng tụ trong khi nguội lạnh. Với vụ nổ trên mặt đất, quả cầu lửa tiếp xúc với mặt đất, do đó rất nhiều đất đá bị vỡ vụn chủ yếu trong giai đoạn nhiệt độ quả cầu lửa còn khá cao, sẽ cuốn hút vào quả cầu lửa. Trong điều kiện đó, lớp đất đá bề mặt trong bán kính vài trăm mét bị bốc hơi và trộn lẫn với các sản phẩm phóng xạ của vụ nổ. Những hạt rắn tạo thành trong quá trình nguội dần sẽ chính là các vật mang tính phóng xạ. 40/385
Nhân tố chính có tác dụng làm lạnh quả cầu và làm tăng thể thể tích của nó đó là sự lôi cuốn (sự liên kết) không khí xung quanh vào trong đám mây phóng xạ đang nâng lên. Thể tích quả cầu tại độ cao cực đại khoảng 1 000 lần lớn hơn so với tại mực xuất phát; trong khi đó do sự giãn nở đoạn nhiệt thể tích chỉ tăng lên 5?6 lần. Cơ chế lôi cuốn chủ yếu là cơ chế rối, một số hạt không khí di chuyển từ khí quyển vào trong đám mây, một 41/385
số hạt khác từ đám mây ra ngoài khí quyển. Trong quá trình những chuyển động này, diễn ra sự vận chuyển nhiệt và các tạp chất phóng xạ từ đám mây ra khí quyển. Kể từ thời điểm quả cầu ngừng phát sáng, tức không còn là quả cầu lửa nữa, thì như các ước lượng định lượng cho thấy, nhân tố thứ ba sự phát xạ của đám mây không còn vai trò gì đáng kể làm nguội lạnh đám mây. Trong thành phần của đám mây, bên cạnh các hạt phóng xạ còn có những giọt nước. Chúng xuất hiện do sự ngưng tụ lượng hơi nước đã tạo thành do kết quả bốc hơi nước chứa trong đất và được nâng lên khí quyển tại vùng trấn tâm nổ. Hơi nước đi vào đám mây còn là hơi nước từ khí quyển xung quanh bị lôi cuốn vào cùng với không khí. Chừng nào nhiệt độ quả cầu cao hơn nhiệt độ tới hạn của nước (bằng 647 K), thì hơi nước không ngưng tụ. Sau khi đạt nhiệt độ bằng 647 K, nhiệt độ giảm tiếp kèm theo sự ngưng tụ hơi nước và tạo ra các giọt nước. Màu của đám mây: trắng và xám, chứng tỏ đám mây hạt nhân có chứa các giọt nước. Còn trước khi bắt đầu quá trình ngưng tụ, màu của quả cầu lúc đầu trắng lóa, sau đó là màu đỏ lửa và nâu tối. Trong thời gian nâng lên, đám mây có dạng hình cây nấm. Phần trên của cây nấm lúc đầu giống như một xoáy toroit mạnh, tốc độ quay của nó chậm dần trong khi nâng lên cao. Tại độ cao cực đại, đám mây khá đồng nhất trong toàn thể tích của nó và có dạng một hình ellipsoit tròn xoay. Sự nâng lên của đám mây diễn ra cho đến khi nào nhiệt độ của nó bắt đầu bằng nhiệt độ của khí quyển xung quanh. Về phương diện vật lý, rõ ràng rằng sự nguội lạnh đám mây do tác động xáo trộn (lôi cuốn) với không khí xung quanh (mà nhân tố này là nhân tố chính) sẽ diễn ra càng chậm nếu kích thước ban đầu của quả cầu lửa càng lớn. Về phần mình, kích thước của quả cầu lửa càng lớn thì vụ nổ càng mạnh. Như vậy, ta có kết luận rằng độ cao nâng lên cực đại của đám mây phóng xạ, cũng như kích thước của nó tại độ cao đó, tăng lên theo sự tăng công suất của vụ nổ hạt nhân Đơn vị công suất vụ nổ là lượng nhiệt tỏa ra khi nổ 1 tấn trotil. . Trong bảng 3.1 dẫn các trị số độ cao cực đại của đám mây hạt nhân, các kích thước trong phương thẳng đứng và phuơng ngang của nó ứng với công suất nổ khác nhau và một trạng thái trung bình của khí quyển. Bảng 3.1. Độ cao nâng cực đại và kích thước đám mây nổ hạt nhân mặt đất Công suất nổ, ngàn tấn Độ cao mây, km trên dưới 42/385
Bán kính mây, km Công suất nổ, ngàn tấn Độ cao mây, km trên Dưới Bán kính mây, km 0,5 2,7 2,1 0,7 100 14,6 11,0 6,1 1 3,3 2,4 0,9 200 17,0 12,0 8,0 2 4,6 3,7 1,2 500 19,0 13,0 12,0 5 7,0 5,5 1,7 1 000 21,0 14,5 16,0 10 8,2 6,7 2,3 2 000 23,0 15,0 22,0 20 10,0 8,2 3,1 5 000 27,0 16,0 29,0 50 12,5 9,8 4,6 Từ bảng 3.1 suy ra rằng độ cao nâng lên cực đại biến thiên giữa 2,7 và 27 km, còn bán kính giữa 0,7 và 29 km tương ứng với biến thiên công suất vụ nổ (tương đương trotil) từ 500 tấn đến 5 triệu tấn. Ngoài công suất vụ nổ, các nhân tố khí tượng, trước hết là phân bố nhiệt độ và tốc độ gió theo độ cao (phân tầng nhiệt và gió) có ảnh hưởng tới độ cao nâng lên của mây hạt nhân. Về mặt vật lý, hiển nhiên rằng phân tầng nhiệt của lớp khí quyển càng ổn định thì độ cao san bằng nhiệt độ và độ cao nâng lên của mây hạt nhân càng nhỏ. 43/385
Ảnh hưởng của các điều kiện khí tượng tới độ cao mây hạt nhân 44/385
Hình 3.2. Độ cao nâng lên của mây hạt nhân ở các đới vĩ độ khác nhau 1 nhiệt đới, 2, 3 các vĩ độ trung bình, mùa hè (2) và mùa đông (3), 4 các vĩ độ cao, 5 độ dày mây; những điểm gấp khúc trên các đường cong tương ứng với độ cao nút đối lưu 45/385
Sự lắng đọng mây phóng xạ xuống mặt đất Sự nâng lên của mây nổ hạt nhân sẽ kết thúc khi nhiệt độ của nó bằng nhiệt độ không khí xung quanh. Sau đó, chuyển động của mây được quyết định bởi hai nhân tố: tác động của trọng lực kết hợp với các lực cản từ phía không khí và trường gió. Dưới tác động của nhân tố thứ nhất, diễn ra quá trình hạ xuống của các hạt phóng xạ, dưới tác động của nhân tố thứ hai quá trình vận chuyển mây trong phương ngang. Ta xét ảnh hưởng của tốc độ gió lên quá trình lắng đọng mây phóng xạ. Đơn giản nhất vấn đề này được giải quyết trong trường hợp mây cấu tạo từ các hạt cùng kích thước và tốc độ gió không đổi cả về cường độ lẫn hướng trên tất cả các độ cao. Trong trường hợp lý tưởng này, các quỹ đạo của các hạt sẽ là những đường thẳng với góc nghiêng so với trục x (hướng dọc theo gió) bằng tỉ số w/c (wtốc độ rơi của các hạt, ctốc độ gió). Khoảng cách trên phương ngang x1 mà một hạt nằm ở độ cao z1 tại thời điểm ban đầu di chuyển được, được xác định từ quan hệ 46/385
Trong trường hợp này, vết của đám mây trên mặt đất về hình dạng sẽ trùng với dạng của đám mây tại thời điểm đạt độ cao cực đại. Theo (3.10), ta có c lớn hơn w bao nhiêu lần, thì chiều dài của vết sẽ lớn hơn độ cao mây ngần ấy lần. Trong những điều kiện thực, mây phóng xạ gồm các hạt kích thước khác nhau, còn tốc độ gió biến thiên với độ cao về độ lớn và hướng. Chúng ta sẽ xem rằng phân bố tốc độ gió với độ cao cho đến thời điểm nổ hạt nhân được biết. Nó có thể nhận được hoặc bằng quan trắc trực tiếp (cách tin cậy nhất), hoặc dựa trên dự báo. Ta chia lớp khí quyển giữa mặt đất và ranh giới trên của đám mây phóng xạ thành một số lớp, độ dày mỗi lớp được chọn sao cho trong phạm vi từng lớp tốc độ gió (độ lớn và hướng) có thể xem là không phụ thuộc độ cao. Nếu độ dày các lớp được chọn sao cho các hạt kích thước cố định đi qua các lớp trong cùng một thời 47/385
48/385
Vì mối phụ thuộc của tốc độ rơi từ độ cao (qua nhiệt độ) đối với các hạt bán kính khác nhau thực tế như nhau, nên chuyển sang các hạt kích thước khác không ảnh hưởng tới việc chọn độ dày lớp: nếu các Nếu tốc độ gió biến đổi theo thời gian, thì dựng toán đồ thứ hai tương ứng với các điều kiện sẽ diễn ra sau 2, 4, 6 giờ kể từ thời điểm nổ. Vùng rơi của các hạt ứng với thời điểm đã cho được xác định bằng cách nội suy giữa các toán đồ liên tiếp nhau. Thông thường, tổng thời gian rơi lắng gần của các sản phẩm phóng xạ vụ nổ hạt nhân bằng 6?8 giờ đối với những quả bom công suất trung bình và lớn. Kích thước của vùng chịu nhiễm dao động trong những phạm vi rộng tùy thuộc vào tốc độ gió và sự biến thiên của nó với độ cao. Với tư cách làm thí dụ, trên hình 3.5 dẫn những diện tích nhiễm phóng xạ được tính bằng máy tính ứng với hai dạng phân bố tốc độ gió theo độ cao sau 0,5, 1, 2 và 6 giờ kể từ thời điểm nổ (công suất vụ nổ 1 triệu tấn). Trường hợp thứ nhất trong số những trường hợp đó tốc độ gió đã ít biến đổi về hướng cho tới những độ cao lớn (gần 20 km); do đó, các đường đẳng mức phóng xạ trông giống như những hình ellip vươn dài trên hướng gió. Trong trường hợp thứ hai, tốc độ gió trong lớp đến 20 km biến đổi mạnh về hướng, do đó, các đường đẳng mức phóng xạ có dạng gần với đường tròn. 49/385
Diện tích nhiễm trong trường hợp thứ hai nhỏ hơn rất nhiều, còn mức phóng xạ lớn hơn so với trường hợp thứ nhất. Hình 3.5. Thí dụ tính diện tích nhiễm phóng xạ sau 0,5, 1, 2 và 6 giờ kể từ thời điểm nổ ứng với gió ít biến đổi tới độ cao 20 km (a) và ứng với hướng gió biến đổi mạnh tới độ cao 20 km (b) Các chữ số trên đường đẳng trị mức phóng xạ (R/h) Vì trong khí quyển có rất nhiều dạng trắc diện tốc độ gió, nên từ những gì vừa nhận xét trên đây, suy ra rằng diện tích vùng nhiễm các hạt phóng xạ có thể có hình dạng rất khác nhau cho dù các vụ nổ công suất như nhau. Gió trung bình. Ngoài sơ đồ dự báo tình hình phóng xạ ở khu vực nổ hạt nhân đã xem xét trên đây có tính đến sự biến đổi của tốc độ gió, còn một phương pháp phổ biến rộng rãi nữa, đó là phương pháp dự báo theo cái gọi là gió trung bình, hay gió trung bình hữu hiệu. Đó là tổng vectơ các tốc độ gió từ mặt đất tới đỉnh trên vòm mây hạt nhân tại thời điểm mây đạt độ cao cực đại, đem chia cho số vectơ đã được lấy tổng. 50/385
Hình 3.6. Sơ đồ xây dựng vết mây phóng xạ trên mặt đất Từ những lập luận và những thí dụ trên đây, suy ra rằng dự báo tình hình phóng xạ theo gió trung bình có thể sử dụng chỉ với tư cách là phép gần đúng thứ nhất (khá thô). Vấn đề ôzôn khí quyển Ôxy ba nguyên tử (O3) gọi là ôzôn. Mặc dù với lượng vô cùng nhỏ trong khí quyển, nó đang giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong các quá trình và hiện tượng khí quyển. Lớp ôzôn có chức năng như một chiếc khiên che chắn cho các cơ thể sống, kể cả con người, khỏi tác động hủy diệt của bức xạ cực tím khắc nghiệt của Mặt Trời. 51/385