Việc suy giảm ozon ở tầng bình lưu được báo cáo lần đầu tiên vào năm 1974. Từ năm 1979 cho đến năm 1990 lượng ozon trong tầng bình lưu tiếp tục suy giảm vào khoảng 5%. Vì lớp ozon ngăn cản phần lớn các tia cực tím có hại không cho xuyên qua bầu khí quyển Trái đất, tình trạng suy giảm ozon ngày càng tăng đã trở thành một mối quan tâm toàn cầu .
Hình 3. 36: Lỗ thủng tầng ozon ở Nam cực.
Thâm thủng ozon được quan sát thấy trên toàn cầu nhưng nhiều nhất là ở các vĩ độ cao (tức là gần các địa cực). Thí dụ được biết đến nhiều nhất là lớp ozon ở Nam Cực bị mỏng đi hằng năm vào mùa xuân. Khi lỗ thủng ozon trên Nam Cực tăng to đến mức bao phủ các phần phía nam của Úc và New Zealand, những người bảo vệ môi trường lo rằng các tia cực tím trên bề mặt Trái đất có thể gia tăng đáng kể.
Nguyên nhân chính của giảm sút ozon ở Nam Cực và các nơi khác là sự hiện diện của các khí gốc có chứa clo (trước nhất là các CFC và các hợp chất clo với cacbon như Cacbon tetraclorua, clorofom…) trong khí quyển, bị phân giải khi có tia cực tím tạo thành các gốc clo tự do trở thành chất xúc tác làm phân hủy ozon.
Người ta tính rằng một phân tử CFC mất trung bình là 15 năm để đi từ mặt đất lên đến các tầng trên của khí quyển và có thể ở đó khoảng một thế kỷ, phá hủy đến cả trăm ngàn phân tử ozon trong thời gian này. Các khí CFC được sử dụng trong sản xuất tủ lạnh, các dạng bình phun dưới áp suất và một số hóa chất đóng gói dạng bột…
Ngoài ra, một nghiên cứu mới của các nhà khoa học Mỹ khẳng định nitơ oxit (N2O), được nhiều người biết với cái tên “khí cười”, đã trở thành mối họa lớn nhất đối với tầng ozon và nó có khả năng tồn tại suốt nhiều thế kỉ. N2O được tạo ra bằng cách sản xuất phân bón nitơ hay xử lí nước thải.
Trong nỗ lực ngăn chặn sự suy giảm tầng ozon trên toàn cầu, các quốc gia trên thế giới đã công nhận Nghị định thư Montreal cấm việc sản xuất các hóa chất phá hủy tầng ozon, trong đó có CFC. Nhưng N2O là loại khí không có trong danh mục Nghị định thư Montreal. Và việc thải N2O có thể đảo ngược thành quả trên, thậm chí có thể khiến tình hình trở nên tồi tệ.
Tháng 11 năm 2011, tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) cho biết lượng ozon trong tầng bình lưu tại Bắc cực đã giảm 80% và trở nên mỏng đến nỗi có thể gọi là “lỗ thủng tầng ozon” như tại Nam cực. Như vậy, các vùng Bắc cực như Scandinavia, Greenland và Siberia sẽ phải nhận thêm một lượng tia cực tím nhiều hơn từ Mặt trời.
Hình 3. 37: Ảnh chụp lỗ thủng tầng ozon ở Bắc Cực 3.3.3. Hậu quả của suy giảm tầng ozon
Tình trạng suy giảm tầng ozon sẽ tạo điều kiện cho các bức xạ cực tím đến mặt đất nhiều hơn. Các tia bức xạ cực tím có năng lượng cao được hấp thụ bởi ozon được công nhận chung là một yếu tố tham gia tạo thành các khối u ác tính (ung thư da) ở người, động vật và hủy diệt cây cối.
Tăng cường bức xạ tia cực tím có thể cũng ảnh hưởng đến mùa màng. Sản lượng nhiều loại cây trồng có tầm quan trọng về kinh tế như lúa phụ thuộc vào quá trình cố định nitơ của vi khuẩn lam cộng sinh ở rễ cây. Mà vi khuẩn lam rất nhạy cảm với ánh sáng cực tím và có thể bị chết khi hàm lượng tia cực tím gia tăng.
Bức xạ cực tím cũng đe dọa đời sống của các sinh vật thủy sinh. các phiêu sinh vật đặc biệt rất nhạy đối với tác động của tia cực tím và rất quan trọng trong dây chuyền thức ăn dưới biển. Nếu chúng bị tiêu diệt bởi các tia cực tím, các sinh vật thủy sinh khác cũng không thể tồn tại do thiếu lượng thức ăn.
3.3.4. Nỗ lực phục hồi tầng ozon[54]
Vì lớp ozon ngăn cản phần lớn các tia cực tím có hại không cho xuyên qua bầu khí quyển Trái đất, sự suy giảm ozon đang được quan sát thấy và các dự đoán suy giảm trong tương lai đã trở thành một mối quan tâm toàn cầu, dẫn đến việc công nhận Nghị định thư Montreal (ký ngày 16/9/1987 và có hiệu lực từ ngày 1/1/1989) hạn chế và cuối cùng chấm dứt hoàn toàn việc sử dụng và sản xuất các hợp chất CFC cũng như các chất hóa học gây suy giảm tầng ozon khác.
Việc cấm sử dụng gần 100 hợp chất gây hại cho tầng ozon, như hợp chất chlorofluorocarbons (CFC)– theo Nghị định thư Montreal, đã góp phần giúp lỗ thủng tầng ozon đang ngày càng thu nhỏ lại. Theo một báo cáo mới đây của các nhà khoa học thuộc Liên Hợp Quốc, lỗ thủng tầng ozon có khả năng phục hồi lại tình trạng như năm 1980 vào giữa thế thể kỷ 21.
"Nghị định thư Montreal được ký năm 1987 đã bảo vệ ozon không tiếp tục bị suy giảm trong những thập kỷ bằng việc kiểm soát các hóa chất gây hại tầng ozon”, bản báo cáo chung của Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) và Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP), cho biết. Bản báo cáo này được đưa ra sau khi 300 nhà khoa học học thuộc WMO và UNEP tham gia đánh giá thực trạng tầng ozon trong 4 năm liên tục. Tuy vậy, nhóm nghiên cứu cũng cho biết lỗ thủng tầng ozon sẽ chỉ biến mất hoàn toàn sớm nhất là vào năm 2073.
3.4. Thảm họa tràn dầu
3.4.1. Thảm họa tràn dầu ở Mexico[47]
Ngày 20/4/2010, giàn khoan Deepwater Horizon đã bị cháy nổ làm 11 công nhân thiệt mạng. Hơn 170 triệu gallon dầu thô thoát ra từ giếng dầu bị vỡ đã lan vào mặt biển dọc theo vịnh Mexico từ Mississipi, Louisiana tới Albama, Florida và gây nhiều thiệt hại đáng kể. Cả ngàn chim muông, vô số thủy sản, cây xanh bị ảnh hưởng, hủy hoại. Cả trăm ngàn ngư dân không hành nghề được. Các dịch vụ thương mại, kỹ nghệ địa phương hầu như ngưng trệ. Dân chúng sống trong nỗi lo ngại hậu quả của dầu đối với sức khỏe, đời sống. Ngoài ra sức khỏe của cả chục ngàn người tình nguyện làm công việc dọn sạch dầu lan cũng bị ảnh hưởng.
Hình 3. 39: Dầu tràn qua một dàn khoan (góc phải phía trên) trong vùng biển Chandeleur Sound, bang Lousiana.
Hình 3. 41: Một cha xứ đang nỗ lực cứu một con bồ nông bị dầu nhuộm nâu (đảo Queen Bess, Louisiana). Ông nói "Cuộc sống của các sinh vật đang bị hút cạn dần.” Con bồ nông may mắn này đã đƣợc cứu sống.
(Ảnh: khoahoc.com.vn)
3.4.2. Rò rỉ dầu ở New Zealand
Hình 3. 43: Có khoảng 50 tấn dầu trên tàu Rena đã tràn ra vịnh Plenty - Ảnh: Getty Images
Rena, tên con tàu chở dầu thuộc quyền sở hữu của công ty Costamare ở Hy Lạp, mắc kẹt trên rạn san hô Astrolabe gần cảng Tauranga trên đảo North Island, New Zealand từ ngày 5/10/2011. Sau đó dầu trên tàu đã thoát ra nước biển. Gió mạnh và sóng lớn cản trợ nỗ lực bơm dầu ra khỏi tàu.
Những vết dầu đã lan tới các bờ biển gần cảng Mt Maunganui và thành phố Papamoa gần đó. Maritime New Zealand dự báo dầu sẽ tới cảng Tauranga và các bãi biển ở phía nam thành phố Maketu.
Hình 3. 44: Một con chim hải âu đầu trắng, loài đƣợc liệt kê trong sách Đỏ của IUCN, bị chết vì dính dầu (Ảnh: Forest & Bird.)
3.5. Thảm họa nguyên tử
3.5.1. Thảm họa nguyên tử Chernobyl
Hình 3. 45: Một góc nhà máy Chernobyl khi sự cố xảy ra
Thảm hoạ nguyên tử Chernobyl xảy ra vào ngày 26 tháng 4 năm 1986 khi nhà máy điện nguyên tử Chernobyl ở Pripyat, Ukraina (khi ấy còn là một phần của Liên bang Xô viết) bị nổ.
Đây được coi là vụ tai nạn hạt nhân trầm trọng nhất trong lịch sử năng lượng hạt nhân mà hậu quả đến giờ vẫn chưa kết thúc. Do không có tường chắn, đám mây bụi phóng xạ tung lên từ nhà máy lan rộng ra nhiều vùng phía tây Liên bang Xô viết, Đông và Tây Âu, Scandinav, Anh quốc, và đông Hoa Kỳ.
Nhiều vùng rộng lớn thuộc Ukraina, Belarus và Nga bị ô nhiễm nghiêm trọng, dẫn tới việc phải sơ tán và tái định cư cho hơn 336.000 người. Khoảng 60% đám mây phóng xạ đã rơi xuống Belarus. Theo bản báo cáo năm 2006 của TORCH, một nửa lượng phóng xạ đã rơi xuống bên ngoài lãnh thổ ba nước cộng hoà Xô viết. Thảm hoạ này phát ra lượng phóng xạ lớn gấp bốn trăm lần so với quả bom nguyên tử được ném xuống Hiroshima.
3.5.2. Sự cố hạt nhân ở Tokaimura
Ngày 30/9/1999, một tai nạn đã xảy ra tại nhà máy sản xuất nhiên liệu hạt nhân JCO - một chi nhánh của tập đoàn Sumitomo Metals and Mining ở Tokaimura,
Ibaraki, Nhật Bản khiến 63 người bị nhiễm xạ trực tiếp hoặc gián tiếp, trong số đó hai có người chết chỉ sau đó vài tháng.
Trên thực tế, Tokaimura chỉ là một cơ sở sản xuất nhiên liệu chứ không phải là một nhà máy điện hạt nhân. Tai nạn xảy ra khi 3 nhân viên của nhà máy đổ một dung dịch urani nitrat vào một thùng kết tủa.
Do thùng chứa đến 16,6 kg uranium, nhiều hơn lượng quá hạn, làm cho phản ứng dây chuyền lập tức được khởi động sau đó. Về mặt lý thuyết, sự cố này không thực sự nguy hiểm nếu được can thiệp kịp thời. Nhưng do nhà máy không có hệ thống dập tắt dây chuyền phản ứng, cho nên phản ứng dây chuyền được duy trì trong một thời gian khá dài. Trong nhiều ngày liên tiếp hệ thống quạt thông gió đã thổi không khí nhiễm chất phóng xạ từ nhà máy tỏa ra khắp các vùng lân cận.
3.5.3. Sự cố hạt nhân ở Fukushima
Hình 3. 46: Nhà máy điện hạt nhân Fukushima
Tháng 3/ 2011, do ảnh hưởng từ động đất và sóng thần, bốn nhà máy điện hạt nhân ở Đông Bắc Nhật Bản đã bị hư hại. Nhưng bị ảnh hưởng nhiều nhất là nhà máy Fukushima I thuộc tỉnh Fukushima. Fukushima I là nhà máy điện hạt nhân được xây dựng và vận hành đầu tiên của Công ty Điện lực Tokyo (TEPCO), gồm tổ hợp 6 lò phản ứng. Nhà máy này đã hoạt động được 40 năm. Các tổ hợp của nó cung cấp lượng điện 4,7GW và là một trong 25 nhà máy điện lớn nhất trên thế giới.
Hình 3. 47: Hai nhà máy Fukushima I và Fukushima II chịu ảnh hƣởng nhiều nhất từ trận động đất, sóng thần
Các vụ nổ liên tiếp ở các lò phản ứng hạt nhân số 1 (ngày 12/3/2011), số 3 (14/3/2011) và số 2 (15/3/2011) tại nhà máy Fukushima I là sự thiệt hại to lớn, gây nên mối qua tâm lo lắng sâu sắc đối với ngành công nghệ điện hạt nhân của Nhật bản và cả toàn thế giới. Mức phóng xạ đo được gần các lò phản ứng số 2 và số 3 của nhà máy điện hạt nhân Fukushima I đã lên tới 400 mili sievert. Sự lan truyền phóng xạ trong không khí đến các khu vực dân cư xung quanh các lò phản ứng bị sự cố và đến cả ở Tokyo cũng đã ghi nhận được.
Hình 3. 49: Ví trí nhà máy Fukushima I (Fukushima Daiichi) và các vòng tròn mô phỏng khu vực sơ tán hoặc ở yên trong nhà và vùng cấm bay tại Fukushima.
CHƢƠNG 4: Giáo dục môi trƣờng thông qua chƣơng trình hóa học lớp 10
4.1. Bài 2: Hạt nhân nguyên tử -Nguyên tố hóa học – Đồng vị Phần III - Đồng vị
Ngoài kiến thức trong sách giáo khoa, giáo viên có thể cung cấp một số tư liệu và hình ảnh sau đề giúp học sinh hiểu rõ hơn về ứng dụng và tác hại của các đồng vị phóng xạ đến môi trường.
a/ Một số ứng dụng của đồng vị phóng xạ Ứng dụng trong công nghiệp[24]
Sử dụng các nguồn phóng xạ và các thiết bị hạt nhân để xây dựng các hệ đo và tự động hóa trong các dây chuyền sản xuất của các nhà máy như đo mức của các bể đựng phối liệu của các nhà máy xi măng và nhà máy giấy; xác định mức trong các hộp bia và nước giải khát; xác định độ ẩm và mật độ giấy trong các nhà máy giấy; các hệ đo phóng xạ trong các giếng khoan của công nghiệp dầu khí... Ưu điểm của phương pháp này là không làm ảnh hưởng đến quá trình làm việc của các hệ công nghệ, cho phép đo trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cao và với các dung dịch hóa chất độc hại.
Đặc biệt là ứng dụng trong khai thác dầu khí[38]
Viện Nghiên cứu hạt nhân Đà Lạt đã thành công trong việc phát triển một số kỹ thuật khảo sát dùng đồng vị phóng xạ đánh dấu, phục vụ công nghệ khai thác dầu tại các mỏ trên thềm lục địa Việt Nam.
Trước đây, công nghệ khai thác dầu khí với phương pháp truyền thống bơm nước vào mỏ để duy trì áp suất vỉa và đẩy dầu về vùng khai thác. Kiểm soát bơm ép nước và hạn chế ngập nước trong giếng khai thác là việc làm rất khó đối với các công ty khai thác.
Gần đây, phương pháp đánh dấu đồng vị phóng xạ được ứng dụng trong khai thác dầu khí để theo dõi sự di chuyển của nước bơm ép trong mỏ, chẩn đoán tối ưu hóa các quá trình công nghệ nhằm góp phần đảm bảo chất lượng, an toàn trong sản xuất và đời
Công nghệ trên được Công ty Khai thác dầu khí Việt Nam và quốc tế sử dụng khai thác trên thềm lục địa Việt Nam tại mỏ Bạch Hổ, Rạng Đông... nhằm tăng cường hiệu quả khai thác.
Hình 4. 1: Mỏ dầu Bạch Hổ (cách bờ biển Vũng Tàu 145 km). Đây là mỏ cung cấp dầu mỏ chủ yếu cho Việt Nam hiện nay
Ứng dụng trong y học[49], [26]
1- Phương pháp xạ trị chiếu trong của bệnh viện Bạch Mai (Hà Nội)
Ở các đơn vị điều trị ung bướu các thiết bị xạ trị nguồn kín nghĩa là dùng năng lượng của các tia bức xạ chiếu từ bên ngoài vào cơ thể người bệnh (vào các khối u). Đây là phương pháp xạ trị ngoài, tuy nhiên nếu các tổn thương ung thư nhiều ổ, nhiều nơi, đặc biệt các vị trí di căn rải rác nhiều nơi, li ti... thì phương pháp xạ trị ngoài này sẽ ít hoặc không có hiệu quả...
Để điều trị những bệnh nhân ung thư có nhiều ổ di căn nhỏ, nằm rải rác khắp cơ thể, người ta phải sử dụng các phương pháp điều trị toàn thân để diệt tế bào ung thư như điều trị bằng hoá chất, sử dụng các đồng vị phóng xạ để đưa vào cơ thể theo đường uống, đường tiêm... Đây được gọi là phương pháp xạ trị chiếu trong. Hiện nay ở Việt Nam, Trung tâm Y học hạt nhân và Ung bướu (Bệnh viện Bạch Mai – Hà Nội) là một mô hình lồng ghép đầu tiên về hai chuyên ngành này.
Về nguyên tắc, những tế bào ung thư rất nhạy cảm với các chất phóng xạ. Những chất phóng xạ này khi vào cơ thể (bằng nhiều con đường) sẽ theo dòng tuần hoàn máu đến những nơi có tế bào ung thư, những khối u, những tổ chức ung thư di căn để diệt những tế bào này. Ưu điểm của phương pháp là tiêu diệt được những ổ ung thư đã di căn ở nhiều nơi. Khi mà phẫu thuật hay chiếu xạ ngoài ít hiệu quả, thậm chí trong một số trường hợp không thể thực hiện được. Những bệnh nhân ung thư tuyến giáp thể biệt hoá sau khi phẫu thuật cắt bỏ tuyến giáp và tổ chức ung thư, người ta có thể cho bệnh nhân uống iot phóng xạ ( 131I). 131I sẽ theo dòng máu tìm tới các tế bào ung thư, những tổ chức di căn (vào não, cột sống, phổi, hạch...) và tiêu diệt chúng. Đây là một trong những phương pháp điều trị dùng đồng vị phóng xạ rất hiệu qủa. Nhiều bệnh nhân sau khi dùng 131I và khỏi bệnh vẫn có khả năng sinh sản, có tuổi thọ và cuộc sống sinh hoạt bình thường.
Các phương pháp chiếu xạ trong bằng các đồng vị phóng xạ còn có tác dụng điều