Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Vùng biển ven bờ và thềm lục địa là những khu vực có ý nghĩa kinh tế - xã hội, an ninh - quốc phòng quan trọng của các quốc gia có biển. Biển là hệ sinh thái chịu ảnh hưởng không những từ những hoạt động kinh tế, xã hội địa phương mà còn chịu sự chi phối của những yếu tố xuyên quốc gia. Để phát triển kinh tế biển bền vững, nhiều quốc gia cũng như các tổ chức quốc tế đang đặt ra những yêu cầu cấp bách và cụ thể về quản lý và ngăn ngừa ô nhiễm môi trường biển.
Việc ứng dụng năng lượng nguyên tử vào các mục đích khác nhau trong quá khứ của nhiều nước trên thế giới đã đưa vào môi trường trong đó có môi trường biển một lượng đáng kể các đồng vị phóng xạ và ít nhiều chúng đã làm ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của nhiều bộ phận dân cư trên thế giới.
Hiện nay xu thế phát triển nhà máy điện hạt nhân như là một giải pháp giảm thiểu phát thải khí CO2, làm giảm quá trình nóng lên của trái đất và đảm bảo an ninh năng lượng đối với các quốc gia đang có dấu hiệu hồi phục. Riêng đối với Việt Nam, chính phủ đã có chủ trương xây dựng nhà máy điện đầu tiên vào năm 2014 tại Ninh Thuận; Tuy nhiên, trong quá trình phát triển đó luôn tiềm ẩn những nguy cơ về ô nhiễm phóng xạ do phát thải thông lệ của các cơ sở hạt nhân và cũng không loại trừ đến khả năng xảy ra các sự cố, tai nạn tại các nhà máy điện hạt nhân, v.v…
Xuất phát từ những yếu tố nói trên, mỗi quốc gia khi hoạch định chính sách ứng dụng và phát triển năng lượng hạt nhân đều quan tâm đến công tác quan trắc và cảnh báo phóng xạ môi trường với mục đích xác định hiện trạng, mức độ ô nhiễm, xu thế diễn biến, kịp thời phát hiện dị thường về mặt phóng xạ giúp cho các nhà quản lý có biện pháp xử lý, ngăn ngừa ô nhiễm phóng xạ nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng, an ninh xã hội - trong đó có môi trường biển.
2.1.1. Nước biển
Nước biển là sản phẩm của sự kết hợp những khối lượng khổng lồ các axit và bazơ từ những giai đoạn đầu của sự hình thành Trái đất. Các axit HCl, H2SO4 và CO2 sinh ra từ trong lòng Trái đất do sự hoạt động của núi lửa kết hợp với các bazơ sinh ra do quá trình phong hóa của các đá thời nguyên thủy tạo thành muối và nước.
Thành phần chủ yếu của nước biển là các anion như Cl-, SO42-, CO32-, SiO32-, v.v… và các cation như Na+, Ca2+, v.v…Nồng độ muối trong nước biển lớn hơn nước ngọt 2000 lần. Vì biển và các đại dương thông nhau nên thành phần các chất trong nước biển tương đối đồng nhất. Hàm lượng muối (độ mặn) có thể khác biệt nhiều, nhưng tỉ lệ về những thành phần chính thì hầu như không đổi.
Trong nước biển Hvà O chiếm 96,66%; Na, Cl, Mg chiếm 3,15%; K, Ca, S (dưới dạng SO42-) chiếm 0,17%; các chất còn lại (trong đó có cả các nguyên tố phóng xạ) chiếm 0,02% tổng lượng chất tan.
Đại dương là nơi lắng đọng cuối cùng của nhiều vật thể, sản phẩm của nhiều quá trình địa hóa cũng như các chất thải do hoạt động của con người. Đại dương chấp nhận quá trình tuần hoàn lại từ những lục địa, sự hòa tan và bay hơi của các chất trong khí quyển. Đại dương là môi trường sống quan trọng của nhiều sinh vật trên Trái đất [4].
Thành phần hóa học của nước biển được trình bày trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của nước biển [4]
Nguyên tố
Hàm lượng,
g/m3
Dạng phổ biến
Thời gian lưu, năm
Nguyên tố
Hàm lượng,
g/m3
Dạng phổ biến
Thời gian
lưu, năm Li 0,17 Li+ 2ì106 F 1,3 F-, [MgF]+ 5ì105
Na 10 500 Na+ 7ì107 Cl 18 980 Cl- 1ì108
K 380 K+ 7ì106 Br 65 Br- 1ì108
Rb 0,12 Rb+ 4ì106 I 0,06 I-, [IO3]- 4ì105 Cs 0,0005 Cs+ 6ì105 He 0,00001
Be 0,00005 Ne 0,0003 Mg 1 270 Mg2+,
MgSO4
1ì107 Ar 0,6 Ca 400 Ca2+, CaSO4 1ì107 Kr 0,0003
Sr 8 Sr2+, SrSO4 Xe 0,0001
Ba 0,03 Ba2+, BaSO4 Fe 0,01 [Fe(OH)2]+, [Fe(OH)4]-
2ì102 B 20 B(OH)3,
[B(OH)4]-
1ì107 Zn 0,01 Zn2+, [ZnOH]+ ZnSO4
2ì104 Al 0,01 [Al(OH)4]- 1ì102 Mo 0,01 MoO42- 2ì105
Ga 0,0005 Cu 0,003 Cu2+, [CuOH]+,
CuSO4
2ì104
In 0,02 U 0,003 [UO2(CO3)2]2-
Tl 0,00001 V 0,002
C 28 HCO3-, CO2, CO32-
Mn 0,002 Mn2+, MnSO4
1ì104 Si 3 Si(OH)4,
[Si(OH)3O]-
2ì104 Ti 0,001
Ge 0,0001 Th 0,0007
Sn 0,003 Co 0,0005
Pb 0,003 Pb2+, [PbSO4], [Pb(CO3)2]2-
4ì102 Ni 0,0005 N 0,6 NO3-, NO2-,
NH4-, N2
Ce 0,0004 P 0,07 [HPO4]2-,
[H2PO4]-, [MgPO4]-
2ì105 Ag 0,0003
As 0,003 Cd 0,0001 Cd2+,
[CdCl]+
Sb 0,0005 W 0,0001
Bi 0,0002 Cr 0,00005
S 2 460 SO42-
, MgSO4, [NaSO4]-
Hg 0,00003 [HgCl3]-, [HgCl4]2-
8ì104 Se 0,004
Te 0,0001
2.1.2. Trầm tích biển
Trầm tích là các chất có thể được các dòng chảy của chất lỏng vận chuyển đi và cuối cùng được tích tụ thành lớp trên bề mặt hoặc đáy của một khu vực chứa nước như biển, hồ, sông, suối. Quá trình trầm tích là một quá trình tích tụ và hình thành các chất cặn lơ lửng để tạo nên các lớp trầm tích.
Các trầm tích cũng được gió vận chuyển đi. Các sa mạc, hoang thổ là các ví dụ về trầm tích do gió tạo ra.
Ao, hồ, biển, sông tích lũy các lớp trầm tích theo thời gian. Các trầm tích có thể chứa hóa thạch. Các trầm tích cũng là nơi tạo ra các nhiên liệu hóa thạch như than đá, khí thiên nhiên, dầu mỏ.
Trầm tích là nơi tích lũy các kim loại nặng và các nguyên tố phóng xạ;
đồng thời, cũng là nguồn thức ăn và là nơi sinh sống của các động vật ăn đáy như: sò, tôm, v.v... [4]
2.1.3. Rong biển
Có nhiều loại rong sống ở vùng biển Ninh Thuận, tuy nhiên, trong nghiên cứu này chúng tôi quan tâm đến rong Mơ, loại rong sống ở cả 2 vùng biển Vĩnh Hải và Phước Dinh; Một số đặc trưng của loại rong này được mô tả như sau:
Rong Mơ (Sargassaceae) thuộc bộ rong Đuôi ngựa (Fucales), ngành rong Nâu (Phaeophyta). Rong Mơ có đến 400 loài, ở nước ta tìm được chỉ khoảng 68 loài, các loài thường gặp và có sản lượng cao như: S. mcclurei, S. polycystum, S. crassifolium, S. bideri,…chúng phân bố hầu hết dọc dải ven biển nước ta:
Quảng Ninh, Hải Phòng, Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên, Quảng Nam, Đà Nẵng, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận, Vũng Tàu, Kiên Giang và các đảo: Cô Tô, Cát Bà, Hòn Dấu, Ký Sơn, Cù Lao Chàm, Phú Quý, Phú Quốc,… [13]
Đa số rong Mơ phân bố ở vùng triều ven biển, có thời gian sống 1 năm, chúng phát triển thành các cánh “rừng” từ các tháng 2 đến tháng 8, sau đó sẽ bị sóng nhổ, đánh đứt tàn lụi và trôi nổi khắp nơi (từ tháng 9 đến 11), sau đó cây con mới mọc lại.
Rong Mơ có khả năng tích lũy một số nguyên tố phóng xạ, đặc biệt là
90Sr, do đó có thể dùng để làm sạch thải phóng xạ trong nước biển [13].
Cũng vì đặc tính sinh học của loại rong này (sống phổ biến ở nhiều vùng biển, độ tuổi phù hợp cho quan trắc, khả năng tích lũy các chất phóng xạ...) nên chúng được quan tâm nghiên cứu trong bản luận án này.
2.1.4. Hải sản biển
Sự xâm nhập các hạt nhân phóng xạ vào động vật chủ yếu qua thức ăn, nước uống. Sự đào thải hay tích lũy nhiều hoặc ít thì tùy thuộc vào đặc trưng sinh lý của từng loài động vật. Ví dụ đối với cá ăn nổi thường có hàm lượng các đồng vị phóng xạ nhân tạo thấp hơn nhiều lần so với các động vật ăn đáy như tôm, sò, v.v…
Trong số nhiều hạt nhân phóng xạ có mặt trong thực phẩm, các đồng vị của U (238U, 235U, 234U), Th (232Th, 230Th, 228Th), Ra (226Ra) và Po (210Po) được đặc biệt quan tâm vì chúng phát bức xạ alpha và là những đồng vị đóng góp chủ yếu vào liều chiếu trong dân chúng do sử dụng lương thực thực phẩm.
Các đồng vị phóng xạ đi vào cơ thể người thông qua con đường ăn uống, cũng như qua không khí chúng ta hít thở hàng ngày hoặc qua vết thương hoặc hấp thụ qua da. Sự tích tụ và lan truyền tiếp theo trong cơ thể của các nhân phóng xạ được xác định bởi đặc trưng lý-hóa-sinh của chúng. Sự chuyển hóa của các nhân phóng xạ sau khi vào máu cũng giống như đối với các đồng vị bền tương ứng hoặc các nguyên tố bền có cùng tính chất hoạt động hóa học. Khi các nhân phóng xạ xâm nhập vào cơ thể qua ăn uống, chúng đi vào hệ tiêu hóa. Một phần có thể bị hấp thụ, và phần còn lại được bài tiết qua phân. Phần hấp thụ được chuyển vào máu, tùy từng loại nhân phóng xạ và dạng hợp chất của chúng cũng như tùy vào các cơ quan của cơ thể mà chúng được giữ lại hay chuyển tới các cơ quan khác với những thời gian khác nhau. Cuối cùng chúng được bài tiết chủ yếu qua nước tiểu và phân.
Mặt khác, cơ thể con người được cấu tạo nên bởi các tế bào của nhiều mô khác nhau. Thành phần chủ yếu của tế bào gồm các nguyên tố chính: C, H, O, N
và các nguyên tố khác với tỉ lệ ít hơn. Khi bức xạ tương tác với tế bào, chúng gây nên sự kích thích ion hóa các nguyên tử của các chất cấu thành tế bào. Trên 70% trọng lượng cơ thể là nước, các phân tử nước khi bị ion hóa sẽ tạo nên các gốc tự do và các chất oxi hóa mạnh. Những chất này sẽ oxi hóa các enzyme của tế bào làm cho các quá trình hóa sinh bình thường trong tế bào bị vi phạm, gây cho tế bào các thương tổn với các mức độ khác nhau dẫn đến mất khả năng phát triển, sinh sản. Nếu nhiều tế bào bị thương tổn nghiêm trọng, cơ thể không thể phục hồi được thì sẽ mắc các bệnh bức xạ lành tính hay ác tính. Ngoài ra, tác hại của bức xạ lên tế bào sinh dục có thể gây nên những hậu quả di truyền cho các thế hệ con cháu [2], [9].
Trong hệ thống môi trường biển: nước, trầm tích, rong, hải sản đều là những mắt xích quan trọng trong chuỗi lương thực thực phẩm có nguồn gốc từ biển: Nước - Trầm tích - Sinh vật (cá, tôm, mực, sò...), hoặc là: Nước - Rong - và cuối cùng là Người.
Vì vậy, nước biển, trầm tích biển, rong biển và hải sản biển đều là những đối tượng được quan tâm. Các loại hải sản được chọn để nghiên cứu là các loại có khả năng sinh sống định cư, được dùng làm nguồn thức ăn chính của dân địa phương cũng như các vùng lân cận, như: cá Nục, Bạc má, sò,… là các loại hải sản dùng để nghiên cứu trong bản luận án này.