ĐỊA CHẤT VÀ Y HỌC

I. MỞ ĐẦU

Để duy trì sự sống, cơ thể con người cần một lượng nhất định các nguyên tố như: C, H, O, N, Ca, K, Na, Mg, P, S, Fe, Mn, Co, Cu, Zn, Mo, I, F, Se, Si, v.v.. Tuy nhiên, nếu hàm lượng các nguyên tố này quá nhiều, chúng sẽ gây hại cho cơ thể. Cũng có nhiều nguyên tố như As, Hg, Pb, Be, Te, Ba, Nb, Bi, Ti, Li, Ag, Au, Tl, Ce, Th, U, Ra rất độc hại cho cơ thể. Thí dụ: môi trường sống có chứa các nguyên tố phóng xạ với hàm lượng cao có thể gây ung thư, cơ thể thiếu I thường mắc bệnh bướu cổ, đần độn; thừa F gây nhiễm độc fluor (fluorosis) với các biểu hiện sứt răng, giòn xương.

Nhiều nguyên tố nêu trên gây ô nhiễm môi trường sống có liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp với các thực thể địa chất cũng như môi trường địa chất và các quá trình địa chất đã và đang diễn ra trên Trái đất.

Các quá trình địa chất như hoạt động núi lửa, magma - kiến tạo, nhiệt dịch, biến chất, trầm tích, phong hóa, vận chuyển vật chất bằng những phương thức khác nhau, v.v., là những nguyên nhân vô cùng quan trọng tạo nên sự thiếu hụt hay dư thừa một hay một số nguyên tố nào đó, tác động trực tiếp tới chất lượng môi trường sinh thái ở các vùng lãnh thổ khác nhau. Từ thực tế đó, A.P. Vinogradov (1963) đã đề xuất khái niệm các “Tỉnh sinh địa hóa” để mô tả thực trạng này. Tỉnh sinh địa hóa được hiểu là “những khu vực trên bề mặt Trái đất mà ở đó hàm lượng các nguyên tố hóa học và hợp chất của chúng khác biệt so với các vùng lân cận”. Theo đó, ông chia ra hai kiểu tỉnh sinh địa hóa: kiểu thiếu hụt các nguyên tố, và kiểu dư thừa các nguyên tố.

Sự thiếu hụt hay dư thừa một nguyên tố nào đó trong môi trường các tỉnh sinh địa hóa có thể gây bệnh địa phương đối với thực vật, động vật và con người, thậm chí có thể làm thay đổi giống loài hoặc dẫn đến tuyệt chủng; thí dụ: đới khô hạn Ninh Thuận - Bình Thuận có thể được xem là một tỉnh sinh địa hóa, ở đó, nhiều vùng đất có sự tích lũy cao so với phông địa hóa chung các nguyên tố kiềm và kiềm đất, như Na, Ca, K, Mg gây hại cho cây trồng. Sự dư thừa F (>2 mg/l) trong nước dưới đất ở đây có khả năng gây ra bệnh nhiễm độc fluor (fluorosis), ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng.

Nhiều thực thể địa chất chứa các nguyên tố có hại hoặc có lợi với hàm lượng cao hơn giá trị trung bình, thí dụ:

- Các đá núi lửa sáng màu, granitoid, đá phiến sét sẫm màu và các đá trầm tích / biến chất chứa phosphat thường tích trữ một hàm lượng U cao hơn giá trị trung bình của vỏ Trái đất đến mức gây độc hại cho cơ thể.

- Các nguyên tố hiếm, đặc biệt là các nguyên tố phóng xạ Th, U, Ra thường hay tập trung trong các thể đá pegmatit; thí dụ so với gabbro, hàm lượng Li trong pegmatit granit cao gấp 100 lần, Rb gấp 40 lần. So với trị số Clarke vỏ Trái đất, hàm lượng Ta, và đặc biệt là Nb, cao gấp hơn 150 lần. Hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trong pegmatit Thạch Khoán (Phú Thọ) dao động trong một phạm vi khá rộng: U = 60-4500 ppm, Th = 30-300 ppm, nhưng thường ở mức cao, dẫn tới thành tạo các khoáng vật uraninit, thorianit và các khoáng vật thứ sinh như autunit, torbernit, saleit, v.v. [2].

- Asbest là một nhóm khoáng vật silicat gồm chrysotil, crocidolit và amosit có đặc tính dễ tách thành sợi nhỏ, đàn hồi, chịu nhiệt, không dẫn nhiệt / dẫn điện, nên trước đây đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Nhưng do các sợi nhỏ dạng bụi của loại vật liệu này rất dễ phân tán trong không khí, theo đường hô hấp chúng có thể gây nên ba loại bệnh phổi chủ yếu là: 1. Asbestosis làm giảm khả năng hấp thu oxy của phổi; 2. Mesothelioma, một loại ung thư phổi phát triển dọc theo màng phổi; và 3. Ung thư phổi.

Vì lý do đó, từ năm 1996 Cơ quan Bảo vệ Môi trường thế giới (EPA) đã khuyến cáo cấm sử dụng asbest vào mục đích dân sinh.

- Trong thành phần của đất, ngoài các nguyên tố vi dinh dưỡng có lợi cho cây trồng như B, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, Co, Cl, v.v. còn có nhiều nguyên tố độc hại, đặc biệt là các kim loại nặng gây hại đối với cây trồng và qua đó ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người, như As, Hg, Sb, Pb, Cd, Bi, Se, v.v.

Hàm lượng As trong đất dao động trong khoảng từ 5 đến 40 ppm, trung bình 6 ppm. As tồn tại dưới dạng (AsO₄)^3- trong môi trường oxy hóa, hoặc bị hấp phụ bởi các khoáng vật sét, keo Fe/Mn và vật chất hữu cơ. Nhưng trong loại đất có môi trường khử thì As linh động hơn vì arsenur (As³⁺) hòa tan gấp 5-10 lần so với arsenat (As⁵⁺), trong đó, arsenur là dạng độc hại mạnh hơn cả.

Hàm lượng trung bình của Pb trong đất là 19 ppm (dao động từ 2 đến 300 ppm). Là một nguyên tố kém linh động, Pb²⁺ có thể tham gia vào thành phần của nhiều hợp chất khác nhau, như PbCO₃, Pb(OH)₂, Pb₃(PO₄)₂ v.v. hoặc bị hấp phụ trong keo sét, oxit Fe/Mn và hợp chất hữu cơ. Pb có độc tính cao, nó hạn chế hoạt động của các vi sinh vật trong đất.

Selen (Se) với nồng độ cao trong đất có độc tính mạnh, gây hại cho cây trồng và động vật. Trong đất gley chứa nhiều chất hữu cơ Se thường tồn tại dưới dạng hợp chất hữu cơ; trong đất kiềm, dưới dạng selenat, còn trong đất có tính axit và đất thoát nước tốt thì Se tồn tại dưới dạng selenur. Độ linh động của Se trong đất tùy thuộc vào độ pH và Eh cũng như sự có mặt của các nguyên tố Fe và Mn.

Nguồn gốc các nguyên tố kim loại nặng trong đất: - Do các đá mẹ bị phong hóa giải phóng ra; - Tác động nhân sinh, do sử dụng nhiều loại phân bón hóa học, cũng như các loại thuốc bảo vệ thực vật hoặc từ các nguồn nước thải công nghiệp và nước thải đô thị, v.v..

Quá trình tập trung hay phân tán các nguyên tố có lợi hoặc có hại cho môi sinh xảy ra vô cùng phức tạp, nhiều khi có sự đan xen giữa các quá trình tự nhiên và các quá trình sinh học, trong số đó, nhiều quá trình địa chất như hoạt động núi lửa, magma - kiến tạo, phong hóa, bào mòn, vận chuyển vật liệu, trầm tích, tai biến địa chất, v.v. đóng vai trò đặc biệt quan trọng, chi phối chất lượng của môi trường sinh thái, thậm chí đe dọa đến sinh mạng của con người và thiệt hại khôn lường về vật chất của một cộng đồng. Dưới đây, chúng tôi sẽ phân tích vai trò chi phối chất lượng môi trường sinh thái của một số quá trình địa chất.

II. QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG NÚI LỬA

Hoạt động núi lửa có thể tác động xấu đến môi trường với những hậu quả sau:

1. Góp phần làm biến đổi khí hậu

Đã từ lâu, người ta cho rằng hoạt động núi lửa là một trong những nguyên nhân gây nên sự thay đổi khí hậu của Trái đất và ngày nay điều đó vẫn được vận dụng để giải thích một số hiện tượng biến đổi khí hậu địa phương hoặc toàn cầu. Quá trình phun trào của núi lửa đã đưa vào khí quyển một lượng khí và bụi khổng lồ, tồn tại ở đó hàng tháng, thậm chí hàng năm và lan tỏa trên diện rộng, có khả năng làm thay đổi quy luật tuần hoàn chung của không khí trong khí quyển. Các vật liệu núi lửa lơ lửng này có khả năng một mặt hấp thụ một phần bức xạ của mặt trời, mặt khác tạo điều kiện cho nó phản xạ lại không trung, làm cho nhiệt độ không khí bị thuyên giảm.

Cách đây hơn 200 năm, Benjamin Franklin đã giải thích thời tiết lạnh bất thường trong mùa đông năm 1783-1784 là do một lượng vật chất khổng lồ tung vào không khí từ núi lửa Icelandia, làm cho ánh nắng mặt trời phản chiếu lại không trung. Giống như vậy, nguyên nhân tạo ra các thời kỳ có thời tiết mát mẻ năm 1815 được giải thích gắn liền với thời gian hoạt động của núi lửa Tambora ở Indonesia, theo đó, khoảng 175 km³ tro bụi núi lửa được đưa vào không khí và nhờ vào hoạt động tuần hoàn của không khí trong khí quyển mà ảnh hưởng của nó lan trên diện rất rộng, thậm chí lên tận Bắc cực.

Những năm gần đây, nhờ có công nghệ phân tích ảnh vệ tinh và các thiết bị viễn thám, các nhà khoa học đã theo dõi chặt chẽ tác động của các đám mây khí và tro đối với không khí do các núi lửa St. Helens ở bang Washington (Mỹ) năm 1980, El Chichon (Mehico) năm 1982 và M. Pinatubo (Philippines) năm 1991 đưa vào không trung trong quá trình hoạt động phun trào của chúng. Sau hai năm theo dõi và nghiên cứu liên tục sự phun trào của núi lửa El Chichon, người ta thấy tác động của nó đã làm giảm nhiệt độ không khí từ 0,3 đến 0,5^oC so với nhiệt độ trung bình toàn cầu. Núi lửa này đã đồng thời phun vào không khí một lượng lớn các khí giàu sulfur (gấp 40 lần so với núi lửa St. Helens). Các khí này sau đó đã hợp với hơi nước nên những đám mây dày đặc các tụ nhỏ axit H₂SO₄ tồn tại hàng năm trời trong tầng bình lưu. Các đám mây này có khả năng vừa hấp thụ bức xạ mặt trời, vừa tạo điều kiện cho nó phản xạ lại không trung, dẫn tới sự thuyên giảm một phần nhiệt độ trên bề mặt Trái đất.

2. Làm thay đổi chất lượng của môi trường sinh thái

Các dung thể magma chứa từ 1 đến 5% trọng lượng khí hòa tan, chủ yếu là hơi nước, thậm chí nhiều nhà khoa học cho rằng đó chính là nguồn nguyên thủy của nước đại dương. Do vậy, khi núi lửa hoạt động, đồng thời với những mảnh vụn đá, bom dung nham và tro bụi, một lượng khí khổng lồ cũng đã được đưa vào không trung, làm thay đổi thành phần của không khí trong khu vực. Kết quả phân tích thành phần các mẫu khí thu thập trong quá trình phun trào núi lửa ở Hawai cho thấy khoảng 70% là hơi nước, 15% CO₂, 5% N, 5% S và một lượng nhất định Cl, H, Ar. Trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất thấp ở gần bề mặt Trái đất, các loại khí này tăng khối lượng của chúng gấp hàng trăm lần khối lượng ban đầu.

2.1. Đe dọa cuộc sống cộng đồng: Ngoài tác động nghiêm trọng của khí-bụi núi lửa tới môi trường sinh thái, một lượng dung nham khổng lồ, hoặc các dòng xỉ vụn phủ lên mặt đất trên diện rộng xung quanh miệng núi lửa với tốc độ cao; nếu không được dự báo và có giải pháp phòng ngừa kịp thời sẽ đe dọa cuộc sống dân cư và phá hủy cơ sở vật chất một cách khôn lường. Thí dụ:

- Năm 1902, núi lửa Mt Pelee (vùng đảo Caribe, châu Mỹ) hoạt động đã phun ra một lượng dung nham lớn phá hủy gần như hoàn toàn cảng St. Pierre, giết chết 28.000 người trong phút chốc.

- Tháng 6/1944, dòng xỉ vụn từ núi lửa Paricutin (phía tây Mexico City) dày 10 m đã phủ gần như toàn bộ làng San Juan Parangaricutiro một cách nhanh chóng.

III. QUÁ TRÌNH PHONG HÓA

Nhiệt độ và thành phần các khí O₂, H₂O, CO₂ của khí quyển, nước, axit hữu cơ và các hoạt động địa động lực là những tác nhân phong hoá vô cùng quan trọng đối với các đá và quặng trong thạch quyển. Đặc biệt, phong hoá hoá học có thể phá vỡ cấu trúc của các đá và quặng, dẫn đến sự phân bố lại các nguyên tố ở phần trên của thạch quyển. Trong các tác nhân phong hóa thì thủy phân là một quá trình có thể phá hủy hoàn toàn khoáng vật này, tạo điều kiện cho sự hình thành khoáng vật khác bền vững hơn trong điều kiện trên mặt dưới tác dụng của nước. Quá trình này thường xảy ra theo hai giai đoạn:

- Giai đoạn sialit kiềm: trong đó, các alumosilicat bắt đầu bị phân hủy làm cho các cation bị lôi cuốn đi, nguyên tố kim loại kiềm và kiềm đất hòa tan dưới dạng dung dịch thật làm cho môi trường có phản ứng kiềm. Khi đó sẽ hình thành các khoáng vật sét trung gian như montmorilonit (đối với đá magma mafic, siêu mafic) và hydromica (nếu là đá magma thành phần axit)

- Giai đoạn sialit axit: trong đó, các cation tiếp tục bị lôi cuốn đi, một phần SiO₂bị hòa tan tạo cho môi trường có phản ứng axit, các khoáng vật sét trung gian bị phân hủy thành nhóm kaolinit.

Trong quá trình oxy hóa, vật chất hữu cơ có màu xám đen và đen biến thành màu xám nhạt, đồng thời giải phóng CO₂vào không khí.

Đối với những loài thực vật sống bám trên đá thì sự sống được duy trì bằng sự hấp thụ một số nguyên tố trong đá như K, Ca, SiO₂, Mg, Na, P, S, Al, Fe, v.v., đồng thời nhả ra axit tác dụng vào đá. Quá trình phân hủy các thành phần của đá do tác động của sinh vật xảy ra ở những mức độ khác nhau, bắt đầu là vi khuẩn và tảo, sau đó là vi thực vật như khuê tảo, nấm, thực vật ưa đá (rêu đá), cuối cùng là các loài thực vật cao đẳng.

1. Quá trình biểu sinh các mỏ sulfur

Các mỏ sulfur hầu hết là sản phẩm của quá trình nhiệt dịch, được thành tạo trong điều kiện dưới sâu ở nhiệt độ dao động trong khoảng từ 600-500^oC đến 50-100^oC. Khi được nâng lên, bị bóc mòn, lộ ra trên mặt đất hoặc ở gần mặt đất, nơi có điều kiện áp suất - nhiệt độ thấp, có mặt O₂ tự do và CO₂, các khoáng vật sulfur trở nên không vững bền, bị biến đổi hóa học để chuyển thành các hợp chất vững bền hơn như oxit, carbonat, sulfat, v.v.. So với các khoáng vật tạo đá, các khoáng vật sulfur trong đới biểu sinh bị biến đổi mạnh mẽ hơn, các nguyên tố tạo quặng được giải phóng nhiều hơn. Các sulfur rất dễ bị biến đổi vì S^2- trong hợp chất này dễ dàng bị oxy hóa thành S⁶⁺ ở dạng SO₄^2- theo phản ứng: S^2- + 4H₂O ↔ SO₄^2- + 8H⁺ + 8e^-

Phản ứng oxy hóa các sulfur là loại phản ứng phát nhiệt. Trong trường hợp mỏ sulfur tiếp xúc trực tiếp với oxy khí quyển, phản ứng oxy hóa xảy ra mạnh mẽ, nhiệt độ có thể lên tới 300^oC, gây nguy cơ cháy nổ cao; thí dụ: tại mỏ than Nà Dương (Lạng Sơn), do pyrit có hàm lượng đáng kể trong thành phần của than bị oxy hóa nên khi khai thác lộ thiên thường xảy ra các đám cháy tự phát tại khai trường, thậm chí ngay trong quá trình vận chuyển than.

Tác nhân chủ yếu chi phối quá trình biểu sinh các sulfur là O₂, CO₂ và H₂O. Do ảnh hưởng của khí quyển, thành phần các khí hòa tan trong nước mưa thông thường là (%): N₂ = 60; O₂ = 30; CO₂. Trong quá trình di chuyển từ mặt đất qua lớp thổ nhưỡng xuống sâu hơn, nước mưa ngày càng trở nên giàu CO₂ do hòa tan lượng CO₂ sinh ra từ các chất hữu cơ bị phân hủy, nên ngoài O₂ và nước ra, CO₂ cũng đóng một vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình phong hóa.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, trong điều kiện biểu sinh, các sulfur nhanh chóng bị oxy hóa thành sulfat, các kim loại được giải phóng sẽ phân tán vào môi trường nước di chuyển ra khỏi phạm vi mỏ, hay chuyển đổi thành những hợp chất thứ sinh vững bền, như sulfat, carbonat, silicat, v.v. hoặc theo nước dưới đất vận chuyển xuống dưới sâu hơn và gây phản ứng với các khoáng vật nguyên sinh để tạo nên sulfur thứ sinh. Sự khuếch tán một số kim loại nặng độc hại vào môi trường đất, nước chắc chắn có nguy cơ gây nguy hiểm đối với sức khỏe con người.

Khoáng vật sulfur chứa sắt rất phổ biến và có thể gặp trong nhiều loại đá khác nhau, như magma, trầm tích, biến chất, than đá, v.v.. Trong các mạch quặng nhiệt dịch, pyrit được thành tạo từ nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp. Khi khoáng vật này bị phong hóa thì sản phẩm cuối cùng là oxit Fe, một hợp chất rất khó hòa tan và tích đọng lại trong đới oxy hóa các mỏ sulfur dưới dạng một thành tạo địa chất màu nâu gụ đặc trưng, thường gọi là “mũ sắt”, từ phản ứng: 4FeS₂ + 15O₂ + 14H₂O → 4Fe(OH)₃ + 8H₂SO₄.

Vì Fe(OH)₃ là một bazơ không tan nên chuyển dần thành limonit (Fe₂O₃.3H₂O), là thành phần cơ bản của “mũ sắt”.

Các khoáng vật sulfur chứa sắt khác, như pyrrotin, marcasit cũng bị oxy hóa tương tự pyrit. Axit H₂SO₄ và sulfat Fe³⁺ được giải phóng ra trong quá trình oxy hóa các sulfur chứa sắt có thể tác dụng lên các khoáng vật sulfur khác, đồng thời đẩy nhanh quá trình phân hủy chúng.

Trong nhiều trường hợp, các mạch nhiệt dịch có chứa nhiều loại khoáng vật sulfur Cu, như chalcopyrit (CuFeS₂), chalcozin (Cu₂S), covellin (CuS), bornit (Cu₅FeS₄) cubanit (Cu₂Fe₄S₆) và các khoáng vật thành phần phức tạp khác, như galenit (PbS), grinockit (CdS), alabandit (MnS), cinnabar (HgS), realgar (AsS), v.v.. Các khoáng vật sulfur Cu thường cộng sinh với pyrit, vì vậy, khi pyrit bị oxy hoá, giải phóng H⁺, làm tăng độ axit của môi trường và làm thay đổi độ linh động của Cu²⁺. Ion Cu²⁺ có thể từ vỏ phong hoá di chuyển vào nước dưới đất, làm thay đổi chất lượng của nước. Đối với các mỏ quặng sulfur, S là một nguyên tố quyết định quá trình tạo khoáng sulfur trong điều kiện nội sinh, nhưng S cũng chính là nguyên tố thúc đẩy sự phân huỷ các khoáng vật sulfur trong điều kiện ngoại sinh. Bên cạnh đó, nước vừa là tác nhân phong hoá, vừa là phương tiện vận chuyển các tác nhân khác và các hợp phần được giải phóng ra do quá trình oxy hoá các mỏ sulfur tạo nên.

Theo cơ chế chuyển hoá nêu trên của các khoáng vật sulfur, kết quả của quá trình biểu sinh các mỏ sulfur đã làm gia tăng đáng kể hàm lượng của nhiều kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, Fe, Cd, Ag, As, v.v. trong các nguồn nước chảy qua các mỏ này và đương nhiên, chất lượng của nguồn nước chắc chắn có nguy cơ bị ô nhiễm, ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống của giới sinh vật, trong đó có con người.

2. Oxy hoá mỏ quặng urani

Khoáng vật nguyên sinh của urani trong mạch quặng chủ yếu là tinh thể uraninit (UO₂) và vi tinh thể pitchblend (UO₂ hay U₃O₈). Trong điều kiện oxy hoá, UO₂ chuyển thành các khoáng vật có màu rực rỡ, như tuyamunit [Ca(UO₂)₂(VO₄)₂.nH₂O], autunit [Ca(UO₂)₂(PO₄)₂.nH₂O], retzerfordit [UO₂.CO₃], v.v.. Các khoáng vật này hoà tan ít và nguyên tố U đi vào nước mặt, nước dưới đất, gặp môi trường khử nó lắng đọng lại dưới dạng coffinit [USiO₄.nH₂O], làm cho môi trường nước của vùng mỏ bị ô nhiễm phóng xạ nguy hiểm.

Liên quan tới quá trình phong hoá các mỏ phóng xạ và các mỏ có chứa phóng xạ, tác nhân gây ô nhiễm môi sinh ngoài nguyên tố U có thể xâm nhiễm vào nguồn nước, khí radon, một loại khí trơ không màu, không mùi, vô hình, thoát ra từ bề mặt khoáng vật quặng, thẩm thấu trong đất, hoà tan trong nước, lan toả trong không khí bằng những phương thức khác nhau, là một trong những hiểm hoạ có thể làm suy thoái nghiêm trọng chất lượng môi trường sinh thái.

Thực ra, radon (Rn) mới được dư luận chú ý tới từ năm 1984, khi một công nhân ở nhà máy điện nguyên tử Pensylvania bị thiết bị kiểm tra báo động bức xạ (radiation) khi vào nhà máy làm việc. Người ta phát hiện tóc và quần áo của anh ta bị nhiễm một lượng lớn các sản phẩm phân rã radon. Qua điều tra cho thấy, người công nhân này đã sống tại ngôi nhà với nền móng có hàm lượng radon cao hơn 2800 lần so với mức trung bình của không khí trong nhà. Bởi lẽ, ngôi nhà của anh ta nằm trên một loại đá phiến đen chứa urani của hệ tầng Reading Prong, phân bố từ vùng Reading (Pensylvania) đến gần Trenton (New Jersey, Mỹ). Có nguồn gốc từ quá trình phân rã phóng xạ U và Th có mặt trong thành tạo địa chất này, các đồng vị radon (Rn-222 và Rn-220) được tái tạo liên tục trong các quá trình tự nhiên đang tiếp diễn [6].

Rn-222 là một đồng vị phóng xạ nằm trong chuỗi phóng xạ của dãy U-238; thoron-220 của dãy thorium-232; và actinon-119 của dãy U-235. Trong tự nhiên thường biết đến là đồng vị Rn-222 của dãy urani và thoron-220 của dãy thori. So với thoron-220 và actinon-119, độ nguy hiểm phóng xạ của khí radon-222 rất cao do chu kỳ bán hủy phóng xạ là khoảng 4 ngày, trong khi đó chu kỳ bán hủy của thoron-220 là 55 giây và của actinon-119 là 4 giây. Trong không khí, radon và thoron tồn tại ở dạng nguyên tử tự do, sau khi thoát ra từ đất đá, nước, v.v. chúng phân rã thành chuỗi các đồng vị phóng xạ con cháu, trong đó nguy hiểm nhất là poloni-218. Poloni phân rã alpha với chu kỳ bán hủy là 3,05 phút, đủ cho một vài chu trình thở trong hệ thống hô hấp của cơ thể sống. Poloni-218 nhiễm vào các phần tử bụi tạo thành các hạt sol khí phóng xạ. Các hạt này thường có kích thước cỡ vài chục micromet, nên có thể dễ dàng xâm nhập vào phổi qua đường hô hấp và lưu giữ trong các phế nang, tại đó, poloni-218 phân rã alpha phát ra các hạt nhân heli. Các hạt alpha có năng lượng rất cao sẽ bắn phá nhân tế bào nang, gây hại cho nhiễm sắc thể, tác động tiêu cực đến cơ chế phân chia tế bào. Một phần năng lượng phân rã hạt nhân truyền cho hạt nhân phân rã, làm cho các hạt nhân này bị giật lùi. Năng lượng giật lùi của các hạt nhân radon có thể đủ để phá vỡ các phân tử protein trong tế bào phế nang. Hậu quả là xác suất gây ung thư do radon trở nên rất cao. Hay nói cách khác, ngoài tác hại do hút thuốc lá, tai biến phóng xạ radon là một trong những nguyên nhân gây bệnh ung thư phổi.

3. Các biện pháp phòng ngừa và giảm thiểu tác động tiêu cực

Điều quan trọng trước nhất là phải biết được nồng độ radon của môi trường của nơi sinh sống và nguyên nhân dẫn đến nồng độ radon cao hơn mức cho phép theo tiêu chuẩn của cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) để có thể áp dụng những giải pháp phòng ngừa và giảm thiểu tác động tiêu cực thích hợp. Trên thực tế, do không có được những thông tin này, ở một số nơi người dân đã sử dụng đất đá giàu chất phóng xạ làm vật liệu xây dựng, hay sinh sống ở gần khu vực thân quặng có hàm lượng phóng xạ cao, sử dụng các nguồn nước trực tiếp từ các thân quặng đó làm gia tăng đáng kể nồng độ radon trong nhà dẫn đến suy giảm sức khỏe hay tử vong.

Như vậy, để giảm thiểu hàm lượng radon trong nhà, cần lưu ý sử dụng loại vật liệu xây dựng có hàm lượng các chất phóng xạ cho phép. Nhà cần được xây dựng cao ráo, thoáng khí, thường xuyên được thông gió; trước khi sử dụng nước lấy từ sông suối vùng có nguy cơ phóng xạ cần được đun sôi, để nơi thoáng mát một thời gian nhất định. Nếu cư trú ở những vùng có khoáng sản giàu phóng xạ tự nhiên, nhất thiết phải tính đến thời gian làm việc hợp lý, hoặc tùy thuộc mức độ phóng xạ mà có thể sử dụng các biện pháp phòng tránh thích hợp, thậm chí phải di dời chỗ ở.

IV. QUÁ TRÌNH TRẦM TÍCH

Có thể quan niệm quá trình trầm tích sản phẩm phong hoá của các thành tạo địa chất cổ là một quá trình tích tụ và phân ly hóa học, trong đó diễn ra sự phá vỡ các tổ hợp nguyên tố của các đá để lập lại các tổ hợp nguyên tố mới. Quá trình phân ly đó trong nhiều trường hợp có thể tách rời thạch anh trong cát kết, trong các đá granitoid, Al trong bauxit, cũng như trong các đá alumosilicat, Fe trong laterit, Ca trong đá vôi và thạch cao, Na và K trong trầm tích muối, v.v.. Ngược lại, các nguyên tố cũng có thể liên kết với nhau tạo nên những tổ hợp khác nhau, như Al và Si trong trầm tích sét, Ca và Mg trong đá carbonat, v.v..

Trong đá trầm tích cũng có thể xảy ra sự thay thế đồng hình của các nguyên tố, Thí dụ: Li → Mg, Ga → Al trong sét, Ba → K trong khoáng vật illit. Bên cạnh đó, vật chất hữu cơ trong đá trầm tích cũng đóng vai trò quan trọng trong việc làm giàu nguyên tố trong đá trầm tích, chúng có thể chứa một số nguyên tố hiếm V, Mo, Ni, Co, As, Cu, Br, I với hàm lượng nhất định, đôi khi tập trung rất cao và có thể tạo thành các hợp chất hữu cơ kim loại. Tuy nhiên, sự phân bố của các nguyên tố còn tùy thuộc vào đặc điểm môi trường trầm tích. Thí dụ:

- Mn và oxyt của nó được lắng đọng trong môi trường oxy hóa. Cùng với Mn sẽ lắng đọng As và Sb, nhưng do arsenat và antimonat được giải phóng ra trong quá trình oxy hóa các mỏ quặng sulfur là những hợp chất ít tan, nên hàm lượng As và Sb trong trầm tích không đáng kể.

- Tuỳ thuộc vào độ pH và Eh của môi trường, các khoáng vật của Fe có những trường phân bố nhất định, giữa chúng tạo nên các cân bằng vật chất ứng với nồng độ các chất có trong thành phần môi trường trầm tích.

- Điều kiện địa chất để lắng đọng Fe gồm: oxy hoá các khoáng vật nguyên sinh của Fe tại chỗ, oxy hoá sau khi khoáng vật nguyên sinh của Fe đã di chuyển chút ít trong đất, oxy hoá trong môi trường sông, hồ, đầm khi nước thoáng khí và không có vật chất hữu cơ.

- Giống như carbonat, phần lớn phosphat, trừ phosphat kim loại kiềm, hầu như không hoà tan trong dung dịch trung tính và kiềm.

Khác với trong các đá magma, hàm lượng các hợp phần chính, như SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, MnO, MgO, CaO, Na₂O, K₂O, P₂O₅, SO₃, CO₂, v.v. trong các đá trầm tích có biên độ thay đổi rất lớn (từ 0 đến 99%). Các quá trình hoà tan và kết tủa, hấp thụ, hoạt động của sinh vật, v.v. dẫn đến sự lắng đọng nguyên tố từ dung dịch tác động mạnh đến các nguyên tố chính hơn là đối với các nguyên tố phụ, trừ một số nguyên tố như P, B, Mn, Cu, V, U. Trong số các đá trầm tích, so với cát kết và đá carbonat thì các nguyên tố phụ, như Ba, Li, Rb, Sr, Ce, Co, F, Cr, Ga, Ti, Th, Ge, v.v. chủ yếu tập trung cao trong đá phiến sét, trừ Sr, Mn, Zr và TR. Cát kết thường có hàm lượng Zr và TR cao do quá trình làm giàu cơ học zircon và monazit. Đá vôi chứa nhiều Sr là do Sr²⁺ có hành vi địa hoá tương tự như Ca²⁺; còn các đá phiến sét giàu các nguyên tố hiếm là do khả năng hấp phụ cao của chúng.

Như vậy, quá trình trầm tích các sản phẩm phong hoá từ các thực thể địa chất cổ, ngoài các sản phẩm phong hoá hoá học, dẫn tới sự tập trung cao nhiều nguyên tố, trong đó có nhiều thành phần độc hại lan toả vào môi trường trong quá trình vận chuyển vật liệu trầm tích hoặc tích tụ thành các thực thể trầm tích giàu chúng; nhiều tích tụ sa khoáng đã được hình thành, chứa các khoáng vật phóng xạ độc hại với hàm lượng khác nhau, tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm cho môi sinh. 45 mỏ sa khoáng titan-zircon - đất hiếm đã được phát hiện và đánh giá dọc theo dải bờ biển Việt Nam [Nguyễn Biểu và nnk, 1985; Trần Văn Trị, 1999] là một thí dụ. Trong thành phần của các tụ khoáng này, ngoài ilmenit (FeTiO₃), rutil (TiO₂), còn có các khoáng vật nhóm đất hiếm và kim loại hiếm như zircon (ZrSiO₄)thường chứa tạp chất Hf, Th, U, monazit [(Ce, La, Y, Th) (PO₄)] và xenotim [Y(PO₄)] thường chứa tạp chất Th, U, TR, v.v.. Đáng chú ý là monazit, trong thành phần hoá học của khoáng vật này có chứa (%): Ce₂O₃ = 21,08-34,99; (La,Nd)₂O₃ = 27,90-41,83; Y₂O₃ = 0-5,08; ThO₂ = 0-12; U₃O₈ >1. Có nhiều nơi, như dọc theo bờ biển vùng Hải Phòng - Nam Định, Hà Tĩnh, Thừa Thiên Huế, Bình Định - Phú Yên - Khánh Hoà, v.v. các thân sa khoáng ven biển có chứa monazit với hàm lượng tương đối cao. Đặc biệt, tại các tụ khoáng Quảng Ngạn, Kế Sung (Thừa Thiên Huế) loại sa khoáng này phân bố trên một dải cát nổi dọc bờ biển với tổng chiều dài 41 km, chiều rộng trung bình 530 m, dày trung bình 4,03 m, ngoài ilmenit, còn có zircon và monazit với hàm lượng lên tới 0,87 kg/m³, trữ lượng khoảng 3000 tấn [Trần Nghi và nnk, 2006]. Chính vì vậy, trong quá trình khai thác, chế biến loại khoáng sản này, các doanh nghiệp buộc phải có những giải pháp cụ thể và khả thi để giảm thiểu ô nhiễm phóng xạ do sự tích tụ monazit gây ra.

VĂN LIỆU

1. Đặng Trung Thuận, 2005. Địa hóa học. Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.

2. Đặng Trung Thuận, Đỗ Thị Vân Thanh, 1995. Vỏ phong hóa và môi trường. ĐHKHTN, Đại học Quốc gia, Hà Nội.

3. Đặng Văn Can, Đào Ngọc Phong, 2000. Đánh giá tác động của arsen tới môi sinh và sức khoẻ con người ở các vùng mỏ nhiệt dịch có hàm lượng arsen cao. Địa chất và Khoáng sản, 7 : 199-204. Viện NC ĐC&KS. Hà Nội.

4. Hendron A.J., Patten F.D., 1985. The Vaiont Slide. US Corps of Eng. Techn. Rep. GL-85-8.

5. Nguyễn Văn Nam, 2007. Nghiên cứu đánh giá nồng độ radon trong nhà và trong nước ở một vùng mỏ miền núi Bắc Bộ. TC KHKT Mỏ-Địa chất, 20 : 77-82. Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội.

6. Tappin D., 2006. Learning from the tsunami. Earthwise 23, British Geol. Surv. London.

7. Tarbuck E.J., Lutgens F.K., 1997. Earth Science. The 8^th edition. Prentice-Hall, Inc. London.