Nhiều sản phẩm hàng ngày phổ biến trong cuộc sống, như nhựa, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, mỹ phẩm, thiết bị điện, và nhiều sản phẩm khác, chứa một số hợp chất hóa học dễ bị giải phóng vào môi trường và lan truyền khắp nơi, nhưng lại khó phân hủy tự nhiên trong môi trường. Do đó, những hợp chất hóa học này đã trở thành vấn đề môi trường toàn cầu quan trọng hiện nay, thu hút sự quan tâm của cộng đồng quốc tế và thúc đẩy sự hợp tác và các hiệp định xuyên quốc gia. Ví dụ, hơn 100 quốc gia và vùng lãnh thổ đã cùng ký kết Công ước Stockholm về 12 loại chất ô nhiễm hữu cơ kháng phân hủy (POPs) và chính thức có hiệu lực vào ngày 17 tháng 5 năm 2004, nhằm kiểm soát các chất ô nhiễm hữu cơ kháng phân hủy này.
Tại sao những chất ô nhiễm hữu cơ kháng phân hủy này lại thu hút sự quan tâm và hành động của các tổ chức và quốc gia khác nhau trên thế giới? Bởi vì chúng đã lan truyền và phân bố rộng rãi trên toàn thế giới, có tính chất truyền tải qua các lục địa và xa xôi, không giới hạn trong ô nhiễm của một khu vực nhỏ hoặc một quốc gia duy nhất, do đó cần sự tham gia chung của các quốc gia trên toàn cầu để có thể hiệu quả giảm thiểu sự lan truyền của các chất ô nhiễm này.
Trong thực tế, các chất ô nhiễm trong môi trường được truyền tải và ảnh hưởng đến các khu vực khác nhau trên thế giới thông qua các phương tiện khác nhau là một vấn đề rất thú vị. Bằng cách thảo luận về vấn đề này, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của môi trường tự nhiên và nhận biết các yếu tố quan trọng nào có thể ảnh hưởng đến sự phân phối và lan truyền của các hợp chất hóa học trong môi trường.
Đặc điểm của chất ô nhiễm hóa học
"Sự "bền vững" của các chất ô nhiễm hữu cơ được đề cập ở trên, ám chỉ việc chúng khó phân hủy và biến đổi trong môi trường tự nhiên, do đó có khả năng tồn tại và lan truyền lâu dài trong các môi trường khác nhau. Ngoài tính bền vững, những chất ô nhiễm này cũng ít tan trong nước và ít bay hơi, sau khi được thải ra môi trường tự nhiên, chỉ một phần nhỏ tan trong nước hoặc bay hơi vào không khí. Do đó, trong các môi trường khác nhau như không khí, biển, sông ngòi, đất đai và trong cơ thể sinh vật, chúng ta có thể phát hiện dấu vết của chúng.
Ngoài các đặc tính hóa học đã đề cập, các chất ô nhiễm gây ra vấn đề môi trường cũng độc hại đối với động, thực vật và có thể tích tụ trong cơ thể sống, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Do đó, các chất ô nhiễm gây ra vấn đề môi trường thường được gọi là các chất độc hại bền vững (PTS - persistent toxic substance). Một chất để được xem là PTS phải có tính ổn định hóa học, khó phân hủy, có thể bay hơi nhưng không quá cao, và có độc tính, mới đúng là PTS. Ví dụ, các hợp chất fluoro-cloro carbua gây ra hỏng tầng ozon, vì dễ bay hơi nên tồn tại ở dạng khí trong không khí mà không kết tủa xuống mặt đất, độc tính đối với động thực vật rất thấp, do đó không được xem là PTS.
Nếu một hợp chất hóa học có thể chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng hoặc rắn trong phạm vi nhiệt độ thông thường của môi trường, có thể di chuyển xa hơn thông qua sự tương tác giữa không khí và bề mặt đất. Đặc biệt là trong môi trường có sự thay đổi nhiệt độ giữa ngày và đêm hoặc giữa các mùa, hiện tượng này trở nên rõ ràng hơn. Do ở điều kiện nhiệt độ thấp, hiện tượng kết tủa sẽ chiếm ưu thế so với hiện tượng bay hơi, trong khi ở điều kiện nhiệt độ cao, hiện tượng bay hơi sẽ mạnh hơn hiện tượng kết tủa. Do đó, các chất độc hại bền vững có tính chất hóa học khác nhau sẽ có mức độ tương tác khác nhau giữa bề mặt đất và không khí.
Các hợp chất hóa học có tính bay hơi thấp ít di chuyển hơn, phân bố gần nguồn ô nhiễm. Trái lại, các hợp chất hóa học có tính bay hơi mạnh dễ di chuyển xa hơn qua không khí, và khi di chuyển vào môi trường có nhiệt độ thấp hơn, chúng sẽ kết tủa từ trạng thái khí và bám vào bề mặt đất hoặc nước, hiện tượng này được gọi là "sự ngưng tụ" hoặc "sự chưng cất toàn cầu". Quá trình lặp đi lặp lại của việc chất hóa học được bay hơi và kết tủa trên bề mặt đất khiến chúng có thể di chuyển xa hơn, một số người còn gọi đó là "hiệu ứng cỏ dại". Nhiều nhà khoa học cũng sử dụng hiện tượng này để giải thích tại sao trong những vùng xa xôi ít người ở, như vùng cực và núi cao, vẫn phát hiện nhiều chất độc hại bền vững có liên quan đến hoạt động của con người.
Đặc tính truyền tải của chất độc hại
Do sự khác biệt trong tính chất hóa học, các cách chính để truyền tải các loại ô nhiễm cũng sẽ khác nhau. Thường cho rằng các chất độc hại bền vững có thể được truyền tải qua các cách sau: hấp thụ vào các hạt rắn đang lơ lửng trong không khí hoặc tan trong nước sương; tan trong nước biển hoặc hấp thụ vào các hạt rắn trong nước biển; tan trong nước sông hoặc hấp thụ vào các hạt rắn trong phần lắng đọng của sông; tích tụ trong cơ thể của các loài động vật có thể di chuyển; thông qua các hoạt động khác nhau của con người.
Nguyên nhân chính gây ra sự khác biệt trong việc truyền tải các chất độc hại bền vững ở các khu vực khác nhau là do ảnh hưởng của khí hậu (như nhiệt độ, tốc độ gió, lượng mưa, ảnh hưởng của các đợt lạnh, v.v.), lộ trình dòng khí, lộ trình dòng chảy của dòng biển, đặc điểm của bề mặt đất (phân bố giữa đất và biển, địa hình, thực vật, phân bố đất đai, v.v.), và chu trình thủy văn. Bên dưới sẽ trao đổi thêm về cách các yếu tố tự nhiên khác nhau ảnh hưởng đến việc truyền tải các chất độc hại bền vững.
Yếu tố tự nhiên
Việc truyền tải các chất độc hại bền vững trong không khí chủ yếu phụ thuộc vào lộ trình dòng khí trong không khí. Ví dụ, ở vùng kinh vĩ trung, dòng khí Tây gió chơi vai trò quan trọng trong việc truyền tải các chất ô nhiễm khí. Do đó, Bắc Đại Tây Dương thường nhận được các chất độc hại bền vững từ Bắc Mỹ do dòng khí Tây gió mang lại; trong khi Bắc Thái Bình Dương lại nhận được các chất độc hại bền vững từ châu Á do dòng khí Tây gió mang lại, tạo nên hiện tượng gọi là truyền tải ô nhiễm qua lục địa. Cơ bản, có hai cơ chế chính để truyền tải ô nhiễm qua lục địa, một là thông qua hiệu ứng hòa tan trong biên giới khí quyển bề mặt, hai là thông qua hiệu ứng dòng hỗn hợp lên tới lớp khí quyển tự do (đây là lớp khí quyển từ khoảng 2 đến 12 km trên mặt đất) để truyền tải các chất ô nhiễm.
Ngoài ra, sự phân bố không đồng đều giữa lục địa và đại dương, cùng với khả năng hấp thụ nhiệt khác nhau, cũng tạo ra sự phân bố áp suất không khí cao và thấp ở các khu vực cụ thể trên bán cầu Bắc. Ví dụ, áp suất không khí cao của Siberia vào mùa đông khiến các khối không khí ở châu Âu chuyển hướng về phía Bắc, và làm cho một số chất độc hại bền vững ở châu Âu được truyền qua các khối không khí đến Bắc Cực. Hiện tượng truyền tải chất độc hại qua các khối không khí này ở bán cầu Bắc rõ rệt hơn so với ở bán cầu Nam, do đó, Nam Cực ít bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng dòng khí truyền tải ở bán cầu Nam.
Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu khoa học đã phát hiện ra rằng có nhiều chất độc hại bền vững tồn tại trong cơ thể của các loài động vật hoang dã và cư dân bản địa tại Bắc Cực, cho thấy nhiều chất độc hại bền vững thực sự đã truyền tải đến Bắc Cực. Đáng lưu ý là, các dòng khí ở bán cầu Nam và Bắc là hoàn toàn độc lập với nhau, dòng khí ở bán cầu Nam không thổi vào bán cầu Bắc và ngược lại. Do đó, không có bằng chứng nào cho thấy các chất độc hại bền vững được tạo ra tại Đông Nam Á, trong bán cầu Bắc, đã được truyền tải đến Australia, ở bán cầu Nam. Lối đi của các dòng khí trong phạm vi nhỏ cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi địa hình, ví dụ như dãy Himalaya hạn chế sự trao đổi chất ô nhiễm giữa vùng Ấn Độ Dương, Trung Á và Đông Bắc Á.
Nói chung, vai trò của đại dương và sông ngòi trong việc truyền tải chất độc hại bền vững thường không cao, chỉ quan trọng đối với những hợp chất hóa học dễ tan trong nước nhưng khó biến đổi trong nước. Ví dụ, hợp chất hóa học hexachlorocyclohexane, có tính tan trong nước cao, đã được phát hiện có thể truyền từ Nam Mỹ qua các con sông vào Đại Tây Dương, rồi được truyền qua các dòng chảy đại dương đến các hòn đảo ở Biển Caribe. Ngoài ra, perfluorooctanesulfonic acid thường được sử dụng trong xử lý chống ô nhiễm trên sản phẩm dệt may và da, phổ biến trong nhiều sản phẩm hàng ngày, dễ tan trong nước, do đó có thể được truyền qua đại dương và các sông ngòi đến các khu vực khác nhau trên thế giới. Nói chung, đại dương luân phiên có dòng chảy chậm nhưng hiệu quả cho việc truyền tải các chất ô nhiễm có tính tan trong nước cao.
Di cư động của sinh vật
Nhiều loài chim và sinh vật biển có khả năng di cư xa, và những loài này thường đặt ở đỉnh của chuỗi thức ăn, dễ tích tụ chất độc hại bền vững trong cơ thể. Do đó, khi chúng di cư từ một khu vực sang khu vực khác, chúng cũng mang theo chất độc hại bền vững đến khu vực mới. Hầu hết các sinh vật di cư khi truyền tải chất độc hại bền vững có những đặc điểm sau:
- Hướng di cư của sinh vật thường là hướng Bắc-Nam, chứ không phải hướng Đông-Tây.
- Sự di cư của sinh vật là một chu trình lặp lại, do đó, có thể có các hướng di chuyển đi và về.
Tuy nhiên, so với việc truyền tải qua không khí, lượng chất độc hại bền vững được truyền qua sinh vật di cư thường ít hơn, nhưng vẫn có thể truyền một lượng ô nhiễm đáng kể trong các khu vực có nhiều sinh vật di cư tập trung. Mặc dù có ít nghiên cứu khoa học liên quan hiện nay, nhưng đã có bằng chứng cho thấy rằng sinh vật di cư có thể là một trong những lối đi chính để truyền tải ô nhiễm ở các khu vực xa xôi.
Ví dụ, ở vùng Bắc Cực, hồ Ellasjoen thuộc quần đảo Bắc cực, đã phát hiện ra phân của chim di cư là một trong những nguồn chính của chất độc hại bền vững trong hồ này. Tại bờ Đông của châu Nam Cực, có bằng chứng nghiên cứu cho thấy phân của chim di cư là một trong những nguồn ô nhiễm chính tại 5 trạm nghiên cứu của Liên Xô. Một ví dụ khác thú vị là, cá hồi ở Bắc Thái Bình Dương sẽ di cư đến các con suối và hồ nước ngọt ở Alaska để đẻ trứng sau đó chết đi, trong cơ thể những con cá hồi chết sẽ tiết ra một số chất độc hại bền vững phổ biến, khiến cho các loài cá nước ngọt ở khu vực này tích tụ một lượng đáng kể các chất độc hại bền vững.
Hoạt động của con người
Nhiều hoạt động kinh tế của con người có thể có ý định hoặc không ý định chuyển các chất độc hại bền vững từ một khu vực sang khu vực khác, ví dụ như thông qua hoạt động kinh tế toàn cầu, các sản phẩm hoặc chất thải chứa chất độc hại bền vững có thể được vận chuyển từ một khu vực sang khu vực khác. Ngoài ra, trong quá trình vận chuyển hàng hóa hoặc chất thải, cũng có thể xảy ra các sự cố không mong muốn, gây ra ô nhiễm cho các khu vực khác dọc theo tuyến đường vận chuyển.
Tình hình ô nhiễm toàn cầu
Do hiện tại thiếu hệ thống và nghiên cứu theo dõi toàn cầu trên diện rộng về chất độc hại bền vững, dữ liệu hiện có chủ yếu dựa trên các kết quả được đo và quan sát ở một số quốc gia phát triển, do đó, trong phân phối và thảo luận về tình hình ô nhiễm trên toàn cầu, có tình trạng phân bố không đồng đều, có thể gây ra những hạn chế và khó khăn. Tuy nhiên, từ dữ liệu đã tích lũy được cho thấy được tình hình ô nhiễm chất độc hại bền vững trên toàn cầu.
Đối với nhiều chất độc hại bền vững, không khí là con đường chính để truyền tải, do đó, nhiều nghiên cứu phân tích nồng độ chất độc hại bền vững trong không khí, như các hợp chất clo hữu cơ, các hợp chất polyaromatic hydrocarbon (PAH). Trên quy mô toàn cầu, các hợp chất clo hữu cơ phổ biến nhất được phát hiện là hexachlorocyclohexane và polychlorinated biphenyls (PCBs). Ngoài ra, các hợp chất polyaromatic hydrocarbon (PAH) cũng thường được đo lường trong khu vực đô thị trên toàn cầu. Nói chung, đã từng phát hiện các hợp chất như DDT, hexachlorocyclohexane, PCBs, PAHs ở không khí trong các khu vực khác nhau trên toàn cầu. Các loại thuốc trừ sâu có nồng độ cao hơn thường xuất hiện ở các khu vực có hoạt động nông nghiệp ở vùng nhiệt đới và ôn đới, đặc biệt là ở Ấn Độ, châu Á và châu Phi.
Đáng chú ý là, cũng đã phát hiện ra sự tồn tại của các loại thuốc trừ sâu hữu cơ clo ở các khu vực cực. Còn đối với các hợp chất polyaromatic hydrocarbon (PAHs), chúng đã được tìm thấy cả ở khu vực đô thị và nông thôn. Nguồn gốc của các hợp chất polyaromatic hydrocarbon (PAHs) ở khu vực đô thị có thể là từ hoạt động công nghiệp hoặc giao thông vận tải; trong khi ở khu vực nông thôn, chúng có thể từ hoạt động đốt cháy sinh khối. Nói chung, nồng độ các hợp chất polyaromatic hydrocarbon (PAHs) trong không khí thường cao hơn vào mùa đông hơn mùa hè, và ở đô thị cao hơn ở nông thôn. Ngoài ra, dioxin và furan cũng có nồng độ cao hơn trong không khí ở các khu vực công nghiệp và đô thị.
Nếu xét về các khu vực khác nhau, Bắc Cực và Nam Cực vẫn là những khu vực ít bị ô nhiễm nhất trên thế giới. Tuy nhiên, mặc dù hai khu vực này ít có dân cư, vẫn có thể phát hiện nhiều chất độc hại bền vững, đặc biệt là trong cơ thể của các dân tộc bản địa tại Bắc Cực hoặc trong các sinh vật ở cấp độ đỉnh của chuỗi thức ăn (như gấu Bắc Cực, hải cẩu và cá voi), đều đã phát hiện tích tụ chất độc hại bền vững. Trong khi ở Bắc Mỹ và châu Âu, các hợp chất hữu cơ clo đã từng được sử dụng lớn, vẫn tồn tại ở nhiều nơi. Tuy nhiên, trong hai hoặc ba thập kỷ qua, nồng độ chất độc hại bền vững trong môi trường hoặc trong cơ thể ở Bắc Mỹ và châu Âu đã giảm. Ngược lại, ở Bắc Cực, nồng độ chất độc hại bền vững này không giảm trong những năm gần đây.
Ở khu vực Ấn Độ Dương, đặc biệt là ở Ấn Độ và Pakistan, nồng độ thuốc trừ sâu clo hữu cơ trong nước mặt hoặc nước ngầm có thể ảnh hưởng xấu đến cư dân địa phương và hệ sinh thái. Ở các khu vực ven biển Đông Nam Á, nồng độ DDT, chlordane, hexachlorocyclohexane và PCBs trong không khí khá cao. Trong một số điểm đất ở Việt Nam và Úc, cũng đã phát hiện nồng độ cao của DDT và PCBs. Trong nước và cặn sông ở một số con sông ở Thái Lan và Malaysia, cũng đã phát hiện nhiều lượng thuốc trừ sâu như sulfur và lindane, đang được sử dụng hiện nay, cho thấy các khu vực này đã từng sử dụng những loại thuốc trừ sâu này trong thời gian gần đây. Hiện nay, dữ liệu đo lường hóa học ở Trung Á, các hòn đảo Thái Bình Dương, châu Phi, Trung và Nam Mỹ khá nghèo nàn, vì vậy rất khó có thể tổng quát hóa về tình trạng ô nhiễm ở các khu vực này.
Trong môi trường, các hợp chất hóa học có tính ổn định cao, có khả năng bay hơi và di chuyển xa có thể ảnh hưởng đến một diện tích lớn của khu vực. Nếu chúng có độc tính, chúng có thể gây ra tác động cho dân số và hệ sinh thái. Từ quan điểm công bằng môi trường, sự phân phối của ô nhiễm không nhất thiết phải tập trung gần nguồn gốc ô nhiễm, mà có thể được truyền tải đến các khu vực xa hàng ngàn dặm. Những người tạo ra ô nhiễm không nhất thiết phải chịu ảnh hưởng trực tiếp, những người ở những khu vực khác hoặc xa xôi thường là những nạn nhân của ô nhiễm, điều này không phản ánh công bằng môi trường.
Với những tình huống này, nếu chất độc hại bền vững có khả năng di chuyển xa, việc giảm thiểu việc sử dụng và sản xuất loại hợp chất này phải được tham gia và kiểm soát bởi cộ
