“Mổ xẻ” hạt bụi đô thị

Hạt bụi ở các kích thước khác nhau so với sợi tóc người. Nguồn. Viện Kỹ thuật hóa học (ĐH Bách khoa HN).

Cũng giống như con virus SARS-CoV-2 – càng nghiên cứu thì người ta càng cảm thấy kinh ngạc và lo ngại về sự tối ưu giúp lan truyền nhanh hơn sau mỗi lần biến đổi, hạt bụi PM2.5 ẩn chứa lượng thông tin phong phú đến mức người ta thấy khó mường tượng ngay cùng một lúc. “Nhỏ mà có võ”, hạt bụi không đơn giản là hạt bụi, nó “thiên biến vạn hóa” theo nhiều cách với những đặc tính riêng biệt, phụ thuộc vào quá trình hình thành, nguồn phát thải, điều kiện khí tượng, thời gian… Do hình thành trên những điều kiện phức tạp như vậy nên bụi PM2.5 ở các thành phố khác nhau đều khác nhau, TS. Lý Bích Thủy, một nhà nghiên cứu nhiều năng lực ở Viện Công nghệ Môi trường (ĐH Bách khoa HN), cho biết tại hội thảo “Hiện trạng bụi PM2.5 ở Việt Nam giai đoạn 2019-2020 và ứng dụng dữ liệu vệ tinh trong giám sát và nghiên cứu”.

Cận cảnh hạt bụi

Bản thân hạt bụi PM2.5 vô cùng phức tạp khi có thể chứa tới hàng trăm thành phần hóa học khác nhau, bất chấp kích thước “tối giản” chỉ bằng 1/30 sợi tóc của mình. Hãy thử tưởng tượng, nếu nhìn cận cảnh một hạt bụi mịn theo cách như vậy, chúng ta có thể thấy một số thành phần của nó được tạo thành trực tiếp từ một số nguồn phát thải như các địa điểm xây dựng, đốt phụ phẩm nông nghiệp, cháy rừng… nhưng một số thành phần khác là kết quả của những phản ứng phức tạp trong khí quyển của các hóa chất như sulfur dioxide (SO2) và nitrogen oxide (NO2), vốn là sản phẩm phát thải của các nhà máy sản xuất và nhiên liệu hóa thạch bị đốt cháy không hoàn toàn trong các động cơ ô tô, xe máy.

Riêng về Hà Nội, các hạt bụi mịn có chứa 22 nguyên tố kim loại như natri, mangan, nhôm, silic, chì, kali, sắt, đồng, kẽm, thủy ngân…, trong đó nồng độ lớn nhất thuộc về silic, canxi, kali, nhôm, sắt và magie.

Tương tự, quá trình hình thành của hạt bụi cũng phức tạp không kém vì liên quan đến “những phần đóng góp qua cơ chế hình thành bụi thứ cấp bên cạnh nguồn sơ cấp, vận chuyển dài hạn”, TS. Lý Bích Thủy từng cho biết như vậy vào năm 2020. Hạt bụi lơ lửng trong bầu không khí mà chúng ta hít thở không hình thành ngay trong một thời điểm và cũng không hình thành ngay tại nơi ta sống. Nó có thể xuất phát từ những nơi xa xôi, theo các luồng chảy trôi trong khí quyển và được vận chuyển tới Việt Nam, được bổ cập thêm những hợp chất phát thải ở địa phương trong những điều kiện nhất định theo mùa về độ ẩm, nhiệt độ… Ví dụ hạt bụi PM2.5 ở Hà Nội trong giai đoạn 2001-2013 thì “36% là từ hoạt động vận chuyển xuyên biên giới, bắt nguồn từ bụi cát ở 12 sa mạc lớn trên đất Trung Quốc, Mông Cổ như Gobi, Taklamakan và từ phát thải của 33 nhà máy nhiệt điện than Trung Quốc và Việt Nam”, theo TS. Vương Thu Bắc (Viện Khoa học Kỹ thuật hạt nhân, Viện NLNTVN), một nhà nghiên cứu có thâm niên 20 năm trong lĩnh vực chất lượng không khí 1.

Câu chuyện về hạt bụi đã được nối dài. Trong vài năm gần đây, khi những cơ sở hạ tầng thiết bị đã được nâng cao, các nhà nghiên cứu Việt Nam bắt đầu tìm hiểu sâu hơn về cơ chế hình thành hạt bụi với những chi tiết thú vị về sự đóng góp của các nguồn thứ cấp. Trong một nghiên cứu được thực hiện vào tháng 7/2020 do Quỹ NAFOSTED tài trợ, PGS. TS Nguyễn Đức Lượng (Khoa Kỹ thuật Môi trường, ĐH Giao thông vận tải Hà Nội) và cộng sự đã tìm hiểu về sự biến thiên của nồng độ PM2.5 và các quá trình ảnh hưởng đến nó2. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra, các chất hữu cơ và các dạng thứ sinh do hoạt động của con người (NO3−, SO42−, và NH4+) là những yếu tố đóng góp chính cho PM2.5. Do đó, họ cho rằng, khí thải tại chỗ là một trong những nguồn quan trọng gây ô nhiễm bầu không khí đô thị Hà Nội.

Có lẽ, người ta sẽ đi từ ngạc nhiên này đến ngạc nhiên khác khi được bổ sung những thông tin mới về hạt bụi. Theo những nghiên cứu trước đây, khi tập trung vào vận chuyển tầm xa, các nhà nghiên cứu lão thành đã phát hiện ra quy luật ô nhiễm theo mùa của Hà Nội và hiện tượng nghịch nhiệt: “trong mùa khô, ô nhiễm nặng thường bắt đầu vài ngày sau khi gió mùa Đông Bắc tràn về và kéo dài trong nhiều ngày liền cho đến khi gió thịnh hành chuyển sang hướng Đông Nam trước khi xuất hiện đợt gió mùa mới”3. Tiếp nối, lớp nhà nghiên cứu hậu sinh đã đi sâu vào tìm hiểu cơ chế đằng sau hiện tượng ô nhiễm bụi PM2.5 theo mùa như so sánh mẫu bụi mùa đông với mùa hè và tìm hiểu sự tác động của độ ẩm tuyệt đối lên hạt bụi. Đi sâu vào những phân tích tinh tế, nghiên cứu sinh Trương Thị Huyền (ĐH Saitama, Nhật Bản) và nhóm nghiên cứu chị tham gia đã “túm” được bằng chứng để chứng tỏ carbon hữu cơ và carbon nguyên tố là các hợp chất chính trong PM2.5 và carbon hữu cơ thứ cấp chiếm trên 30% tổng lượng carbon hữu cơ. “Có mối tương quan giữa độ ẩm tuyệt đối và các thành phần hóa học khác cho thấy PM2.5 được hình thành do các quá trình thứ cấp trong pha nước trên bề mặt sol khí… Sự phát triển của các hạt bụi phụ thuộc vào số lượng phân tử nước trên một mức nhất định trong các điều kiện thời tiết như mưa phùn đặc biệt”, các tác giả viết trong nghiên cứu.

Nhưng rút cục những gì người ta biết về hạt bụi PM2.5 chỉ có thế? Dưới lăng kính khoa học, thứ vật chất này còn phô ra những thông số khác, đó là các nguyên tố kim loại nặng. “Phần lớn các nguyên tố kim loại trong không khí Hà Nội có nồng độ cao hơn ở Huế, Hội An, TP.HCM. Đặc biệt nồng độ bari ở Hà Nội cao gấp 15,5 lần so với TP. HCM”, giáo sư Lê Hồng Khiêm, Viện Vật lý (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) cho biết như vậy sau hơn tám năm dùng rêu làm chỉ thị sinh học để nghiên cứu về chất lượng không khí. Riêng về Hà Nội, các hạt bụi mịn có chứa 22 nguyên tố kim loại như natri, mangan, nhôm, silic, chì, kali, sắt, đồng, kẽm, thủy ngân…, trong đó nồng độ lớn nhất thuộc về silic, canxi, kali, nhôm, sắt và magie5.

Trong các đô thị ở Việt Nam, nơi được đặt giữa những vùng đồng bằng châu thổ trù phú, hạt bụi không thể không có sự “đóng góp” của các hoạt động trồng trọt, ví dụ phát thải ammonia (NH3) hay các loại thuốc trừ sâu. Một nghiên cứu mới do các nhà khoa học Việt Nam và Nhật Bản đã tìm ra vết và siêu vết của 19 loại thuốc trừ sâu giữa các hợp phần của hạt bụi, trong đó 16 loại lần đầu tiên được phát hiện6. Rất may là nguy cơ rủi ro đến sức khỏe của chúng không đáng kể.

Vậy là, khi tìm hiểu thông tin về hạt bụi PM2.5 ở các khu đô thị Việt Nam, đặc biệt là Hà Nội và TP.HCM, người ta mới biết mình đang nhìn vào hạt bụi qua nhiều lớp rèm. Để vén những bức rèm ấy lên, ắt hẳn phải cần đến vô số nguồn lực, vô số cách tiếp cận và cả thời gian của các nhóm nghiên cứu.

Mới chạm đến lớp vỏ ngoài

Mặc dù đến giờ, người ta đã có thể tạm hình dung về những thành phần phức tạp và sự hình thành của hạt bụi PM2.5 trong các đô thị, nhưng dường như với các nhà nghiên cứu, vẫn còn quá nhiều điều chúng ta chưa biết về nó hoặc nếu có thì cũng chưa đủ sâu. “Ngày trước cũng có người phát biểu là ‘không còn gì để nghiên cứu về bụi ở Hà Nội nữa’. Nếu không tìm hiểu kỹ thì ai đó cũng có thể nói ‘tại sao mỗi hạt bụi mà cứ phải nghiên cứu đi nghiên cứu lại’. Trên thực tế thì nó giống như một đối tượng nghiên cứu quan trọng, cần phải hiểu nó thật kỹ lưỡng trên nhiều khía cạnh”, TS. Lý Bích Thủy từng trao đổi như vậy với Tia Sáng vào năm 2020.

Đó là lý do giải thích vì sao, khi lên Google scholar gõ cụm từ “air pollution” (ô nhiễm không khí), PM2.5 và chọn năm 2021, trong vòng phần trăm giây đã ra 18.800 kết quả liên quan. Dẫu đi trước Việt Nam trong nghiên cứu về hạt bụi mịn nhưng đến giờ, cộng đồng khoa học quốc tế vẫn còn quan tâm đến đặc điểm và hành xử của nó ở những góc độ ngày một tinh tế hơn, đi sâu vào quá trình hình thành hạt bụi và ảnh hưởng của nó. Những phát hiện của họ không ngừng mở ra những thông tin mới, ví dụ phát thải từ các quá trình nấu nướng như rán ngập dầu mỡ đã bổ cập một tỉ lệ phần trăm đáng kể ô nhiễm không khí trong các thành phố, đặc biệt trong các hạt bụi PM2.5 hoặc các gốc oxy bổ sung có thể gây hại cho sức khỏe của con người được hình thành trong những hạt bụi ở những điều kiện thông thường và có tác động của những phản ứng quang hóa… Mới đây, trong một nghiên cứu xuất bản trên Science, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã cho thấy sự đóng góp của ammoni (NH3) vào bụi PM2.5 lớn hơn nitrogen oxide (NOx)7. Việc kiểm tra dữ liệu trên phạm vi phần lớn các quốc gia trên thế giới đều cho thấy, ammonia ảnh hưởng đến sự hình thành của bụi ở kích thước này nhiều hơn nitrogen oxide…

Trong suy nghĩ của các nhà nghiên cứu tại Việt Nam, những đề tài như vậy đang thành hình, thậm chí nhiều thứ đã bắt đầu trở thành hiện thực, ví dụ như việc làm chủ các mô hình tiếp nhận bụi PM2.5, mô hình đánh giá lan truyền hóa học… Một trong những nỗ lực đó là công bố “Application of WRF-Chem to simulate air quality over Northern Vietnam” (Ứng dụng mô hình WRF-Chem để mô phỏng chất lượng không khí khắp miền Bắc Việt Nam) xuất bản trên tạp chí Environmental Science and Pollution Research (đề tài do Quỹ NAFOSTED tài trợ) do các nhà nghiên cứu ĐHQGHN thực hiện – một gợi mở về khả năng dự báo trước ô nhiễm bụi mịn trong tương lai.

Có lẽ, cũng như những người khác, câu hỏi day dứt của các nhà nghiên cứu Việt Nam là “làm cách gì để bầu không khí có thể trở lại trong lành như trước”, “những cách nào hiệu quả nhất để giảm thiểu ô nhiễm”, “làm thế nào để có thể giải quyết căn cơ trong bối cảnh Việt Nam đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa”… Những nghiên cứu của họ, không chỉ để thỏa mãn trí tò mò “trong hạt bụi có gì”, “hạt bụi sẽ hành xử ra sao trong điều kiện không khí nồm ẩm vào mùa xuân” hay “sự phân bổ của nguồn thứ cấp và sơ cấp trong hạt bụi như thế nào”…, mà hướng đến việc có thể đưa ra những khuyến nghị và giải pháp để các cơ quan quản lý cân nhắc lựa chọn để giám sát chất lượng môi trường không khí. Việc dựa trên bằng chứng khoa học sẽ giúp các cơ quan quản lý tránh khỏi việc triển khai rầm rộ một số giải pháp thiếu hiệu quả nhưng có thể làm lãng phí nguồn lực hoặc “nếu chúng ta làm không cẩn thận thì không biết kết quả đi đến đâu, có khi nó lại tù mù hơn?”như tình huống TS. Hoàng Dương Tùng giả định.

Trong lúc chưa có tín hiệu rõ rệt về một kế hoạch thực thi với lộ trình và chỉ tiêu cụ thể nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí ở Việt Nam thì các nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục công việc của mình với mong ước một ngày nào đó sẽ sử dụng những công cụ hữu ích như mô hình WRF-Chem, mô hình tiếp nhận bụi PM2.5 tại địa điểm tiếp nhận… vào một kế hoạch như thế. Dù không biết sẽ phải chờ đến bao lâu để được tham gia hoặc chứng kiến một cuộc ra quân loại bỏ ô nhiễm trong môi trường không khí như vậy, những người quan tâm đến một bầu không khí trong lành có lẽ chỉ còn một cách là “mài sắc vũ khí” hoặc làm những việc đơn giản hơn như giải thích cho mọi người xung quanh hiểu về ô nhiễm…□

“Một số câu hỏi quan trọng khác mà còn chưa có được câu trả lời như: đặc trưng hóa lý và hệ số phát thải của bụi từ các nguồn ô khác nhau, cơ chế hình thành các đợt bụi kéo dài ở Hà Nội, các quá trình xảy ra trong khí quyển, hay nguồn nào đóng góp nhiều nhất cho sự phơi nhiễm ô nhiễm không khí”. Anh dự đoán, những câu hỏi còn để ngỏ này có thể trở thành những đề tài nghiên cứu đáng kể cho các nhà nghiên cứu Việt Nam trong thời gian tới” (TS. Vũ Tuân).

—-

1. https://tiasang.com.vn/khoa-hoc-cong-nghe/Khong-khi-Ha-Noi-o-nhiem-o-muc-nao–25320

2. Investigation of sources and processes influencing variation of PM2.5 and its chemical compositions during a summer period of 2020 in an urban area of Hanoi city, Vietnam

https://link.springer.com/article/10.1007/s11869-021-01100-z

3. https://tiasang.com.vn/khoa-hoc-cong-nghe/ha-noi-bi-o-nhiem-nhieu-hon-ve-mua-dong-831

“The effects of meteorological conditions and long-range transport on PM2.5 levels in Hanoi revealed from multi-site measurement using compact sensors and machine learning approach” trên tạp chí Journal of Aerosol Science.

4. “Characteristics of Chemical Components in Fine Particles (PM2.5) and Ultrafine Particles (PM0.1) in Hanoi, Vietnam: a Case Study in Two Seasons with Different Humidity” https://link.springer.com/article/10.1007/s11270-021-05108-0

5. “Assessment of atmospheric deposition of metals in Ha Noi using the moss bio-monitoring technique and proton induced X-ray emission”. https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10967-020-07066-z

6. “Comprehensive study of insecticides in atmospheric particulate matter in Hanoi, Vietnam: Occurrences and human risk assessment”. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0045653520322232

7. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf8623

Theo Tia Sáng

Ảnh: Trong phòng thí nghiệm ngành Khoa học môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Nguồn: VNUA.

Xem bài viết gốc tại đây:

https://www.tiasang.com.vn/khoa-hoc-cong-nghe/Mo-xe-hat-bui-do-thi-28704