Ô nhiễm đất là hiện tượng suy thoái đất do sự hiện diện của các hóa chất nhân tạo (xenobamel) hoặc những biến đổi đáng kể trong môi trường đất tự nhiên. Nguyên nhân chính thường là từ hoạt động công nghiệp, hóa chất nông nghiệp hoặc quản lý chất thải không đúng cách. Những hóa chất thường gặp bao gồm hydrocarbon, dầu mỏ, hydrocarbon thơm đa nhân (như naphthalene và benzo (a) pyrene), dung môi, thuốc trừ sâu, chì và các kim loại nặng khác. Ô nhiễm đất thường tỉ lệ thuận với mức độ công nghiệp hóa và nồng độ hóa chất. Mối lo ngại chính về ô nhiễm đất chủ yếu liên quan đến các rủi ro sức khỏe, từ việc tiếp xúc trực tiếp với đất bị ô nhiễm hoặc từ ô nhiễm thứ cấp ảnh hưởng đến nguồn nước dưới đất. Việc lập bản đồ các khu vực ô nhiễm và dọn dẹp chúng là nhiệm vụ phức tạp, đòi hỏi kiến thức về địa chất, thủy văn, hóa học, kỹ năng mô hình máy tính và GIS, đặc biệt là trong lĩnh vực ô nhiễm môi trường và lịch sử hóa học công nghiệp.
Ở Bắc Mỹ và Tây Âu, ô nhiễm đất là vấn đề phổ biến và được quản lý chặt chẽ. Nhiều quốc gia ở các khu vực này đã thiết lập khung pháp lý để kiểm soát và giải quyết vấn đề này. Trong khi đó, các quốc gia đang phát triển thường ít chú trọng hơn dù một số đã trải qua quá trình công nghiệp hóa.
Nguyên nhân
Ô nhiễm đất có thể xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau (dưới đây chỉ là một số ví dụ):
- Vi nhựa
- Tràn dầu
- Khai thác và các hoạt động công nghiệp nặng khác
- Sự cố tràn trong các quy trình sản xuất
- Ăn mòn bể chứa ngầm (bao gồm cả đường ống truyền dẫn)
- Mưa axit
- Thâm canh đất
- Hóa chất nông nghiệp như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và phân bón
- Hóa dầu
- Tai nạn công nghiệp và sự cố trong quá trình làm việc
- Mảnh vụn từ các công trình giao thông
- Thoát nước mặt ô nhiễm vào đất
- Đạn dược, chất hóa học và các tác nhân chiến tranh khác
- Xử lý chất thải
- Dầu và nhiên liệu bán phá giá
- Chất thải hạt nhân
- Xả thải công nghiệp trực tiếp vào đất
- Xả nước thải không kiểm soát
- Bãi rác và xả thải trái phép
- Tro than
- Lãng phí năng lượng
Các hóa chất thường gặp gây ô nhiễm bao gồm hydrocarbon dầu mỏ, dung môi, thuốc trừ sâu, chì và các kim loại nặng khác.
Bất kỳ hoạt động nào dẫn đến các dạng suy thoái đất khác (như xói mòn, v.v.) có thể làm tăng mức độ ô nhiễm và làm cho việc khôi phục đất trở nên khó khăn hơn.
Tro than được sử dụng trong các hoạt động sưởi ấm dân dụng, công nghiệp và thương mại, cũng như trong các quy trình công nghiệp như luyện quặng, là nguồn ô nhiễm phổ biến tại các khu vực công nghiệp hóa trước năm 1960. Than tự nhiên chứa chì và kẽm trong quá trình hình thành, cùng với các kim loại nặng khác ở mức độ thấp hơn. Khi than bị đốt cháy, phần lớn kim loại này tập trung trong tro (ngoại trừ thủy ngân). Tro và xỉ than có thể chứa chì, được coi là 'chất thải nguy hại đặc trưng' theo quy định của Hoa Kỳ nếu có hơn 5 mg/l chì chiết xuất bằng quy trình TCLP. Ngoài chì, tro than còn chứa nhiều hydrocarbon thơm đa nhân (PAHs) như benzo (a) anthracene, benzo (b) fluoranthene, benzo (k) fluoranthene, benzo (a) pyrene, indeno (cd) pyrene, phenanthrene, anthracene và nhiều loại khác. Những PAH này được biết là gây ung thư ở người và mức chấp nhận trong đất thường khoảng 1 mg/kg. Tro than và xỉ có thể nhận diện qua các hạt màu trắng trong đất, đất màu xám không đồng nhất, hoặc (xỉ than) sủi bọt với hạt sỏi có lỗ hổng.
Xử lý bùn thải, thường được gọi là chất rắn sinh học trong ngành công nghiệp, đang là chủ đề tranh luận khi được xem xét như một loại phân bón cho đất. Do là sản phẩm phụ từ xử lý nước thải, nó thường chứa nhiều chất ô nhiễm như vi khuẩn, thuốc trừ sâu và kim loại nặng hơn so với các loại đất khác.
Tại Liên minh Châu Âu, việc rải nước thải lên đất đã được cho phép. Dự kiến khối lượng này sẽ tăng gấp đôi lên 185.000 tấn chất rắn khô vào năm 2005. Điều này mang lại lợi ích nông nghiệp nhờ hàm lượng nitơ và phosphat cao. Vào năm 1990/1991, 13% trọng lượng ướt đã được rải lên 0,13% diện tích đất; tuy nhiên, con số này dự kiến sẽ tăng gấp 15 lần vào năm 2005. Những người ủng hộ cho rằng cần kiểm soát chặt chẽ để tránh sự xâm nhập của vi sinh vật gây bệnh vào nguồn nước và đảm bảo không có sự tích tụ kim loại nặng trong lớp đất mặt.
Thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ
Thuốc trừ sâu là các chất dùng để tiêu diệt sâu bệnh. Chúng có thể là hóa chất, tác nhân sinh học (như virus hoặc vi khuẩn), kháng khuẩn, khử trùng hoặc thiết bị dùng để chống lại bất kỳ loại sâu bệnh nào. Các loài gây hại bao gồm côn trùng, mầm bệnh thực vật, cỏ dại, động vật thân mềm, chim, động vật có vú, cá, tuyến trùng (giun tròn) và vi khuẩn, tất cả đều cạnh tranh với con người về thực phẩm, phá hoại tài sản, lây lan bệnh hoặc gây phiền toái. Mặc dù thuốc trừ sâu có lợi ích trong việc bảo vệ cây trồng, nhưng chúng cũng có những hạn chế, chẳng hạn như khả năng độc hại đối với con người và các sinh vật khác.
Thuốc trừ sâu được sử dụng để loại bỏ các sâu bệnh gây hại cho cây trồng. Các loài côn trùng gây hại không chỉ ảnh hưởng đến cây trồng mà còn sinh sống ở vùng nhiệt đới, và một phần ba tổng sản lượng thực phẩm có thể bị mất trong quá trình bảo quản. Thuốc trừ sâu đầu tiên được sử dụng vào thế kỷ XIX là các hợp chất vô cơ như Paris Green và các hợp chất khác của asen. Nicotine cũng đã được sử dụng từ cuối thế kỷ XVIII.
Có hai nhóm thuốc trừ sâu tổng hợp chính:
1. Organoclorin bao gồm các hóa chất như DDT, Aldrin, Dieldrin và BHC. Chúng được sản xuất với chi phí thấp, rất mạnh mẽ và bền lâu. DDT đã được sử dụng rộng rãi từ những năm 1930, đạt đỉnh điểm với 72.000 tấn được sử dụng vào năm 1970. Sau đó, việc sử dụng DDT giảm dần khi các tác hại môi trường được phát hiện. DDT có mặt trên toàn cầu trong cá và chim, thậm chí được phát hiện trong tuyết ở Nam Cực. DDT hòa tan kém trong nước nhưng rất dễ hòa tan trong máu. Nó tác động xấu đến hệ thống thần kinh và nội tiết, khiến vỏ trứng chim thiếu canxi và dễ bị vỡ. DDT được cho là nguyên nhân gây suy giảm số lượng chim săn mồi như ospreys và chim ưng peregrine vào những năm 1950 - hiện nay chúng đang dần hồi phục. DDT có xu hướng tích tụ trên mặt nước vì độ hòa tan trong nước thấp, ảnh hưởng nhiều đến các sinh vật sống ở đó. Mặc dù DDT được phát hiện trong cá và có thể xâm nhập vào chuỗi thức ăn của con người, nồng độ DDT trong mô gan, thận và não thường dưới 1 ppm và trong chất béo là 10 ppm, chưa đến mức gây hại. Tuy nhiên, DDT đã bị cấm ở Anh và Hoa Kỳ để ngăn ngừa sự tích tụ thêm trong chuỗi thực phẩm. Các nhà sản xuất Mỹ vẫn tiếp tục cung cấp DDT cho các quốc gia đang phát triển, nơi mà hóa chất thay thế đắt tiền không phải là lựa chọn và các quy định về thuốc trừ sâu chưa nghiêm ngặt.
2. Organophosphate, chẳng hạn như parathion, methyl parathion và khoảng 40 loại thuốc trừ sâu khác có mặt trên toàn quốc. Parathion có độc tính cao, methyl parathion ít độc hơn và Malathion thường được xem là an toàn vì độc tính thấp và nhanh chóng phân hủy trong gan động vật có vú. Nhóm thuốc này hoạt động bằng cách ngăn cản sự dẫn truyền thần kinh bình thường do cholinesterase bị ức chế không phân hủy được acetylcholine, dẫn đến các cử động cơ không kiểm soát.
Việc xử lý đạn dược và sự thiếu cẩn trọng trong sản xuất đạn dược, do áp lực thời gian, có thể gây ô nhiễm đất kéo dài. Rất ít bằng chứng được công bố về ô nhiễm này do các hạn chế của nhiều quốc gia về việc công khai tài liệu liên quan đến chiến tranh. Tuy nhiên, khí mù tạt được lưu trữ trong Chiến tranh Thế giới thứ II đã làm ô nhiễm một số địa điểm trong hơn 50 năm.
Ảnh hưởng
Sức khỏe
Ô nhiễm đất hoặc đất bị ô nhiễm có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người qua việc tiếp xúc trực tiếp với đất hoặc hít phải các chất ô nhiễm đã bay hơi. Mối đe dọa lớn hơn đến từ sự xâm nhập của chất ô nhiễm vào các tầng nước ngầm sử dụng cho con người, ngay cả ở những khu vực dường như không có nguồn ô nhiễm rõ ràng trên mặt đất. Điều này thường dẫn đến sự phát triển của các bệnh liên quan đến ô nhiễm.
Tác động của ô nhiễm đất đối với sức khỏe con người rất đa dạng, phụ thuộc vào loại chất ô nhiễm, con đường tiếp xúc và độ nhạy cảm của cộng đồng bị ảnh hưởng. Phơi nhiễm lâu dài với crom, chì và các kim loại nặng khác, dầu mỏ, dung môi, cũng như một số loại thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ có thể gây ung thư, rối loạn bẩm sinh hoặc các vấn đề sức khỏe mãn tính khác. Các chất như nitrat và amonia, có nguồn gốc từ phân gia súc trong nông nghiệp, cũng được coi là mối nguy hại cho sức khỏe trong đất và nước ngầm.
Phơi nhiễm lâu dài với benzen ở nồng độ đủ cao đã được liên kết với tỷ lệ mắc bệnh bạch cầu cao hơn. Thủy ngân và cyclodienes có thể gây tổn thương thận nghiêm trọng và một số bệnh không thể đảo ngược. PCB và cyclodienes liên quan đến độc tính gan. Các hợp chất organophosphate và carbonate có thể gây ra một chuỗi phản ứng dẫn đến tắc nghẽn thần kinh cơ. Nhiều dung môi clo hóa gây ra thay đổi gan, thận và suy giảm hệ thần kinh trung ương. Các triệu chứng khác có thể bao gồm đau đầu, buồn nôn, mệt mỏi, kích ứng mắt và phát ban da. Ở nồng độ đủ cao, một số chất ô nhiễm đất có thể gây tử vong qua tiếp xúc trực tiếp, hít phải hoặc nuốt phải chất ô nhiễm trong nước ngầm bị ô nhiễm.
Chính phủ Scotland đã giao nhiệm vụ cho Viện Y học nghề nghiệp thực hiện đánh giá các phương pháp đánh giá rủi ro sức khỏe từ đất bị ô nhiễm. Mục tiêu của dự án là xây dựng hướng dẫn cho các chính quyền địa phương Scotland để xác định liệu các khu vực có thể gây hại đáng kể (SPOSH) cho sức khỏe con người hay không. Dự kiến, kết quả của dự án sẽ là tài liệu ngắn gọn cung cấp hướng dẫn chi tiết về đánh giá rủi ro sức khỏe, dựa trên các hướng dẫn và phương pháp hiện có được xác định là phù hợp và hữu ích. Dự án sẽ xem xét các chính sách hiện tại để xác định mức độ chấp nhận rủi ro và đề xuất phương pháp đánh giá rủi ro không thể chấp nhận theo tiêu chí của SPOSH được định nghĩa trong luật pháp và hướng dẫn của Scotland.
Ảnh hưởng đến hệ sinh thái
Ô nhiễm đất có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho hệ sinh thái. Sự hiện diện của nhiều hóa chất độc hại, ngay cả ở nồng độ thấp, có thể dẫn đến những thay đổi hóa học cơ bản trong đất. Những thay đổi này có thể làm biến đổi hoạt động chuyển hóa của các vi sinh vật và động vật chân đốt trong môi trường đất, dẫn đến mất mát chuỗi thức ăn quan trọng và ảnh hưởng lớn đến động vật ăn thịt hoặc người tiêu dùng. Chất ô nhiễm có thể tích tụ qua các cấp bậc trong chuỗi thức ăn, như trường hợp DDT gây suy yếu vỏ trứng, gia tăng tỷ lệ tử vong của gà và đe dọa các loài. Ô nhiễm đất nông nghiệp có thể làm giảm năng suất cây trồng và tăng nguy cơ xói mòn đất do các loại cây trồng bị suy giảm sức sống. Một số chất ô nhiễm có thời gian phân hủy dài, hoặc tạo ra các hợp chất phụ từ quá trình phân rã.
Giải pháp
Các nhà khoa học môi trường phân tích và xử lý ô nhiễm bằng cách đo lường và sử dụng các mô hình máy tính (GIS trong ô nhiễm môi trường) để theo dõi vận chuyển và fate của hóa chất trong đất. Nhiều công nghệ đã được phát triển để xử lý đất và trầm tích ô nhiễm dầu. Dưới đây là một số chiến lược chính để khắc phục tình trạng ô nhiễm:
- Đào và chuyển đất đến khu vực xử lý cách xa khu dân cư hoặc các hệ thống nhạy cảm, cũng như nạo vét các vũng bùn chứa độc tố.
- Sục khí đất tại chỗ, mặc dù có nguy cơ gây ô nhiễm không khí.
- Khắc phục bằng nhiệt, nâng nhiệt độ dưới bề mặt đủ cao để làm bay hơi các chất ô nhiễm, sử dụng các công nghệ như ISTD, sưởi ấm điện trở (ERH) và ET-DSP.
- Xử lý sinh học, liên quan đến sự phân hủy của các vi sinh vật đối với các hóa chất hữu cơ. Các phương pháp bao gồm chôn lấp đất và sử dụng vi sinh vật từ thị trường.
- Khai thác nước ngầm hoặc hơi dưới đất bằng hệ thống cơ điện và loại bỏ chất ô nhiễm từ dịch chiết.
- Ngăn chặn chất ô nhiễm bằng cách đóng nắp hoặc lát tại chỗ.
- Phytoremediation, sử dụng thực vật như cây liễu để chiết xuất kim loại nặng.
- Mycoremediation, sử dụng nấm để chuyển hóa và tích lũy kim loại nặng.
- Khắc phục trầm tích ô nhiễm dầu bằng các vi hạt không khí tự sụp đổ.
- Ô nhiễm nguồn nước
- Ô nhiễm không khí