Nước ngọt, nước sạch luôn là vấn đề đặc biệt quan trọng với tất cả các quốc gia trên thế giới, dù là các nước phát hiển hay đang phát triển. Ngày này qua ngày khác, có hàng triệu người phải đối mặt với câu hỏi “nguồn nước ở đâu?” và “làm thế nào để có thể tìm thấy và duy trì được nguồn nước”. Thiên tai, hiểm họa ô nhiễm do con người gây ra và sự quản lý yếu kém đã cắt đứt nguồn cung cấp nước an toàn ở nhiều nơi trên thế giới.
Thiên tai thường xảy ra đột ngột và có tác động lớn đến các nguồn nước sẵn có. Lũ lụt, núi lửa, hạn hán, động đất, chiến tranh, dịch bệnh, hỏa hoạn và nhiều vụ tai nạn như tràn dầu, xử lý chất thải là những thảm họa phổ biến nhất ảnh hưởng đến con người và môi trường. Sau hậu quả của các hiện tượng cực đoan như vậy, thường là sự suy giảm về số lượng và chất lượng nước mặt, do đó nước ngầm trở thành nguồn nước cấp chính cho đời sống con người. Nước ngầm cũng đóng vai trò như một chất đệm chống lại sự biến đổi khí hậu khi mực nước mặt xuống thấp.
Tuy nhiên, không giống như nước mặt, nước ngầm không thể phát hiện và quan sát được bằng mắt. Chính bởi điều này mà tồn tại rất nhiều thông tin cần khai thác đối với nước ngầm như: Lượng nước ngầm, nguồn nước ngầm, tính bền vững của nguồn nước ngầm, mức độ chịu ảnh hưởng bởi các tác nhân gây ô nhiễm…Việc có được thông tin nhanh chóng về các nguồn nước mới, đặc biệt là các nguồn nước ngầm, trở nên quan trọng hơn bao giờ hết để đảm bảo an ninh nguồn cung cấp.
Chu trình hình thành và luân chuyển nước ngầm
Kỹ thuật hạt nhân làm “hiện hình” nước ngầm
Vấn đề trên được đặt ra và các kỹ thuật hạt nhân phát huy tác dụng, làm cho thứ “vô hình” có thể “hiện hình”. Thiết bị sử dụng kỹ thuật đánh dấu đồng vị môi trường cung cấp nhanh chóng và đáng tin cậy những thông tin nêu trên. Các đồng vị như đồng vị nitrat rất thích hợp để đánh giá chất lượng nước và theo dõi các nguồn gây ô nhiễm nước; đồng thời, thông tin về nguồn gốc và chu kỳ nước có thể thu được nhanh chóng từ các kỹ thuật sử dụng đồng vị của phân tử nước. Những thông tin cơ bản thu được đóng vai trò quan trọng để tư vấn cho chính phủ và cộng đồng về việc đảm bảo nguồn nước trong các thời kỳ khủng hoảng, cũng như bảo vệ và bảo tồn các khu vực bổ sung nước ngầm.
Mẫu nước ngầm trong lọ nhựa đặt trong máy phân tích mẫu tự động. Đồng vị của các phân tử nước làm hiện diện các vật thể vô hình và cung cấp thông tin quan trọng về nguồn gốc tạo nên 30% lượng nước ngọt có trên trái đất. (Ảnh: D. Calma / IAEA)
Thủy văn đồng vị đã được áp dụng trong rất nhiều dự án trên thế giới hiện nay. Kỹ thuật này được sử dụng để xác định các nguồn nước bền vững có vai trò thay thế các nguồn hiện có. Kỹ thuật thủy văn đồng vị cũng cho phép các cơ quan tham gia vào việc cấp nước, quản lý nước có thể đánh giá lại chiến lược nước ngầm, bảo vệ các khu vực bổ sung và cải thiện chiến lược để sử dụng bền vững hơn. Ngay cả tại các khu vực của Châu Phi, hạn hán ngày càng tăng dẫn đến các vấn đề về an toàn và mức độ sẵn có của nước sạch. Bất chấp sự khan hiếm trên bề mặt, một số khu vực bán khô hạn vẫn có các nguồn nước phong phú ẩn dưới lòng đất.
Ở những khu vực chịu ô nhiễm nguồn nước đang ở mức nghiêm trọng do việc xử lý chất thải bất hợp pháp. Kỹ thuật đồng vị nitrat đã được sử dụng để đánh giá nguồn gốc của khu vực xử lý chất thải đó, tìm ra nguyên nhân gây ô nhiễm và các tác động đến nguồn nước cấp.
Kỹ thuật thủy văn đồng vị
Mỗi phân tử nước có nguyên tử hydro và oxy nhưng chúng không hoàn toàn giống nhau: một số nguyên tử nhẹ hơn và một số nặng hơn. Tất cả các dòng nước tự nhiên hầu như có thành phần đồng vị hydro và oxy khác nhau, vì vậy thành phần đồng vị được sử dụng như là “dấu vân tay” của nước.
Khi nước bốc hơi từ biển, các phân tử nước có đồng vị nhẹ hơn có xu hướng bốc hơi lên trên cao. Khi có mưa, các phân tử có đồng vị nặng hơn sẽ rơi sớm hơn. Đám mây tạo mưa di chuyển càng sâu vào trong đất liền, các đồng vị nhẹ càng chiếm tỷ lệ cao hơn trong thành phần nước. Nước mưa sẽ rơi xuống đất, hồ, sông ngòi và tầng chứa nước. Kỹ thuật thủy văn đồng vị được thực hiện bằng cách đo sự chênh lệch về tỷ lệ giữa các đồng vị nhẹ và nặng, từ đó có thể dự đoán được nguồn gốc của các vùng chứa nước khác nhau.
Sử dụng kỹ thuật đồng vị để phát hiện ra nguồn gốc của vùng nước
Kỹ thuật hạt nhân “bảo vệ” nước ngầm
Ở nhiều vùng bán khô hạn trên thế giới, nước ngầm là nguồn cung cấp nước chính không chỉ cho con người mà còn phục vụ việc tưới tiêu nông nghiệp. Tầm quan trọng của nước ngầm ngày càng tăng lên do nguồn cung cấp nước bị thay đổi từ những hậu quả của biến đổi khí hậu. Việc sử dụng nước ngầm đã tăng lên đến 40% trên toàn cầu. Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng nước trong nông nghiệp lại dưới 50%, ảnh hưởng đến năng suất nông nghiệp và dẫn đến lãng phí nước.
Các nhà khoa học ở Nigeria đã làm việc với Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) và Tổ chức Nông lương Liên hợp quốc (FAO) trong việc phát triển các kỹ thuật canh tác cây trồng với lượng nước sử dụng tối thiểu bằng cách sử dụng hệ thống tưới nhỏ giọt từ nước ngầm. Điều này đã giúp tăng năng suất các loại cây trồng như dưa chuột, dưa hấu và đậu bắp lên 60%, trong khi giảm 45% lượng nước sử dụng so với các phương pháp khác.
Một vấn đề toàn cầu khác là tác động của hệ thống nông nghiệp đến môi trường tự nhiên, đặc biệt là chất lượng nước. Ô nhiễm được tạo ra trong các hệ thống nông nghiệp chủ yếu được chuyển vào môi trường tự nhiên thông qua các con đường nước. Do đó, xác định nguồn và sự vận chuyển của các chất gây ô nhiễm trong nông nghiệp là rất quan trọng để đánh giá và dự đoán tác động của chúng, bảo vệ các nguồn nước ngầm. Một số nghiên cứu điển hình từ cả các nước phát triển và đang phát triển đã chỉ ra rằng kỹ thuật đánh dấu đồng vị ổn định có thể cải thiện việc bảo vệ chất lượng nước mặt và nước ngầm bằng cách tách chúng ra khỏi các nguồn gây ô nhiễm khác.
Từ khóa: đánh dấu đồng vị; kỹ thuật hạt nhân; nước ngầm; nước mặt;
– CMD&DND –
