Khái Niệm Và Nguồn Gốc Hình Thành Trầm Tích Biển

Phương trình (1.13) được gọi là phương trình cơ bản trong phương pháp chuẩn hóa k0-INAA [1].

Với những ưu điểm của phương pháp k0, các phòng thí nghiệm NAA của Cơ

quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) và Cộng đồng kinh tế châu Âu (EEC) đã khuyến cáo dùng k0 như một phương pháp chuẩn trong nhiều đối tượng nghiên cứu. Với vai trò quan trọng như vậy, phương pháp k0-INAA đã và đang ngày càng được nghiên cứu phát triển và hoàn thiện [1].

1.2. Giới thiệu về trầm tích biển

Trong tự nhiên trầm tích biển là môi trường sống của các loài thủy sinh học, nguồn hấp thụ dinh dưỡng của các loài thực vật biển, mỗi sự tác động lên môi trường biển đều có thể được biểu hiện thông qua sự thay đổi về thành phần tính chất của trầm tích, rõ nhất là sự thay đổi của hàm lượng của các nguyên tố chứa trong trầm tích. Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu, điều kiện tự nhiên và đường bờ biển của mỗi quốc gia, thông thường nghiên cứu về trầm tích biển thường được sử dụng như một công cụ hữu ích để các nhà khoa học tìm hiểu một số thông tin quan trọng về vùng biển khảo sát như xác định tốc độ bồi lắng của trầm tích thông qua việc xác định vị trí của đồng vị phóng xạ (137Cs) xuất hiện từ các vụ thử bom hạt nhân hay từ vụ nổ lò phản ứng Chernobyl, định tuổi trầm tích sử dụng 210Pb, nghiên cứu trầm tích để phục vụ công tác dò tìm khoáng sản hoặc dầu mỏ dưới lòng biển, đánh giá chất lượng hệ sinh thái trong vùng biển, xác định cấu trúc địa tầng, v.v… Trong khuôn khổ khóa luận này tác giả chủ yếu đề cập tới nghiên cứu về đối tượng trầm tích ở một số địa điểm ven bờ biển thuộc hai tỉnh Bạc Liêu và Cà Mau nhằm mục đích chính để đánh giá mức độ ô nhiễm của các nguyên tố, tìm hiểu và đưa ra một vài nguyên nhân chính gây nên sự ô nhiễm lên trầm tích biển.

1.2.1. Khái niệm và nguồn gốc hình thành trầm tích biển

Trầm tích biển là một dạng vật chất không hòa tan trong nước biển chủ yếu là các hạt cát sỏi, các mảnh vụn vô cơ, hữu cơ được vận chuyển từ đất liền ra biển bởi các dòng nước và gió hoặc do sự tác động của thủy triều, mặt khác trầm tích biển có thể

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 76 trang tài liệu này.

là phần còn lại của các sinh vật biển sau khi phân hủy hoặc các sản phẩm từ sự phun trào của hoạt động núi lửa ngầm dưới lòng đại dương, do sự kết tủa của các khoáng chất trong lòng biển, và các vật chất từ bên ngoài vũ trụ rơi xuống lòng đại dương. Lâu dần các vật chất này tích tụ và lắng đọng lại trên bề mặt đáy biển [6].

Phần lớn các dạng trầm tích tồn tại dưới đáy biển có nguồn gốc tự nhiên như tro bụi, nham thạch sinh ra từ hoạt động phun trào của núi lửa, đất đá do quá trình bào mòn dưới sự tác động của mưa gió hoặc các dòng sông ở lục địa chảy ra biển, một số các trầm tích có nguồn gốc từ sinh vật sống trong lòng biển hay các hạt bụi và mảnh vỡ từ bên ngoài vũ trụ. Tuy nguồn gốc hình thành khác nhau nhưng nhìn chung trong tự nhiên quá trình hình thành trầm tích dưới đáy biển có quan hệ mật thiết với các yếu tố tự nhiên như thủy triều, sóng biển và các dòng hải lưu. Kích cỡ các hạt trầm tích phản ánh độ sâu của mực nước biển, kích cỡ cho thấy sự khác nhau về năng lượng trong quá trình dịch chuyển của các hạt trầm tích. Do sự khác biệt về kích cỡ hạt trầm tích ở mỗi độ sâu khác nhau là không giống nhau nên người ta thường chia trầm tích trong tự nhiên làm hai loại đó là trầm tích biển lục địa và trầm tích biển khơi.

Đặc điểm của trầm tích biển lục địa hay còn được gọi là trầm tích thềm lục địa, được giới hạn trong khoảng độ sâu từ 100 đến 200 m gần bờ biển. Trầm tích biển lục địa hình thành trong quá trình tích tụ và bồi lắng của các hạt đất đá được mang ra từ các dòng sông do sự tác động bào mòn của mưa, gió lên bề mặt lớp vỏ trái đất. Tuy chỉ bao phủ khoảng 25% diện tích bề mặt đáy biển nhưng trầm tích lục địa chiếm hơn 90% thể tích của tất cả các loại trầm tích biển khác gộp lại. Dựa trên vùng hoạt động của thủy triều và sóng biển trầm tích biển lục địa được chia làm hai loại là trầm tích vùng duyên hải và trầm tích thềm lục địa. Trầm tích vùng duyên hải được giới hạn trong khoảng độ sâu 20 - 30 m và rộng một vài ki-lô-mét, bao gồm các vịnh, vùng rìa các đảo và các bãi biển. Sự khác biệt về đặc tính kích thước và thành phần cấu tạo của trầm tích vùng duyên hải phụ thuộc vào ba yếu tố: (i) tốc độ dòng chảy của các con sông ở lục địa, (ii) các yếu tố tự nhiên như thủy triều, sóng và gió, (iii) phụ thuộc vào sự thay đổi của mực nước biển. Mối quan hệ giữa ba yếu

tố trên ảnh hưởng tới các mẫu trầm tích biển thu được. Mặt khác trầm tích thềm lục địa là vùng trầm tích nằm trong khoảng giữa trầm tích biển khơi và trầm tích vùng duyên hải, sự hiện diện của trầm tích thềm lục địa phản ảnh sự tăng của mực nước biển. Đại đa số các hạt trầm tích biển lục địa có kích cỡ hạt lớn và thành phần cấu tạo chủ yếu là từ hợp chất của Al - Silicats hoặc đất đá. Nhìn chung trầm tích biển lục địa có tốc độ lắng đọng tương đối cao.

Trầm tích biển khơi chiếm khoảng 75% bề mặt đáy biển, được hình thành do quá trình lắng đọng của các hạt đất đá hay các mảnh vụn vô cơ hoặc hữu cơ ở độ sâu khoảng 3000 đến 4000 m dưới đáy biển. Đặc điểm của trầm tích biển khơi là kích cỡ các hạt mịn và có tỉ lệ lắng đọng tương đối thấp. Dựa vào thành phần cấu tạo hóa học chúng ta có thể chia trầm tích biển khơi thành hai loại chính: trầm tích có nguồn gốc hữu cơ và nguồn gốc vô cơ. (i) trầm tích có nguồn gốc hữu cơ được tạo thành từ quá trình phân hủy xác các loài động vật và thực vật sống trong lòng biển, thành phần chủ yếu trong trầm tích hữu cơ chủ yếu là CaCO3 và SiO2. Nguồn đóng góp canxi cacbonat vào trầm tích đa số từ tảo đơn bào, sinh vật nguyên sinh, thực vật phù du và các loài ốc biển, sên biển. Sự đa đạng của chủng loại trầm tích hữu cơ tùy thuộc vào đặc tính sinh học của các loài sinh vật biển sống trong khu vực đó. (ii) trầm tích có nguồn gốc vô cơ chủ yếu là các hợp chất của nhôm silicat và các hợp chất Oxit kim loại như Mn, Fe, Cu. Nguồn gốc trầm tích vô cơ có thể được chia làm hai thành phần chính. Thứ nhất là trầm tích có nguồn gốc từ trầm tích biển lục địa do các dòng hải lưu mang tới, loại thứ hai có nguồn gốc do các hoạt động địa chất hay các phản ứng hóa học xảy ra trong lòng đại dương.

1.2.2. Thành phần cấu tạo hóa học và khoáng chất trong trầm tích

Về mặt cấu tạo hóa học và khoáng chất, thành phần hóa học hiện diện trong trầm tích phụ thuộc chủ yếu vào nguồn gốc hình thành và đặc tính của từng vùng biển khác nhau. Theo đó thành phần cấu trúc hóa học và khoáng chất của trầm tích phụ thuộc vào bốn nhóm trầm tích sau: Thành phần trầm tích có nguồn gốc lục địa, thành phần trầm tích có nguồn gốc sinh vật, thành phần trầm tích có nguồn gốc từ

sự lắng đọng hay kết tủa hóa học và cuối cùng là thành phần trầm tích có nguồn gốc từ bên ngoài vũ trụ.

a) Thành phần trầm tích có nguồn gốc lục địa: là dạng trầm tích có nguồn gốc từ sự di chuyển của các hạt đất đá do sự phong hóa hay bào mòn của các yếu tố tự nhiên lên lớp bề mặt lục địa, bụi khí, nham thạch từ hoạt động phun trào của núi lửa từ đất liền. Phần lớn trầm tích có nguồn gốc lục địa lắng đọng chủ yếu trong vùng biển gần bờ, vùng cửa sông. Chúng bao phủ khoảng gần 45% diện tích bề mặt đáy biển, thành phần khoáng chất chủ yếu là hợp chất của SiO2 như các tinh thể thạch anh, hoặc hợp chất của nhôm như đất sét. Tốc độ lắng đọng của trầm tích có nguồn gốc từ lục địa dưới đáy biển khoảng gần 1/1000 (m/năm).

b) Thành phần trầm tích có nguồn gốc sinh vật: là những trầm tích có cấu tạo chủ yếu là hóa thạch hoặc những phần còn lại của sinh vật sống trong lòng biển sau khi bị phân hủy. Tốc độ lắng đọng của trầm tích có nguồn gốc sinh học vào khoảng 1/1000 (cm/năm) và kích cỡ hạt trung bình thường khoảng 0,005 mm. Vì đặc tính kích thước nhỏ nên trầm tích có nguồn gốc sinh vật thường tồn tai dưới dạng bùn là chủ yếu, bao gồm hai loại bùn chính là bùn Silicat và bùn đá vôi với thành phần hóa học chính theo thứ tự là CaCO3và SiO2 hoặc SiO2.nH2O.

Bùn Silicat với thành phần chính là Silic, bao phủ khoảng 15% bề mặt đáy biển. Có nguồn gốc chủ yếu từ tảo và các loài thực vật biển, sự phân bố của bùn Silicat phản ảnh đặc tính sinh học của mỗi vùng biển.

Bùn đá vôi bao phủ khoảng ~ 50% bề mặt biển, thành phần chính của bùn đá vôi là CaCO3. Bùn đá vôi bắt nguồn tự quá trình phân hủy của các loài động vật sống trong biển, chủ yếu là các loài giáp xác, san hô. Thành phần CaCO3 có tính tan mạnh theo độ sâu, tại những nơi có áp suất cao hoặc trong môi trường Axit, do vậy bùn đá vôi chủ yếu được tìm thấy tại những vùng nước nông nơi có nhiệt độ môi trường cao.

c) Thành phần trầm tích có nguồn gốc từ sự kết tủa hóa học: được hình thành từ sự kết tủa của các kim loại không hòa tan tạo thành các Manganese nodule (thành

phần cấu tạo chủ yếu là 25% Mn, 5% Fe, 1% Ni, 1.5% Cu và một số các kim loại khác) hoặc một số được kết tủa dưới dạng các hợp chất muối vô cơ không tan tồn tại trong lòng biển. Ở nhiệt độ cao hoặc tại những khu vực nơi có sự vận động mạnh của lớp vỏ trái đất như tại các khu vực giao nhau của các mảng lục địa hoặc tại các miệng núi lửa nằm sâu dưới đáy đại dương, các ion kim loại bị oxi hóa và xảy ra phản ứng hóa học với một số các gốc oxit axit tạo thành các muối vô cơ chủ yếu là các muối gốc sulfide, photphat, hoặc các hợp chất của kim loại. Với tỉ lệ lắng đọng rất thấp khoảng 1/1000 (mm/năm). Trầm tích có nguồn gốc từ sự kết tủa thường được tìm thấy ở vùng biển sâu hoặc đáy biển với tỉ lệ không quá 1% tổng số trầm tích đáy biển.

d) Thành phần trầm tích có nguồn gốc từ bên ngoài vũ trụ: là những trầm tích bắt nguồn từ những sự va chạm của các các thiên thạch và bụi ngoài vũ trụ với bề mặt trái đất, Một phần trong số các thiên thạch và bụi khí không bị đốt cháy ở hết tầng khí quyển rơi xuống bề mặt đại dương, sau đó các vật chất này sau một thời gian khá dài tích tụ và lắng đọng lại thành trầm tích, trầm tích có nguồn gốc vũ trụ chủ yếu được tìm thấy tại những vùng biển sâu và với tỉ lệ lắng đọng cực kì thấp vào khoảng 1/106 (mm/năm), do vậy số lượng trầm tích có nguồn gốc vũ trụ tồn tại dưới đáy biển chỉ chiếm là một phần rất nhỏ (~ 0%) và không đáng kể so với các trầm tích dưới đáy biển. Vì có nguồn gốc từ bên ngoài vũ trụ nên thành phần chủ yếu là các hợp chất của Fe-Ni và Mn [6].

1.2.3. Một số tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm của các nguyên tố trong mẫu trầm tích biển

Để đánh giá mức độ ô nhiễm của một số nguyên tố hóa học chứa trong trầm tích, ngoài việc xác định hàm lượng của các nguyên tố bằng các phương pháp phân tích, người ta còn sử dụng một số tiêu chuẩn nhằm đánh giá hàm lượng của các nguyên tố, từ đó có thể đánh giá mức độ ô nhiễm của môi trường thông qua mẫu trầm tích. Các phương pháp thường được sử dụng như xác định hệ số làm giàu (EF), chỉ số lắng đọng địa chất (Igeo), hệ số nhiễm bẩn (Cf), hệ số lắng đọng sinh học (BAF),

đánh giá hệ sinh thái thông qua kim loại nặng độc, v.v.. Trong khuôn khổ khóa luận này tác giả sử dụng hai phương pháp bổ trợ để đánh giá mức độ ô nhiểm của hàm lượng các nguyên tố trong phân tích mẫu trầm tích đó là:

a) Hệ số làm giàu EFx: hệ số làm giàu EFx dùng để đánh giá mức độ phì nhiêu của một nguyên tố nào đó có trong mẫu phân tích so với hàm lượng ban đầu của nguyên tố đó trong môi trường tự nhiên. Đây là một trong những công cụ tiện lợi và đơn giản để đánh giá mức độ ô nhiễm dựa trên tỉ số hàm lượng của nguyên tố x và nguyên tố so sánh trong mẫu phân tích với tỉ số hàm lượng của nguyên tố x và nguyên tố so sánh trong nền trầm tích biển tự nhiên (background) [7], thường được sử dụng để so sánh giữa các vùng khác nhau. Nguyên tố so sánh dùng để xác định hệ số EFx thường là Al, Fe, Sc vì hàm lượng của các nguyên tố này rất cao và ít biến động trong tự nhiên. Theo đó hệ số EF của nguyên tố x chứa trong mẫu trầm tích sử dụng nguyên tố so sánh M được tính theo công thức sau:

[x]/[M]

EFx =

[x]/[M]

sample background

(1.14)

Trong đó: [x]/[M]sample là tỉ số hàm lượng của nguyên tố x và nguyên tố so sánh M chứa trong mẫu phân tích; [x]/[M]Background là tỉ số hàm lượng của nguyên tố x và nguyên tố so sánh M trong tự nhiên [8, 9].

Hệ số EFx được sử dụng để đánh giá sự khác biệt giữa các nguyên tố có nguồn gốc trong tự nhiên với nguồn gốc do hoạt động của con người. Từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của hoạt động của con người lên môi trường biển. Để đánh giá độ giàu của các nguyên tố chứa trong mẫu trầm tích người ta chia thành năm thang đo khác nhau dựa trên chiều tăng của hệ số EFx:

 EFx < 2 : Ít hoặc làm giàu ở mức tối thiểu,

 2 < EFx < 5 : Làm giàu ở mức trung bình,

 5 < EFx < 20 : Làm giàu mức độ đáng kể,

 20 < EFx < 40 : Làm giàu ở mức cao,

 EFx > 40 : Làm giàu ở mức cực kì cao.

Khi giá trị EFx tăng đồng nghĩa với việc có sự đóng góp từ một nguồn nào đó làm tăng hàm lượng nguyên tố x trong mẫu trầm tích, có thể là nguyên nhân từ hoạt động sản xuất của con người.

b) Chỉ số lắng đọng địa chất Igeo: Chỉ số lắng đọng địa chất đã được sử dụng một cách rộng rãi để đánh giá mức độ nhiểm bẩn của các nguyên tố hoặc mức độ ô nhiễm môi trường biển. Chỉ số lắng đọng địa chất của nguyên tố trong trầm tích biển được xác định như sau:

Trong đó :

I geo = Log 2 (

C x ) 1,5×B x

(1.15)

Cx (μg/g) là hàm lượng của nguyên tố x có trong mẫu phân tích, Bx (μg/g) là hàm lượng của nguyên tố x có trong trầm tích trước khi nhiễm bẩn [K.K Turekian và

K.H. Wedepohl 1961] [7]. Hệ số 1,5 chỉ sự ảnh hưởng tối thiểu của sự biến thiên theo chiều tăng trong mẫu tham khảo (backgound). Dựa theo chiều tăng của Igeo mức độ nhiểm bẩn của nguyên tố trong mẫu trầm tích được đánh giá dựa trên 7 mức:

 Igeo < 0 : Không bị nhiểm bẩn,

 0 ≤ Igeo < 1 : Không bị nhiễm tới nhiểm bẩn ở mức trung bình,

 1 ≤ Igeo < 2 : Nhiểm bẩn ở mức trung bình,

 2 ≤ Igeo < 3 : Mức độ trung bình hoặc nhiễm bẩn cao,

 3 ≤ Igeo < 4 : Nhiễm bẩn ở mức cao,

 4 ≤ Igeo < 5 : Nhiễm bẩn từ cao tới rất cao,

 Igeo ≥ 5 : Mức nhiễm bẩn rất cao.

Dựa vào mỗi mức độ khác nhau trong thang đo Igeo người ta có thể đánh giá được mức độ nhiểm bẩn của từng nguyên tố trong mẫu trầm tích từ đó đánh giá mức độ ảnh hưởng của chúng lên môi trường tự nhiên [9].

Chương 2 THỰC NGHIỆM

2.1. Quá trình chuẩn bị mẫu phân tích, mẫu chuẩn và lá dò

a) Bản đồ khu vực lấy mẫu:

Hình 2.1. Bản đồ khu vực lấy mẫu trầm tích biển

- Core GH01: cách bờ biển huyện Đông Hải, tỉnh Bạc Liêu 120m, ở độ sâu nằm giữa vùng thủy triều lên và xuống. Thời điểm lấy mẫu lúc 17 giờ ngày 18/10/2009.

- Core 160408-1: cách bờ biển huyện Đông Hải, tỉnh Bạc Liêu 3,5km, ở độ sâu cách mặt biển 2m. Thời điểm lấy mẫu lúc 16 giờ 58 phút, ngày 16/4/2008.

- Core 160408-2: cách bờ biển huyện Đông Hải, tỉnh Bạc Liêu 8,5km, ở độ sâu cách mặt biển 8,8m. Thời điểm lấy mẫu lúc 18 giờ 15 phút, ngày 16/4/2008.