CHƯƠNG 1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU ĐỊA HÓA MÔI TRƯỜNG VŨNG VỊNH 1. Trên thế giới Các vũng vịnh có vai trò quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng, là đối tượng nghiên cứu, điều tra, đánh giá về điều kiện tự nhiên, tài nguyên, môi trường, trong đó có địa hóa môi trường.
Các nghiên cứu này mang lại hiệu quả cao trong việc đánh giá hiện trạng, giám sát biến động tài nguyên - môi trường, giảm thiểu tai biến thiên nhiên tại các vũng vịnh và vùng phụ cận, đóng góp không nhỏ vào quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội. Mỹ đã có những nghiên cứu rất chi tiết về địa hóa môi trường các vịnh Texas, San Fransico. Mexico đặc biệt quan tâm đến địa hóa môi trường trầm tích đáy vịnh Mexico City sau sự kiện cá trong vịnh chết hàng loạt vào năm 2004. Các nghiên cứu chuyên về phân bố các nguyên tố vi lượng trong trầm tích các vịnh trên thế giới đã thu hút được sự chú ý của nhiều nhà khoa học.
Kết quả nghiên cứu địa hóa vịnh Neward, bang New Jersey của Mỹ cho thấy hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong trầm tích đáy vịnh biến đổi rất mạnh, nhưng đặc biệt cao tại các khu vực có tốc độ lắng đọng trầm tích cao và trầm tích đáy vịnh đã bị ô nhiễm bởi As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn [84]. Kết quả nghiên cứu trầm tích vịnh Manila, Philippin cho thấy do tác động nhân sinh dẫn đến tập trung cao Pb, Cd, Zn và Cu nhưng hàm lượng không ổn định [124]. Đánh giá ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa và phát triển kinh tế đến chất lượng môi trường trầm tích vịnh Xiamen, Trung Quốc cho thấy sự tập trung hàm lượng của Cu, Pb, Zn, Cd, Cr, Ni và Fe phụ thuộc vào nguồn ô nhiễm, trong đó có hai nguồn chính là nước thải đô thị và nước thải từ các cảng thương mại [147]. Nhiều nghiên cứu khác cũng chỉ ra đặc điểm tích tụ của các nguyên tố vi lượng trong trầm tích các vịnh và hoạt động nhân sinh làm gia tăng tình trạng ô nhiễm nguyên tố vi lượng như ở vịnh Taranto của Italy [89], vịnh Izmit [123] và vịnh Saros, Thổ Nhĩ Kỳ [130].
6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Môi trường địa hóa và hàm lượng các nguyên tố vi lượng thường có mối liên hệ mật thiết với hàm lượng các chất hữu cơ trong trầm tích (TOC, TN, và tổng photpho). Một trong những phương pháp hiện đại để nghiên cứu chu trình sinh địa hóa của C, N và xác định nguồn gốc của các chất hữu cơ trong môi trường biển là sử dụng δ13C và δ15N, đặc biệt là tại các cửa sông và vũng vịnh ven bờ. Hơn nữa, sử dụng phương pháp δ13C kết hợp với nghiên cứu TOC, TN có thể giúp xây dựng lại được điều kiện cổ khí hậu, cổ địa lí của môi trường, cũng như thiết lập lại mực nước biển tương đối trong quá khứ. Kết quả nghiên cứu đối với vịnh Lingding của Trung Quốc cho thấy vật chất hữu cơ trong trầm tích của vịnh chủ yếu có nguồn gốc từ đất liền và chế độ thủy động lực đóng vai trò quan trọng trong việc phân bố vật chất hữu cơ [104].
Nghiên cứu trầm tích vịnh Trieste (Italy) cho thấy nguồn vật chất hữu cơ từ đất liền chiếm đến 90 % ở cửa sông Isonzo và giảm xuống còn 10 % ở trung tâm của vịnh, trong khi đó ở phần phía nam của vịnh nguồn vật chất hữu cơ do các sông nhỏ mang đến chiếm từ 32 - 44 % [122]. Kết quả nghiên cứu δ13C trong trầm tích của vịnh Papua (Papua New Guinea) cho thấy rằng có đến 70 % lượng vật chất hữu cơ và hơn 40 % lượng trầm tích tầng mặt trong vịnh là có nguồn gốc từ đất liền [83]. Ở Việt Nam và trong khu vực vịnh Tiên Yên Từ năm 1922, các nghiên cứu địa chất biển Việt Nam, trong đó có địa hóa về cơ bản mới được tiến hành. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu về địa hóa biển trong thời gian này cho đến năm 1975 vẫn còn rất sơ lược.
Nghiên cứu địa hóa biển bắt đầu được tiến hành với quy mô lớn và đồng bộ trong các chương trình nghiên cứu tổng hợp biển vào những năm 1976 - 1980, 1981 - 1985, 1986 - 1990 [61, 62]. Tuy nhiên, các nghiên cứu về địa hóa biển Việt Nam mới chỉ thực sự được chú ý từ năm 1990 trở lại đây [29, 36, 63, 71]. Sau đó, các nghiên cứu tập trung vào đặc điểm địa hoá môi trường nước và trầm tích biển nông, đánh giá chất lượng, tiềm năng, mức ô nhiễm nước và trầm tích cũng như các giải pháp quản lý sử dụng đới ven biển trên cơ sở nghiên cứu địa hóa môi trường [8, 17, 18]. Từ năm 1990 đến năm 2001, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên kết hợp với 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trung tâm Địa chất và Khoáng sản Biển đã thực hiện đề án “Điều tra địa chất - khoáng sản, địa chất môi trường và tai biến địa chất biển ven bờ Việt Nam (0 - 30 m nước), tỉ lệ 1:500.
Kết quả đã đánh giá sơ lược đặc điểm địa hóa môi trường biển ven bờ Việt Nam bao gồm toàn bộ các vũng vịnh ven bờ của Việt Nam, trong đó vịnh Tiên Yên được tiến hành nghiên cứu năm 1997, tuy nhiên do tỉ lệ điều tra nhỏ nên kết quả còn nhiều hạn chế [29]. Đặc điểm địa hóa môi trường các vũng vịnh vùng biển Nam Trung Bộ cũng đã được điều tra và đánh giá sơ bộ trong công trình “Điều tra địa chất, khoáng sản, địa chất môi trường và tai biến địa chất vùng biển Nam Trung Bộ từ 0 - 30 m nước tỉ lệ 1:100.000 và một số vùng trọng điểm tỉ lệ 1:50. Năm 2007, đề tài “Lập bản đồ hiện trạng địa chất môi trường vùng biển Hải Phòng - Quảng Ninh từ 0-30m nước, tỉ lệ 1:100.000 và vùng biển trọng điểm Bạch Long Vỹ, tỉ lệ 1:50.000”, lần đầu tiên đã đưa ra được bức tranh địa hóa môi trường nước và trầm tích vịnh Tiên Yên ở tỉ lệ 1:100. Trong những năm gần đây, các nghiên cứu, điều tra tổng hợp về vũng vịnh Việt Nam, trong đó có địa hóa môi trường đã được chú trọng và đạt được nhiều thành tựu.
Công trình “Đánh giá hiện trạng, dự báo biến động và đề xuất giải pháp sử dụng hợp lý tài nguyên một số vũng vịnh chủ yếu ven bờ biển Việt Nam” [64] đã đánh giá tổng quan về địa hóa môi trường các vịnh Bái Tử Long và Chân Mây, từ đó đề xuất các giải pháp sử dụng bền vững tài nguyên vũng vịnh. Công trình nghiên cứu “Điều tra đánh giá tài nguyên môi trường các vũng vịnh trọng điểm ven bờ phục vụ phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường” [45] đã đánh giá đặc điểm địa hóa môi trường vịnh Tiên Yên và vịnh Cam Ranh ở tỉ lệ 1:50. Kết quả của nghiên cứu này đã chỉ ra rằng nước vịnh Tiên Yên đã bị ô nhiễm dầu và có nguy cơ ô nhiễm nguyên tố vi lượng Pb, Sb, trầm tích đã bị ô nhiễm hợp chất hữu cơ polychlorinated byphenyls. Tuy nhiên, nghiên cứu này mới chỉ tập trung vào trầm tích tầng mặt và chưa có kết quả nghiên cứu trầm tích bãi triều ở sâu hơn.
Đặc biệt, nghiên cứu này còn chưa có đánh giá về vật chất hữu cơ trong trầm tích và xác định nguồn gốc của chúng. Các nghiên cứu chuyên biệt về nguyên tố vi lượng trong các vũng vịnh ven 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bờ Việt Nam cho thấy có mối liên hệ giữa sự gia tăng hàm lượng nguyên tố vi lượng trong trầm tích biển với sự gia tăng phát triển kinh tế trên đới bờ gây suy thoái môi trường, suy giảm đa dạng sinh học [65, 66, 73, 74] và gia tăng sự tích lũy trong sinh vật [3, 16, 19, 20, 73]. Ngoài các nghiên cứu địa chất môi trường và địa hóa môi trường như trên còn phải kể đến các công trình nghiên cứu liên quan đến địa hóa môi trường của khu vực vịnh Tiên Yên và vùng phụ cận như đánh giá môi trường phục vụ quy hoạch nuôi trồng thủy sản huyện Tiên Yên [30], huyện Hải Hà [32], xây dựng mô hình sinh thái cho phát triển bền vững Sá sùng và Bông thùa [34]. Kết quả của các đề tài này đã đánh giá chất lượng trầm tích các bãi triều nhằm phục vụ cho công tác nuôi trồng thủy sản.
Gần đây, khi thực hiện luận án tiến sĩ địa chất, Nguyễn Thị Thục Anh (2006) [1] đã đánh giá đặc điểm trầm tích, sự phân bố các nguyên tố vi lượng và hiện trạng ô nhiễm trong trầm tích bãi triều cửa sông ven biển đến độ sâu khoảng 0,6 m khu vực Quảng Ninh và Hải Phòng. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng trầm tích bãi triều khu vực cửa sông Ba Chẽ và Hà Cối đã bị ô nhiễm các nguyên tố vi lượng Cu, Pb, As, Zn, Cr so với ISQGs của Canada [2]. Tuy nhiên, công trình này mới chỉ nghiên cứu trên phạm vi hẹp ở các cửa sông Tiên Yên và Đầm Hà, thiếu hẳn các nghiên cứu về trầm tích tầng mặt trong toàn vịnh. Mặc dù các tỉ số đồng vị bền δ13C và δ15N đã và đang được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu địa hóa, địa chất, môi trường biển trên thế giới, nhưng ở Việt Nam, các phương pháp này vẫn còn khá mới, các công trình nghiên cứu liên quan còn ít và kết quả rất hạn chế như nghiên cứu về chuỗi thức ăn [101], nguồn gốc vật chất hữu cơ trong đới bờ [106], hiện tượng nước trồi [114].
Gần đây và đáng chú ý nhất là công trình ứng dụng δ13C trong việc xác định nguồn gốc vật chất hữu cơ trong trầm tích và xây dựng lại môi trường lắng đọng vật chất hữu cơ trong hệ sinh thái rừng ngập mặn tại cửa Ba Lạt [134-138, 140, 139]. Như vậy, có thể thấy vịnh Tiên Yên đã thu hút được sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu địa hóa môi trường mới chỉ tập trung ở 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phần trầm tích bãi triều, chưa có kết quả nghiên cứu chi tiết về địa hóa trầm tích tầng mặt trong toàn vịnh và địa hóa trầm tích theo chiều sâu. Đặc biệt, các nghiên cứu này chưa chú trọng vào việc đánh giá nguồn gốc vật chất hữu cơ, mức độ tích lũy các nguyên tố vi lượng trong trầm tích.