Laura E. Erban, Steven M. Gorelick, Howard A. Zebker, Scott Fendorf

Việc gia tăng khai thác nước tại các tầng chứa nước sâu ở vùng Nam và Đông Nam Á được giả thuyết sẽ gây ô nhiễm Asen (As) trong tầng này vốn không bị ô nhiễm tự nhiên. Mặc dầu vậy, quá trình có khả năng gây tổn thương lâu dài này ít được biết đến.

Theo kết quả thống kê của Laura et at. (2013), từ dữ liệu khảo sát hàm lượng As trong các giếng khoan của Cục quản lý tài nguyên nước từ năm 2002 đến 2008, gần 900 giếng khoan ở độ sâu từ 200-250m (tầng chứa nước sâu Pliocene-Miocene) trên một vùng rộng lớn (>1000 km²) thuộc đồng bằng sông Cửu Long, Việt Nam bị ô nhiễm As trên diện rộng. Số lượng giếng khoan có nồng độ As trên 10 mg/L ở tầng sâu (Pliocene–Miocene) cao gấp 7 lần so với ở các tầng nông (Holocene–Pleistocene). Nồng độ As trung bình trong các giếng khoan ở tầng sâu là 20 mg/L, cao gấp 5 lần so với ở các tầng nông (4 mg/L). Tuy nhiên, quy mô và cơ chế của ô nhiễm As trong nước tầng sâu vẫn chưa được nghiên cứu nhiều. Đặc biệt trong vùng nghiên cứu (focus area), 1059 giếng có hàm lượng As vượt quá 10 mg/L và 84% các giếng bị ô nhiễm As là giếng nằm ở độ sâu từ 170-500m.

Cũng từ dữ liệu quan trắc của Cục quản lý tài nguyên nước từ năm 2002 đến 2008, Laura et at. (2013) xác định rằng không có sự trùng hợp về mặt không gian giữa nhóm các giếng tầng nông và nhóm các giếng tầng sâu bị ô nhiễm As. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã ước tính tốc độ thấm theo chiều dọc qua các tầng chứa nước (từ dữ liệu độ cao cột nước tĩnh, độ dày tầng sét và tầng cát) là 0.2 m/năm. Giả sử khoảng cách trung bình giữa các giếng của tầng chứa nước nông và sâu là 100 m, xem xét thời gian di chuyển là 28 năm kể từ khi lắp đặt các giếng khoan. Như vậy, sự di chyển xuống dưới của As hòa tan giữa các tầng chứa nước hầu như không xảy ra.

Việc khai thác nước ngầm từ những năm 1990 đã gây ra hiện tượng hạ thấp mực nước ở tầng sâu Pliocene-Miocene vài centiment, dẫn tới sự nén chặt lớp sét (do nước hỗ trợ các cấu trúc khoáng vật đã bị bơm khai thác). Do đó hiện tượng hạ thấp cao trình mực nước và sụt lún đất xảy ra. Kết quả tính toán từ mô hình 3D mô phỏng sự chuyển tiếp giữa các tầng chứa nước cho thấy cao trình mực nước trong vùng nghiên cứu hạ thấp đến 27 cm từ năm 1988 và tỉ lệ sụt lún đất là 1.1-2.4 cm/năm. Thêm vào đó, kết quả phân tích ảnh rada viễn thám (InSAR) từ năm 2007-2010 vùng này cho thấy việc khai thác nước ngầm quá mức đã gây ra hiện tượng sụt lún đất là 1-3 cm/năm (tương ứng với kết quả mô phỏng từ mô hình 3D ở trên).

Từ những kết quả này nhóm nghiên cứu đã lần đầu đề xuất cơ chế xâm nhập As vào tầng chứa nước sâu dựa theo quan điểm lịch sử phát triển của các tầng chứa nước như sau: Từ giai đoạn Miocen đến nay, các hạt sét giầu As và các hợp chất cacbon được tích tụ rộng rãi. Sau khi chôn vùi, As trong tầng sét cố kết là nguồn liên tục gây ô nhiễm nước lỗ rỗng bị bẫy trong các tầng sét dày. Trải qua hàng triệu năm tích tụ, nồng độ As hòa tan trong lỗ rỗng của các tầng cát chứa nước dễ thấm được giảm xuống (tới mức thấp) do quá trình bình lưu, trộn lẫn và pha loãng. Đồng thời, các lớp sét mất dần lượng chất tan ban đầu để khuếch tán vào mạng lưới các lỗ rỗng giới hạn. Tuy nhiên, quá trình khuếch tán chậm ra khỏi các lỗ rỗng bịt kín, quá trình hòa tan và giải hấp chậm của các hạt sét chứa As giúp duy trì liên tục lượng As hòa tan trong các tầng sét sâu, như đã tìm thấy trong nhiều tầng cách nước cổ (>70 tn. Năm). Trong vài chục năm gần đây khi các tầng chứa nước ngầm sâu vốn có nồng độ As thấp bị khai thác quá mức, sự nén sét xảy ra làm cho nước chứa As hoặc các thành phần linh động khác như các hợp chất hữu cơ hòa tan chứa As bị đẩy khỏi lỗ rỗng (dung tích dòng-chết) trong các lớp sét vào các tầng chứa nước lân cận.

Kết quả nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng cho các nước khác có điều kiện thủy địa hóa tương tự trong khu vực Châu Á và cảnh báo rằng nước dưới đất tầng sâu không phải lúc nào cũng là nguồn nước uống an toàn.

Ái Lê

Xem chi tiết tại đây: http://www.pnas.org/content/110/34/13751.full.pdf