Vai trò của kỹ thuật hạt nhân và đồng vị trong nghiên cứu và ứng phó với biến đổi khí hậu

 

Kỹ thuật hạt nhân và đồng vị phóng xạ là các công cụ hiệu quả trong việc quan trắc phát thải các loại khí nhà kính như carbon dioxide (CO₂), đinitơ monoxit (N₂O) và mêtan (CH₄), nghiên cứu những thay đổi của môi trường đối với đại dương, núi và hệ sinh thái của chúng, đồng thời hỗ trợ xây dựng các biện pháp thích ứng với tình trạng thiếu hụt thực phẩm và nước đang ngày càng trầm trọng do thay đổi các mô hình thời tiết.

Bà Najat Mokhtar, Phó Tổng giám đốc kiêm Trưởng ban Khoa học và Ứng dụng hạt nhân, Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) cho biết: “Các quốc gia trên toàn thế giới ngày càng nhận ra giá trị của việc sử dụng kỹ thuật hạt nhân trong việc đối phó với những thách thức do biến đổi khí hậu và đang khám phá trực tiếp lợi ích của các công nghệ do IAEA thúc đẩy”.

Sử dụng các kỹ thuật đồng vị có thể giúp thu thập được dữ liệu để xác định, quan trắc và quản lý các nguồn phát thải khí nhà kính nhằm hiểu cách chúng được kết nối với những thay đổi trên đất liền, trong đại dương và bầu khí quyển. Sử dụng kỹ thuật hạt nhân có thể xác định chính xác lượng đồng vị và tỷ lệ của chúng, ứng dụng trong truy xuất nguồn gốc, lịch sử, các nguồn đồng vị và những tương tác của chúng trong môi trường. Thông qua các phép đo này, các chuyên gia có thể hiểu rõ hơn về hoạt động của các hệ sinh thái khác nhau. 

Ứng dụng trong nông nghiệp

Một phần tư lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính có nguồn gốc từ nông nghiệp, bao gồm cả phát thải CO₂, CH₄ và N₂O, trong đó N₂O là khí gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu gấp 300 lần so với khí CO₂, có nguồn gốc từ chăn nuôi và phân bón hóa học. Phân bón dư thừa tạo ra N₂O không chỉ góp phần làm trái đất nóng lên mà còn gây ô nhiễm đất và nguồn nước. Kỹ thuật hạt nhân rất hữu ích trong việc đánh giá lượng phát thải khí nhà kính về cả số lượng và chất lượng. Các đồng vị có thể giúp xác định lượng phân bón mà cây trồng hấp thụ, do vậy có thể giúp giảm lượng phân bón và lượng khí thải N₂O.

Ngoài ra, biến đổi khí hậu dẫn đến tình trạng cực kỳ khô hạn ở nhiều quốc gia, do vậy cần hiểu được hạn hán ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng như thế nào trong những điều kiện mới này để có biện pháp tiết kiệm nước. Sử dụng đồng vị có thể đánh giá trạng thái và sự di chuyển của nước trong đất, qua đó hiểu cách thức tạo ra những cây trồng khỏe mạnh trong những điều kiện thay đổi.

Trong tạo giống cây trồng, chúng ta sử dụng tia gamma và tia X để phát triển các giống cây trồng mới có sức đề kháng hoặc chịu hạn, chịu mặn, dịch hại và sâu bệnh. Hạt giống và các nguyên liệu thực vật khác được chiếu xạ để tạo ra những thay đổi di truyền tương tự như đột biến tự phát, dẫn đến cải thiện các giống có năng suất cao và cây trồng thích nghi tốt hơn với biến đổi khí hậu.

Ứng dụng trong nghiên cứu đại dương

 

Đại dương hấp thụ một phần tư lượng CO₂ thải ra trong khí quyển và có khả năng lưu trữ lượng CO₂ nhiều hơn 50 lần so với trong khí quyển. Lượng CO₂ tăng lên dẫn đến axit hóa đại dương, có thể ảnh hưởng đến các sinh vật biển không quen với điều kiện axit, tác động đến toàn bộ hệ sinh thái, chuỗi thức ăn và sau cùng là sinh kế của những cộng đồng sinh vật phụ thuộc vào đại dương. Khi nước trở nên quá chua, môi trường sống của sinh vật sẽ bị phá hủy.

Kỹ thuật hạt nhân và đồng vị được sử dụng để đánh giá khả năng lưu trữ carbon của đại dương, tác động của quá trình axit hóa đối với các sinh vật biển, những thay đổi trong quá khứ về độ axit của đại dương và những tác động đến các kịch bản khí hậu trong tương lai. Các đồng vị bền có trong tự nhiên được sử dụng để nghiên cứu chu trình tuần hoàn của cacbon, bao gồm nguồn gốc và số lượng chất hữu cơ.

Ứng dụng trong đánh giá trữ lượng tài nguyên nước

 

Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến các nguồn tạo mưa và sự phân bố mưa trên toàn thế giới, dẫn đến những thay đổi dòng chảy của sông và việc bổ cấp nước ngầm. Sử dụng kỹ thuật thủy văn đồng vị có thể hiểu được cách thức các tầng chứa nước ngầm được bổ cấp và mức độ dễ bị tổn thương của chúng trước biến đổi khí hậu. Dữ liệu thu được giúp quản lý, bảo vệ và bảo tồn hệ thống nước ngầm. Bên cạnh đó, kỹ thuật thủy văn đồng vị giúp kiểm tra thành phần đồng vị của hydro và oxy trong nước. Do các thành phần đồng vị của nước liên quan đến thời gian và những nơi có mưa, kỹ thuật này có thể theo dõi nước đến từ đâu, do đó có thể bảo vệ nguồn nước đó.
 

 

Sử dụng những đồng vị khác để xác định tuổi của nước trong các hệ thống tầng nước ngầm khác nhau. Bằng cách đánh giá tuổi của nước, các nhà khoa học có thể đề xuất các phương pháp quản lý tốt nhất các nguồn cung cấp nước để đảm bảo tính bền vững lâu dài của chúng.

Đồng vị Nguyên tử của mỗi nguyên tố hóa học có số proton, neutron và electron đặc trưng. Những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác số nơtron là những đồng vị có cùng tính chất hóa học nhưng khác nhau về khối lượng và tính chất vật lý. Có hai loại đồng vị là đồng vị bền, không phát ra bức xạ và đồng vị không bền, còn gọi là đồng phóng xạ.