Sử dụng kỹ thuật 210Pb trong tính toán tốc độ trầm tích tại khu vực ven biển cửa Ba Lạt (sông Hồng)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

4
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Sử dụng kỹ thuật 210Pb trong tính toán tốc độ trầm tích tại khu vực ven biển cửa Ba Lạt (sông Hồng) trình bày kết quả áp dụng các mô hình tính toán xác định tuổi trầm tích đối với cột mẫu BL13 nhằm đưa ra phương pháp luận chung cho việc xác định tuổi và tốc độ trầm tích của các cột trầm tích tại khu vực ven biển cửa Ba Lạt (Sông Hồng).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sử dụng kỹ thuật 210Pb trong tính toán tốc độ trầm tích tại khu vực ven biển cửa Ba Lạt (sông Hồng)

Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 SỬ DỤNG KỸ THUẬT 210Pb TRONG TÍNH TOÁN TỐC ĐỘ TRẦM TÍCH TẠI KHU VỰC VEN BIỂN CỬA BA LẠT (SÔNG HỒNG) USE OF 210Pb TECHNIQUE FOR CALCULATING SEDIMENTATION RATE IN THE BA LAT COASTAL AREA (RED RIVER) BÙI ĐẮC DŨNG, DƯƠNG ĐỨC THẮNG, DƯƠNG VĂN THẮNG, VƯƠNG THU BẮC, NGUYỄN THỊ THU HÀ, ĐOÀN THÚY HẬU, NGUYỄN THỊ OANH, LÊ ĐÌNH CƯỜNG Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, 179 Hoàng Quốc Việt – Cầu Giấy – Hà Nội Email: dacdung@gmail.com Tóm tắt: Thực hiện Đề tài nghiên cứu cấp Bộ năm 2020-2021 “Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật hạt nhân và đồng vị để nhận diện nguồn gốc và lịch sử phát sinh ô nhiễm hệ sinh thái vùng ven biển cửa Sông Hồng” chúng tôi đã lấy các cột mẫu trầm tích tại khu vực ven biển cửa Ba Lạt (Sông Hồng). Các cột mẫu được lấy trong khu vực Vườn Quốc gia Xuân Thủy, được cắt lát thành các lát mẫu và đo xác định các nhân phóng xạ U, Th, 226Ra, 137Cs và 210Pb. Từ kết quả phân tích chúng tôi đã sử dụng các mô hình tính toán để xác định tuổi trầm tích và tốc độ trầm tích cho từng cột mẫu. Báo cáo này trình bày kết quả áp dụng các mô hình tính toán đối với cột mẫu BL13 nhằm đưa ra phương pháp luận chung cho việc xác định tuổi các cột trầm tích và tốc độ trầm tích tại khu vực ven biển cửa Ba Lạt. Kết quả cho thấy mô hình tốc độ cung cấp không đổi (CRS) có lẽ là mô hình tốt nhất để xác định tốc độ trầm tích. Đối với cột mẫu BL13, việc sử dụng mô hình hỗn hợp bằng cách điều chỉnh lại kết quả của mô hình CRS kết hợp với mốc thời gian tháng 8 năm 1971 (là thời gian xảy ra cơn lũ lịch sử trên Sông Hồng) cho kết quả hợp lý nhất. Tốc độ trầm tích trung bình tại vị trí BL13 trước năm 1960 là khoảng 0,5 cm/năm, từ năm 1960 đến nay tăng cao đáng kể, lên đến giá trị cao nhất là 1,5 cm/năm vào những năm 1970, giảm xuống khoảng 1,0 đến 1,2 cm/năm từ những năm 1980 đến nay. Nguyên nhân thay đổi tốc độ trầm tích có thể là do các thay đổi dòng chính và các cơn lũ lớn trên Sông Hồng trong giai đoạn từ năm 1960 đến năm 1980. Từ khóa: cửa Ba Lạt, 210Pbex, CIC, CFCS, CRS, Mô hình hỗn hợp. Abstract: In implementing the 2020-2021 Ministerial-level research project "Research on the use of nuclear and isotope techniques to identify the origin and history of pollution in the coastal ecosystem of the Red River estuary", we have taken sediment cores in the coastal area of Ba Lat estuary (Red River). The cores were taken in Xuan Thuy National Park area, sliced into sample slices and numbered from the top to the bottom and then analyzing for radionuclides (U, Th, 226Ra, 137Cs and 210Pb. Based on the analysis results, we have tried to use computational dating models to determine the age and sedimentation rate for each sediment core. This report presents the results of applying computational models to the sediment core BL13 that could provide a general methodology for determining the age and the sedimentation rate of the sediment cores taken in the coastal area of Ba Lat estuary. Results show that Constant rate of supply (CRS) model probably is the best model for determining the sedimentation rate. For the sediment core BL13, the use of the Composite model by adjusting the results of the CRS model in combination with the time marker of August 1971 (the time of the historical flood event on the Red River) seems to give the most reasonable results. The average sedimentation rate at the BL13 site before 1960 was about 0.5 cm/year, has increased significantly from 1960, up to the highest value of 1.5 cm/year in the 1970s and then decreased to about 1.0 to 1.2 cm/year from the 1980s to the present. The change in the sedimentation rate could be caused by the main flow changes and large floods on the Red River in the years from 1960 to 1980. Keywords: Ba Lạt estuary, 210Pbex, CIC, CFCS, CRS, Composite Model. 1. MỞ ĐẦU Kỹ thuật hạt nhân và kỹ thuật đồng vị đã và đang được ứng dụng rộng rãi để nghiên cứu về ô nhiễm môi trường biển như ô nhiễm kim loại nặng (KLN), các chất dinh dưỡng, hữu cơ trong trầm tích biển đã được tiến hành rộng khắp thế giới [1-4]. Để nghiên cứu lịch sử phát thải ô nhiễm trong môi trường biển, mẫu trầm tích phải được lấy theo độ sâu bằng dụng cụ, thiết bị lấy nguyên cột trầm tích. Sau đó cột trầm tích được cắt lát mỏng, xử lý, phân tích và tính toán để xác định tuổi của từng lát trầm tích. Một trong các phương pháp xác định tuổi trầm tích là phương pháp xác định tuổi trầm tích bằng kỹ thuật 210Pb. Nguyên lý của phương pháp xác định tuổi trầm tích bằng kỹ thuật 210Pb có thể được tóm tắt như sau: Đồng vị 210Pb là một trong số các đồng vị trong dãy phân rã phóng xạ 238U. Giữa 210Pb và đồng vị mẹ của nó là 226Ra có sự mất cân bằng do sự khuếch tán của đồng vị phóng xạ khí trung gian 222Rn từ mặt đất vào không khí bên trên. Trong khí quyển, 222Rn phân rã thành 210Pb qua một loạt các đồng vị sống ngắn, và sau đó 210Pb rơi trở lại mặt đất hoặc mặt nước. Khi rơi lắng xuống mặt nước, 210Pb lắng xuống lòng hồ, đại dương cùng với trầm tích. Sự vượt trội của 210Pb so với lượng 210Pb cân bằng với 226Ra tại chỗ trong trầm tích được ứng dụng để đánh giá tuổi trầm tích. Lượng 210Pb vượt trội so với 226Ra thường được ký hiệu là 441
Tiểu ban D2: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp và các lĩnh vực khác Section D2: Application of nuclear techniques in industries and others Pb dư, hoặc 210Pbex (hoạt độ 210Pbex = hoạt độ 210Pb – hoạt độ 226Ra). Lớp trầm tích tại bề mặt tiếp xúc 210 bùn/nước sẽ nhận được sự bổ sung 210Pb từ khí quyển cho đến khi bị các lớp trầm tích mới hơn phủ lên. Khi không còn được bổ sung thêm 210Pb, lượng 210Pbex trong lớp trầm tích sẽ giảm đi theo quy luật hàm mũ với thời gian bán rã là 22,26 năm. Quy luật này có thể sử dụng để xác định tuổi của các lớp trầm tích nếu biết giá trị hoạt độ ban đầu của 210Pbex trong mỗi lớp trầm tích tại thời điểm hình thành của nó. Đã có nhiều mô hình tính toán được phát triển để xác định giá trị hoạt độ ban đầu của 210Pbex và qua đó xác định tuổi của từng lát trầm tích cũng như tốc độ trầm tích [5]. Kỹ thuật 210Pb dư đã được công nhận và áp dụng rộng rãi để đánh giá tốc độ lắng đọng trầm tích cho trong các lòng hồ, đầm lầy, trên biển. Kỹ thuật 210Pb dư đã trở thành phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong xác định tốc độ bồi lắng trầm tích hiện đại trong khoảng 100 năm trở lại đây. Trên cơ sở tốc độ bồi lắng trầm tích theo thời gian có thể khôi phục lịch sử ô nhiễm các KLN và các chất ô nhiễm khác [6-9]. Đề tài nghiên cứu cấp Bộ năm 2020-2021 “Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật hạt nhân và đồng vị để nhận diện nguồn gốc và lịch sử phát sinh ô nhiễm hệ sinh thái vùng ven biển cửa Sông Hồng” đã lấy các cột mẫu trầm tích tại khu vực ven biển cửa Ba Lạt (Sông Hồng). Các cột mẫu được lấy trong khu vực Vườn Quốc gia Xuân Thủy, được cắt lát thành các lát mẫu dày 4 cm và đánh số từ trên xuống dưới. Các lát mẫu được chuyển về phòng thí nghiệm, đưa vào các bát sứ để khô tự nhiên sau đó tiếp tục xử lý để phân tích. Các lát mẫu được phân tích xác định các nhân phóng xạ U, Th, 226Ra, 137Cs bằng phổ kế gamma [10] và 210Pb (thông qua 210Po) bằng phổ kế alpha [11]. Từ kết quả phân tích chúng tôi đã sử dụng các mô hình tính toán để xác định tuổi trầm tích và tốc độ trầm tích cho từng cột mẫu. Báo cáo này trình bày kết quả áp dụng các mô hình tính toán xác định tuổi trầm tích đối với cột mẫu BL13 nhằm đưa ra phương pháp luận chung cho việc xác định tuổi và tốc độ trầm tích của các cột trầm tích tại khu vực ven biển cửa Ba Lạt (Sông Hồng). 2. NỘI DUNG 2.1. Đối tượng và Phương pháp nghiên cứu Cột mẫu BL13 được lấy trong khu vực ngập nước (Hình 1) của Vườn Quốc gia Xuân Thủy, là vùng bãi bồi bán ngập nước được hình thành do Sông Hồng bồi tụ mở rộng diện tích về phía biển cho đồng bằng Bắc Bộ ở khu vực cửa Ba Lạt [12]. Cột mẫu BL13 được lấy bằng dụng cụ lấy mẫu lõi trầm tích có đường kính 5,90 cm. Các kết quả nghiên cứu trước đây [13-15] cho thấy tốc độ trầm tích trung bình tại Cửa Ba Lạt dao động trong khoảng 0,18 đến 3,04 cm/năm, trung bình là 0,77 cm/năm. Vì vậy, cột mẫu trầm được lấy đến độ sâu 90-100 cm để có được khoảng thời gian hình thành trầm tích trong vòng 100-120 năm trở lại đây. Các cột mẫu được cắt lát 4 cm/lát để đảm bảo có ít nhất 20 lát mẫu trong mỗi cột mẫu. Các lát mẫu được đánh số từ trên xuống dưới theo độ sâu. Các lát mẫu được chuyển về phòng thí nghiệm, đưa vào các bát sứ để khô tự nhiên sau đó tiếp tục xử lý và phân tích. Trong phòng thí nghiệm, các lát mẫu được phân tích xác định hoạt độ riêng của các nhân U, Th, 226Ra, 137Cs và 210Pb. Từ các kết quả phân tích đã tính được hoạt độ riêng 210Pb dư, hoặc 210Pbex (hoạt độ 210Pbex = hoạt độ 210 Pb – hoạt độ 226Ra) trong từng lát mẫu. Hoạt độ 210Pb dư được sử dụng để tính toán tuổi của từng lát trầm tích bằng các mô hình xác định tuổi trầm tích. Các bước trong việc xác định tuổi trầm tích được thực hiện như sau [9]: a) Xây dựng đồ thị logarit tự nhiên của hoạt độ 210Pb dư, ln(210Pbex), theo độ sâu khối lượng tích luỹ (mass accumulation depth - mi , kg m-2) b) Sử dụng Mô hình thông lượng và tốc độ trầm tích không đồi (Constant Flux Constant Sedimentation - CFCS) để xác định tốc độ trầm tích trung bình. Mô hình này sử dụng đồng thời 02 giả thiết là mật độ 210Pbex rơi lắng trên bề mặt trầm tích (Bq m-2 năm-1) là không đổi theo thời gian và giả thiết là tốc độ trầm tích khối lượng r (kg m-2 năm-1) là hằng số. Khi đó các lát trầm tích sẽ có hoạt độ 210Pbex ban đầu C0 (Bq kg-1) như nhau. 442
Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 BL13 Hình 1. Vị trị lấy cột mẫu BL13. Do tương quan giữa tuổi của lát trầm tích t(i) và độ sâu khối lượng tích luỹ mi được xác định thông qua qua phương trình: m t(i) = i (1) r Nên nếu giả thiết của mô hình CFCS được thỏa mãn, thì khi tăng độ sâu khối lượng tích luỹ, hoạt độ Pbex tại lát thứ i (Ci) sẽ giảm theo hàm số mũ theo phương trình: 210 λ Ci = C0 e−λt(i) = C0 e−λmi /r , hay ln(Ci) = ln(C0) − r mi (2) Trong đó: t(i) là khoảng thời gian kể từ khi lát trầm tích thứ (i) được hình thành (năm); λ là hằng số phân rã của 210Pb và bằng 0.03118 năm-1; Co là Hoạt độ của 210Pbex trong lát trầm tích thứ i vào thời điểm lát này được hình thành (Bq kg-1); Ci là Hoạt độ của 210Pbex trong lát trầm tích thứ i (Bq kg-1). Ta có thể giải phương trình (2) bằng phương pháp hồi quy tuyến tính. Đường hồi quy tuyến tính y = a + bx cắt trục tung tại a = ln(C0 ) và hệ số góc của đồ thị là b = λ/ r. Khi đó C0 = ea và r = λ/b. Độ không đảm bảo đo của C0 và r được xác định từ độ không đảm bảo đo của a và b. Tuổi của lát trầm tích t(i) có thể được xác định thông qua phương trình (1). Mô hình này có thể sử dụng nếu đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa ln(Ci ) và mi có dạng tuyến tính. Khi đồ thị này có dạng tuyến tính theo từng đoạn (có trên 2 đoạn tuyến tính với hệ số góc khác nhau) ta có thể xác định giá trị r trung bình đối với từng đoạn đồ thị và C0 từ giá trị r của đoạn đồ thị tuyến tính trước. Tuy vậy, cần phải thực hiện phương pháp này một cách cẩn thận vì đồ thị có dạng tuyến tính theo từng đoạn có nghĩa là mật độ 210Pbex rơi lắng trên bề mặt trầm tích và C0 có thể thay đổi. c) Áp dụng mô hình CFCS đối với một số lát trên cùng của cột mẫu để xác định hoạt độ 210Pbex ban đầu C0 . Sử dụng Mô hình hoạt độ ban đầu không đổi (Constant Initial Concentration - CIC) để ước lượng tuổi của các lát trầm tích. Tuổi của lát trầm tích thứ (i) được tích theo công thức sau: 1 C t(i) = ln o (3) λ Ci 443
Tiểu ban D2: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp và các lĩnh vực khác Section D2: Application of nuclear techniques in industries and others Cần lưu ý là do 210Pbex có phân rã trong quá trình hình thành lát trầm tích, hoạt độ 210Pbex trung bình trong lát thứ nhất (C1 ) không phải lúc nào cũng tỷ lệ với giá trị C0 . Trên thực tế, chỉ có thể xác định rõ giá trị C0 đối với lớp trầm tích bề mặt. Vấn đề này có thể giải quyết được bằng cách áp dụng mô hình CFCS đối với một số lát trên cùng của cột mẫu. Đường hồi quy tuyến tính cắt trục tung ở điểm a = ln(C0 ), từ đó xác định được C0 = ea và giá trị này được sử dụng để xác định tuổi trầm tích bằng phương trình (3). d) Áp dụng mô hình CFCS đối với một số lát dưới cùng của cột mẫu để xác định tổng mật độ tồn lưu A(j) của 210Pbex (dưới lớp trầm tích thứ (j) khi cột trầm tích quá ngắn và đồ thị hoạt độ 210Pbex không đạt đến giá trị nền). Giả sử ta xác định được giá trị r trung bình bằng mô hình CFCS, ít nhất đối với các lớp đất sâu nhất của lõi trầm tích. Từ kết quả đó, ta có thể tính được mật độ tồn lưu của 210Pbex dưới lớp trầm tích thứ (j) theo Phương trình sau: r.C(j) A(j)= (4) λ Như vậy, tổng mật độ tồn lưu của cột mẫu A(0) có thể được tính như sau: A(0) = δA + A(j) (5) Trong đó: δ(A) là tổng mật độ tồn lưu từ bề mặt tới lát sâu nhất của lõi trầm tích. Từ kết quả xác định A(0) có thể xác định tuổi của các lát trầm tích theo Mô hình tốc độ cung cấp không đổi (Constant rate of supply model - CRS). Giả thiết cơ bản của mô hình này giống như giả thiết số 1 của mô hình CFCS là mật độ 210Pbex rơi lắng trên bề mặt trầm tích (Bq m-2 năm-1) là không đổi theo thời gian, tuy nhiên tốc độ trầm tích khối lượng r (kg m-2 năm-1) có thể thay đổi. Hoạt độ 210Pbex ban đầu và tốc độ trầm tích khối lượng ri tại các lớp trầm tích khác nhau có thể thay đổi nhưng luôn tỷ lệ nghịch với nhau. Tại nhiều khu vực, sự gia tăng nguồn cung trầm tích (ví dụ, do lũ lụt) không đồng nghĩa với sự gia tăng mật độ 210Pbex rơi lắng trên bề mặt trầm tích, và do đó hoạt độ 210Pbex sẽ thấp hơn (do hiệu ứng pha loãng). Tuổi của lát trầm tích thứ (i) được tính theo công thức sau: 1 A(0) t(i) = ln (6) λ A(i) Trong đó: A(0) là tổng mật độ tồn lưu của cả cột trầm tích (Bq m-2); A(i) là tổng mật độ tồn lưu bên dưới lát trầm tích thứ (i) (Bq m-2). e) Từ kết quả tính toán tuổi của các lát trầm tích có thể tính tốc độ trầm tích khối lượng của lát trầm tích thứ (i) (ri , kg m-2 năm-1) như sau: λA(i) Δm(i) ri = = (7) C(i) Δt(i) Và tốc độ trầm tích của lát trầm tích thứ (i) (s, m năm-1) được xác định như sau: Δz(i) Si = Δt(i) (8) Trong đó: Δm(i) là khối lượng lát mẫu (kg); Δz(i) là bề dày lát mẫu (m); Δt(i) là khoảng thời gian hình thành lát mẫu (năm), được tính từ kết quả xác định tuổi các lát trềm tích. f) Sử dụng Mô hình hỗn hợp (composite model) bằng cách biến đổi mô hình CRS (CM-CRS). Nếu biết chính xác hai mốc thời gian tham chiếu, và kết quả tính tuổi bằng kỹ thuật 210Pbex có sự sai lệch lớn so với mốc thời gian tham chiếu, ta có thể sử dụng mô hình CM-CRS để xác định sự thay đổi đối với mật độ 210 Pbex rơi lắng trên bề mặt trầm tích theo thời gian, được đưa ra trong [16] như sau: Sự chênh lệch giữa tuổi xác định được từ mô hình CRS và mốc thời gian xác định được từ các đặc điểm về địa tầng thể hiện sự thay đổi đối với tốc độ cung cấp 210Pbex đối với địa điểm lấy cột mẫu trầm 444
Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 tích. Sự chênh lệch này có thể do nhiều nguyên nhân như: các sự kiện lũ lụt, sụt lún trầm tích, dòng nước xoáy, thay đổi mục đích sử dụng đất. Do đó, trong một giai đoạn ngắn, tốc độ cung cấp 210Pbex có thể cao hơn nhiều so với tốc độ cung cấp trong giai đoạn lắng đọng trầm tích bình thường. Trong trường hợp tốc độ cung cấp 210Pbex tăng như vậy, cả mô hình CRS và CIC đều cho kết quả xác định tuổi không chính xác. Khi có sự chênh lệch giữa tuổi xác định từ các mô hình và phương pháp nêu trên, tốc độ cung cấp 210 Pbex có thể tính từ các mốc thời gian độc lập, được xác định bằng các dấu hiệu đánh dấu địa tầng. Gọi x 1 và x2 là độ sâu của hai lát trong lõi trầm tích đã biết được tuổi là t 1 và t2, mật độ rơi lắng 210Pbex trung bình trong giai đoạn này được tính bởi công thức: λΔA P = e−λt1 −e−λt2 (9) trong đó ΔA là hiệu số mật độ tồn lưu 210Pbex giữa x1 và x2. So sánh với mật độ rơi lắng 210Pbex trong không khí có thể suy đoán được quá trình dẫn đến sự thay đổi đối với mật độ tồn lưu 210Pbex trong trầm tích. Nếu giả thiết mật độ tồn lưu trong giai đoạn trầm tích này là không đổi, ta có thể xác định được tuổi trầm tích hiệu chỉnh và tốc độ trầm tích áp dụng các nguyên tắc của mô hình CRS với mật độ tồn lưu 210 Pbex . Từ các phương trình của mô hình CRS và giá trị P tính được, có thể tính tuổi của lớp trầm tích ở độ sâu x (sâu hơn x1 và nông hơn x2) thông qua công thức sau: P −λt P e = e−λt1 + ΔA(x1 , x) (10) λ λ trong đó ΔA(x1 , x) là hiệu số mật độ tồn lưu 210Pbex giữa x1 và x. Vì để sử dụng công thức này ta đã gán các mốc thời gian t1 và t2 ứng với độ sâu x1 và x2, tuổi xác định được đối với các lớp trầm tích nằm giữa x1 và x2 sẽ không có sai số lớn ngay cả khi tốc độ cung cấp 210Pbex thay đổi. Tốc độ trầm tích khối lượng của lát trầm tích thứ (i) tại thời điểm t có thể được tính theo công thức sau: Pe−λt ri = (11) C(i) 2.2. Kết quả Kết quả phân tích xác định hoạt độ riêng của các nhân 226Ra, 137Cs và 210Pb được đưa ra trong Bảng 1. Bảng 1. Kết quả phân tích các nhân phóng xạ cột mẫu BL13 Tên lát Độ sâu lát STT 226 Ra (Bq/kg) 137Cs (Bq/kg) 210 Pb tổng (Bq/kg) mẫu mẫu (cm) 1 BL13.01 2 33.77 ± 1.31 1.44 ± 0.35 67.23 ± 2.11 2 BL13.02 6 34.16 ± 1.34 1.30 ± 0.21 67.18 ± 2.11 3 BL13.03 10 30.07 ± 1.28 1.44 ± 0.22 59.13 ± 2.29 4 BL13.04 14 35.00 ± 1.41 1.39 ± 0.22 62.96 ± 2.19 5 BL13.05 18 31.82 ± 1.27 1.51 ± 0.21 54.26 ± 3.17 6 BL13.06 22 33.44 ± 1.35 1.78 ± 0.23 51.76 ± 1.95 7 BL13.07 26 33.45 ± 1.36 1.41 ± 0.23 53.81 ± 2.96 8 BL13.08 30 31.82 ± 1.39 1.59 ± 0.23 50.12 ± 2.01 9 BL13.09 34 33.85 ± 1.40 1.45 ± 0.22 49.66 ± 3.11 10 BL13.10 38 34.88 ± 1.26 1.36 ± 0.22 45.78 ± 1.94 11 BL13.11 42 35.09 ± 1.48 1.09 ± 0.42 48.80 ± 3.31 12 BL13.12 46 36.54 ± 1.47 1.38 ± 0.23 46.34 ± 3.25 13 BL13.13 50 36.71 ± 1.46 1.57 ± 0.23 46.82 ± 2.80 14 BL13.14 54 36.82 ± 1.40 1.48 ± 0.23 44.43 ± 1.89 15 BL13.15 58 37.27 ± 1.56 1.66 ± 0.25 47.79 ± 2.06 16 BL13.16 62 36.49 ± 1.43 1.41 ± 0.21 48.74 ± 1.99 17 BL13.17 66 35.29 ± 1.41 1.34 ± 0.30 49.15 ± 3.10 445
Tiểu ban D2: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp và các lĩnh vực khác Section D2: Application of nuclear techniques in industries and others 18 BL13.18 70 36.40 ± 1.50 1.44 ± 0.23 49.42 ± 2.05 19 BL13.19 74 34.22 ± 1.40 1.20 ± 0.32 42.85 ± 1.88 20 BL13.20 78 36.17 ± 1.40 1.06 ± 0.36 48.61 ± 3.13 21 BL13.21 82 34.84 ± 1.43 1.39 ± 0.22 40.17 ± 1.92 22 BL13.22 86 36.18 ± 1.13 1.25 ± 0.16 43.16 ± 1.64 23 BL13.23 90 36.30 ± 1.52 1.28 ± 0.24 38.91 ± 1.68 24 BL13.24 94 35.94 ± 1.38 0.98 ± 0.19 39.23 ± 1.83 Hình 2 và Hình 3 là các đồ thị biểu diễn thăng giáng hoạt độ 210Pbex và 237Cs theo độ sâu. Trên Hình 2 có thể nhận thấy hoạt độ của 210Pbex giảm dần đều từ bề mặt đến độ sâu 54 cm (tương ứng với lát mẫu BL13.14), sau đó lại tăng và giảm không có quy luật và có thể đạt gần giá trị nền (gần bằng sai số) tại độ sâu 90-94 cm. Trên đồ thị hoạt độ của 237Cs theo độ sâu (Hình 3) có thể nhận biết được 02 đỉnh hoạt độ 237 Cs cao tại độ sâu 22 và 58 cm, tương ứng với các lát mẫu BL13.06 và BL13.15. Hình 4 là đồ thị biểu diễn thăng giáng logarit tự nhiên của hoạt độ 210Pb dư, ln(210Pbex), theo độ sâu khối lượng tích luỹ và kết quả áp dụng mô hình CFCS cho cột mẫu BL13. Có thể thấy đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa ln(Ci ) và mi có hai đoạn tuyến tính với hệ số góc khác nhau, thể hiện hai giai đoạn trầm tích với tốc độ trầm tích khác nhau. Đoạn tuyến tính trên (từ bề mặt đến độ sâu 58 cm, m i = 65,66 g cm-2) cho giá trị C0 là 37,88 Bq kg-1 và tốc độ trầm tích khối lượng trung bình là 1,34 g cm -2 năm-1. Đoạn tuyến tính bên dưới cho giá trị tốc độ trầm tích khối lượng trung bình là 0,78 g cm -2 năm-1, thấp hơn gần một nửa so với đoạn phía trên. Sử dụng phương trình (1) cho từng giai đoạn trầm tích để xác định tuổi của từng lát trầm tích, kết quả được đưa ra tại Bảng 2. Kết quả xác định giá trị C0 là 37,88 Bq kg-1 bằng mô hình CFCS cho đoạn tuyến tính bên trên (Hình 4) được sử dụng trong mô hình CIC để tính tuổi của các lát trầm tích theo phương trình (3). Kết quả được đưa ra tại Bảng 2. Từ kết áp dụng mô hình CFCS cho đoạn tuyến tính bên dưới (Hình 4) đã xác định giá trị tốc độ trầm tích khối lượng trung bình là 0,78 g cm-2 năm-1. Kết quả tính toán tổng mật độ tồn lưu A(24) của 210Pbex (dưới lát trầm tích thứ 24) là 372 Bq m-2 và tổng mật độ tồn lưu của cả cột trầm tích A(0) là 17220 Bq m -2. Áp dụng phương trình (6) đã tính được tuổi của các lát trầm tích, kết quả được đưa ra tại Bảng 2. 446
Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 Hình 2. Hoạt độ 210𝑃𝑏𝑒𝑥 theo độ sâu. Hình 3. Hoạt độ 237Cs theo độ sâu. Hình 4. Thăng giáng của ln(210Pbex) theo độ sâu khối lượng tích luỹ và kết quả áp dụng mô hình CFCS cho cột mẫu BL13. Ngoài ra, đề tài cũng đã thử nghiệm sử dụng mô hình CM-CRS để điều chỉnh lại kết quả của mô hình CRS theo các mốc thời gian đã biết. Đối với cột mẫu BL13, đề tài đã thử nghiệm sử dụng các mốc thời gian sau: - Hai đỉnh hoạt độ riêng 137Cs cao, tương ứng với các năm 1986 và 1963 là các năm được ghi nhận có thông lượng rơi lắng 137Cs cao (Hình 3). - Đỉnh có tốc độ trầm tích cao nhất từ Mô hình CRS (Hình 5), tương ứng với mốc thời gian tháng 8 năm 1971, là thời gian xảy ra cơn lũ lịch sử trên Sông Hồng [15], có thể là nguyên nhân làm tăng đột biến lượng trầm tích đổ ra cửa Ba Lạt. Áp dụng phương trình (10) đã tính được tuổi của các lát trầm tích của cột mẫu BL13, kết quả được đưa ra tại Bảng 2. 447
Tiểu ban D2: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp và các lĩnh vực khác Section D2: Application of nuclear techniques in industries and others Bảng 2. Kết quả xác định tuổi (A.D.) các lát trầm tích cột mẫu BL13 bằng các mô hình Độ sâu CM-CRS CM-CRS STT CIC CFCS CRS (cm) (137Cs) (T8.1971) 1 2 2016.7 2019.1 2019.4 2018.4 2019.2 2 6 2016.3 2015.5 2016.0 2012.8 2015.4 3 10 2012.2 2012.0 2012.6 2006.9 2011.7 4 14 2010.9 2008.5 2009.2 2000.3 2007.8 5 18 2003.9 2005.0 2005.9 1993.1 2004.0 6 22 1997.4 2001.7 2003.1 1986.0 2000.6 7 26 2000.8 1998.6 2000.3 1983.5 1997.3 8 30 1997.4 1995.2 1997.0 1980.3 1993.2 9 34 1992.7 1991.7 1993.6 1977.2 1989.0 10 38 1980.8 1988.1 1990.8 1974.6 1985.4 11 42 1988.1 1984.7 1987.9 1972.0 1981.7 12 46 1977.3 1981.7 1985.4 1969.7 1978.2 13 50 1978.3 1978.8 1983.1 1967.6 1975.0 14 54 1969.2 1975.7 1980.7 1965.5 1971.9 15 58 1979.6 1972.3 1977.9 1963.0 1968.8 16 62 1984.5 1966.2 1973.8 1958.9 1964.7 17 66 1988.4 1960.3 1968.4 1953.6 1959.3 18 70 1986.5 1953.9 1961.4 1946.7 1952.3 19 74 1973.2 1947.3 1954.2 1939.4 1945.1 20 78 1985.0 1940.7 1944.3 1930.0 1935.2 21 82 1957.8 1933.9 1933.9 1919.2 1924.8 22 86 1966.4 1928.0 1923.6 1909.3 1914.6 23 90 1934.8 1921.6 1914.0 1899.2 1904.9 24 94 1942.4 1914.7 1904.3 1890.0 1895.3 Từ kết quả tính tuổi các lát trầm tích của mô hình CRS đã tính được tốc độ trầm tích của các lát trầm tích bằng cách sử dụng phương trình (8), kết quả được đưa ra trên Hình 5. Kết quả tính tuổi các lát trầm tích bằng mô hình CM-CRS (T8.1971) cũng được sử dụng để tính tốc độ trầm tích của các lát trầm tích bằng phương trình (8), kết quả được đưa ra trên Hình 6. 448
Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 Hình 5. Tốc độ trầm tích theo thời gian từ kết quả sử Hình 6. Tốc độ trầm tích theo thời gian từ kết quả sử dụng mô hình CRS. dụng mô hình CM-CRS (T8.1971). 2.3. Thảo luận Tổng hợp kết quả sử dụng các mô hình tính toán tuổi cho cột mẫu BL13 được đưa ra trong Hình 7. Từ các kết quả trên Hình 7 có thể nhận xét như sau: - Mô hình hoạt độ ban đầu không đổi (đường biểu diễn CIC age trên Hình 7) có kết quả không phù hợp với giả thiết trong sử dụng mô hình là cột trầm tích không bị xáo trộn nên các lát trầm tích sâu hơn sẽ có tuổi già hơn. Tuy nhiên, khi một lát trầm tích sâu hơn có hoạt độ 210Pbex cao hơn (so với hoạt độ 210Pbex của lát trầm tích bên trên) thì, theo phương trình (3), lát đó sẽ có tuổi trẻ hơn. Mô hình CIC chỉ có thể được sử dụng khi hoạt độ 210Pbex giảm dần đều theo độ sâu. 449
Tiểu ban D2: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp và các lĩnh vực khác Section D2: Application of nuclear techniques in industries and others Hình 7. Tổng hợp kết quả sử dụng các mô hình tính toán tuổi cho cột mẫu BL13 - Mô hình thông lượng và tốc độ trầm tích không đồi (đường biểu diễn CFCS age trên Hình 7) có thể được sử dụng để xác định tốc độ trầm tích trung bình cho từng giai đoạn trầm tích. Kết quả áp dụng mô hình CFCS là tương đối tốt (R2 = 0,9324) đối với đoạn tuyến tính bên trên (từ bề mặt đến độ sâu 58 cm, Hình 4) với giá trị tốc độ trầm tích khối lượng trung bình là 1,34 g cm-2 năm-1. Tuy nhiên, kết quả đối với đoạn tuyến tính bên dưới chưa được tin cậy, đặc biệt khi cột mẫu có nhiều giai đoạn trầm tích thì các điểm kết nối sẽ rất khó xác định. - Mô hình tốc độ cung cấp không đổi (đường biểu diễn CRS age trên Hình 7) cho thấy kết quả xác định tốc độ trầm tích trung bình tương tự như kết quả của mô hình CFCS. Ngoài ra, mô hình CRS còn cho phép tính toán tốc độ trầm tích của từng lát mẫu để thấy được sự thay đổi của tốc độ trầm tích theo thời gian. - Việc sử dụng mô hình CM-CRS để điều chỉnh lại kết quả của mô hình CRS theo các mốc thời gian là hai đỉnh hoạt độ riêng 137Cs cao (đường biểu diễn Composite age (Cs-137) trên Hình 7) cho kết quả chênh lệch lớn giữa tuổi xác định từ mô hình này với tuổi xác định từ mô hình CFCS đối với đoạn tuyến tính bên trên. Có thể do các đỉnh hoạt độ riêng 137Cs là chưa rõ ràng và chưa thể khẳng định các đỉnh này là tương ứng với các năm 1986 và 1963 nên việc sử dụng mô hình CM-CRS cho cột mẫu BL13 là chưa thuyết phục. - Việc sử dụng mô hình CM-CRS để điều chỉnh lại kết quả của mô hình CRS theo mốc thời gian là thời điểm có tốc độ trầm tích cao nhất từ Mô hình CRS, tương ứng với mốc thời gian tháng 8 năm 1971 (đường biểu diễn Composite age (T8.1971) trên Hình 7) cho kết quả khá phù hợp với kết quả xác định tuổi từ mô hình CFCS đối với đoạn tuyến tính bên trên. Có thể nhận định đây là mô hình hợp lý nhất để xác định tuổi cho cột mẫu BL13. Trên các Hình 5 và 6 có thể nhận thấy tốc độ trầm tích trong giai đoạn từ năm 1960 đến nay tăng cao đáng kể. Tốc độ trầm tích trung bình trước năm 1960 là khoảng 0,5 cm/năm, tăng dần lên đến giá trị cao nhất là 1,5 cm/năm vào những năm 1970, giảm xuống khoảng 1,0 đến 1,2 cm/năm từ những năm 1980 đến nay. Các thay đổi về tốc độ trầm tích theo thời gian có thể được giải thích như sau: 450
Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14 Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 - Sông Hồng có đặc trưng tự nhiên là lượng phù sa lớn nên hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) trong nước khá cao, nhất là vào mùa mưa (tháng 4 - tháng 10). Hàm lượng TSS có sự gia tăng mạnh do nước mưa làm xói mòn các hợp chất bề mặt vào môi trường nước [17]. - Từ năm 1960, khi Sông Sò bị đắp đập làm cống ở Ngô Đồng, bờ biển Hải Hậu bắt đầu bị xói lở còn khu vực cửa Ba Lạt vẫn tiếp tục được bồi tụ [12]. Có thể vào mùa lũ cống Ngô Đồng đóng lại để ngăn lũ nên phần lớn phù sa Sông Hồng đổ về cửa Ba Lạt, làm tăng lượng trầm tích và tốc độ trầm tích. - Trước năm 1971, cửa Ba Lạt ở cách vị trí hiện nay khoảng 10 km về phía Bắc. Sau cơn lũ lớn tháng 8 năm 1971, cửa Ba Lạt dịch chuyển xuống phía Nam so với vị trí hiện nay. Cơn bão Kate năm 1973 đẩy các đụn cát chắn dòng chính và Sông Hồng bắt đầu đổ ra cửa Ba Lạt tại vị trí hiện nay [15]. Có thể do lũ lụt và các thay đổi dòng chính Sông Hồng mà tốc độ trầm tích tại cửa Ba Lạt liên tục thay đổi, đặc biệt là trong những năm 1970. - Từ những năm 1980 đến nay tốc độ trầm tích giảm xuống khoảng 1,0 đến 1,2 cm/năm có thể là do việc đắp đập thủy điện Hòa Bình trên Sông Đà (1979-1994) làm ảnh hưởng đến lượng phù sa đổ về cửa Ba Lạt. Tại Sơn Tây, lượng phù sa đổ về Sông Hồng giảm gần một nửa kể từ khi thủy điện Hòa Bình bắt đầu vận hành [15]. 3. KẾT LUẬN Trong môi trường có tốc độ trầm tích thay đổi liên tục theo thời gian như tại khu vực ven biển cửa Ba Lạt không nên sử dụng mô hình CIC trong hầu hết các trường hợp. Mô hình CFCS có thể được sử dụng để ước lượng tốc độ trầm tích trung bình cho từng giai đoạn trầm tích cũng như để xác định được tổng mật độ tồn lưu của cột mẫu. Mô hình CRS có lẽ là mô hình tốt nhất để xác định tốc độ trầm tích. Đối với cột mẫu BL13, việc sử dụng mô hình CM-CRS bằng cách điều chỉnh lại kết quả của mô hình CRS kết hợp với mốc thời gian tháng 8 năm 1971 (là thời gian xảy ra cơn lũ lịch sử trên Sông Hồng) cho kết quả hợp lý nhất. Tốc độ trầm tích trung bình tại vị trí BL13 trước năm 1960 là khoảng 0,5 cm/năm, từ năm 1960 đến nay tăng cao đáng kể, lên đến giá trị cao nhất là 1,5 cm/năm vào những năm 1970, giảm xuống khoảng 1,0 đến 1,2 cm/năm từ những năm 1980 đến nay. Nguyên nhân thay đổi tốc độ trầm tích có thể là do các thay đổi dòng chính và các cơn lũ lớn trên Sông Hồng trong giai đoạn từ năm 1960 đến năm 1980. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Meng W., Qin Y., Zheng B., Zhang L. “Heavy metal pollution in Tianjin Bohai Bay, China”, Journal of Environ- mental Sciencies, 20, 814-819, 2008. [2]. Nobi E.P., Dilipan E., Thangaradjou T., Sivakumar K., Kannan L. “Geochemical and geo-statistical assessment of heavy metal concentration in the sediments of different coastal ecosystem of Andaman Islands, India”, Estuarin, Coastal and Shelf Science, 87, 253-264, 2010. [3]. Buccolieri A., Buccolieri G., Cardellicchia N. “Heavy metals in marine sediments of Taranto Gulf (Ionian Sea, Southern Italy)”, Marine Chemistry, 99, 227-235, 2006. [4]. Farmer J.G. “Metal Pollution in Marine Sediment Cores from the West Coast of Scotland”, Marine Environmental Research, 8, 1-28, 1983. [5]. Ligeroa R.A., Barreraa M., Casas-Ruiza M., Salesb D., López-Aguayoc F., “Dating of marine sediments and time evolution of heavy metal concentrations in the Bay of Ca´diz, Spain”, Environmental Pollution, 118, 97-108, 2002. [6]. Fukue M., Nakamura T., Kato Y., Yamasaki S. “Degree of pollution for marine sediments”, Engineering Geology, 53, 131-137, 1999. [7]. Zourarah B., Maanan M., Carruesco C., Aajjane A., Mehdi K., Freitas M.C. “Fifty-year sedimentary record of heavy metal pollution in the lagoon of Oualidia (Moroccan Atlantic coast) ”, Eustuarine, Coastal and Shelf Science, 72, 359-369, 2007. [8]. Mil-Homens M., Stevens R.L., Boer W., Abrantes F., Cato I. “Pollution history of heavy metals on the Portuguese shelf using 210Pb-geochronology”, Science of the Total Environment, 367, 466-480, 2006. [9]. Sanchez-Cabeza J.A., Ruiz-Fernandez A.C. “210Pb sediment radiochronology: An integrated formulation and classi- fication of dating models”, Geochimica et Cosmochimica Acta, 82, 183–200, 2012. [10]. De Corte F., Umans H., Vandenberghe D., De Wispelaere A., Van den haute P. “Direct gamma-spectrometric meas- urement of the 226Ra 186.2keV line for detecting 238U/226Ra disequilibrium in determining the environmental dose rate for the luminescence dating of sediments”, Appl. Radiat. Isot., 63(5), 589–598, 2005. 451
Tiểu ban D2: Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp và các lĩnh vực khác Section D2: Application of nuclear techniques in industries and others [11]. Martin P. & Hancock G. (1992), Routine analysis of naturally occurring radionuclides in environmental samples by alpha-particle spectrometry, Research Report 7, Supervising Scientist for the Alligator Rivers Region. [12]. Trần Nghi, Trần Thị Thanh Nhàn, Trần Ngọc Diễn, Đinh Xuân Thành, Trần Thị Dung, Nguyễn Thị Phương Thảo, Trần Xuân Trường, Đỗ Mạnh Tuân, Doãn Đình Lâm “Diễn biến bồi tụ - xói lở bờ biển Thái Bình - Nam Định từ Holocen muộn đến nay trong mối quan hệ với tiến hóa các thùy châu thổ và lịch sử sông Sò”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, 34, 4, 116-130, 2018. [13]. Nhon Dang Hoai, Thanh Tran Duc, Huy Dinh Van, Hai Phan Son, Ha Nguyen Manh, Lan Tran Dinh, Duan Xiaoyong, Ve Nguyen Dac “Sedimentation Rates and Heavy Metal Concentrations in the Tidal Flats of North Vi- etnam”, Pol. J. Environ. Stud., 28 (5), 3721-3733, 2019. [14]. Van Santen P., Augustinus P.G.E.F., Janssen-Stelder B.M., Quartel S., Tri N.H. “Sedimentation in an estuarine mangrove system”, Journal of Asian Earth Sciences, 29, 566–575, 2007. [15]. van den Bergh G.D., Boer W., Schaapveld M.A.S., Duc D.M., van Weering, Tj.C.E. “Recent sedimentation and sediment accumulation rates of the Ba Lat prodelta (Red River, Vietnam) ”, Journal of Asian Earth Sciences, 29, 545–557, 2007. [16]. Appleby P. G. (2001), Chronostratigraphic techniques in recent sediments, In: Tracking Environmental Change Using Lake Sediments, vol. 1 (eds. W. M. Last and J. P. Smol), 171– 201. Basin Analysis, Coring and Chronologi- cal Techniques. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands. [17]. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2015), Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2011 – 2015, Hà Nội. 452