Trong những năm qua, mỗi đợt mưa ở Nam Cực đã mang lại các mảnh vụn trong khí quyển: phấn hoa, tro núi lửa và sự ô nhiễm do con người gây ra. Ô nhiễm ở Nam Cực có thể bắt nguồn từ bán cầu bắc, với các hóa chất dễ bay hơi trôi theo gió đến Nam Cực chỉ trong vài ngày. Halsall, một nhà hóa học tại Đại học Lancaster ở Anh, cho biết: “Những lớp tuyết đó trở thành một kỷ lục ô nhiễm môi trường trong nhiều thập kỷ trở lại đây”.

Cảnh quan băng giá của thế giới cũng báo trước tương lai của môi trường. Khi các tảng băng trôi và sông băng tan chảy, các chất ô nhiễm bị mắc kẹt sẽ được giải phóng trở lại biển, đường thủy và không khí. Băng tan có thể giải phóng các phân tử độc hại làm hỏng hệ sinh thái, cạn kiệt tầng ôzôn hoặc gây rối loạn thời tiết. Và do nhiệt độ toàn cầu tăng lên, ngày càng nhiều cảnh quan đóng băng trên thế giới đang tan dần. Halsall cho biết: “Ở dãy Anpơ và dãy Himalaya, chúng ta đang chứng kiến sự giải phóng các chất gây ô nhiễm đã bị nhốt trong băng trong nhiều thập kỷ. Điều quan trọng là phải biết những gì đang được phát ra”.

Tuy nhiên, việc giải thích cho những gì bị mắc kẹt trong tuyết ở Nam Cực rất phức tạp. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra nước đóng băng ở các cực của Trái đất là điểm nóng của các phản ứng hóa học. Những gì bị mắc kẹt bên trong có thể thay đổi theo thời gian.

Trong một thời gian dài, các nhà khoa học đã giả định điều ngược lại: các chất ô nhiễm đóng băng vẫn trơ. Nhà hóa học Amanda Grannas của Đại học Villanova ở Mỹ cho biết: “Nếu bạn đóng băng một thứ gì đó hoặc làm cho thứ gì đó lạnh hơn, nó sẽ làm mọi thứ chậm lại. Các phân tử di chuyển chậm hơn trong băng rắn và tuyết so với nước lỏng, có nghĩa là chúng ít va chạm hơn, dẫn đến ít cơ hội tham gia phản ứng hóa học hơn. Đó là lý do tại sao đông lạnh thịt sống giúp thịt không bị hư. Đó cũng là lý do tại sao xác của một số voi ma mút lông mịn, khoảng 30.000 năm tuổi, đã nổi lên từ mặt đất đóng băng khi nó tan băng”.

Trong các thí nghiệm, các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều chất ô nhiễm được chiếu sáng bằng cách sử dụng ánh sáng mạnh mô phỏng mặt trời có thể phân hủy trong băng nhanh hơn trong nước lỏng. Vào năm 2020, một nhóm tại Đại học California, đã quan sát thấy guaiacol, một phân tử được tìm thấy trong khói gỗ, có trong thịt xông khói và rượu whisky, phân hủy thành các hợp chất nhỏ hơn trong nước đá nhanh hơn so với trong nước lỏng. 

Vào năm 2022, họ thấy điều tương tự cũng áp dụng cho dimethoxybenzene, một phân tử khác được tạo ra trong khói. Vào tháng 2/2023, Halsall và các đồng nghiệp đã phát hiện ra các chất ô nhiễm trong khói thải ô tô được gọi là hydrocacbon thơm đa vòng cũng phân hủy nhanh hơn trong băng so với trong nước.

Các nhà nghiên cứu cho rằng loạt hoạt động hóa học này trong băng là do một hiện tượng gọi là “hiệu ứng cô đặc đóng băng”. Khi nước nguội đi để tạo thành băng, các phân tử cấu thành của nó xếp thành các tinh thể lục giác. Grannas nói: “Những thứ hòa tan trong nước bị đẩy ra khỏi cấu trúc tinh thể băng đó. Nhìn bằng mắt thường, nó trông giống như một khối băng đông lạnh. Nhưng bằng kính hiển vi, có những túi chất lỏng nhỏ, nơi tập trung các hóa chất khác. Các chất phản ứng đã được dồn vào thể tích nhỏ này cùng nhau, và điều đó làm cho quá trình hóa học diễn ra nhanh hơn rất nhiều”.

Tia cực tím, được tìm thấy trong ánh nắng mặt trời, kích hoạt sự phân hủy hóa học trong các chất ô nhiễm đậm đặc. Không có nó, các hợp chất vẫn tương đối trơ, giống như thực phẩm trong tủ đông. Nhưng dưới sự chiếu sáng của tia cực tím, “nhìn chung, chúng tôi thấy tốc độ phân hủy trong băng nhanh hơn so với trong nước”, Halsall nói. Grannas cho biết tốc độ phân rã tăng tốc này có thể diễn ra rõ rệt hơn trong băng ở các cực, nơi “bạn có thể có 24 giờ ánh sáng mặt trời vào những thời điểm nhất định trong năm. Điều đó thúc đẩy rất nhiều phản ứng hóa học”.

Microplastic, những mảnh nhựa dài dưới 5 mm, cũng phân hủy nhanh hơn trong băng so với trong nước. Các nhà hóa học tại Đại học Trung Nam ở Trung Quốc đã phát hiện ra trong hơn 48 ngày, các hạt vi nhựa có đường kính nhỏ hơn một phần nghìn milimét đã bị hư hỏng trong băng đến mức chúng có thể tồn tại hơn 33 năm ở sông Dương Tử. Chen Tian của Đại học Trung Nam ở Trung Quốc nói: “Các hạt vi nhựa phải mất hàng trăm năm, nếu không muốn nói là hàng nghìn năm để phân hủy”.

Rác thải nhựa là dạng rác thải biển phổ biến nhất với khoảng 10 triệu tấn nhựa thải ra đại dương mỗi năm, phần lớn trong số đó phân hủy thành các hạt vi nhựa. Vì vậy băng ở các cực có thể đang phân hủy các chất này. Điều này có thể giúp các nhà khoa học tìm ra phương pháp phân hủy hạt vi nhựa nhanh hơn. Tuy nhiên, băng cũng có thể khiến nó trở thành chất gây ô nhiễm. Các mảnh nhựa càng nhỏ, chúng càng xâm nhập sâu vào các sinh vật. Các hạt nhựa siêu nhỏ đã được tìm thấy trong não cá, gây tổn thương não.

Halsall cho biết, sự xuống cấp của các chất ô nhiễm khiến cuộc sống trở nên khó khăn hơn. Ông đặc biệt quan tâm đến các chất perfluoroalkyl và polyfluoroalkyl, hay PFAS. Những “hóa chất mãi mãi” này tồn tại trong môi trường và được tìm thấy trong chảo chống dính, dầu động cơ và tất cả các loại sản phẩm tiêu dùng. Vào năm 2017, các cộng tác viên của Halsall đã đi sâu vào Nam Cực để lấy ra một khối tuyết hình trụ dài 10 mét tích tụ từ năm 1958. Các mẫu vật này tiết lộ khí hậu và hoạt động của con người. 

Nhiều công ty hóa chất đã tránh sử dụng PFAS (chuỗi dài hơn) vào năm 2000. Trong tuyết lắng đọng của năm 2000, nhóm của Halsall đã tìm thấy ít chất đó hơn và nhiều hợp chất thay thế của nó, PFAS “chuỗi ngắn hơn”. Halsall nói: “Chúng tôi có thể phát hiện ra lõi tuyết đó khi ngành công nghiệp thay đổi. Nhưng để hiểu chính xác những gì đã được sử dụng khi nào, cũng cần xem xét lượng chất ô nhiễm đã phân hủy, vì điều này có thể giúp giải thích sự khác biệt trong các hóa chất được tìm thấy ở các độ sâu khác nhau.

Những phản ứng do băng gây ra cũng có tác động đối với phần còn lại. Khi các sông băng ở hai cực tan chảy, các chất ô nhiễm do ánh sáng mặt trời xử lý được thải ra môi trường. “Bạn có thể nghĩ, chúng ta đang làm giảm chất ô nhiễm. Đó là một điều tốt”, Grannas nói. “Trong một số trường hợp thì đúng như vậy. Nhưng chúng tôi nhận thấy, đối với một số chất gây ô nhiễm, các sản phẩm mà chúng biến thành thực sự có thể độc hại hơn ban đầu”.

Grannas cho biết việc nghiên cứu cách băng phân hủy các chất ô nhiễm sẽ giúp các nhà nghiên cứu đánh giá các chất mới. “Chúng tôi đang đưa các hóa chất mới vào hệ thống nông nghiệp, dược phẩm, chất tẩy rửa, nước hoa và các sản phẩm cá nhân. Chúng tôi muốn hiểu trước điều gì sẽ xảy ra nếu chúng tôi sử dụng thứ này trên quy mô lớn và thải nó ra môi trường”, Grannas cho biết. Một số chất gây ô nhiễm đó sẽ bị đóng băng trong sông băng hoặc ở các cực và việc theo dõi sự phát triển của các chất hóa học trong băng giúp các nhà nghiên cứu hiểu chính xác hơn về tác động tiềm tàng của chúng. 

Mỹ Linh