Vào những buổi sáng sớm, bầu trời mờ mịt một lớp sương dày đặc khiến nhiều người lầm tưởng đó chỉ là hiện tượng thời tiết chuyển mùa vô hại. Tuy nhiên, giữa sương mù ẩm tự nhiên và sương mù quang hóa độc hại tồn tại một ranh giới rất lớn về bản chất hóa học cũng như mức độ nguy hiểm đối với hệ hô hấp và tim mạch.

Nếu như sương mù thông thường chỉ đơn thuần là các hạt nước li ti ngưng tụ trong không khí khi độ ẩm tăng cao và nhiệt độ giảm, thì sương mù quang hóa lại là một phản ứng hóa học phức tạp giữa các chất ô nhiễm từ khói xe, nhà máy dưới tác động của bức xạ mặt trời [1], [2]. Đây thực chất là một dạng ô nhiễm không khí nghiêm trọng, chứa nồng độ cao khí ozone mặt đất cùng các hạt bụi mịn thứ cấp, có khả năng xâm nhập sâu và gây tổn hại nặng nề cho cơ thể [3], [4].

Bản chất khác biệt: Hơi nước tự nhiên đối đầu hỗn hợp khói độc

Sương mù tự nhiên xuất hiện khi hơi nước trong khí quyển ngưng tụ xung quanh các hạt nhân ngưng kết mây trong điều kiện độ ẩm cao và nhiệt độ hạ thấp vào ban đêm hoặc rạng sáng [5]. Khi mặt trời lên cao và nhiệt độ tăng lên, những hạt nước này sẽ nhanh chóng bốc hơi và tan biến, trả lại bầu không khí trong lành mà không gây tác động tiêu cực tới sức khỏe con người.

Ngược lại, thuật ngữ "smog" vốn được ghép từ hai từ tiếng Anh là "smoke" (khói) và "fog" (sương mù) để mô tả hiện tượng các đợt ô nhiễm không khí làm suy giảm độ trong suốt của khí quyển [4]. Trong lịch sử, sương mù cổ điển kiểu London hình thành vào mùa đông ẩm ướt với nồng độ lưu huỳnh dioxide (SO2) rất cao do đốt than đá quá mức [5]. Trong khi đó, sương mù quang hóa lại là một dạng ô nhiễm hoàn toàn khác, thường xuất hiện vào những ngày nắng ráo, ấm áp tại các đô thị đông đúc [5], [6].

Không khí đô thị thường tích tụ dày đặc các chất ô nhiễm; các hạt sol khí này làm thay đổi sức căng bề mặt của hạt nhân ngưng kết mây, khiến chúng dễ kích hoạt ngưng tụ ngay cả ở mức độ ẩm tương đối thấp hơn so với không khí sạch [5]. Sương mù quang hóa không phải là hơi ẩm thuần túy mà là hỗn hợp gồm ozone tầng đối lưu, nitrogen dioxide (NO2), bụi khô chứa nitrate và sol khí hữu cơ thứ cấp [7], [3].

Cơ chế hình thành: Ánh nắng, giao thông và phản ứng quang hóa

Sự hình thành của sương mù quang hóa đòi hỏi sự hội tụ của ba yếu tố chính: nguồn phát thải nitrogen, các hợp chất hữu cơ bay hơi và ánh nắng mặt trời [2]. Khí thải từ các phương tiện giao thông và hoạt động công nghiệp do đốt nhiên liệu hóa thạch là nguồn cung cấp chủ yếu các tiền chất này vào bầu khí quyển [2].

Chu kỳ trong ngày đóng vai trò quyết định đến mật độ của sương mù quang hóa [2]. Vào đầu ngày, lưu lượng giao thông dày đặc khiến nồng độ oxit nitơ và các hợp chất hữu cơ tăng vọt [2]. Sau những giờ đầu tiên, khi mật độ giao thông giảm dần, các chất này bắt đầu phản ứng tạo thành các dạng oxit nitơ thứ cấp [2]. Đến trưa và chiều, khi cường độ bức xạ mặt trời tăng mạnh, năng lượng ánh sáng kích hoạt phản ứng giữa oxit nitơ và hợp chất hữu cơ, sản sinh ra ozone tầng đối lưu cùng các hợp chất peroxy nitrate [1], [2].

Bên cạnh ánh nắng, các hạt bụi trong khí quyển cũng tác động qua lại với quá trình quang hóa [8]. Những hạt sol khí tán xạ tia cực tím trong tầng biên khí quyển có thể đẩy nhanh các phản ứng quang hóa và tăng cường sinh ra sương mù, trong khi các hạt hấp thụ tia cực tím như bồ hóng và bụi khoáng lại ức chế quá trình này [8]. Tại các đô thị có địa hình lòng chảo hoặc thung lũng sông, vào những ngày ấm áp mùa hè, sự chênh lệch áp suất thấp kết hợp gió yếu khiến luồng khí lạnh từ ngoại ô tràn vào bên dưới khối khí ấm trung tâm thành phố, tạo thành bẫy nghịch nhiệt giữ chặt các chất ô nhiễm lại mặt đất suốt nhiều ngày đến nhiều tuần [2], [4].

Bằng chứng từ phòng thí nghiệm: Tác động tim phổi cấp tính

Những tác động tức thời của sương mù quang hóa đối với hệ tim mạch và hô hấp đã được chứng minh rõ rệt thông qua các nghiên cứu thực nghiệm. Năm 2023, một nghiên cứu trên động vật đã tiến hành cho chuột Wistar-Kyoto tiếp xúc trong 4 giờ với không khí sạch hoặc hai loại sương mù quang hóa nhân tạo bắt nguồn từ tiền chất isoprene hoặc toluene [3].

Trong thử nghiệm này, sương mù bắt nguồn từ isoprene chứa 660 ppb NO2, 335 ppb O3 và 178 microgram/m3 sol khí hữu cơ thứ cấp (SOA); trong khi sương mù từ toluene chứa 380 ppb NO2, 250 ppb O3 và tới 1.250 microgram/m3 SOA [3]. Kết quả đo phế dung ký toàn thân và thăm dò huyết động cho thấy thể tích khí lưu thông chỉ giảm sau khi hít sương mù isoprene, nhưng thời gian hít vào và tổn thương niêm mạc mũi đều tăng lên ở cả hai nhóm tiếp xúc [3].

Đáng chú ý, chỉ có sương mù toluene giàu hạt sol khí hữu cơ mới gây tăng chỉ số PenH (dấu hiệu kích ứng đường thở) và làm tăng độ nhạy cảm với rối loạn nhịp tim khi thử nghiệm với aconitine [3]. Ngược lại, sương mù isoprene lại làm sụt giảm áp lực tâm thất trái [3]. Thử nghiệm này chỉ ra rằng chính tỷ lệ giữa sol khí hữu cơ thứ cấp và các thành phần dạng khí sẽ quyết định mức độ tổn hại nghiêng về đường hô hấp hay hệ thống tim mạch [3].

Sương mù axit và tổn hại mô học: Dấu vết từ môi trường

Sương mù quang hóa không chỉ tồn tại dưới dạng khí khô mà còn có thể tương tác với các giọt ẩm trong không khí để tạo thành sương mù axit nguy hại [7]. Các khảo sát thực địa tại lưu vực Los Angeles (Mỹ) cho thấy những đợt sương mù ngắt quãng có thể bị axit hóa mạnh với nồng độ axit nitric rất cao [7].

Nghiên cứu đánh giá phản ứng sinh lý và sinh trưởng thực vật ghi nhận rằng những biến đổi trực tiếp chỉ diễn ra dưới tác động của các chất ô nhiễm dạng khí (chủ yếu là ozone) hoặc khi tiếp xúc lặp đi lặp lại với sương mù có độ axit cao ở mức pH dưới 2,7 [7]. Các nhà nghiên cứu cũng nhận thấy việc sử dụng buồng lọc than hoạt tính hở ngọn loại bỏ hoàn toàn 100% sương mù ẩm, sau đó giảm dần hiệu quả đối với peroxyacetyl nitrate, ozone, NO2, SO2 cho tới các ion nitrate, amoni và sulfate [7].

Dù tác động lắng đọng của bụi khô đơn thuần vẫn còn nhiều điểm chưa rõ, ozone và sương mù mang tính axit cao đã được xác định là hai tác nhân độc hại hàng đầu có khả năng phá hủy trực tiếp các mô sống tiếp xúc ngoài trời [7].

Nguy cơ xơ hóa phổi và gánh nặng sức khỏe lâu dài

Khi con người hít thở bầu không khí chứa sương mù quang hóa trong thời gian dài, các chất oxy hóa mạnh như ozone và gốc tự do sẽ tấn công trực tiếp vào cấu trúc phổi [1], [4]. Khí ozone và các hợp chất phản ứng được tạo ra từ tương tác giữa ánh nắng, NO2 và hydrocarbon được xếp vào nhóm đặc biệt độc hại đối với hệ hô hấp [4].

Về mặt cơ chế bệnh sinh, các chất ô nhiễm không khí gây ra những vi tổn thương lặp đi lặp lại đối với tế bào biểu mô phế nang [4]. Ở những cá thể nhạy cảm hoặc có quá trình lão hóa tế bào diễn ra sớm, tổn thương này dẫn đến việc kích hoạt bất thường tế bào biểu mô phế nang và các nguyên bào sợi, gây ra quá trình sửa chữa sai lệch và hình thành xơ hóa kẽ quá mức [4].

Khi quá trình này kéo dài, các tế bào biểu mô phế nang loại II (vốn có nhiệm vụ tái tạo bề mặt phế nang) sẽ rơi vào trạng thái "kiệt quệ" và mất khả năng phục hồi cấu trúc bình thường của phổi [4]. Hệ quả là chất nền ngoại bào và collagen sẽ thay thế các phế nang lành lặn, dẫn đến mất diện tích bề mặt trao đổi khí không hồi phục và làm suy giảm chức năng hàng rào phế nang mao mạch, mở đường cho sự phát triển của bệnh xơ phổi vô căn [4].

Xu hướng tương lai và những hiểu lầm thường gặp

Nhiều người lầm tưởng rằng sương mù quang hóa chỉ xuất hiện vào mùa đông hoặc khi trời mù mịt, âm u. Tuy nhiên, các dữ liệu khí tượng chỉ ra rằng dạng sương mù độc hại này phát triển mạnh nhất vào những ngày hè khô ráo, nắng nhiều và ít gió [4], [5]. Một sai lầm phổ biến khác là cho rằng sương mù quang hóa sẽ tan biến an toàn khi nắng lên; thực tế, chính bức xạ cực tím và nhiệt độ cao ban ngày lại là chất xúc tác thúc đẩy nồng độ ozone tầng đối lưu tăng lên mức đỉnh điểm [1], [2].

Các mô hình dự báo khí hậu công bố năm 2011 cho thấy nếu lượng phát thải chất ô nhiễm từ nhiên liệu hóa thạch, đốt sinh khối và nông nghiệp tiếp tục tăng, nồng độ ozone tầng đối lưu sẽ tiếp tục tăng trong vòng 20 đến 40 năm tới tại một số khu vực vĩ độ thấp và trung bình [1]. Nhiệt độ tăng cao không chỉ thúc đẩy giải phóng oxit nitơ từ đất và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi từ thực vật, mà còn làm tăng tốc độ sản sinh ozone tại các vùng ô nhiễm [1].

Bên cạnh đó, các gốc hydroxyl (OH) trong khí quyển – vốn là chất tẩy rửa tự nhiên kiểm soát nhiều loại khí gây hại – được dự báo sẽ giảm trung bình 20% trên phạm vi toàn cầu vào năm 2100 [1]. Điều này đồng nghĩa với việc bầu khí quyển tương lai sẽ ngày càng suy giảm khả năng tự làm sạch, khiến các đợt sương mù quang hóa có xu hướng kéo dài và độc hại hơn [1].

Ai là đối tượng cần đặc biệt thận trọng?

Sự kết hợp giữa sol khí thứ cấp và các chất khí oxy hóa trong sương mù quang hóa khiến nhiều nhóm dân số dễ bị tổn thương gặp nguy hiểm ngay cả khi chỉ phơi nhiễm trong thời gian ngắn [3], [4]:

  • Người mắc bệnh lý hô hấp mãn tính: Những bệnh nhân hen suyễn, bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính (COPD) hoặc xơ phổi có nguy cơ bị kích ứng phế quản cấp tính, co thắt đường thở và suy giảm thông khí nhanh chóng [3], [4].
  • Người có tiền sử bệnh tim mạch: Do các thành phần của sương mù quang hóa có thể làm biến đổi áp lực tâm thất và gia tăng độ nhạy cảm với rối loạn nhịp tim [3].
  • Người cao tuổi và trẻ nhỏ: Người lớn tuổi có các tế bào biểu mô phế nang bước vào giai đoạn lão hóa, khiến phổi dễ bị xơ hóa khi gặp vi tổn thương [4]; trong khi trẻ nhỏ có nhịp thở nhanh và hệ miễn dịch hô hấp chưa hoàn thiện.
  • Người lao động ngoài trời và người tập thể dục buổi sáng: Việc hít thở sâu và liên tục ngoài trời vào những thời điểm ô nhiễm tích tụ sẽ đưa lượng lớn sol khí và khí độc vào tận phế nang [3], [4].

Giải pháp bảo vệ sức khỏe thiết thực trong đời sống

Để giảm thiểu tác động nguy hại từ sương mù quang hóa và phân biệt được với sương mù thông thường, người dân cần chủ động thực hiện các biện pháp phòng ngừa dựa trên các quy luật khí quyển đã được xác lập:

  • Theo dõi chỉ số chất lượng không khí: Trước khi ra khỏi nhà, hãy kiểm tra nồng độ bụi mịn và chỉ số ozone; nếu thấy hiện tượng mù mịt kèm theo chỉ số chất lượng không khí ở mức cảnh báo xấu, đó là dấu hiệu của khói mù quang hóa chứ không phải sương ẩm tự nhiên.
  • Điều chỉnh thời gian sinh hoạt ngoài trời: Tránh tập thể dục hoặc hoạt động thể lực mạnh ngoài trời vào khung giờ cao điểm giao thông buổi sáng và thời điểm nắng gắt buổi trưa/đầu giờ chiều, bởi đây là các mốc nồng độ oxit nitơ và ozone đạt đỉnh [2].
  • Sử dụng trang bị bảo vệ đường thở đúng chuẩn: Khẩu trang vải thông thường không thể ngăn chặn được các loại khí độc và sol khí thứ cấp; nên sử dụng khẩu trang có khả năng lọc bụi mịn chuyên dụng ôm sát mặt khi lưu thông trong giờ cao điểm.
  • Kiểm soát không khí trong nhà: Khi xảy ra các đợt nghịch nhiệt khiến khói mù bị giữ lại nhiều ngày, nên hạn chế mở cửa thông gió hướng ra mặt đường lớn; nếu có điều kiện, hãy sử dụng các thiết bị lọc khí có màng lọc hạt hiệu năng cao kết hợp tầng than hoạt tính để hấp phụ các khí độc và hạt sol khí [7], [2].
  • Lắng nghe cơ thể: Khi xuất hiện các triệu chứng như cay mắt, rát mũi, ho khan kéo dài hoặc tức ngực sau khi đi ngoài đường về, cần vệ sinh mũi họng bằng nước muối sinh lý và đến cơ sở y tế thăm khám nếu triệu chứng khó thở tăng dần [3].

Sương mù tự nhiên chỉ mang lại cảm giác se lạnh và độ ẩm, trong khi sương mù quang hóa lại là mối đe dọa thầm lặng chứa đầy chất oxy hóa và bụi mịn độc hại [1], [3]. Việc chủ động nhận biết điều kiện thời tiết, hạn chế tiếp xúc vào những khung giờ cao điểm quang hóa và áp dụng các biện pháp bảo vệ cá nhân sẽ giúp bạn bảo vệ trọn vẹn lá phổi và hệ tim mạch trước những diễn biến ô nhiễm phức tạp của môi trường hiện đại.