Ozon và vấn đề thủng tầng ozon

Trong các vấn đề đáng lo ngại về môi trường hiện nay, vấn đề ozon và thủng tầng ozon là một vấn đề bức xúc và nghiêm trọng mang tính chất toàn cầu. Trái Đất rất dễ tổn thương bởi các tia cực tím của bức xạ Mặt Trời và tầng ozon có nhiệm vụ không cho các tia này đến được Trái Đất. Có thể khẳng định, tầng ozon có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự sống trên Trái Đất . Tầng Ozon bị phá hủy dẫn đến ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người và gây mất cân bằng hệ sinh thái. Tầng ozon chính là tấm lá chắn bảo vệ hành tinh của chúng ta.

LỜI MỞ ĐẦU

rong các vấn đề đáng lo ngại về môi trường hiện nay, vấn đề ozon

và thủng tầng ozon là một vấn đề bức xúc và nghiêm trọng mang tính chất toàn cầu Trái Đất rất dễ tổn thương bởi các tia cực tím của bức xạ Mặt Trời và tầng ozon có nhiệm vụ không cho các tia này đến được Trái Đất Có thể khẳng định, tầng ozon có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự sống trên Trái Đất Tầng Ozon bị phá hủy dẫn đến ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người và gây mất cân bằng hệ sinh thái Tầng ozon chính là tấm lá chắn bảo vệ hành tinh của chúng ta

Bài tiểu luận sau đây trình bày những vấn đề cơ bản và quan trọng nhất trong hiện trạng môi trường hiện nay về ozon và thủng tầng ozon

Với mục đích thảo luận, đào sâu nghiên cứu, tìm hiểu, từ đó bổ trợ cho môn học “Hóa môi trường” trong nhà trường Đại Học, Cao Đẳng Chúng tôi, tập thể nhóm 2 lớp Hóa Học K33 trường Đại học Đà Lạt; với chút ít hiểu biết

và cố gắng tìm tòi đã gấp rút hoàn thành bài tiểu luận này

Trong quá trình biên tập không tránh được những sai sót về mặt kĩ thuật trình bày, đánh máy… kính mong quý thầy cô và các bạn sinh viên đồng đạo thông cảm và lượng thứ Chúng tôi rất vui lòng nhận được các ý kiến đóng góp nhằm sửa chữa những khuyết điểm, giúp hoàn thiện bài tiểu luận này

Chúng tôi xin chân thành cám ơn Thầy Phạm Lê Nhân đã giúp chúng tôi hoàn thành bài luận Cám ơn các nguồn tài liệu quý báu khác đã cung cấp một lượng tư liệu lớn cho chúng tôi

Thay mặt nhóm 2 Nguyễn Trần Hữu Vũ

T

CHƯƠNG MỘT: CÁC KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU

I OZON

Ozon (O3) là chất khí có màu lam nhạt (trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn), có mùi hắc đặc trưng Ozon là chất hấp thụ mạnh các tia tử ngoại, tia nhìn thấy và tia hồng ngoại Ozon có khả năng hấp thụ cao nhất ở bước sóng là 254 nm đối với các tia tử ngoại, ở bước sóng là 600 nm đối với các tia nhìn thấy và ở bước sóng là 900 nm đối với tia hồng ngoại Ngoài ra ozon còn có khả năng khử mùi, màu, khử trùng đối với nước và nước thải

Không khí chứa một lượng rất nhỏ ozon có tác dụng làm cho không khí trong lành Với lượng ozon lớn hơn sẽ gây độc hại với con người

Ozon không bền, dễ dàng bị phân huỷ thành Oxi phân tử và Oxi nguyên tử:

Ví dụ: O3= O2 + O

II TẦNG OZON:

Ozon là loại khí hiếm trong không khí gần mặt đất nhưng lại tập trung thành lớp dày ở những độ cao khác nhau trong tầng bình lưu, cách mặt đất khoảng từ 10 – 50 km ở những vĩ độ khác nhau 90% ozon nằm trong khoảng

19 -23 km so với mặt đất, ozon có chức năng bảo vệ sinh quyển nhưng nhiều nghiên cứu cũng cho thấy nó là loại khí độc hại và sự ô nhiễm của ozon sẽ tác

động đến năng suất cây trồng ở mặt đất Tầng khí quyển này hấp thụ 93-99% tia bức xạ có hại từ Mặt Trời

III LỖ THỦNG TẦNG OZON:

Những chỗ loang lổ ozon do bị loãng được hiểu là “lỗ thủng ozon” Lỗ thủng của tầng ozon theo định nghĩa của Cục Môi Trường (EPA) Mỹ là khu vực có hàm lượng ozon thấp hơn 220 đơn vị dobson (DU).Một DU tương đương với 27 triệu phân tử ozon trên một cm2 Tầng ozon ở Mỹ khoảng 300

DU, trong khi đó tầng ozon ở Nam cực ở cuối mùa xuân chỉ còn khoảng 117

DU Ở Nam cực hàm lượng ozon thấp nhất xảy ra ở những khu vực khác nhau, trong những thời điểm khác nhau Kỷ lục thấp nhất của tầng ozon là 88

DU được ghi nhận vào năm 1994

CHƯƠNG HAI: ỨNG DỤNG CỦA OZON VÀ

VAI TRÒ CỦA TẦNG OZON

I Ứng dụng của ozon:

Ozon có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống:

1 Sử dụng trong công nghiệp:

Ozon được sử dụng để tẩy trắng đồ vật và tiêu diệt vi khuẩn Rất nhiều hệ thống nước sinh hoạt công cộng sử dụng ozon để khử vi khuẩn thay vì sử dụng các chất khử truyền thống như clo và brom Trong công ngiệp ozon được sử dụng để:

+ Khử trùng nước uống trước khi đóng chai

+ Phân hủy dầu mỡ và khử các chất gây ô nhiễm có trong nước bằng phương pháp hóa học (sắt, asen, sulfua hidro, nitrit, và chất hữu cơ phức tạp liên kết với nhau tạo ra “màu” của nước)

+ Hỗ trợ quá trình kết tụ (là quá trình kết tụ của các phân tử, được sử dụng trong quá trình lọc để loại bỏ sắt và asen)

+ Làm sạch và tẩy trắng vải (việc sử dụng để tẩy trắng được cấp bằng sáng chế), không làm mất màu tóc và quần áo

+ Hỗ trợ trong gia công chất dẻo (plastic) để cho phép mực kết dính + Đánh giá tuổi thọ của mẫu cao su để xác định chu kỳ tuổi thọ của cả lô cao su

Từ năm 1906 tại Nice – Pháp đã xây dựng nhà máy sản xuất nước đầu tiên sử dụng ozon Tại thành phố Los Angeles, bang California Mỹ có nhà máy xử lý nước uống lớn nhất thế giới, tất cả các loại nước uống đóng chai đều được khử trùng, làm sạch bằng ozon

2 Sử dụng trong y tế:

+ Tiêu diệt vi khuẩn, virut và các loại nấm mốc

+ Khử các bào tử, u nang, men và các loại nấm

+ Tiêu diệt các mầm vi sinh vật gây bệnh trong nước và trong không khí, khử mùi trong không khí

+ Không gây bỏng mắt, không gây ảnh hưởng tới da, mũi và tai

+ Ozon không gây ung thư

Ngoài ra, ozon có thể được sử dụng để ảnh hưởng tới cân bằng chống ôxi hóa-hỗ trợ ôxi hóa của cơ thể, khi đó thông thường cơ thể sẽ phản ứng với sự hiện diện của nó bằng cách sản sinh ra các enzym chống ôxi hóa

3 Ứng dụng trong nuôi trồng thuỷ sản

Ozon giúp loại bỏ vi-rút gây bệnh và làm tôm luôn khỏe mạnh mà không cần đến các loại hóa chất có hại, và giúp các hộ nuôi tôm giống nuôi trồng tôm hữu cơ

+Tăng thu nhập do tăng trọng lượng tôm và tăng cường độ phân hủy đối với các thức ăn thối rữa lắng đọng

+ Tỉ lệ tôm chết thấp hơn đồng nghĩa với việc năng suất sản lượng tôm trong cùng một diện tích ao nuôi

+ Giảm chi tiêu đối với các chất hoạt chất mà lượng tôm trong ao nuôi cần dùng trước đó

+ Tiết kiệm chi phí do điện năng tiêu thụ thấp

+ Hạn chế thay nước, giúp tránh rủi ro do mầm bệnh từ ngoài đưa vào Không những vậy, ozon đem lại sự tiện lợi rất lớn cho cuộc sống thường ngày của con người:

+ Ozon được sử dụng để làm sạch nước thải và các chất thải gây hại + Ozon làm sạch nước giếng và các hệ thống lọc nước uống trong gia đình

+ Hệ thống ozon có thể mang lại sự sống cho các hồ chết do bị ô nhiễm

+ Ozon không gây nổ, gây cháy, trong trường hợp đòi hỏi sự làm sạch cao ozon không tạo thành các sản phẩm khói có hại

+ Ozon không gây hỏng hóc cho mối nối bơm và đường ống dẫn

+ Ozon đem lại sự tiện lợi lớn cho các bể chứa nước và suối nước khoáng Ozon không tồn tại hoặc bị tích tụ trong sản phẩm Ozon được phát

ra bởi máy phát và định lượng vào nước hoặc trong không khí tự động, nó không gây ảnh hưởng tới cân bằng pH của nước, giảm thiểu khả năng điều chỉnh pH Ozon làm giảm trọng lượng chất rắn hòa tan nên không thay nước thường xuyên trong các bể

Vậy, có thể khẳng định rằng ozon chính là một thiết bị bảo vệ môi trường!!

II Vai trò của tầng ozon

Tuy mỏng manh nhưng tầng ozon có vai trò rất quan trọng đối với sự sống trên Trái Đất vì nó hấp thụ phần lớn tia cực tím (UV) của bức xạ Mặt Trời, không cho các tia này đến được Trái Đất Chính vì thế trong lịch sử của giới sinh vật, sự sống chỉ được di cư lên cạn khi trên Trái Đất xuất hiện tầng ozon Do vậy, nếu tầng ozon bị phá hủy sẽ gây tác hại rất lớn đối với mọi sinh vật trên hành tinh

Như chúng ta đã biết, tia bức xạ UV mà Mặt Trời tỏa ra chia làm 3 loại: UV-A (400-315nm), UV-B (315-280nm), và UV-C (280-100 nm) Trong đó, UV-C rất có hại cho con người, UV-B gây tác hại cho da và có thể gây tổn thương tế bào dẫn đến ung thư da Tầng ozon đã giúp cản trở tia bức xạ UV-B

và UV-C, còn hầu hết tia UV-A chiếu được tới bề mặt Trái Đất, nhưng may mắn là tia này ít gây hại cho sinh vật Các nghiên cứu cho thấy rằng cường độ bức xạ UV-B trên bề mặt Trái Đất nhờ sự ngăn cản của tầng ozon trở nên yếu hơn tới 350 tỉ lần so với trên tầng khí quyển

Nếu tầng ozon bị suy giảm, bức xạ UV sẽ đến Trái Đất nhiều hơn và làm tăng bệnh ung thư da, đục thủy tinh thể ở mắt, làm giảm sản lượng lương thực, ảnh hưởng đến hệ sinh thái biển

CHƯƠNG BA: NGUYÊN NHÂN GÂY RA NHỮNG

vỡ kết cấu của nó, làm giảm nồng độ khí ozon

Không những tủ lạnh, máy lạnh cần dùng đến freon mà trong dung dịch giặt tẩy, các loại sơn, bình cứu hoả cũng sử dụng freon và các chất thuộc dạng freon Đây là những hóa chất thiết yếu và trong quá trình sản xuất và sử dụng chúng không tránh khỏi thất thoát một lượng lớn hoá chất dạng freon bốc hơi bay lên khí quyển

Khi CFC đến được tầng bình lưu, dưới tác dụng của tia cực tím nó bị phân hủy tạo ra Clo nguyên tử, và Clo nguyên tử có tác dụng như một chất xúc

tác để phân hủy ozon Cụ thể, các phân tử Cl, F, Br của CFC và halon được biến đổi thành các nguyên tử (gốc) tự do hoạt tính nhờ các phản ứng quang hoá:

Đến giữa thập kỷ 90, thêm một “thủ phạm tích cực” nữa được phát hiện chính là chất thải công nghiệp, đặc biệt là các khí NOx,CO2… Những chất thải loại này vẫn bền bỉ và dai dẳng bay vào bầu khí quyển và làm công việc phá hoại tầng ozon Ảnh hưởng này càng nghiêm trọng hơn khi nền công nghiệp ngày càng hiện đại hóa, đồng nghĩa với quá trình gia tăng mạnh mẽ sản xuất công nghiệp

N2O được tạo ra bằng cách sản xuất phân bón nitơ hay xử lí nước thải, 1/3 tổng lượng N2O thải vào khí quyển là từ những hoạt động của con người như đốt cháy nguyên liệu hóa thạch, sử dụng phân bón gốc nitơ, vận hành các nhà máy xử lí nước thải hay các quy trình công nghiệp khác liên quan đến nitơ Khí này cũng được giải phóng khi vi khuẩn hoạt động trong đất và đại dương phân hủy các hợp chất chứa nitơ Các nhà nghiên cứu cho biết nên giảm việc sử dụng loại hợp chất này để tránh làm mỏng tầng ozon bao quanh Trái đất

Một số loại phân bón được sử dụng tại các nông trại hiện đại làm tăng lượng N 2 O

Mặc dù có khả năng làm suy yếu tương đương nhưng N2O có thể có tác động phá hủy nhiều hơn bởi vì nguồn sản sinh chúng quá phong phú Mỗi năm

có khoảng 10 triệu tấn N2O bị thải ra môi trường, tương đương hơn 1 triệu tấn CFC các loại tại điểm thải cao nhất Do vậy, có thể nói N2O đã “qua mặt” chlorofluorocarbon (CFC) để trở thành loại khí phá hủy tầng ozon mạnh nhất Việc xả khói bụi và các chất hóa học (cacbon monoxide, sulfur dioxide) vào bầu không khí cũng gây ảnh hưởng xấu đến tầng ozon

Khói thoát ra trong các vụ phóng tên lửa có thể bào mòn tầng ozon, tạo điều kiện cho các tia tử ngoại có hại từ Mặt Trời xâm nhập vào Trái Đất Khi phóng các tên lửa dùng nhiên liệu rắn, chúng thải trực tiếp khí Clo ra tầng bình lưu (cách bề mặt Trái Đất khoảng 50 km) Tại đây Clo phản ứng với Oxy để tạo ra Clo oxit - chất có khả năng hủy diệt Ozon

Tên lửa thải ra khí clo trên tầng bình lưu Tại đây clo phản ứng với oxy và tạo ra clo oxit- một

CHƯƠNG BỐN: HIỆN TRẠNG TẦNG OZON TRONG

Năm 1998: Lỗ thủng lớn che phủ 10,5 triệu dặm vuông vào tháng 9 năm

1998 Đó là kích thước lớn kỷ lục trước năm 2000

Năm 2000: Lỗ thủng tầng ozon khổng lồ đạt tới 11,4 triệu dặm vuông

vào tháng 9 năm 2000 Đó là lỗ thủng lớn nhất đã từng đo được Diện tích xấp

xỉ ba lần diện tích nước Mỹ Sau đó, năm 2003, lỗ thủng tầng ozon che phủ 11,1 triệu dặm vuông là lỗ thủng lớn thứ 2

Năm 2001: Vào tháng 9 năm 2001, lỗ thủng tầng ozon bao phủ khoảng 10

triệu dặm vuông Lỗ thủng này nhỏ hơn năm 2000, nhưng vẫn lớn hơn tổng diện tích của Nước Mỹ, Canada và Mêxico

Năm 2002: Lỗ thủng tầng ozon thu hẹp lại và tháng 9 năm 2002 là lỗ

thủng nhỏ nhất từ năm 1998 Lỗ thủng ở Nam Cực năm 2002 không những nhỏ hơn năm 2000 và 2001, mà còn tách ra thành 2 lỗ riêng biệt Kích thước nhỏ có thể do điều kiện nóng ấm không bình thường và sự phân tách có thể do các khu vực thời tiết của tầng bình lưu khác thường

Năm 2003: Lỗ thủng tầng ozon che phủ 11,1 triệu dặm vuông, và là lỗ

thủng kỷ lục đứng thứ hai Năm 2000 là năm lỗ thủng lớn nhất Lỗ thủng lớn

do gió lặng và thời tiết rất lạnh

Năm 2004: Tháng 9 năm 2004, lỗ thủng là 9,4 triệu dặmvuông Lỗ thủng

này nhỏ hơn năm 2003, có thể do thời tiết Cực Nam tương đối ấm

Năm 2005: Lỗ thủng ở tầng ozon phía trên Cực Nam xuất hiện lớn hơn

năm ngoái nhưng vẫn nhỏ hơn năm 2003 Lỗ thủng năm 2005 che phủ khoảng

10 triệu dặm vuông Theo số liệu về thời tiết của Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) cho thấy mùa đông 2005 ấm hơn năm 2003, nhưng lạnh hơn năm

2004 Kích thước lỗ thủng năm 2005 gần mức trung bình năm 1995-2004 Lỗ thủng này lớn hơn năm 2004, nhưng nhỏ hơn năm 2003

Năm 2008: Lỗ thủng tầng ozon ở Nam Cực có diện tích đến 27 triệu km2 Con số này lớn hơn nhiều so với diện tích lớn nhất của nó được ghi nhận năm

2007 là 25 triệu km2

Năm 2011:

24, nov 2011

Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) cho biết lượng ozon trong tầng bình lưu tại Bắc cực đã giảm 80% và trở nên mỏng đến nỗi có thể gọi là “lỗ thủng tầng ozon” như tại Nam cực Như vậy, các vùng Bắc cực như Scandinavia, Greenland và Siberia sẽ phải nhận thêm một lượng tia cực tím nhiều hơn từ Mặt Trời

Tại sao ở Nam cực lại xảy ra lỗ thủng ozon lớn đến vậy? Vào những tháng mùa đông ở Nam Cực trong tầng bình lưu có một luồng khí rất lớn và xoáy mạnh Sự tồn tại luồng khí xoáy này cản trở cho việc pha trộn không khí ở đây với các dòng không khí từ nơi khác di chuyển tới Nhiệt

độ trong luồng khí xoáy rất thấp (-70 đến -80oC) nên hơi nước bị đóng thành các tinh thể băng Các tinh thể băng này hấp phụ các khí như NO, freon… và

có phản ứng tạo ra clo phân tử và những loại khí khác, khi mùa xuân đến, Cl2cùng các loại khí khác giải phóng ra ngoài và tham gia vào các phản ứng phân hủy ozon Đến cuối xuân không còn tồn tại luồng khí xoáy nữa thì khí quyển ở

Ở Bắc cực, luồng khí xoáy không mạnh lắm, do ở bán cầu Bắc có những dãy núi rất cao như Himalaya cản trở việc tạo thành luồng khí xoáy Không khí ở Bắc cực cũng không quá lạnh như ở Nam cực, do vậy nồng độ ozon ở Bắc cực giảm không nhiều như ở Nam cực

CHƯƠNG NĂM: HẬU QUẢ CỦA SỰ SUY THOÁI

bị mù do tia tử ngoại Các tia bức xạ cực tím có năng lượng cao được hấp thụ bởi ozon được công nhận chung là một yếu tố tham gia tạo thành các khối u ác tính (ung thư da) Thí dụ như theo một nghiên cứu, tăng 10% các tia cực tím

có năng lượng cao được liên kết với tăng 19% các khối u ác tính ở đàn ông và 16% ở phụ nữ

- Hủy hoại các sinh vật nhỏ

- Làm mất cân bằng hệ sinh thái động thực vật biển: Chúng ta biết hơn 30% lượng đạm động vật cung cấp cho con người được lấy từ biển nên bất kỳ

sự thay đổi nào của lượng UV-B cũng ảnh hưởng sự phát triển của hệ sinh thái biển Tia tử ngoại UV-B tăng lên có thể làm giảm khối lượng các sinh vật phù

du-nguồn thức ăn của nhiều loài sinh vật biển Sự tăng lên của tia UV-B cũng

có ảnh hưởng nghiêm trọng sự sinh trưởng của các loài cá, tôm, cua và nhiều sinh vật khác, chủ yếu là giảm khả năng sinh sản của chúng Bức xạ UV-B tăng cũng làm thay đổi thành phần các loài

- Làm giảm chất lượng không khí: Suy giảm tầng ozon làm tăng lượng bức

xạ tử ngoại UV-B đến mặt đất và làm tăng các phản ứng hóa học dẫn tới ô nhiễm khí quyển Bức xạ tử ngoại UV-B kích thích tạo thành các phân tử có tác động hóa học mạnh, nhanh chóng tác dụng với các chất khác tạo thành các chất ô nhiễm mới Khói mù và mưa a-xít sẽ tăng lên do các chất tạo thành mưa a-xít tăng lên cùng với sự tăng hoạt động của tia UV-B

- Ở thực vật: Vì quá trình phát triển của cây trồng phụ thuộc rất nhiều vào tia tử ngoại nên khi tăng tia tử ngoại UV-B có thể tác động các vi sinh vật trong đất, làm giảm năng suất lúa và của một số loại cây trồng khác Sự tăng tia UV-B có thể làm giảm khả năng chịu đựng của cây trồng, nếu chiếu tia tử ngoại với liều cao vào ngô, lúa thì năng suất sẽ kém, chất lượng cũng giảm sút

- Tác động đến các loại vật liệu: Bức xạ tử ngoại tăng sẽ làm giảm nhanh tuổi thọ của các vật liệu, làm chúng mất đi độ bền chắc

- Sự phá hủy tầng ozon còn gây ra sự biến đổi về mặt khí hậu bởi lẽ tình trạng gia tăng tia tử ngoại cũng góp phần vào việc tăng cường hiệu ứng nhà kính