ĐỀ TÀI : Ozon và thủng tầng ozon pps

I.2 Mục tiêu của bài báo cáo: ü Tìm hiểu về tầng ozon trong khí quyển vị trí, chức năng… ü Giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và phân hủy ozon ü Nguyên nhân vì sao tầng

ĐỀ TÀI

Ozon và thủng tầng

ozon

OZON VÀ THỦNG TẦNG OZON

Mục Lục

CHƯƠNG I

MỞ ĐẦU 2

I.1 Tầng ozon cần thiết với chúng ta như thế nào? 2

I.2 Mục tiêu của bài báo cáo: 2

I.3 phạm vi nghiên cứu : 2

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ TẦNG OZON 3

II.1.Giới thiệu chung về ozon và tầng ozon trong khí quyển 3

II.2 Ozon 4

II.2.1 Tính chất vật lý của ozon 4

II.2.2 Tính chất hóa học: 4

II.2.3 Sự tạo thành ozon:……… ……… 6

II.2.4 Ứng dụng và độ độc hại của ozon 5

II.3 Tầng ozon 6

II.3.1 Vai trò của tầng ozone 7

a Ôzon ở tầng bình lưu 7

b Ôzon ở tầng đối lưu 7

II.3.2 Quá trình phân huỷ ozon trong khí quyển 8

II.3.3 Nguyên nhân của việc thủng tầng ozone .10

II.3.4 Hiện trạng về tầng ozone và các hiệp ước bảo vệ tầng ozone .12

II.3.4.1 Hiện trạng: 12

II.3.4.2 Các hiệp ước bảo vệ tầng ozone 13

CHƯƠNG 3: KHÍ CFC & LỖ THỦNG TẦNG OZONE 16

III.1Tổng quan về khí CFC 16

III.2.Nguyên nhân hình thành khí CFC 18

III.3.Cơ chế phân hủy ozon của khí CFCs 19

III.4.Ảnh hưởng khí CFCs đến tầng ozone 20

CHƯƠNG 4 HẬU QUẢ& BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU CÁC YẾU TỐ GÂY THỦNG TẦNG OZONE 21

IV.1 Hậu quả 21

IV.2 Biện pháp: 22

CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

Bảng III.1: Các chất CFC chủ yếu………17

Bảng III.2: Các số liệu một số hợp chất CFC gây lỗ thủng tầng Ozone…… 18

Bảng IV.1: Tác động của Ozon đối với thực vật ……….22

Bảng IV.2: Tác động của Ozon tới sức khoẻ của con người……… 22

CHƯƠNG I

MỞ ĐẦU

I.1 Tầng ozon cần thiết với chúng ta như thế nào?

Tầng ozone rất quan trọng đối với sự sống trên Trái đất vì nó hấp thụ phần lớn tia cực tím của bức xạ mặt trời, không cho các tia này đến được Trái đất Nếu tầng ozone 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 (cataract), làm giảm sản lượng lương thực, ảnh hưởng đến hệ sinh thái biển

I.2 Mục tiêu của bài báo cáo:

ü Tìm hiểu về tầng ozon trong khí quyển ( vị trí, chức năng…)

ü Giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và phân hủy ozon

ü Nguyên nhân vì sao tầng ozon chúng ta càng ngày càng bị suy giảm

ü Cơ chế gây “ thủng tầng ozon “ của khí CFCs

I.3 phạm vi nghiên cứu :

Nghiên cứu về:

Ozon trong tầng bình lưu và đối lưu

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ TẦNG OZON

II.1.Giới thiệu chung về ozon và tầng ozon trong khí quyển:

Ta cũng biết bầu khí quyển bao quanh Trái đất của chúng ta được chia ra làm nhiều tầng khác nhau: từ mặt đất lên đến độ cao 10 km là tầng đối lưu và

từ 10 km trở lên đến 50 km là tầng bình lưu , độ cao 50-85 km là tầng trung lưu , tầng nhiệt nằm ở độ cao 85-100km và cuối cùng là tầng điện ly ở độ cao trên

800 Trong đó khoảng 90% lượng ozone trong khí quyển của chúng ta tập trung ở tầng bình lưu

Trong khí quyển, Ôzôn chiếm một tỷ lệ không lớn nhưng nó lại có vai trò đặc biệt quan trọng trong các quá trình vật lý xảy ra ở các lớp khí quyển trên cao Ôzôn phân bố rải rác trong lớp khí quyển từ mặt đất tới độ cao khoảng 50-60 km, nhưng tập trung phần lớn ở độ cao từ 20-35 km Theo chiều cao từ mặt đất đến độ cao 10 km, lượng Ôzôn thay đổi không theo quy luật nào cả Đến độ cao từ 10 km trở lên, lượng Ôzôn tăng theo chiều cao và đạt cực đại ở

độ cao từ 20-25 km, sau đó lượng Ôzôn giảm và trở nên không đáng kể ở độ cao 55-60 km Mật độ trung bình của Ôzôn trong lớp khí quyển dưới 60 km vào khoảng 0,9x10-7 kg/m3, lớn nhất khoảng 6,0x 10-7 kg/m3 Toàn bộ Ôzôn trong khí quyển chỉ vào khoảng 3,2x109 tấn

Ngoài thay đổi theo chiều cao, lượng ôzôn còn biến thiên theo thời gian

và theo vĩ độ địa lý Các kết quả nghiên cứu 10 năm gần đây cho thấy độ dày dẫn xuất của ôzôn (tức độ dày của lớp ôzôn có trong cột không khí có tiết diện một đơn vị diện tích, ở nhiệt độ 00C và áp suất p =760 mmHg) ở tất cả các vĩ

độ nhìn chung đều tăng vào mùa xuân, giảm vào mùa thu và mùa đông Vào cùng thời điểm trong năm, lượng ôzôn ở xích đạo nhỏ, càng về phía hai cực, lượng ôzôn càng tăng

II.2 Ozon

II.2 1 Tính chất vật lý của ozon

Ôzon (O3) là chất khí có màu lam nhạt, có mùi hắc đặc trưng và trong suốt; ở nồng độ cao có màu xanh da trời, ở thể lỏng có màu lục thẫm…; nhiệt độ nóng chảy là -193oC, nhiệt độ sôi là -111,9oC; tỷ trọng (so với không khí) d = 1,658; trong môi trường nước có độ pH = 0 có thế Ôxy hoá khử là 2,07 V Ôzôn là chất hấp thụ mạnh các tia tử ngoại, tia nhìn thấy

và tia hồng ngoại Ôzôn 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

Ôzôn dễ hoà tan trong nước hơn ôxy và sự hoà tan của ôzôn trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất riêng phần của nó trong không khí, khi nhiệt

độ càng tăng khả năng hoà tan Ôzôn trong nước càng giảm

II.2 2 Tính chất hóa học:

- Ôzôn có hoạt tính Ôxy hoá rất cao, đóng vai trò như một tác nhân Ôxy hoá mạnh trong rất nhiều phản ứng hoá học như: phản ứng với các chất hữu cơ (Phenol, các hợp chất đa vòng, các hợp chất Amin, các hợp chất có liên kết đôi (C = C) và liên kết đơn (C-H)…) Ngoài ra ôzôn còn có khả năng khử mùi, màu, khử trùng đối với nước và nước thải

- Ôzôn không bền, dễ dàng bị phân huỷ thành Oxi phân tử và Oxi nguyên

tử Ví dụ: O3= O2 + O

- Dễ dàng oxi hoá iodua đến iot tự do: O3 + 2KI + H2O = I2 + O2 + 2 KOH

- Giấy tẩm dung dịch Kali iodua và hồ tinh bột ( giấy iot tinh bột ) chuyển ngay thành màu xanh khi có mặt Ôzôn trong không khí

- Tác dụng với các phân tử thuộc nhóm halogen Flo, Clo, Brom, Iot

- Khử các chất gây ô nhiễm có trong nước bằng phương pháp hóa học (sắt, asen, hiđrô sulfid, nitơrit, và các chất hữu cơ phức tạp liên kết với nhau tạo

ra "màu" của nước)

II.2.3 Sự tạo thành ôzôn

Trong tự nhiên ôzôn được tạo ra do các phản ứng quang hóa của oxy,oxit nitơ, đặc biệt ôzôn được tạo ra mạnh tại các tầng cao (bình lưu) của khí quyển, nơi mà cường độ các tia ánh sáng cứng (cực tím, tia X, v.v ) rất lớn

Ôzon trong bầu khí quyển được tạo thành khi các tia cực tím chạm phải các phân tử oxy ,tạo thành hai nguyên tử oxy đơn ,được gọi là oxy nguyên tử Ôxy nguyên tử kết hợp cùng một phân tử oxy tạo thành phân tủ ozon Phân tử ozon có hoạt tính cao,khi bị tia cực tím chạm phải,lại tách ra thành một phân tủ oxy và một oxy phân tủ Đây là một quá trình liên tục gọi là chu kỳ ôxy-ôzon

hơn hẳn so với khử trùng bằng clo (Cl2) vì dùng ôzôn sẽ không lo tồn tại trong

nước các sản phẩm cloramin, là chất được cho là có khả năng gây ung thư

Trong y khoa, ozon dùng để chữa răng sâu, một lượng nhỏ ozon dùng để chữa bệnh lao

II.2.4.2 Độ độc hại

Ôxy là chất khí duy trì sự sống (nếu trong khí thở có ít hơn 15% ôxy thì cơ thể đã có thể chết ngạt), nhưng ôzôn lại là khí độc hại Ôzôn gây phù phổi nặng, làm co thắt và tê liệt đường hô hấp khiến người bệnh không có phản ứng khi có các dị vật lọt vào Vì vậy, khi tiếp xúc lâu dài với ôzôn sẽ có nguy cơ bị tích tụ các dị vật trong phế quản và phổi, là điều kiện có khả năng dẫn đến ung thư

Ngưỡng cho phép của ôzôn trong khí thở là 0,2 mg/m3 (hay 0,1ppm), tuy nhiên nếu tiếp xúc lâu dài với ôzôn ngay cả trong điều kiện nồng độ thấp hơn ngưỡng cho phép này cũng sẽ làm con người mỏi mệt, đau đầu, viêm họng và niêm mạc mắt, v.v Còn nếu nồng độ ôzôn lớn hơn ngưỡng cho phép, người ta có thể bị phù phổi

Tại các vùng công nghiệp tập trung có khói mù công nghiệp, vào mùa hè nồng độ ôzôn trong khói mù có thể đạt 0,3-0,4 mg/m3 và rất nguy hại cho cuộc sống con người Đó là chưa kể tác động độc hại của các chất khác có trong khói

mù

II.3 Tầng ozon

- Mật độ tập trung cao nhất của ozone trong khí quyển nằm ở tầng bình lưu – Stratophere ( khoảng 20-50 Km tính từ mặt đất) trong khu vực được biết đến như là tầng ozone

- Bề dày của tầng ozone được đo bằng đơn vị DU ( 1DU =0,01 mm) và

có giá trị từ 290-310 DU trên toàn cầu

Khi bề dày của lớp ozone giảm xuống thấp hơn 2/3 bề dày bình thường gọi là sự suy giảm tầng ozone

II.3.1 Vai trò của tầng ozone

Tầng ozone ngăn 97-99% tia cực tím của bức xạ mặt trời không cho đến Trái đất, có tác dụng lọc tia UV nguy hại gây nguy hiểm cho thảm thực vật và

có thể gây ung thư và bệnh đục thuỷ tinh thể ở người Nếu tầng ozone bị suy giảm 1% sẽ dẫn đến việc gia tăng tia cực tím ở tầng đối lưu khoảng 2%

Tầng ozon chống sự xâm nhập và phá hủy của tia tử ngoại đối với trái đất

a Ôzon ở tầng bình lưu

Tầng bình lưu (Stratosphere): ở độ cao từ 10-50 km Nhiệt độ và áp suất của tầng này tăng theo chiều cao Các nhà khoa học giải thích rằng sự gia tăng nhiệt

độ là do càng lên cao càng gần với lớp ozone Lớp ozone là lớp không khí nơi

đó hàm lượng khí ozone rất cao, có khả năng hấp thu tia cực tím của mặt trời Lớp ozone xuất hiện ở độ cao 18-30 km Nồng độ ozone cao nhất ở độ cao 20-

25 km, cao hơn 1000 lần so với tầng đối lưu (khoảng 10 ppm)

Tầng bình lưu nằm ngay phía trên tầng đối lưu và ở phía dưới của tầng trung lưu

Ozone liên tục được tạo ra và phân hủy trong tầng bình lưu Trước khi bắt đầu

xu hướng suy giảm ozone, lượng ozone trong tầng bình lưu được giữ ổn định nhờ vào cân bằng giữa tạo thành và phân hủy các phân tử ozone do tác động của tia cực tím

98% tia cực tím của bức xạ mặt trời (UV-B và UV-C) được hấp thụ ở tầng bình lưu để tạo thành và phá hủy ozone theo các quá trình tự nhiên Hiệu suất chuyển đổi giữa ozone và oxy là 300 triệu tấn/ngày

b Ôzon ở tầng đối lưu

Tầng đối lưu (Troposphere): cao đến 10 km tính từ mặt đất, là tầng tiếp

giáp với bề mặt trái đất Nhiệt độ và áp suất của tầng này giảm theo chiều cao Trên mặt đất có nhiệt độ trung bình là 15oC, lên đến độ cao 10 km chỉ còn từ -

50oC đến -80oC

Tầng đối lưu là một tầng chuyển tiếp giữa lớp thấp nhất của bầu khí quyển Trái Đất và tầng bình lưu Tầng đối lưu trải dài chừng 10 dặm phía trên đường xích

đạo và khoảng 5 dặm phía trên các cực của Trái Đất Từ trước tới nay, không các vệt khí như như O3 (ozone), NOx (oxid nitơ, x=1,2 )Các vệt khí này thường thay đổi, có hàm lượng rất thấp (ppb, ppt) và thường là các chất ô nhiễm

Ozone trong tầng này được hình thành từ các chất khí được tạo ra trong quá trình sản xuất công nghiệp, hoạt động của giao thông dưới tác dụng của bức xạ cực tím của mặt trời

NO2 + hv ’ NO + O

O + O2 ’ O3

Khi tia cực tím chiếu vào ôzôn, nó chia ôzôn thành phân tử O2 và nguyên tử của ôxy nguyên tử Ôxy nguyên tử kết hợp với N2 để tạo thành các nitơ ôxít; sau đó nó lại bị phá vỡ bởi ánh sáng nhìn thấy để tái tạo ôzôn

Chu trình Nitơ ôxít để tạo thành ôzôn cũng có thể bị phá vỡ do sự có mặt của hơi nước trong khí quyển vì nó làm biến đổi các nitơ ôxít thành các

dạng bền vững hơn

II.3.2 Quá trình phân huỷ ozon trong khí quyển

Dưới tác dụng của các tia tử ngoại, phân tử Ô xy có thể phân ly thành 2 nguyên tử Ô xy:

O3 + hν (λ = 220 – 330 nm) à O2 + O + Q

Ngoài ra Ôzôn có thể bị phá hủy bởi các nguyên tử clo, flo hay brôm trong bầu khí quyển Các nguyên tố này có trong một số hợp chất bền nhất định, đặc biệt là chlorofluorocacbon (CFC), đi vào tầng bình lưu và được giải phóng bởi các tia cực tím

Quan trọng nhất là các nguyên tử clo được tạo thành như thế sẽ trở thành chất xúc tác phá huỷ các phân tử ôzôn trong một chu kỳ khép kín Trong chu kỳ này, một nguyên tử clo tác dụng với phân tử ôzôn, lấy đi một nguyên tử ôxy (tạo thành ClO) và để lại một phân tử ôxy bình thường Tiếp theo, một ôxy nguyên tử tự do sẽ lấy đi ôxy từ ClO và kết quả cuối cùng là một phân tử ôxy

và một nguyên tử clo, bắt đầu lại chu kỳ Một nguyên tử clo đơn độc sẽ phân hủy khoảng 100.000 phân tử ozon

QUÁ TRÌNH OZONE GIẢI

Cơ chế phân hủy của ozone bằng các hợp chất hydrocacbon

Lượng ozon phân huỷ càng nhiều thì tầng ozon càng bị suy giảm

II.3.3 Nguyên nhân của việc thủng tầng ozone

• Do giá lạnh, acid nitric kết tủa thành giọt với nước Khi nhiệt độ ở mức -80oC, nó sẽ lớn lên và tạo thành những tinh thể băng lớn Khí chloroflurocarbon (CFC) và những giọt chất hóa học này bào mòn tầng ozone, là tác nhân chính phá hủy tầng ozone Nó là các phân tử bền vững nhưng khi gặp các tinh thể băng này sẽ gây phản ứng và chuyển hóa thành các chất hóa học gốc.Các chất hóa học này, mà y học thường gọi là “các

gốc tự do”, rất dễ tạo phản ứng với ozone để trở lại trạng thái bền vững Kết quả là tầng ozone bị phá hủy thành khí oxy thông thường Trong số đó, phá hủy mạnh nhất là gốc chlor và brom Các nhà khoa học phát hiện chính hợp chất hóa học của Clo, Brom, Flo, thường được sử dụng trong các bình phun, xịt bằng áp lực đã phân hủy những hợp chất của ozone Đến tận giữa thập

kỷ 90, người ta mới phát hiện thêm một “thủ phạm tích cực” nữa đó 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 ozone

• Mặt khác, lốc xoáy khí ngăn cản một phần ozone tràn tới bù đắp lỗ thủng, khiến nó ngày càng lan rộng Đồng thời, lốc xoáy này di chuyển đến những vùng sáng, có tia nắng mặt trời Sự di chuyển này có liên quan tới các khí gây hiệu ứng nhà kính thải vào tầng bình lưu

• Khi nền công nghiệp ngày càng hiện đại hóa, kéo theo quá trình sản xuất công nghiệp gia tăng đột biến là lượng khí thải CO2 lên bầu khí quyển tăng mạnh, gây mất cân bằng CO2 trong khí quyển và dẫn đến hàm lượng CO2 vượt mức quy định gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tầng ozone

• Tầng ozone bị suy giảm do con người thải các chất khí CFC (chloroflurocacbon) và các chất ODS (ozone depleting substances) khác vào khí quyển CFCs được sử dụng làm chất sinh hàn, chất tạo bọt, dung môi…Các chất ODS khác bao gồm: methyl bromide ( làm thuốc trừ sâu), halons (trong các bình chữa cháy), methyl chloroform (dùng làm dung môi trong nhiều nghành công nghệ

• Việc xả khói bụi và các chất hóa học vào bầu không khí đã gây ảnh hưởng xấu đến tầng ozone Ví dụ về các chất độc là cacbon monoxide, sulfur dioxide, các chất

II.3.4 Hiện trạng về tầng ozone và các hiệp ước bảo vệ tầng ozone

II.3.4.1 Hiện trạng:

Con người bắt đầu tiến hành đo đạc tầng ozone từ các trạm trên mặt đất vào năm 1956 ở vịnh Halley, Nam cực Đầu những năm 1970 con người bắt đầu tiến hành đo đạc tầng ozone từ các vệ tinh Tuy nhiên, các đo đạc tổng hợp chỉ bắt đầu tiến hành vào năm 1978 bởi vệ tinh Nimbus-7 Một nghiên cứu ở diện rộng đã cho rằng trên bình diện toàn cầu tầng ozone đã bị suy giảm 2,5% trong khoảng thời gian từ 1969 -1986, và thêm 3% nữa từ năm 1986 -1993 98% tia cực tím của bức xạ mặt trời (UV-B và UV-C) được hấp thụ ở tầng bình lưu để tạo thành và phá hủy ozone theo các quá trình tự nhiên Và các số liệu

đo đạc về diện tích của lỗ thủng từ năm 1979 đến nay:

Năm 1979 Việc đo lỗ thủng tầng Ôzôn bằng vệ tinh lần

đầu tiên được NASA thực hiện vào năm này

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 Ôzôn 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 Ôzôn

che phủ 11,1 triệu dặm vuông là lỗ thủng lớn thứ 2

Năm 2001 Vào tháng 9 năm 2001, lỗ thủng tầng Ôzôn 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 Ôzôn thu hẹp lại và tháng 9 năm