Tầng ozone thách thức hiện nay

SỰ SUY GIẢM TẦNGOZON Hình 1: Phân bố ozon trong khí quyển Sự suy giảm tầng ôzôn là hiện tượng giảm lượng ôzôn trong tầng bình lưu.. Vì lớp ôzôn ngăn cản phần lớn các tia cực tím có hại k

SỰ SUY GIẢM TẦNG

OZON

SỰ SUY GIẢM TẦNG

OZON

Hình 1: Phân bố ozon trong khí quyển

Sự suy giảm tầng ôzôn là hiện tượng giảm lượng ôzôn trong tầng bình lưu Từ năm 1979 cho đến năm 1990 lượng ôzôn trong tầng bình lưu đã suy giảm vào khoảng 5% Vì lớp ôzôn ngăn cản phần lớn các tia cực tím có hại không cho xuyên qua bầu khí quyển Trái Đất, sự suy giảm ôzôn đang được quan sát thấy và các dự đoán suy giảm trong tương lai đã trở thành một mối quan tâm toàn cầu, dẫn đến

việc công nhận Nghị định thư Montreal hạn chế và cuối cùng chấm dứt hoàn toàn

việc sử dụng và sản xuất các hợp chất cacbon của clo và flo (CFC

-chlorofluorocacbons) cũng như các chất hóa học gây suy giảm tầng ôzôn khác như

tetraclorit cácbon, các hợp chất của brôm (halon) và methylchloroform

Sự suy giảm ôzôn thay đổi tùy theo vùng địa lý và tùy theo mùa Lỗ thủng ôzôn dùng để chỉ sự suy giảm ôzôn nhất thời hằng năm ở hai cực Trái Đất, những nơi

mà ôzôn bị suy giảm vào mùa Xuân (cho đến 70% ở 25 triệu km2 của Nam Cực và cho đến 30% ở Bắc Cực) và được tái tạo trở lại vào mùa hè Nồng độ clo tăng cao trong tầng bình lưu, xuất phát khi các khí CFC và các khí khác do loài người sản xuất ra bị phân hủy, chính là nguyên nhân gây ra sự suy giảm này

Trong các thảo luận chính trị công khai "suy giảm tầng ôzôn" đồng nghĩa với lý thuyết cho rằng xu hướng suy giảm ôzôn toàn cầu, được gây ra vì thải các khí CFC, sẽ tạo điều kiện cho các bức xạ cực tím đến mặt đất nhiều hơn

Mục lục

I. Ozon – hình thành và phân hủy 04

I.1 Ozon là gì? 04

I.1.1 Tính chất vật lý 04

I.1.2 Tính chất hóa học 04

I.1.3 Sự tạo thành Ozon 04

I.2 Ứng dụng của Ozon 05

I.3 Quá trình hình thành tầng Ozon 06

I.4 Vai trò của tầng Ozon 06

I.5 Khái niệm về lỗ thủng tầng Ozon 06

II. Sự suy giảm tầng Ozon 07

II.1 Nguyên nhân suy giảm tầng Ozon 07

II.2 Hậu quả suy giảm tầng Ozon 08

II.3 Hiện trạng tầng Ozon 09

II.4 Tình trạng sử dụng chất khí làm suy giảm tầng Ozon hiện nay 10

II.5 Các hiệp ước bảo vệ tầng Ozon 11

III. Biện pháp ngăn chặn sự suy thoái của tầng Ozon 12

III.1 Thế giới 13

III.2 Việt Nam 13

III.3 Hành động của mỗi chúng ta 13

I. Ozon – hình thành và phân hủy.

I.1 Ozon là gì?

I.1.1 Tính chất vật lý

- Ozon (O3) là chất khí có màu lam nhạt, có mùi hắc đặc trưng; 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

- 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

- Ozon dễ hoà tan trong nước hơn oxy 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 Ozon trong nước càng giảm

I.1.2 Tính chất hóa học

- Ozon có hoạt tính oxy hoá rất cao, đóng vai trò như một tác nhân oxy 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 Ozon còn

có khả năng khử mùi, màu, khử trùng đối với nước và nước thải

- Ozon không bền, dễ dàng bị phân huỷ thành Oxi phân tử và Oxi nguyên tử: O3  O2 + O

- Dễ dàng oxi hoá iodua đến iot tự do:

O3 + 2KI + H2O  I2 + O2 + 2KOH

- Giấy tẩm dung dịch Kali iodua và hồ tinh bột chuyển ngay thành màu xanh khi có mặt Ozon 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, hydro sulfid, nitơrit, và các chất hữu cơ phức tạp liên kết với nhau tạo ra "màu" của nước)

I.1.3 Sự tạo thành Ozon

- Trong tự nhiên Ozon được tạo ra do các phản ứng quang hóa của oxy, oxit nitơ, đặc biệt Ozon 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

- Ozon 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

- Oxy nguyên tử kết hợp cùng một phân tử oxy tạo thành phân tử 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 tử Đây là một quá trình liên tục gọi là chu kỳ Oxy – Ozon

3O2 tia cực tím

2O3

- Trong công nghiệp, người ta tạo Ozon bằng cách phóng điện trong Oxy hoặc trong không khí

I.2 Ứng dụng của Ozon

- Bảo quản hoa quả tươi (nước Ozon)

- Ozon làm tăng nhiệt độ, làm giảm độ ẩm

- Ozon hấp thụ tia tử ngoại, được xem như lá chắn bảo vệ con người

- Trong công nghiệp:

+ 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 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

- 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

- Trong đời sống: người ta dùng Ozon để sát trùng nước sinh hoạt, tiệt trùng bông băng y tế, bảo quản lương thực, thực phẩm

- Khử trùng nước uống Khử trùng nước uống bằng Ozon có ưu điểm hơn hẳn so với khử trùng bằng clo (Cl2) vì dùng ôzôn sẽ không

lo tồn tại trong nước các sản phẩm Cloramin(chất được cho là có khả năng gây ung thư)

I.3 Quá trình hình thành 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

- Bức xạ tia tử ngoại ở dải sóng 180 nm – 240 nm có nguồn năng lượng E = 5,115 eV phá vỡ phân tử oxi thành nguyên tử oxi

O2 + hv  [O] +[O]

- Sau đó, nguyên tử oxi kết hợp với phân tử oxi tạo thành phân tử ozon:

[O] + O2 + M  O3 + M

- Quá trình phân hủy tầng Ozon

+Bức xạ tia tử ngoại ở dải sóng 280 nm – 320 nm làm cho phân tử O3 bị phân li thành nguyên tử và phân tử oxi:

O3 + hv = O2 +[O]

+Phân tử ozon cũng va chạm với nguyên tử oxi để tạo ra nguyên tử oxi:

O3 + [O] = O2 + O2

I.4 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

I.5 Khái niệm về 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

II. Sự suy giảm tầng Ozon.

II.1 Nguyên nhân suy giảm tầng Ozon.

Do giá lạnh, acid nitric kết tủa thành giọt với nước Khi nhiệt độ ở mức -800C, 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 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

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)

 Qua đó chúng ta thấy rằng, tầng ozon bị thủng chính là do các chất khí

thuộc dạng freon, các hoá chất, khí thải công nghiệp gây nên, chúng không

tự có trong thiên nhiên mà do con người tạo ra Rõ ràng, con người là thủ phạm làm thủng tầng ozon, đe doạ sức khoẻ của chính mình và của toàn

bộ sinh vật sống trên hành tinh này.

II.2 Hậu quả suy giảm tầng Ozon.

Thủng tầng ozone, một lượng lớn tia tử ngoại sẽ chiếu thẳng xuống Trái Đất Từ đó, con người và động thực vật phải gánh chịu những hậu quả nặng

nề sau:

- Tăng khả năng mắc bệnh về mắt đặc biệt là bệnh đục thủy tinh thể

- Phá hủy hệ thống miễn dịch của cơ thể người và động vật

- Hủy hoại các sinh vật nhỏ

- Làm mất cân bằng hệ sinh thái động thực vật biển

- Ở thực vật: lá cây hư hại,

quang hợp bị ngăn trở,

tăng trưởng chậm, giảm

năng suất, đột biến thậm

chí có thể gây chết cây

nếu liều lượng nặng

Bảng II.1: Tác động của Ozon đối với thực vật

Loại cây Ozon (ppm) Nồng độ Thời gian tác động Biểu hiện gây hại

Củ cải 0.050 (8h/ngày)20 ngày 50% lá chuyển sang màu vàng Thuốc lá 0.100 5.5h Giảm 50% phát triển phấn hoa Đậu tương 0.050 - Giảm sinh trưởng từ 14,4 - 17% Yến mạch 0.075 19h Giảm cường độ quang hợp

Bảng II.2: Tác động của Ozon tới sức khoẻ của con người

0,3 Mũi và họng bị tấy rát

1 – 3 Gây mệt mỏi, bải hoải sau 2 h tiếp xúc

II.3 Hiện trạng tầng Ozon.

Từ những năm 1980, lỗ thủng tại vùng Nam Cực đã ngày một rộng ra do lượng khí CFC thải ra quá nhiều

Con người bắt đầu tiến hành đo đạc tầng ozon từ các trạm trên mặt đất vào năm 1956 ở vịnh Halley, Nam cực Và các số liệu đo đạc về diện tích của lỗ thủng từ năm 1979 đến nay:

+ Năm 1979: Việc đo lỗ thủng tầng ozon bằng vệ tinh lần đầu tiên

được NASA thực hiện

+ 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 1999: Ozon suy giảm ở trạm Halley đã xảy ra vào cuối tháng 8

và suy giảm tối đa 60% vào đầu tháng 10, ozon đạt giá trị tối đa là 240DU

+ 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 2006: ozon giảm hơn 45% Suốt tháng 8,9,10 ozon bị phá hủy

mạnh mẽ ở độ cao 13-21km Diện tích các lỗ thủng ozon đạt kích thước lớn nhất từ trước đến nay là 29,46 triệu km2

+ Năm 2007: ozon suy giảm hơn 45% Giá trị ozon đạt mức thấp 220

DU Lỗ thủng ozon ở Nam cực vào tháng 9 đạt mức tối đa hơn 25,02 triệu km2

ozon tiếp tục bị phá hủy ở độ cao từ 13-21km

+ 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 2009: ozon có giá trị thấp nhất là 170 DU trên Biển Weddell

vào tháng 9 và đạt giá tri lớn nhất là 400 DU Ozon suy giảm 40% ngày 2/9/09 diện tích lỗ thủng ozon đạt tới 17 triệu km2

+ Năm 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

II.4 Tình trạng sử dụng chất khí làm suy giảm tầng Ozon hiện nay.

- Hàng năm trên thế giới trong công nghiệp điện lạnh, điều hòa không khí,

tủ lạnh, bình xịt là 1,58 triệu tấn các loại khí CFCs (2001) và mỗi năm tăng bình quân là 6%

- Theo ước tính của các nhà khoa học, kể từ tháng 1/1/2010, khoảng 1,5 tỉ tấn các chất làm suy giảm tầng ozon nhóm CFC, halon và CTC sẽ được loại trừ hoàn toàn trên thế giới, giảm phát thải khoảng 25 tỉ tấn CO2 tương đương, đóng góp một phần quan trọng trong cuộc chiến chống lại biến đổi khí hậu

Năm 1992, các nước phát triển tạo ra 22.866 tấn chất CFC 11 và CFC

-12 Riêng của Hoa Kì là 8.400 tấn cho cho việc sản xuất bình xịt và 500 tấn CFC-114 được sử dụng trong y tế

- Trung Quốc với dân số 1,2 tỉ người và việc sản xuất CFCs đã tăng 116%

từ năm 1989 đến năm 1992 Hiện nay Trung Quốc đang tiêu thụ 60.000 tấn của CFCs