III. MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TỚI MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
3.1.3. Suy giảm tầng Ozon
a. Quá trình quang hoá tạo thành và phân huỷ ôzôn trong khí quyển
Ôzôn là một phân tử khí gồm có 3 nguyên tử ôxi, tập trung chủ yếu trong tầng bình lưu ở độ cao 25 km. Nó là một chất khí có vai trò vô cùng quan trọng với khí hậu và HST trên Trái đất, nó như một tấm lá chắn hấp thu các bức xạ cực tím của Mặt trời chiếu xuống Trái đất.
Ôzôn được hình thành một cách tự nhiên trong khí quyển trên cao do tác động bức xạ cực tím UVR (Ultra Violet Radiation) của Mặt trời đối với phân tử oxi. Tác động của bức xạ cực tím ở dải sóng 180-240 nm đã làm phá vỡ phân tử oxi tạo thành các nguyên tử oxi theo phương trình:
O2 + hv = Oo + Oo
Trong đó hv là năng lượng proton của bức xạ Mặt trời. Sau đó oxi nguyên tử lại kết hợp với oxi phân tử để tạo thành phân tử ôzôn theo phản ứng:
Oo + O2 + M = O3 + M
Trong đó M là một nguyên tử bất kỳ nào đó có khả năng mang theo nguồn năng lượng thoát ra khi tạo thành ôzôn.
Đồng thời với quá trình tạo thành ôzôn là quá trình phân hủy ôzôn do hấp thu bức xạ mặt trời ở dải sóng 280 – 320 nm và do sự va chạm với oxi nguyên tử theo các phản ứng sau:
O3 +hv = O2 + Oo O3 + Oo = O2 + O2
Trong tự nhiên quá trình hình thành và phân hủy ôzôn luôn diễn ra song song và cân bằng nhau, hai quá trình này đã ngăn cản được khoảng 99% các tia cực tím chiếu xuống Trái đất.
b. Nguyên nhân gây suy giảm tầng ôzôn
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã phát hiện nồng độ ôzôn trong khí quyển của Trái đất ở một số nơi đã suy giảm (ví dụ ở Nam cực).
Một trong những nguyên nhân suy giảm tầng ôzôn là do sử dụng chất freon, dẫn xuất của halogen với mêtan, êtan; ví dụ, ClFCH2, Cl2F2C…chúng là những khí trơ đối với các phản ứng lý hóa học thông thường nhưng khi được thải vào tầng đối lưu chúng khuếch tán chậm chạp vào tầng bình lưu và ở đây dưới tác dụng của các tia tử ngoại chúng phân ly thành các gốc Cl tự do, mỗi nguyên tử Clo lại phản ứng dây chuyền với hàng trăm ngàn phân tử ôzôn và biến ôzôn thành ôxi, ngăn cản quá trình tái tạo thành ôzôn.
Clo + O2 = ClOo + O2 ClOo + O = Clo +O2
Nguyên nhân thứ hai có thể là do Cl2 hoặc HCl sinh ra từ các quá trình tự nhiên (như hoạt động của núi lửa) hoặc nhân tạo (như hoạt động sản xuất công nghiêp…) trực tiếp đi vào tầng bình lưu và cũng bị phân ly thành các gốc Cl tự do dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời rồi tham gia vào phản ứng phân hủy tầng ôzôn.
Ngoài gốc Cl tự do, sự tồn tại của các khí CH4 hay NOx và các hợp chất hữu cơ hình thành trong phản ứng khói quang hóa trong bầu khí quyển do nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo cũng đều là nguyên nhân gây ra sự phá hủy tầng ôzôn.
NO2 + O → 2NO NO + O3 → NO2 + O2
Các máy bay siêu âm bay ở độ cao lớn thải ra nhiều NOx cũng góp phần thúc đẩy quá trình phân hủy tầng ôzôn.
c. Hiện trạng suy giảm tầng Ôzôn
Tình trạng suy giảm tầng ôzôn xảy ra mạnh mẽ ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là vùng hai cực. Tại Nam cực, kể từ khi phát hiện lỗ thủng tầng ôzôn ở đây vào năm 1985, theo số liệu của các cơ quan nghiên cứu quốc tế, kích thước lỗ thủng tầng ôzôn không ngừng tăng lên, đạt 27,2 triệu km2 vào ngày 3/9/2000. Hiện nay theo NASA kích thước lỗ thủng tầng ôzôn đã ổn định, nhưng nồng độ ôzôn trong lỗ thủng tiếp tục giảm. Tại Bắc cực, từ tháng 12/1999 đến 3/2000 nhiệt độ phần thấp khí quyển (10-20km) ở Bắc cực đã giảm đi 4-5 độ nên quá trình phân hủy tầng ôzôn gia tăng. Trong tháng 1 và 2, tổng lượng ôzôn suy giảm 10-15% tại các vĩ độ cực, từ tháng 2 đến tháng 3 giảm 20- 25% tại vùng cực thuộc Canada, 30% tại vùng Nam Xibêri. Trên vùng Châu Âu từ Tây Ban Nha tới Ukraina, sự suy giảm tầng ôzôn là 10-12%, trên vùng bắc Mỹ sự suy giảm là 6-10%.
d. Ảnh hưởng của suy giảm tầng Ôzôn
Ở cường độ thấp vừa đủ, bức xạ tử ngoại của mặt trời có tác dụng có lợi cho sự sống trên Trái đất. Nó có tác dụng diệt khuẩn rất cao và là tác nhân kích thích việc tổng hợp Vitamin D của cơ thể sống. Nhưng ở cường độ lớn thì bức xạ tử ngoại gây hại nghiêm trọng cho sự sống và các hệ sinh thái trên Trái đất.
Đối với thực vật, khi tầng ôzôn bị suy giảm, lượng bức xạ cực tím tới Trái đất sẽ ngăn cản quá trình quang hợp, quá trình trao đổi chất, làm chậm tốc độ tăng trưởng của cây trồng như cà chua, rau diếp, đậu Hà lan. Kết quả thực nghiệm theo báo cáo của UNDP cho thấy bức xạ cực tím gia tăng sẽ gây ra rất nhiều các đột biến cho cây trồng, khi nồng độ ôzôn giảm 25% sẽ làm cho sản lượng đậu tương giảm 25%.
Đối với con người, các tác động kể đến đó là làm da bị cháy nắng, gây lão hóa da, làm dày biểu bì, ung thư da, đục thủy tinh thể. Trong thập kỷ vừa qua số người mắc bệnh ung thư ác tính ở các nước nhiệt đới đã tăng lên gấp đôi. Tính toán cho thấy khi nồng độ ôzôn giảm đi 1% sẽ làm cho lượng UV tăng lên 1-2% và làm cho số người mắc bệnh ung thư da tăng lên 2-4% (khoảng 10.000 người/năm). Cục bảo vệ môi trường Mỹ dự đoán rằng trong thế kỷ tới sẽ có thêm 39 triệu người mắc bệnh ung thư da và làm tăng số ca tử vong do bệnh này lên đến con số 800.000 người.