Tầng Ozon Nằm ở Tầng Nào Trong Khí Quyển

Lỗ thủng tầng Ozone ở Nam Cực có phải là nguyên nhân gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu?

Nội dung chính Show

• Đặc điểm hóa học của ozone
• Làm thế nào ozone được tạo ra trong tầng bình lưu?
• Tầng ô zôn
• Sự phá hủy tầng ôzôn

Tầng Ozone giống như một lớp áo bảo vệ cực kì quan trọng của Trái Đất. Tuy nhiên, lớp áo giáp này đang bị “rách” bởi những tác động tiêu cực của con người. Hiện nay, lỗ thủng lớn nhất được các nhà khoa học phát hiện ở Nam Cực và đang ảnh hưởng rất nhiều đến lục địa băng giá này.

Một nghiên cứu mới đây đã chỉ ra rằng, chính lỗ thủng này đã tác động đến việc thay đổi luồng gió và phần mây bao phủ phía trên Nam Cực mà rất có thể là nguyên nhân gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu như hiện nay.

Các nhà khoa học cho biết, lỗ thủng tầng ozone có thể tác động lên các luồng gió thổi và đẩy các lớp mây dầy về phía Nam Cực. Những sự thay đổi này ảnh hưởng trực tiếp đến bức xạ Mặt trời và khiến Trái Đất tăng nhiệt độ. Khi những đám mây này di chuyển về phía Nam Cực đồng nghĩa với việc làm gia tăng bức xạ nhiệt lên mặt đất.

Đến nay, các nhà nghiên cứu vẫn chưa tính toán chính xác được lượng nhiệt mà Trái Đất phải nhận thêm khi xuất hiện những lỗ thủng Ozone nhưng theo tiến sĩ Grise từ đại học Columbia, New York cho biết con số này vào khoảng xấp xỉ 1 Watt trên 1 mét vuông. Tuy vậy, con số này nhỏ hơn rất nhiều so với lượng nhiệt mà Trái Đất nhận được do khí thải nhà kính. Những kết quả nghiên cứu như thế này giúp ích rất nhiều cho các nhà khí tượng học dự đoán chính xác hơn về điều kiện khí hậu ở Nam Cực trong tương lai, tiến sĩ Grise nói.

Sư xuất hiện của lỗ thủng tầng Ozone

Ozone là một dạng hình thù của oxy nhưng có chứa đến 3 nguyên tử oxy thay vì 2 như thông thường. Các phân tử này tập trung nhiều nhất ở phần dưới của tầng bình lưu ( khoảng 20 đến 50km tính từ mặt đất ) và được biết đến như là tầng Ozone. Tại đây, nó lọc phần lớn các tia cực tím từ Mặt Trời gây hại cho các sinh vật trên Trái Đất, bảo vệ sự sống trên hành tinh của chúng ta.

Đầu những năm 1980, các nhà khoa học đã phát hiện ra một lỗ thủng ở tầng Ozone hình thành trên Nam Cực. Lỗ thủng này làm giảm nồng độ Ozone đến 70%, nguyên nhân chủ yếu là do việc sử dụng tràn lan chất CFC ( hiểu nôm na là những hóa chất do con người tổng hợp được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp) và các chất gây ô nhiễm khác trong bầu khí quyển.

Tầng Ozone đang co lại đáng kể

Chính vì vậy, vào năm 1987, một nghị định đã được ban hành và cấm sử dụng CFC trên toàn cầu. Điều ước quốc tế này thực sự đã có tác dụng và những ảnh hưởng nhất định. Đầu năm 2013, những quan sát từ cơ quan Vũ trụ Châu Âu đã đem lại cho chúng ta một tin mừng. Lỗ thủng tầng Ozone đang co lại. Năm 2012, các báo cáo đã cho thấy diện tích của lỗ thủng tầng Ozone cũng nhỏ hơn nhiều so với thập kỉ trước.

Dự đoán biến đổi khí hậu trong tương lai

Tiến sĩ Grise dự đoán rằng tầng ozone đang có dấu hiệu phục hồi, hoàn lưu khí quyển sẽ trở lại với quỹ đạo vốn có. Đáng lẽ phải vui mừng, thì một nhóm nghiên cứu thuộc Viện Nghiên cứu Nước và Khí quyển quốc gia New Zealand lại tỏ ra lo ngại. Mô hình tính toán của họ cho thấy, nếu kết hợp với khí thải nhà kính, sự phục hồi của tầng ozone trong khí quyển có thể làm tăng lượng ozon ở gần mặt đất, đặc biệt là ở nam bán cầu.

Nếu như ở trên cao, ozon là người bảo vệ thì khi ở gần mặt đất, ozon lại là mối đe dọa. Tiếp xúc kéo dài với ozon có nồng độ lớn hơn 40ppbv (phần tỷ theo thể tích) có thể gây tổn hại sức khoẻ con người, giảm năng suất cây trồng. Nồng độ ozon phổ biến tại các vùng ô nhiễm nặng nhất thuộc bắc bán cầu hiện nay là 50 - 80ppbv, trong khi ở nam bán cầu là 25 - 35ppbv.Trong tương lai, nồng độ ozon trung bình trong không khí gần mặt đất sẽ tăng khoảng 15 - 20%, đặc biệt, một số nơi có thể tăng gần gấp đôi khi tầng ozon trong khí quyển phục hồi.

Nguyên nhân là sự thay đổi hoàn lưu khí quyển do khí thải nhà kính sẽ khiến các khối khí đậm đặc ozon từ tầng bình lưu di chuyển nhanh và mạnh hơn xuống tầng thấp, làm tăng lượng ozon gần mặt đất. Chịu ảnh hưởng nặng nề nhất sẽ là các khu vực nằm ngoài vùng nhiệt đới ở nam bán cầu. Ozon là chất khí nhà kính mạnh, nên tăng nồng độ ozon gần mặt đất còn góp phần đẩy nhanh tốc độ nóng lên toàn cầu.

Một nghiên cứu của Đại học Cambridge (Anh) cho thấy, lỗ thủng tầng ozon đã giúp cô lập Nam Cực, che chở vùng đất băng giá này khỏi ảnh hưởng của khí nhà kính. Cùng với nhiều yếu tố khác, sự phục hồi của tầng ozon có thể khiến 1/3 lượng băng của Nam Cực tan chảy.

Giới nghiên cứu khoa học cho rằng, lỗ thủng tầng ozone đang dần thu hẹp lại và có thể biến mất vào năm 2070.

>>> Lỗ thủng tầng ozone ở Nam Cực đang thu hẹp lại

Nghiên cứu trước đây đã cho rằng, lỗ thủng tầng ozone sẽ được chữa lành vào năm 2050. Nhưng mới đây, các nhà khoa học của NASA đã nghiên cứu về nguyên nhân thực sự ngăn cản quá trình hồi phục của tầng ozone và khẳng định, lỗ thủng tầng ozone có thể được chữa lành vào năm 2070. Lý do của sự chậm trễ này có thể không phải là yếu tố ô nhiễm môi trường như chúng ta vẫn nghĩ mà là sự tác động của thay đổi mô hình gió.

Cả thế giới đang nỗ lực chung tay bảo vệ tầng Ozone

Tầng ozone (độ cao từ 20 - 30km) có chức năng ngăn cản tia cực tím UV, bảo vệ sự sống trên Trái đất. Từ thập niên 90, chất làm lạnh chlorofluorocarbons (CFC) đã tạo ra một lỗ thủng lớn ở tầng ozone phía Nam Cực. Nghị định thư Montreal đã được ký kết vào năm 1987 nhằm từng bước loại bỏ việc sử dụng các chất CFC ở các nước.

Tuy nhiên, các nhà khoa học cho biết, tới nay, việc cấm sử dụng CFC vẫn chưa mang lại dấu hiệu tích cực nào cho lớp khí quyển này. Vì vậy, người ta đặt ra câu hỏi, liệu giảm thiểu ô nhiễm môi trường có thực sự sẽ giúp “chữa lành” lớp khí quyển quan trọng này hay không?

Câu trả lời chính xác chỉ có thể được đưa ra vào năm 2025, nhưng nhóm nghiên cứu Aura từ Trung tâm vũ trụ Goddard thuộc NASA tại Greenbelt (Mỹ) cho biết, có thể chính sự biến đổi của hướng gió đã ngăn cản quá trình tái tạo ozone ở cực Nam.

Lỗ thủng tầng ozone qua các năm (màu xanh dương là vùng bị thủng)

Thông thường, ozone được tạo ra ở vùng nhiệt đới và được gió thổi tới cực Nam. Tuy nhiên, hướng gió thay đổi dần dần qua mỗi năm, dẫn tới tình trạng ozone không được vận chuyển tới vị trí phù hợp và lỗ thủng ở cực Nam phải đợi tới năm 2070 để chữa lành.

Các nhà khoa học cũng đang kiểm tra lại cách đo và đánh giá lỗ thủng ở tầng ozone, vì phương pháp cũ dựa trên mật độ phân tử ozone có thể bỏ lỡ những gì đang thực sự xảy ra trong tầng bình lưu.

Nam Cực đối mặt với lỗ thủng ozone lớn nhất và vẫn chưa có dấu hiệu suy giảm

Ví dụ, năm 2012, lỗ thủng ozone đã giảm xuống mức thấp kỷ lục, mặc dù mức độ CFC trong khí quyển không giảm nhiều. Ngược lại, lỗ thủng trong năm 2011 lại có cùng diện tích với năm 2006, mặc dù CFC lại suy giảm đáng kể trong những năm này.

Trong một nghiên cứu khác, các nhà nghiên cứu phát hiện ra trong năm 2011, mức độ clo thấp hơn mặc dù kích thước lỗ thủng ozone khá lớn. Sử dụng mô hình máy tính, họ cho thấy điều kiện thời tiết sẽ giảm lượng ozone phía trên Nam Cực, do đó, lỗ hổng lớn là kết quả của việc suy giảm lượng ozone mà gió từ vùng nhiệt đới mang đến khu vực này trong những năm trước đây.

Có thể chính vấn đề về hướng gió đã làm chậm quá trình tái tạo ozone, chứ không phải lượng CFC như người ta vẫn nghi ngờ

Nhà hóa khí quyển học Susan Strahan từ NASA Goddard cho biết: “Đây không phải là vấn đề của hóa học mà chỉ đơn thuần về khí tượng mà thôi”.

Chính vì vậy, từ giờ cho tới năm 2025, khi kết quả về lỗ thủng tầng ozone được công bố thì mọi thông số đo đạc hàng năm đều nên được cân nhắc về tính chính xác của nó.

Tầng ozon nằm ở tầng nào của khí quyển trái đất?

A. Tầng đối lưu.

B.Tầng trung lưu.

C. Tầng bình lưu.

D. Tầng điện li

Trong khác các lớp của bầu khí quyển có một tầng có nồng độ ôzôn cao nhất trên toàn hành tinh. Đây là cái gọi là tầng ôzôn. Khu vực này nằm ở tầng bình lưu khoảng 60 km trên mực nước biển nó có những tác dụng cần thiết cho sự sống trên hành tinh.

Với việc con người phát thải một số khí độc hại vào bầu khí quyển, lớp này đã trải qua quá trình mỏng đi gây nguy hiểm cho chức năng của nó đối với sự sống trên hành tinh. Tuy nhiên, hôm nay nó có vẻ đang phục hồi. Bạn có muốn biết tầng ozon có chức năng gì và tầm quan trọng của nó đối với con người không?

Khí ozon

Để bắt đầu biết tầng ôzôn có chức năng gì, trước hết chúng ta phải biết tính chất của loại khí tạo ra nó: khí ôzôn. Công thức hóa học của nó là O3, và nó là dạng thù hình của oxy, tức là một trong những phương thức mà nó có thể được tìm thấy trong tự nhiên.

Ozone là một loại khí phân hủy thành oxy thông thường ở nhiệt độ và áp suất thông thường. Tương tự như vậy, nó tạo ra mùi lưu huỳnh thẩm thấu và màu của nó là màu xanh nhạt. Nếu ôzôn có trên bề mặt trái đất nó sẽ độc hại đối với thực vật và động vật. Tuy nhiên, nó tồn tại tự nhiên trong tầng ôzôn và nếu không có nồng độ cao của khí này trong tầng bình lưu, chúng ta sẽ không thể ra ngoài.

Ozone là chất bảo vệ quan trọng của sự sống trên bề mặt Trái đất. Điều này là do chức năng của nó như một bộ lọc bảo vệ chống lại bức xạ cực tím từ Mặt trời. Ôzôn chịu trách nhiệm chủ yếu hấp thụ các tia Mặt trời được tìm thấy trong bước sóng từ 280 đến 320 nm.

Khi bức xạ tia cực tím của mặt trời chiếu vào ôzôn, phân tử này bị phân hủy thành ôxy nguyên tử và ôxy chung. Khi oxy nguyên tử và chung gặp lại nhau trong tầng bình lưu, chúng liên kết lại để tạo thành phân tử ozon. Các phản ứng này diễn ra không đổi trong tầng bình lưu và ôzôn và ôxy đồng thời tồn tại.

Đặc điểm hóa học của ozone

Ozone là một loại khí có thể được phát hiện trong các cơn bão điện và gần thiết bị điện cao thế hoặc phát tia lửa điện. Ví dụ, trong máy trộn, khi tia lửa được tạo ra do sự tiếp xúc của các chổi, ozone sẽ được tạo ra. Có thể dễ dàng nhận ra nó bằng mùi.

Khí này có thể ngưng tụ và xuất hiện dưới dạng chất lỏng màu xanh lam và rất không ổn định. Tuy nhiên, nếu nó bị đóng băng, nó sẽ có màu tím đen. Ở hai trạng thái này, nó là một chất rất dễ nổ do có khả năng oxy hóa rất lớn.

Khi ozone phân hủy thành clo, nó có khả năng oxy hóa hầu hết các kim loại và mặc dù nồng độ của nó rất nhỏ trên bề mặt trái đất (chỉ khoảng 20 ppb), nó có khả năng oxy hóa kim loại.

Nó nặng hơn và hoạt động mạnh hơn oxy. Nó cũng có tính oxy hóa cao hơn, đó là lý do tại sao nó được sử dụng như một chất khử trùng và diệt vi trùng, do quá trình oxy hóa của vi khuẩn mà tác dụng này. Nó đã được sử dụng để làm sạch nước, tiêu hủy chất hữu cơ hoặc không khí trong bệnh viện, tàu ngầm, v.v.

Làm thế nào ozone được tạo ra trong tầng bình lưu?

Ozone được tạo ra chủ yếu khi các phân tử oxy phải chịu một lượng lớn năng lượng. Khi điều này xảy ra, các phân tử này trở thành các gốc tự do oxy nguyên tử. Khí này cực kỳ không ổn định, vì vậy khi gặp một phân tử oxy thông thường khác, nó sẽ liên kết với nhau để tạo thành ozone. Phản ứng này xảy ra sau mỗi hai giây hoặc lâu hơn.

Trong trường hợp này, nguồn năng lượng mà oxy phổ biến là bức xạ tia cực tím của mặt trời. Bức xạ tử ngoại là thứ phân tách oxy phân tử thành oxy nguyên tử. Khi các phân tử ôxy nguyên tử và phân tử gặp nhau và tạo thành ôzôn, nó lần lượt bị phá hủy bởi tác động của chính bức xạ tử ngoại.

Tầng ôzôn liên tục tạo và phá hủy các phân tử ozone, oxy phân tử và oxy nguyên tử. Bằng cách này, một trạng thái cân bằng động được tạo ra trong đó ozone bị phá hủy và hình thành. Đây là cách ozone hoạt động như một bộ lọc không cho phép các bức xạ có hại đi qua bề mặt Trái đất.

Tầng ô zôn

Bản thân thuật ngữ "tầng ôzôn" thường bị hiểu nhầm. Đó là, khái niệm là ở một độ cao nhất định trong tầng bình lưu có nồng độ ôzôn cao bao phủ và bảo vệ Trái đất. Ít nhiều nó được thể hiện như thể bầu trời bị bao phủ bởi một lớp mây.

Tuy nhiên, đây không phải là như vậy. Sự thật là ozon không tập trung ở một tầng, cũng không nằm ở độ cao cụ thể, mà nó là một loại khí khan hiếm được pha loãng nhiều trong không khí và ngoài ra, nó còn xuất hiện từ mặt đất đến ngoài tầng bình lưu. . Cái mà chúng ta gọi là "tầng ôzôn" là một khu vực của tầng bình lưu nơi tập trung các phân tử ôzôn tương đối cao (một vài hạt trên triệu) và cao hơn nhiều so với các nồng độ ozone khác trên bề mặt. Nhưng nồng độ của ôzôn so với nồng độ của các khí khác trong khí quyển như nitơ, là rất nhỏ.

Nếu tầng ôzôn biến mất, tia cực tím của mặt trời sẽ chiếu thẳng vào bề mặt trái đất mà không cần bất kỳ loại màng lọc nào và sẽ khiến bề mặt bị khử trùng, tiêu diệt tất cả sự sống trên cạn.

Nồng độ của khí ôzôn trong tầng ôzôn là khoảng 10 phần triệu. Nồng độ của ôzôn ở tầng bình lưu thay đổi theo độ cao, nhưng nó không bao giờ lớn hơn một phần trăm nghìn khí quyển mà nó được tìm thấy. Ozone là một loại khí khan hiếm đến mức, nếu trong giây lát chúng ta tách nó ra khỏi phần còn lại của không khí và hút nó xuống đất, nó sẽ chỉ dày 3mm.

Sự phá hủy tầng ôzôn

Tầng ôzôn bắt đầu suy thoái vào những năm 70, khi người ta thấy tác động gây hại của khí nitơ oxit lên nó. Các khí này đã được trục xuất bằng máy bay siêu thanh.

Nitơ oxit phản ứng với ozon tạo ra oxit nitric và oxi chung. Mặc dù điều này xảy ra, tác động lên tầng ôzôn là rất ít. Các khí thực sự làm hỏng tầng ôzôn là CFCs (chlorofluorocarbons). Các khí này là kết quả của việc sử dụng các hóa chất tổng hợp.

Lần đầu tiên người ta biết đến sự suy giảm của tầng ôzôn là vào năm 1977 ở Nam Cực. Năm 1985, người ta có thể đo được rằng bức xạ tia cực tím có hại từ Mặt trời đã tăng lên 10 lần và tầng ôzôn trên Nam Cực đã giảm 40%. Từ đó bắt đầu nói đến lỗ thủng ôzôn.

Sự mỏng đi của tầng ôzôn từ lâu đã là một bí ẩn. Những giải thích liên quan đến chu kỳ mặt trời hoặc đặc điểm động của khí quyển dường như không có cơ sở và ngày nay nó dường như đã được chứng minh rằng đó là do sự gia tăng phát thải freon (Chlorofluorocarbon hoặc CFC), một loại khí được sử dụng trong ngành công nghiệp bình xịt, chất dẻo và các mạch điện lạnh và điều hòa không khí.

CFC là khí rất ổn định trong khí quyển, vì chúng không độc và không dễ cháy. Điều này mang lại tuổi thọ cao cho chúng, cho phép bạn phá hủy các phân tử ozone cản đường bạn lâu ngày.

Nếu Tầng Ôzôn bị phá hủy, sự gia tăng bức xạ UV sẽ gây ra một loạt các phản ứng sinh học thảm khốc như sự gia tăng tần suất các bệnh truyền nhiễm và ung thư da.

Mặt khác, việc sản xuất khí nhà kính (phát thải từ bề mặt Trái đất do hoạt động chủ yếu của con người) tạo ra cái gọi là "Hiệu ứng nhà kính", nó sẽ dẫn đến hiện tượng ấm lên toàn cầu cùng với sự thay đổi nhiệt độ trong khu vực, dẫn đến mực nước biển dâng cao, cùng với các yếu tố khác, sự tan chảy dần dần của các khối lớn băng ở cực.

Điều này giống như con cá cắn câu. Lượng bức xạ mặt trời ảnh hưởng đến bề mặt trái đất càng lớn thì tác động lên nhiệt độ càng lớn. Nếu chúng ta cộng thêm các tác động của sự nóng lên toàn cầu do hiệu ứng nhà kính gia tăng và tỷ lệ tia UV từ Mặt trời lên các khối băng như Nam Cực cao hơn, chúng ta có thể thấy rằng Trái đất đang chìm trong tình trạng quá nóng được cung cấp bởi tất cả.

Như bạn có thể thấy, tầng ôzôn có tầm quan trọng thiết yếu đối với sự sống trên hành tinh, đối với cả con người, cũng như thảm thực vật và động vật. Giữ cho tầng ôzôn trong tình trạng tốt là ưu tiên hàng đầu và để làm được điều này, các chính phủ phải tiếp tục nỗ lực ngăn cấm phát thải các khí phá hủy tầng ôzôn.