Vì sao tầng ozon bị thủng

Posted on February 27, 2010

0


Trên các phương tiện  thông tin đại chúng, mọi  người thường được biết tới  hiện tượng: Bầu khí quyển trên trái đất ngày càng bị ô nhiễm, tầng ozon bị thủng, trái đất đang nóng dần lên…. Vậy tầng ozon bị thủng như thế nào? và nguyên nhân do đâu?… Bài viết sau đây sẽ trả lời câu hỏi này.

Trong khí quyển, ozon (O3) chiếm một tỷ lệ rất nhỏ (~3. 10-6%) và chủ yếu (90%) được phân bố ở tầng bình lưu (stratosphere) với độ cao trong khoảng từ 15 đến 50 km tính từ mặt đất. Trong tầng bình lưu, oxy phân tử (O2) hấp thụ tia cực tínl (UV) ở dải sóng dài có bước sóng  0,18 – 0,21µm và tách thành hai nguyên tử oxy tự do, các nguyên tử oxy này sẽ kết hợp với oxy phân tử để tạo ra O3. Khí O3 tạo ra cũng hấp thụ năng lượng mặt trời và phân hủy tái tạo ra O2,

O3 hấp thụ năng lượng ở dải sóng λ = 0,20 – 0,32 µm. Việc hấp thụ như vậy ngoài việc sưởi ấm bầu không khí và tạo ra tầng bình lưu còn có tác dụng như một màng lọc tia UV có hại cho các sinh vật trên mặt đất. Để chỉ hiện tượng che chắn này người ta dùng khái niệm “chiếc ô ozon”, có điều trong thời gian gần đây, chiếc ô bảo vệ này đang bị hủy hoại dần dần.

Vào đầu thế kỷ XX cho đến những năm 30 người ta vẫn cho rằng, trong chu trình “hình thành – phân hủy” của ozon chỉ có các dẫn suất của oxy (O, O2, O3) tham gia theo các phản ứng quang hóa. Đây là mô hình theo lý thuyết của Chapman.

Những thí nghiệm về động học phản ứng ở thập niên 1960 cho thấy tốc độ của các phản ứng quang hóa phân hủy ozon nhỏ hơn rất nhiều so với ta vẫn nghĩ. Như vậy, vịệc phân hủy ozon không chỉ diễn ra do phản ứng quang hóa mà còn bởi các phản ứng khác nữa. Lúc đầu các nhà khoa học giả thiết gốc tự do OH (do hơi nước trong khí quyển sinh ra) là tác nhân làm phân hủy ozon. Nhưng kết quả thí nghiệm cho thấy, việc phân hủy ozon theo cơ chế này cũng chỉ chiếm một tỷ lệ không lớn lắm.

Sang những năm 1970, các nhà nghiên cứu nhận thấy ozon phân hủy chủ yếu do nitơ oxit (NO). Khí NO được taọ thành từ N2O nhờ các phản ứng quang hóa ở tầng bình lưu, N2O là loại khí có nguồn gốc chủ yếu từ các hoạt động của con người thải ra. Kết quả nghiên cứu này rất đáng chú ý, vì đây là lần đầu tiên các nhà khoa học đã chỉ ra rằng chính các hoạt động của con ngườí là nguyên nhân thay đổi chu trình hình thành – phân hủy của ozon trong tự nhiên:

Các hợp chất freon(CF2Cl2, CFCl3) được sử dụng nhiều trong công nghiệp điện lạnh cũng là một hợp chất nguy hiểm gây phản ứng phân hủy ozon.

Ngoài ra CH3Cl có nguồn gốc từ đại dương cũng làm phân hủy ozon, song nồng độ của CH3Cl trong khí quyển rất nhỏ nên vaitrò  của nó ít được quan tâm.

Người ta biết được rằng, nồng độ O3 trong khí quyển giảm dần về phía hai địa cực. Vào mùa xuân của những năm 80 nồng độ O3 ở những vĩ tuyến gần đường xích đạo giảm khoảng 1% còn ở Nam và Bắc cực giảm khoảng 4-5%. Chính hiện tượng này là nguồn gốc của việc xuất híện khái niệm “tầng ozon bị thủng”. Nói một cách khoa học, dùng cụm từ tầng ozon bị thủng thực ra không chính xác, đúng hơn phải gọi đây là hiện tượng giảm lượng ozon trong khí quyển. Trong thực tế hiện tượng này được nhà bác học người Anh là Famlan và các cộng sự phát hiện ra đầu tiên. Nhờ máy chụp ảnh quang phổ họ nhận thấy trong cột khí quyển ở vùng Nam cực nồng độ O3 giảm tới 40% trong vòng 26 năm ( 1958- 1984). Kết quả này sau đó đã được các vệ tinh của Mỹ đo đạc và khẳng định là đúng.

Giới chuyên môn giải thích sự tạo ra lỗ thủng của tầng ozon như sau:

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, Cl2 cùng 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 Nam cực trở lại trạng thái bình thường.

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.

Trên đây chúng ta đã tìm hiểu sơ bộ về quá trình hình thành lỗ thủng tầng ozon. Hiện tượng tầng ozon bị thủng có ảnh hưởng xấu tới các sinh vật và khí hậu trên Trái đất. Cường độ tia UV cao hơn có thể làm giảm năng suất của một số loại cây trồng, gây ung thư da cho người và động vật.

T.S. PHẠM CÔNG TẠO
Bộ Công nghiệp
About these ads
Tagged: ,
Posted in: Oxi-Ozon