Tầng ôzôn là gì?

Tầng ôzôn là vùng có nồng độ ôzôn cao trong tầng bình lưu, cách bề mặt Trái đất từ 15 đến 35 km. Tầng ôzôn hoạt động như một lá chắn vô hình và bảo vệ chúng ta khỏi bức xạ tia cực tím (UV) có hại từ mặt trời. Đặc biệt, tầng ôzôn bảo vệ chúng ta khỏi bức xạ UV, được gọi là UV-B, gây cháy nắng. Tiếp xúc lâu dài với mức độ cao của UV-B đe dọa sức khỏe con người và gây hại cho hầu hết các loài động vật, thực vật và vi khuẩn, vì vậy tầng ôzôn bảo vệ tất cả sự sống trên Trái đất.

Làm thế nào để ozone bảo vệ chúng ta khỏi UV-B?

Ozone hấp thụ bức xạ UV-B từ mặt trời. Khi một phân tử ozone hấp thụ UV-B, nó tách ra thành một phân tử oxy (O2) và một nguyên tử oxy riêng biệt (O). Sau đó, hai thành phần này có thể cải tổ phân tử ôzôn (O3). Bằng cách hấp thụ UV-B trong tầng bình lưu, tầng ôzôn ngăn chặn mức độ có hại của bức xạ này đến bề mặt Trái đất.
Ozone được tạo ra và phá hủy như thế nào trong tầng bình lưu?
Ozone được sản xuất và phá hủy mọi lúc. Cũng như UV-B, mặt trời cũng phát ra một dạng tia cực tím khác là UV-C. Khi ánh sáng UV-C đến tầng bình lưu, nó sẽ bị hấp thụ hoàn toàn bởi các phân tử oxy và không bao giờ đến được bề mặt Trái đất. UV-C tách các phân tử oxy thành các nguyên tử oxy. Các nguyên tử đơn lẻ này sau đó phản ứng với các phân tử oxy khác để tạo ra ozon. Vì vậy, những phản ứng này làm tăng lượng ôzôn trong tầng bình lưu.
Tuy nhiên, ozone không phải là khí duy nhất trong tầng bình lưu. Các khí khác có chứa nitơ và hydro cũng có trong tầng bình lưu và tham gia vào các chu trình phản ứng phá hủy ozon chuyển nó trở lại thành oxy. Vì vậy, những phản ứng này làm giảm lượng ôzôn trong tầng bình lưu.
Khi không bị xáo trộn, sự cân bằng giữa các quá trình tự nhiên của quá trình sản xuất và phá hủy ôzôn duy trì một nồng độ ôzôn nhất quán trong tầng bình lưu.

Sự suy giảm tầng ôzôn và “lỗ thủng ôzôn”

Vào giữa những năm 1970, các nhà khoa học nhận ra rằng tầng ôzôn bị đe dọa do sự tích tụ của các khí có chứa halogen (clo và brôm) trong khí quyển. Sau đó, vào giữa những năm 1980, các nhà khoa học đã phát hiện ra một “lỗ hổng” trong tầng ôzôn phía trên Nam Cực - khu vực bầu khí quyển của Trái đất bị suy giảm nghiêm trọng.
Vậy, nguyên nhân nào dẫn đến sự mỏng đi của tầng ôzôn trên toàn cầu và “lỗ thủng ôzôn” ở Nam Cực?
Hóa chất nhân tạo có chứa halogen được xác định là nguyên nhân chính gây mất tầng ôzôn. Các hóa chất này được gọi chung là các chất làm suy giảm tầng ôzôn (ODS). ODS đã được sử dụng trong hàng nghìn sản phẩm trong cuộc sống hàng ngày của mọi người trên khắp thế giới.

Các ODS quan trọng nhất là chlorofluorocarbons (CFC), một chất đã từng được sử dụng rộng rãi trong máy điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh, bình xịt và trong ống hít được bệnh nhân hen suyễn sử dụng. Các hóa chất khác, chẳng hạn như hydrochlorofluorocarbons (HCFCs), halogen và methyl bromide cũng làm suy giảm tầng ôzôn. Hầu hết máy tính, thiết bị điện tử và các bộ phận của thiết bị của chúng tôi đã được làm sạch bằng dung môi làm suy giảm tầng ôzôn. Bảng điều khiển ô tô, bọt cách nhiệt trong nhà và các tòa nhà văn phòng của chúng tôi, nồi hơi nước và thậm chí cả đế giày đều được làm bằng CFC hoặc HCFC. Các văn phòng, cơ sở máy tính, căn cứ quân sự, máy bay và tàu thủy được sử dụng rộng rãi để phòng cháy chữa cháy. Rất nhiều trái cây và rau quả chúng tôi ăn đã được xông hơi bằng methyl bromide để diệt sâu bệnh.

Làm thế nào để các hóa chất này làm cạn kiệt ozone?

Khi một phân tử CFC đến tầng bình lưu, cuối cùng nó sẽ hấp thụ bức xạ UV, khiến nó bị phân hủy và giải phóng các nguyên tử clo. Một nguyên tử clo có thể phá hủy tới 100.000 phân tử ôzôn. Quá nhiều phản ứng clo và brom trong số này phá vỡ sự cân bằng hóa học mong manh duy trì tầng ôzôn, khiến ôzôn bị phá hủy nhanh hơn so với lượng nó được tạo ra.
Nếu không có Nghị định thư Montreal, sự suy giảm trên quy mô lớn của tầng ôzôn sẽ xảy ra với những hậu quả lớn
Nhờ Nghị định thư Montreal, chúng ta đã tránh được một thế giới mà các lỗ thủng tầng ôzôn nghiêm trọng sẽ xảy ra hàng năm ở Bắc Cực và Nam Cực. Đến giữa 21 st thế kỷ, sự suy giảm ozone nghiêm trọng có thể đã lây lan trên khắp hành tinh, bao gồm cả vùng nhiệt đới. Nhưng sự gia tăng UV-B lớn đến mức nào do sự suy giảm tầng ôzôn không kiểm soát được? Và UV-B tăng lên sẽ ảnh hưởng đến con người, sản xuất lương thực, hệ sinh thái và thậm chí cả vật liệu xây dựng như thế nào?

Bức xạ UV-B: hiện nay và trong một thế giới không có Nghị định thư Montreal

Sự suy giảm tầng ôzôn cho phép nhiều bức xạ UV-B đến bề mặt Trái đất hơn, nhưng UV-B cũng thay đổi một cách tự nhiên. Mức độ bức xạ UV-B cao hơn ở vùng nhiệt đới so với ở vĩ độ ôn đới hoặc vùng cực, và cao hơn ở độ cao so với mực nước biển. UV-B cũng có thể thay đổi theo mùa (ở vĩ độ cao và ôn đới UV-B đạt cực đại vào giữa mùa hè) và theo thời gian trong ngày (mức cao nhất xảy ra vào khoảng giữa ngày). Sự thay đổi trong đám mây cũng có những ảnh hưởng lớn.
Một cách để đo lường sự biến đổi tự nhiên này trong UV-B là thông qua chỉ số UV (UVI) [WHO1]. UVI là thước đo bức xạ tia cực tím do ánh nắng mặt trời gây ra, và hiện nay thường được sử dụng để hiển thị mức độ UV trong dự báo thời tiết. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) định nghĩa bất kỳ UVI nào lớn hơn 11 là cực [WHO2] nhưng với sự bảo vệ của một tầng ôzôn nguyên vẹn, các UVI cao như vậy chỉ xảy ra ở độ cao lớn trong vùng nhiệt đới [WHO3].
Các mô hình máy tính đang cung cấp cho chúng ta thông tin chi tiết về UVI trong một thế giới không có Giao thức Montreal (thường được gọi là 'Thế giới tránh'). Vào giữa thế kỷ này, các giá trị UVI trên 25 sẽ xuất hiện ở hầu hết các vĩ độ, và UVI sẽ đạt khoảng 50 ở các vùng nhiệt đới, vì vậy gấp năm lần định nghĩa hiện tại về bức xạ UV 'cực đoan'.

Thiệt hại cho sức khỏe và hạnh phúc của con người

Ngay cả với Nghị định thư Montreal để bảo vệ tầng ôzôn, tất cả chúng ta nên cố gắng tránh tiếp xúc quá nhiều với ánh nắng mặt trời để giảm nguy cơ mắc bệnh như ung thư da và đục thủy tinh thể do tiếp xúc quá nhiều với bức xạ UV-B. Nhưng nếu Nghị định thư Montreal không thành công thì sao? Làm thế nào những căn bệnh lớn đã bị ảnh hưởng bởi sự suy giảm tầng ôzôn không được kiểm soát trên thế giới không thể tránh khỏi này?

Ung thư da trong một thế giới không có Nghị định thư Montreal

Có mối liên hệ chặt chẽ giữa việc tiếp xúc quá nhiều với bức xạ UV và sự phát triển của ba dạng ung thư da phổ biến nhất (u hắc tố ác tính, ung thư biểu mô tế bào đáy và ung thư biểu mô tế bào vảy). Ngay cả bây giờ, với việc thực hiện thành công Nghị định thư Montreal, ung thư da là một trong những dạng ung thư phổ biến nhất, đặc biệt là ở những người da xanh xao [WHO5].
Hiểu được tỷ lệ mắc bệnh ung thư da sẽ tăng lên như thế nào khi sự suy giảm tầng ôzôn không kiểm soát được đến từ các mô hình máy tính trên thế giới đã tránh được. Các mô hình này kết hợp sự hiểu biết của chúng tôi về cách các chất làm suy giảm tầng ôzôn ảnh hưởng đến tầng ôzôn, sự thay đổi của ôzôn ảnh hưởng như thế nào đến bức xạ UV và cách bức xạ UV ảnh hưởng đến tỷ lệ mắc bệnh ung thư da.
Ví dụ, một mô hình toàn cầu cho rằng đến năm 2030, việc thực hiện thành công Nghị định thư Montreal sẽ ngăn ngừa được khoảng hai triệu ca ung thư da mỗi năm. Một mô hình dài hạn hơn tập trung vào ảnh hưởng đến sức khỏe ở những người sinh ra ở Hoa Kỳ từ năm 1890 đến năm 2100. Mô hình này ước tính rằng việc bảo vệ tầng ôzôn sẽ ngăn ngừa được tổng cộng khoảng 443 triệu ca ung thư da và 2,3 triệu ca tử vong do ung thư da ở Hoa Kỳ một mình. Điều này bao gồm 8-10 triệu trường hợp u ác tính ác tính. Vì chưa có mô hình lâu dài được thế giới tránh cho bệnh ung thư da trên toàn cầu. Tuy nhiên, tất cả các mô hình hiện có đều dẫn đến cùng một kết luận. Sự suy giảm tầng ôzôn không được kiểm soát sẽ làm tăng đáng kể nguy cơ ung thư da trên toàn thế giới.

Bệnh về mắt trong một thế giới không có Nghị định thư Montreal

Tiếp xúc với mức độ bức xạ UV cao dẫn đến tăng nguy cơ đục thủy tinh thể. Tổ chức Y tế Thế giới đã coi đục thủy tinh thể là một bệnh mắt ưu tiên [WHO6]. Đục thủy tinh thể là nguyên nhân gây ra khoảng một nửa số ca mù trên toàn thế giới, tương đương với khoảng 20 triệu người vào năm 2010 [WHO6]. Hiện tại, một mô hình đục thủy tinh thể được thế giới tránh khỏi chỉ có ở Hoa Kỳ. Mô hình này chỉ ra rằng nếu không kiểm soát hiệu quả sự suy giảm tầng ôzôn sẽ dẫn đến gần 63 triệu ca đục thủy tinh thể bổ sung ở những người sinh ra ở Hoa Kỳ trong khoảng thời gian từ 1890 đến 2100.

Các ảnh hưởng sức khỏe khác trong một thế giới không có Nghị định thư Montreal

Cũng như ung thư da và đục thủy tinh thể, bức xạ UV có thể gây ra những ảnh hưởng sức khỏe khác. Những tác động này bao gồm việc sản xuất vitamin D trong da có lợi cho sức khỏe. Trong thế giới chúng ta đang sống hiện nay, với sự bảo vệ hiệu quả của tầng ôzôn, có sự cân bằng giữa tác động tích cực và tiêu cực của UV-B [WHO4]. Nếu chúng ta không bảo vệ được tầng ôzôn thì sự cân bằng đó sẽ bị đảo lộn đáng kể theo hướng tiêu cực, hơn hết là làm tăng nguy cơ ung thư da và đục thủy tinh thể. Bằng cách tránh những hậu quả tiêu cực này, Nghị định thư Montreal đã đóng góp một phần lớn vào sức khỏe và hạnh phúc, một trong những mục tiêu phát triển bền vững được tất cả các Quốc gia thành viên Liên hợp quốc thông qua vào năm 2015.

Thiệt hại đối với an ninh lương thực

Trong quá trình tiến hóa, động vật, thực vật và vi sinh vật đã phát triển các cơ chế cho phép chúng đối phó với sự thay đổi của bức xạ UV-B mà chúng trải qua trong môi trường bình thường, được bảo vệ bởi tầng ôzôn nguyên vẹn. Điều này bao gồm các loại thực vật và động vật mà tất cả chúng ta đều dựa vào để làm thức ăn.
Cây trồng cần ánh sáng mặt trời để quang hợp, vì vậy không thể tránh tiếp xúc với UV-B. Họ đã phát triển các hệ thống làm giảm hoặc sửa chữa hư hỏng, bao gồm các sắc tố hoạt động như 'màn chắn nắng'. Đối với sức khỏe con người, có sự cân bằng giữa tác động tích cực và tiêu cực của UVB đối với thực vật. Sự suy giảm tầng ôzôn nếu không được kiểm soát sẽ làm thay đổi sự cân bằng này rất nhiều theo hướng tiêu cực.
Việc tiếp xúc nhiều với bức xạ tia cực tím có thể làm hỏng chuỗi thức ăn thủy sản và gây hại trực tiếp cho động vật giáp xác và trứng cá. Kết quả là, sự suy giảm tầng ôzôn không được kiểm soát sẽ đe dọa đến nghề cá và các nguồn lợi thủy sản khác, những nguồn đóng góp đáng kể vào nguồn cung cấp lương thực toàn cầu.
Tuy nhiên, không có mô hình 'thế giới tránh' để sản xuất lương thực. Có những con số 'công viên bóng' về mối quan hệ giữa sự suy giảm tầng ôzôn và sự phát triển của thực vật. Những điều này cho thấy rằng việc giảm 10% lượng ôzôn ở tầng bình lưu có thể làm giảm sản lượng của nhà máy khoảng 6%. Nếu mối quan hệ này phù hợp với tình trạng suy giảm tầng ôzôn rất nghiêm trọng được dự đoán trên thế giới thì sự suy giảm tầng ôzôn không được kiểm soát sẽ làm giảm đáng kể sản lượng cây trồng trên toàn cầu.
Nhìn chung, mặc dù chúng ta chưa thể định lượng được thiệt hại trong sản xuất lương thực, nhưng rõ ràng là nếu không có sự suy giảm tầng ôzôn của Nghị định thư Montreal thì việc thực hiện mục tiêu phát triển bền vững không còn nạn đói ngày càng khó khăn hơn.

Thiệt hại cho môi trường

Cũng như sự suy giảm tầng ôzôn không được kiểm soát đe dọa sản xuất lương thực, nó cũng đe dọa thực vật, động vật và vi sinh vật trong các hệ sinh thái tự nhiên. Các hệ sinh thái đó cung cấp 'các dịch vụ hệ sinh thái' mà tất cả chúng ta đều dựa vào để có không khí sạch và nước sạch, cũng như để hấp thụ carbon dioxide cho bầu khí quyển.

Cuộc sống trên cạn

Giống như cây trồng, cây dại có thể đối phó với mức bức xạ UV-B hiện tại, nhưng sự phát triển của chúng có thể bị giảm do sự gia tăng lớn của UV-B. Hầu hết các loài động vật dường như cũng có thể tránh được tác hại của mức bức xạ UV-B hiện tại. Chúng ta không biết cơ chế bảo vệ động vật sẽ bị áp đảo bởi sự gia tăng UV-B chưa từng có trên thế giới có thể tránh được vào thời điểm nào. Mặc dù vậy, thiệt hại đối với thực vật sẽ làm giảm lượng thức ăn có sẵn cho động vật ăn cỏ, gây ra hậu quả cho toàn bộ lưới thức ăn.

Cuộc sống dưới nước

Đại dương là hệ sinh thái lớn nhất của Trái đất. Chúng chứa các vi sinh vật, động vật và thực vật cung cấp cho chúng ta một nửa lượng oxy chúng ta hít thở và phần lớn lượng thức ăn chúng ta ăn. Một đại dương khỏe mạnh là yếu tố sống còn đối với sự tồn tại của chúng ta.
Trong các đại dương, hồ và sông UV-B có tác động tiêu cực đến nhiều khía cạnh khác nhau của sinh học của các sinh vật trên lưới thức ăn. Mặc dù không có mô hình 'thế giới tránh' cho các phản ứng của hệ sinh thái, nhưng sự gia tăng lớn của UV-B thì toàn bộ lưới thức ăn sẽ bị phá vỡ, đe dọa đa dạng sinh học và các dịch vụ hệ sinh thái.

Hệ sinh thái

Thông qua những tác động này lên hệ sinh thái, sự gia tăng UV-B trên quy mô lớn có thể làm thay đổi quá trình trao đổi carbon dioxide giữa khí quyển và sinh quyển. Bức xạ tia cực tím tăng lên cũng kích thích sự phân hủy của lá đang thối rữa và các chất hữu cơ khác. Cùng với đó, tác động của việc gia tăng UV-B sẽ làm giảm khả năng giữ carbon dioxide của hệ sinh thái, bao gồm cả carbon dioxide do các hoạt động của con người tạo ra. Theo cách này, sự suy giảm tầng ôzôn trên quy mô lớn sẽ làm trầm trọng thêm việc tích tụ carbon dioxide trong khí quyển gây ra biến đổi khí hậu. Thay đổi UV-B cũng làm thay đổi chu trình của nitơ và các hóa chất khác trong môi trường, có thể làm ô nhiễm không khí trầm trọng hơn.

Thiệt hại đối với vật liệu ngoài trời

Tiếp xúc với UV-B cũng làm hỏng các vật liệu tự nhiên và tổng hợp. Các vật liệu dễ bị tổn thương bao gồm gỗ, nhựa, cao su và thậm chí cả vật liệu được sử dụng trong một số tấm pin mặt trời. Những vật liệu này, được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà, nông nghiệp và các sản phẩm thương mại, đã được thiết kế để giảm thiểu thiệt hại do tia cực tím gây ra.
Sự suy giảm trên quy mô lớn của tầng ôzôn gây ra sự tiếp xúc nhiều hơn với tia UV của mặt trời sẽ làm tăng thiệt hại này và làm suy yếu các vật liệu này. Điều này sẽ dẫn đến sự hư hỏng nhanh chóng hơn và cần phải có thêm lớp bảo vệ chống tia cực tím, làm tăng giá thành và giảm độ tin cậy của nhiều sản phẩm.

Giải pháp

Vào những năm 1980, cộng đồng toàn cầu đã quyết định làm điều gì đó để chống lại sự suy giảm tầng ôzôn. Với bằng chứng ngày càng tăng cho thấy CFC gây hại cho tầng ôzôn và hiểu biết về nhiều hậu quả của việc suy giảm không kiểm soát được, các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách đã thúc giục các quốc gia kiểm soát việc sử dụng CFC. Đáp lại, Công ước Viên về Bảo vệ Tầng Ôzôn đã được thông qua vào năm 1985, sau đó là Nghị định thư Montreal về các chất làm suy giảm Tầng Ôzôn năm 1987. Đây là những hiệp ước môi trường quốc tế đầu tiên được 198 quốc gia trên thế giới tán thành.

Công ước Viên

Công ước Viên về Bảo vệ Tầng Ôzôn được thông qua vào năm 1985 và có hiệu lực vào năm 1988. Các quốc gia ký Công ước - được gọi là các bên - đã đồng ý nghiên cứu và giám sát các tác động của các hoạt động của con người đối với tầng Ôzôn và thực hiện các hành động cụ thể chống lại các hoạt động có nguy cơ gây ảnh hưởng xấu đến tầng ôzôn.
Công ước không yêu cầu các quốc gia thực hiện các hành động cụ thể để kiểm soát các chất làm suy giảm tầng ôzôn. Các hành động cụ thể được nêu trong Nghị định thư Montreal.

Nghị định thư Montreal

Nghị định thư Montreal về các chất làm suy giảm tầng ôzôn là một thỏa thuận toàn cầu nhằm bảo vệ tầng ôzôn của Trái đất bằng cách loại bỏ dần việc tiêu thụ và sản xuất hầu hết các hóa chất làm suy giảm tầng ôzôn. Thỏa thuận mang tính bước ngoặt được ký kết vào ngày 16 tháng 9 năm 1987 - được đánh dấu trên toàn cầu là Ngày Ôzôn thế giới - và có hiệu lực vào năm 1989. Nghị định thư đưa ra một loạt các nhiệm vụ thiết thực, có thể hành động để loại bỏ dần các chất làm suy giảm tầng ôzôn đã được thống nhất chung.
Nghị định thư là duy nhất ở chỗ có tính linh hoạt để phản hồi thông tin khoa học mới. Kể từ khi ra đời, Nghị định thư đã đáp ứng thành công các mục tiêu của nó và tiếp tục bảo vệ tầng ôzôn ngày nay.

Tu chính án Kigali

Mặc dù Nghị định thư Montreal được thiết kế để loại bỏ dần việc sản xuất và tiêu thụ ODS, một số chất thay thế các chất này, được gọi là hydrofluorocarbons (HFC), đã được chứng minh là khí nhà kính mạnh. Trên thực tế, một số HFCs mạnh hơn một nghìn lần so với carbon dioxide trong việc góp phần gây ra biến đổi khí hậu.
Sau nhiều năm nỗ lực, các bên đã đồng ý vào ngày 15 tháng 10 năm 2016 để sửa đổi Nghị định thư để bao gồm các biện pháp kiểm soát nhằm giảm HFC (Bản sửa đổi Kigali). Một đợt hạ nhiệt độ HFC thành công dự kiến sẽ tránh được sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu lên tới 0,4 độ C vào năm 2100, đồng thời tiếp tục bảo vệ tầng ôzôn.
Ngoài lợi ích bảo vệ Trái đất, sự tồn tại của ozone còn được nghiên cứu, ứng dụng trong hoạt động sản xuất, đời sống như xử lý nước, khử trùng không khí. Cũng theo đó, nhiều doanh nghiệp cung cấp máy ozone công nghiệp tại Việt Nam và trên thế giới ra đời. Mặc dù vậy, với tính chất oxy hóa khử mạnh, ozone vẫn được khuyến cáo sử dụng trong phòng không có người để đảm bảo sự an toàn của sức khỏe.
Nguồn: ozone.unep.org