Trong lớp vỏ khí quyển bao quanh Trái Đất, có một "lá chắn" vô hình nhưng vô cùng quan trọng, đó chính là tầng ozon. Lớp khí này đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo vệ sự sống trên hành tinh chúng ta. Vậy, tầng ozon được hình thành như thế nào, và tại sao nó lại quan trọng đến vậy? Hãy cùng tìm hiểu về khái niệm, vai trò, quá trình hình thành cũng như những vấn đề mà tầng ozon đang phải đối mặt.
Trước khi đi sâu vào quá trình hình thành, chúng ta cần hiểu rõ khái niệm tầng ozon. Tầng ozon là một khu vực trong tầng bình lưu của khí quyển Trái Đất, nơi tập trung một lượng lớn khí ozon (O3). Khí ozon là một dạng thù hình của oxy, với mỗi phân tử gồm ba nguyên tử oxy thay vì hai như phân tử oxy thông thường (O2).
Mặc dù có nồng độ tương đối thấp so với toàn bộ khí quyển, nhưng sự hiện diện của ozon ở tầng bình lưu là cực kỳ quan trọng. Nó tập trung chủ yếu ở độ cao từ khoảng 10 km đến 50 km so với mặt đất, với mật độ cao nhất thường nằm trong khoảng 20-30 km. Độ dày của tầng ozon thường được đo bằng Đơn vị Dobson (DU). Vậy tầng ozon dày bao nhiêu? Nếu nén toàn bộ lượng ozon trong khí quyển về điều kiện tiêu chuẩn, nó chỉ tạo thành một lớp dày khoảng 3 mm. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc duy trì một lượng nhỏ nhưng đủ ozon.
Về màu sắc, thực tế, tầng ozon màu gì? Ozon nguyên chất ở dạng khí là một chất khí không màu hoặc có màu xanh nhạt, với mùi hăng đặc trưng. Tuy nhiên, khi nhìn từ không gian, tầng ozon không tạo ra một dải màu cụ thể mà chỉ là một phần của khí quyển trong suốt.
Quá trình tầng ozon được hình thành như thế nào là một chu trình tự nhiên liên tục trong tầng bình lưu, do sự tương tác giữa bức xạ cực tím (UV) từ Mặt Trời và các phân tử oxy.
Quá trình này bắt đầu khi các tia cực tím năng lượng cao (đặc biệt là tia UV-C và một phần tia UV-B) từ Mặt Trời chiếu vào các phân tử oxy (O2) trong tầng bình lưu. Bức xạ này có đủ năng lượng để phá vỡ liên kết trong phân tử O2, tách chúng thành hai nguyên tử oxy tự do (O).
O2+UV→O+O
Các nguyên tử oxy tự do (O) này rất không ổn định và có xu hướng phản ứng ngay lập tức với các phân tử oxy (O2) khác. Khi một nguyên tử oxy tự do kết hợp với một phân tử oxy, chúng tạo thành một phân tử ozon (O3). Phản ứng này cần một phân tử "đệm" (M) như nitơ (N2) hoặc oxy (O2) để hấp thụ năng lượng dư thừa, nếu không phân tử ozon mới hình thành sẽ không ổn định và tự phân hủy ngay lập tức.
O+O2+M→O3+M
Quá trình hình thành ozon không phải là một chiều. Các phân tử ozon (O3) cũng liên tục bị phân hủy bởi tia cực tím hoặc phản ứng với các nguyên tử oxy tự do:
O3+UV→O2+O
O3+O→2O2
Trong điều kiện tự nhiên, các phản ứng hình thành và phân hủy ozon diễn ra liên tục, tạo thành một chu trình cân bằng động. Sự cân bằng này duy trì một nồng độ ozon tương đối ổn định trong tầng bình lưu, tạo nên tầng ozon Trái Đất như một lá chắn bảo vệ.
>>> Hiểu rõ hơn về: Sao chổi được hình thành như thế nào
Vậy tầng ozon có vai trò gì mà lại được ví như một "lá chắn" bảo vệ sự sống? Tác dụng của tầng ozon là hấp thụ phần lớn các bức xạ cực tím (UV) có hại từ Mặt Trời trước khi chúng chạm tới bề mặt Trái Đất.
Cụ thể:
Nếu không có tầng ozon, lượng bức xạ UV-B và UV-C khổng lồ sẽ trực tiếp chiếu xuống bề mặt Trái Đất, gây ra những tác động tàn khốc cho mọi dạng sống. Đây là một vai trò của tầng ozon không thể thay thế.
Mặc dù tầng ozon được hình thành và duy trì bởi một chu trình tự nhiên, nhưng trong vài thập kỷ gần đây, con người đã gây ra những tác động tiêu cực nghiêm trọng đến sự cân bằng này, dẫn đến hiện tượng "lỗ thủng tầng ozon". Vậy tại sao tầng ozon bị thủng?
Nguyên nhân chính là do sự phát thải các hóa chất nhân tạo chứa clo và brom vào khí quyển, đặc biệt là các hợp chất CFC (chlorofluorocarbons) và HCFC (hydrochlorofluorocarbons), halon, methyl bromide...
Các chất này khi bay lên tầng bình lưu sẽ bị tia UV phân hủy, giải phóng các nguyên tử clo và brom. Những nguyên tử này hoạt động như chất xúc tác mạnh mẽ, phá hủy hàng ngàn phân tử ozon trước khi chúng bị vô hiệu hóa. Đặc biệt, ở vùng cực, với điều kiện nhiệt độ cực thấp và sự hình thành các đám mây tầng bình lưu vùng cực (PSCs), quá trình phá hủy ozon diễn ra mạnh mẽ hơn, tạo thành các "lỗ thủng" ozon lớn, đặc biệt là ở Nam Cực.
Hậu quả thủng tầng ozon là vô cùng nghiêm trọng và ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái Trái Đất:
>>> Nắm rõ thêm: Sóng biển được hình thành như thế nào
Nhận thức được những nguy cơ này, cộng đồng quốc tế đã có những nỗ lực đáng kể để bảo vệ tầng ozon. Nghị định thư Montreal (1987) là một cột mốc quan trọng, cấm sản xuất và sử dụng các chất làm suy giảm tầng ozon. Nhờ những nỗ lực này, các nhà khoa học đã quan sát thấy dấu hiệu phục hồi của tầng ozon, dự kiến sẽ trở lại mức trước năm 1980 vào khoảng giữa thế kỷ 21.
Thông tin về tầng ozon và tầm quan trọng của nó cần được truyền tải rộng rãi. Mỗi cá nhân có thể đóng góp bằng cách:
Quá trình tầng ozon được hình thành như thế nào là một minh chứng cho sự tinh tế và tự cân bằng của tự nhiên. Lá chắn ozon là món quà vô giá mà Trái Đất đã ban tặng, bảo vệ mọi sự sống khỏi bức xạ mặt trời nguy hiểm. Tuy nhiên, chính hoạt động của con người đã gây ra những tổn hại nghiêm trọng. Việc hiểu rõ về tầng ozon, vai trò và những mối đe dọa đối với nó sẽ giúp chúng ta có những hành động cụ thể và có trách nhiệm hơn để bảo vệ "lá chắn" quan trọng này cho các thế hệ tương lai.
Bình Luận