Tầng ôzôn bị mỏng đi, nặng nhất là trên bầu trời Nam Cực vào mỗi mùa xuân ở đó, vì các nguyên tử clo giải phóng từ những chất làm lạnh và bình xịt đời cũ phá huỷ phân tử ôzôn theo kiểu dây chuyền. Khi gần như mọi quốc gia cùng cấm các chất đó, tầng ôzôn bắt đầu hồi phục, chậm nhưng đo được.
Chào bạn, đây là Nhà Hoá Học. Đây là một trong những câu chuyện hiếm hoi mà khoa học phát hiện vấn đề, thế giới cùng hành động, và kết quả đang hiện ra. Tập này mình kể nó từ góc nhìn của các phân tử.
Ôzôn là gì và nằm ở đâu?
Ôxy mình thở là phân tử gồm hai nguyên tử ôxy. Ôzôn là phân tử gồm ba nguyên tử ôxy. Chỉ thêm một nguyên tử mà tính chất khác hẳn: ôzôn có mùi hăng đặc trưng, như mùi bạn ngửi thấy gần máy photocopy cũ hay sau cơn giông lớn.
Phần lớn ôzôn của Trái Đất nằm ở tầng bình lưu, cao khoảng mười lăm đến ba mươi lăm cây số. Ở đó, tia cực tím mạnh từ Mặt Trời tách phân tử ôxy thành hai nguyên tử đơn lẻ, mỗi nguyên tử ghép với một phân tử ôxy khác thành ôzôn.
Ôzôn lại hấp thụ rất tốt tia cực tím, đặc biệt là loại năng lượng cao nhất. Khi hấp thụ, nó bị tách ra rồi lại ghép lại, liên tục. Chu trình tự nhiên này giữ một lớp ôzôn ổn định, như một tấm lọc chắn phần lớn tia cực tím có hại trước khi xuống mặt đất.
Điều thú vị là nếu gom hết ôzôn trong tầng bình lưu xuống áp suất mặt đất, lớp đó chỉ dày khoảng vài milimét. Tấm áo giáp của cả hành tinh mỏng đến vậy.
Clo phá huỷ ôzôn theo kiểu dây chuyền
Từ giữa thế kỷ hai mươi, con người dùng rộng rãi một nhóm chất tên là clo flo cacbon trong tủ lạnh, máy điều hoà, bình xịt, bọt xốp. Chúng rất trơ, không cháy, không độc khi dùng, nên được coi là chất lý tưởng.
Chính vì trơ, chúng không bị phân huỷ ở tầng thấp của khí quyển, mà từ từ bay lên tầng bình lưu sau nhiều năm. Ở đó, tia cực tím mạnh đủ để bẻ gãy chúng, giải phóng nguyên tử clo tự do.
Nguyên tử clo cướp một nguyên tử ôxy từ phân tử ôzôn, biến ôzôn thành ôxy thường. Sau đó, nhờ một phản ứng khác, clo được giải phóng trở lại, sẵn sàng phá phân tử ôzôn tiếp theo. Nó hoạt động như chất xúc tác, một nguyên tử clo có thể phá huỷ hàng nghìn phân tử ôzôn trước khi bị khoá lại trong một hợp chất bền.
Hai nhà hoá học Mario Molina và Sherwood Rowland đã đưa ra cảnh báo về cơ chế này từ giữa những năm bảy mươi, khi chưa ai đo được lỗ thủng. Họ cùng nhà khoa học Paul Crutzen sau đó nhận giải Nobel Hoá học cho những nghiên cứu về hoá học tầng ôzôn.
Vì sao lỗ thủng lại ở Nam Cực?
Giờ mình nói sang câu hỏi lạ nhất: khí thải từ tủ lạnh khắp thế giới, vậy sao tầng ôzôn lại mỏng nặng nhất ở tận Nam Cực, nơi gần như không có người ở.
Câu trả lời nằm ở mây. Mùa đông Nam Cực cực kỳ lạnh, đủ lạnh để tầng bình lưu hình thành những đám mây băng đặc biệt. Trên bề mặt các tinh thể băng ấy, những hợp chất chứa clo vốn tương đối vô hại được biến đổi thành dạng dễ giải phóng clo.
Suốt mùa đông tối tăm, clo tích tụ ở dạng chờ sẵn. Khi mùa xuân đến, Mặt Trời ló lên, ánh sáng giải phóng cùng lúc một lượng lớn clo tự do. Ôzôn bị phá huỷ rất nhanh trong vài tuần, tạo nên vùng mỏng đi mà người ta gọi là lỗ thủng.
Gió xoáy quanh cực lại giữ vùng khí này cô lập, không cho ôzôn từ nơi khác tràn vào bù. Lỗ thủng được các nhà khoa học trạm nghiên cứu Nam Cực của Anh công bố giữa những năm tám mươi, và mức độ của nó gây sốc cho cả giới khoa học.
Thế giới đã cùng hành động ra sao?
Năm một nghìn chín trăm tám mươi bảy, Nghị định thư Montreal được ký kết, cam kết giảm dần rồi ngừng sản xuất các chất phá huỷ tầng ôzôn. Sau đó nó được tất cả các quốc gia thành viên Liên Hợp Quốc phê chuẩn, một trong rất ít hiệp ước đạt được sự đồng thuận trọn vẹn như vậy. Việt Nam cũng tham gia.
Các chất cũ được thay bằng những chất làm lạnh khác. Nếu ai từng sửa tủ lạnh, máy lạnh đời cũ, có thể nghe thợ nói về chuyện đổi loại ga. Đó chính là dư âm của hiệp ước này đi tới tận xưởng sửa chữa ở đầu ngõ.
Tuy nhiên, một số chất thay thế thế hệ đầu lại là khí nhà kính rất mạnh. Vì vậy hiệp ước đã được sửa đổi để giảm dần cả những chất này, nối câu chuyện ôzôn với câu chuyện khí hậu.
Theo các đánh giá khoa học quốc tế gần đây, lượng chất phá huỷ ôzôn trong khí quyển đang giảm, và tầng ôzôn được dự báo sẽ hồi phục về mức trước khi có lỗ thủng trong vài chục năm tới, Nam Cực là nơi phục hồi chậm nhất vì các chất cũ tồn tại rất lâu.
Ôzôn tốt trên cao, xấu dưới thấp
Một điều hay gây nhầm là ôzôn có hai bộ mặt. Trên tầng bình lưu, nó là tấm khiên. Nhưng ở mặt đất, nơi mình thở, ôzôn là chất ô nhiễm gây kích ứng phổi, làm nặng bệnh hen.
Ôzôn mặt đất không bay lên vá được lỗ thủng. Nó được tạo ra ngay tại chỗ khi khí thải xe cộ và hợp chất hữu cơ dễ bay hơi gặp ánh nắng mạnh. Đó là lý do những ngày nắng gắt, lặng gió, ôzôn ở thành phố có thể tăng cao vào buổi chiều.
Một nhầm lẫn khác là cho rằng lỗ thủng tầng ôzôn gây ra nóng lên toàn cầu. Hai vấn đề có liên quan qua một số chất chung, nhưng là hai cơ chế khác nhau. Nóng lên toàn cầu chủ yếu do khí nhà kính giữ nhiệt, còn lỗ thủng ôzôn chủ yếu là chuyện tia cực tím.
Câu chuyện tầng ôzôn cho thấy khoa học hoá học có thể nhìn thấy một mối nguy từ trước, và con người có thể sửa sai khi cùng nhau. Lần tới ngước lên một bầu trời xanh trong, bạn có thể nghĩ đến lớp khí mỏng chỉ vài milimét đang lặng lẽ lành lại ở trên kia.
Câu hỏi thường gặp
Lỗ thủng tầng ôzôn có ảnh hưởng tới Việt Nam không?
Lỗ thủng nặng nhất ở Nam Cực. Tầng ôzôn ở vùng nhiệt đới cũng có biến động nhưng nhỏ hơn nhiều. Ở Việt Nam, tia cực tím mạnh chủ yếu vì ở gần xích đạo và nắng gắt quanh năm.
Tủ lạnh nhà mình có làm hại tầng ôzôn không?
Tủ lạnh, máy lạnh mới ngày nay dùng loại ga không phá huỷ ôzôn. Thiết bị rất cũ có thể còn ga đời cũ, nên khi thải bỏ hay sửa chữa cần thợ thu hồi ga đúng cách, không xả ra không khí.
Vì sao các chất cũ tồn tại lâu đến vậy?
Chúng rất bền ở tầng thấp, chỉ bị phá vỡ khi lên tầng bình lưu, và quá trình đi lên cùng tốc độ bị phân huỷ đều chậm. Nhiều chất có thời gian tồn tại trong khí quyển nhiều chục năm.
Ôzôn trong máy lọc không khí có tốt không?
Ôzôn ở nơi mình thở là chất gây kích ứng. Không nên dùng máy cố ý tạo ôzôn trong phòng có người.
Lỗ thủng có đóng hẳn mỗi năm không?
Lỗ thủng Nam Cực xuất hiện theo mùa, lớn nhất vào mùa xuân ở Nam bán cầu rồi thu hẹp lại khi khí từ nơi khác tràn vào. Kích thước mỗi năm còn dao động theo thời tiết tầng bình lưu.
