Tầng ôzôn – một lớp khí mỏng manh nhưng mạnh mẽ trong khí quyển – là lá chắn tự nhiên bảo vệ sự sống trên Trái Đất khỏi tia cực tím nguy hiểm từ Mặt Trời. Với những nỗ lực toàn cầu, tầng ôzôn đang dần hồi phục, trở thành biểu tượng của sự hợp tác để bảo vệ hành tinh.
Tầng ôzôn là gì?
Tầng ôzôn là một vùng trong tầng bình lưu (stratosphere) của khí quyển Trái Đất, ở độ cao 15-35 km, nơi tập trung khí ôzôn (O₃) – phân tử gồm ba nguyên tử oxy. Dù chỉ chiếm 0,00006% khí quyển, tầng ôzôn đóng vai trò như một bộ lọc, hấp thụ phần lớn tia cực tím (UV-B) từ Mặt Trời. Độ dày trung bình của nó khoảng 300 đơn vị Dobson (DU), tương đương 3 mm nếu nén ở điều kiện tiêu chuẩn. Ôzôn có màu xanh nhạt, mùi hăng giống sau cơn mưa, và được phát hiện lần đầu năm 1913 bởi các nhà khoa học Pháp Charles Fabry và Henri Buisson.
Nhà vật lý Anh G.M.B. Dobson đã phát triển đơn vị DU để đo lường, và ngày nay, vệ tinh như Aura của NASA cung cấp dữ liệu thời gian thực. Một chi tiết thú vị: nếu không có tầng ôzôn, sự sống trên cạn sẽ đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng do bức xạ UV mạnh.
Nguồn gốc và cơ chế hình thành
Tầng ôzôn hình thành thông qua quá trình quang hóa học, được mô tả bởi chu trình Chapman (đề xuất năm 1930). Tia UV-C (bước sóng dưới 242 nm) từ Mặt Trời tách phân tử oxy (O₂) thành hai nguyên tử oxy tự do (O). Các nguyên tử này kết hợp với O₂ để tạo O₃. Đồng thời, O₃ hấp thụ tia UV-B (280-315 nm), phân hủy lại thành O₂ và O, tạo vòng tuần hoàn cân bằng.
Cách đây 2,4 tỷ năm, trong sự kiện Đại Oxy Hóa, vi khuẩn quang hợp sản xuất oxy, dần hình thành tầng ôzôn khi oxy lan lên tầng cao. Các yếu tố như hoạt động Mặt Trời (chu kỳ 11 năm), gió tầng bình lưu và nitơ oxit từ vi sinh vật đất ảnh hưởng đến quá trình này. Tuy nhiên, từ thế kỷ 20, các chất phá hủy ôzôn (ODS) như chlorofluorocarbons (CFC) từ tủ lạnh và bình xịt đã làm suy giảm tầng ôzôn. Một thông tin đáng chú ý: một phân tử clo từ CFC có thể phá hủy hàng nghìn phân tử ôzôn.
Cấu trúc và đặc điểm
Tầng ôzôn không đồng đều: dày nhất ở xích đạo (khoảng 400 DU) do ánh nắng mạnh, và mỏng nhất ở các cực (100-200 DU) do góc chiếu thấp và điều kiện lạnh. Nó bao gồm ôzôn tầng bình lưu (90%, bảo vệ sự sống) và ôzôn tầng đối lưu (10%, gây ô nhiễm). Tầng ôzôn hấp thụ 97-99% tia UV-B, chuyển năng lượng thành nhiệt, làm tầng bình lưu ấm hơn tầng đối lưu – hiện tượng gọi là đảo nhiệt độ.
Sự biến đổi theo mùa là rõ rệt. Ở Nam Cực, vào mùa xuân (tháng 8-10), gió xoáy cực và nhiệt độ dưới -78°C tạo ra đám mây tầng bình lưu cực (PSC), thúc đẩy phản ứng phá hủy ôzôn. Năm 2025, lỗ hổng ôzôn Nam Cực đạt 13 triệu km² vào tháng 8, lớn hơn một chút so với trung bình, nhưng vẫn cho thấy dấu hiệu hồi phục.
Vai trò quan trọng với Trái Đất
Tầng ôzôn là lá chắn tự nhiên không thể thay thế, mang lại nhiều lợi ích cho sự sống và môi trường:
- Bảo vệ sức khỏe con người: Hấp thụ tia UV-B, giảm nguy cơ ung thư da (tăng 10% nếu tầng ôzôn mỏng), đục thủy tinh thể và suy giảm miễn dịch.
- Duy trì hệ sinh thái: Bảo vệ thực vật khỏi tổn hại DNA, đảm bảo năng suất nông nghiệp và chuỗi thức ăn. Nó cũng giúp phytoplankton biển, cơ sở chuỗi thức ăn đại dương, phát triển bình thường.
- Điều hòa khí hậu: Ôzôn ảnh hưởng đến dòng gió tầng bình lưu, gián tiếp tác động đến thời tiết bề mặt. Bảo vệ thực vật hấp thụ CO₂, tầng ôzôn góp phần giảm ấm lên toàn cầu khoảng 0,85°C.
- Hỗ trợ sinh vật biển: Ngăn tia UV hại phytoplankton, giúp duy trì nguồn hấp thụ CO₂ và chuỗi thức ăn đại dương.
Thách thức và tác động của suy giảm tầng ôzôn
Suy giảm tầng ôzôn, hay “lỗ hổng ôzôn”, chủ yếu do ODS như CFC, halons và hydrochlorofluorocarbons (HCFC). Các chất này, từng phổ biến trong công nghiệp, giải phóng clo và brom phá hủy O₃. Lỗ hổng lớn nhất ghi nhận năm 2006 (29,6 triệu km²), nhưng nhờ Nghị định thư Montreal 1987, ODS giảm 99%, giúp tầng ôzôn hồi phục.
Tác động của suy giảm ôzôn nghiêm trọng: tăng tia UV gây ung thư da, giảm năng suất cây trồng (10-20% ở một số loài), và làm chậm hấp thụ CO₂, góp phần vào biến đổi khí hậu. Đến năm 2025, lỗ hổng ôzôn Nam Cực nhỏ hơn so với năm 2023, là một trong những mức thấp nhất kể từ 2020, cho thấy hiệu quả của các biện pháp bảo vệ.
Biện pháp bảo vệ tầng ôzôn
Nghị định thư Montreal 1987 là cột mốc quan trọng, loại bỏ gần hết ODS. Đến năm 2025, tầng ôzôn dự kiến hồi phục hoàn toàn vào khoảng năm 2060 ở Nam Cực. Các biện pháp chính bao gồm:
- Thay thế ODS bằng hydrofluorocarbons (HFC), dù HFC cần quản lý vì góp phần vào hiệu ứng nhà kính.
- Giám sát toàn cầu qua vệ tinh của NASA, ESA và Copernicus, cung cấp dữ liệu thời gian thực.
- Giáo dục cộng đồng về sử dụng kem chống nắng, giảm khí thải và hỗ trợ nghiên cứu.
- Ở Việt Nam, tham gia Montreal từ 1994, đã loại bỏ CFC và đang giảm HCFC theo lộ trình.
Ứng dụng sáng tạo và ý nghĩa văn hóa
Tầng ôzôn truyền cảm hứng cho nhiều lĩnh vực. Trong khoa học, mô hình hóa ôzôn cải thiện dự báo khí hậu và phát triển công nghệ lọc UV cho kính, sơn và vải chống thấm. Máy tạo ôzôn được sử dụng để khử trùng nước và không khí trong y tế, nông nghiệp và xử lý thực phẩm, như ở các nhà máy chế biến thủy sản Việt Nam.
Trong văn hóa, tầng ôzôn là biểu tượng của sự mong manh và sức mạnh của hành tinh. Các chiến dịch như Ngày Quốc tế Bảo vệ Tầng Ôzôn (16/9) nâng cao nhận thức qua nghệ thuật và truyền thông. Triển lãm “Ozone Dreams” năm 2025 tại Liên Hợp Quốc đã sử dụng hình ảnh lỗ hổng ôzôn để kêu gọi hành động môi trường. Ở Việt Nam, các chương trình giáo dục tại trường học tích hợp chủ đề ôzôn để khuyến khích thế hệ trẻ bảo vệ môi trường.
Câu hỏi thường gặp về tầng ôzôn
Tầng ôzôn nằm ở đâu?
Ở tầng bình lưu, 15-35 km trên bề mặt Trái Đất, với nồng độ cao nhất tại 20-25 km.
Lỗ hổng ôzôn là gì?
Là vùng tầng ôzôn mỏng dưới 220 DU, chủ yếu ở Nam Cực do ODS và điều kiện lạnh.
Tầng ôzôn có đang hồi phục không?
Có, nhờ Nghị định thư Montreal, dự kiến hồi phục hoàn toàn vào khoảng năm 2060.
Tia UV gây hại như thế nào?
Gây ung thư da, đục thủy tinh thể, suy giảm miễn dịch, và làm tổn hại thực vật, sinh vật biển.
Ôzôn tầng thấp có tác hại gì?
Ôzôn ở tầng đối lưu gây ô nhiễm, kích ứng hô hấp và góp phần vào sương mù quang hóa.
Kết luận
Tầng ôzôn là một kỳ quan tự nhiên, bảo vệ sự sống khỏi tia cực tím và điều hòa khí hậu Trái Đất. Dù từng bị đe dọa bởi hoạt động con người, các nỗ lực toàn cầu, như Nghị định thư Montreal, đã giúp nó hồi phục, với những dấu hiệu tích cực vào năm 2025. Hiểu về tầng ôzôn không chỉ giúp chúng ta trân trọng sự mong manh của hành tinh mà còn thúc đẩy hành động bảo vệ môi trường. Từ ứng dụng khoa học đến ý nghĩa văn hóa, tầng ôzôn là lời nhắc nhở rằng sự hợp tác và trách nhiệm có thể tạo nên sự khác biệt cho tương lai bền vững.
Xem thêm:
