Tài liệu Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống (sinh học thcs) vì tương lai của sự sống trên trái đất, hãy cùng chung tay bảo vệ tầng ozone!

Bài dự thi: Cuộc thi vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết tình huống thực tiễn dành cho học sinh trung học cơ sở Tên đề tài: Vì tương lai của sự sống trên Trái Đất, hãy cùng chung tay bảo vệ tầng ozone! (For the future of life on the Earth, let’s work together to protect the ozone layer!) 1. TÊN TÌNH HUỐNG: Những ngày hè nắng nóng như hè 2014 vừa rồi, hầu hết các gia đình sẽ chọn đi tắm biển để tránh nắng nóng gay gắt và thư giãn sau những ngày làm việc và học tập căng thẳng. Gia đình tôi cũng vậy. Năm vừa rồi hai chị em tôi đạt Học sinh Giỏi nên ba mẹ đã quyết định cho cả nhà đi du lịch ở biển Nha Trang. Cả nhà tôi đều nhất trí với ý tưởng của ba và mẹ bởi theo như tôi được học ở môn Địa lý thì vùng biển Nha Trang được mệnh danh như một Địa Trung Hải của Việt Nam, thành phố của nắng và gió. Trước khi đi, mẹ tôi có dặn tôi phải nhớ đem theo kem chống nắng. Cô em gái bé nhỏ của tôi thấy vậy chợt thắc mắc với mẹ : - Mẹ ơi, đi tắm biển thì sao phải đem theo kem chống nắng để làm gì ạ? - Thế con không sợ nắng làm hỏng làn da trắng hồng của con à? - Nhưng con thấy các bác sĩ đều khuyến cáo rằng những em bé đang tuổi phát triển nên tắm nắng từ lúc 6h – 9h sáng vì nó sẽ rất tốt cho sức khoẻ, sao lại hỏng da được mẹ? - Hiện nay, các phương tiện truyền thông đã đưa tin rằng do tầng ozone bị thủng nên các tia tử ngoại chiếu thẳng xuống mặt đất sẽ gây tổn thương da, thậm chí là ung thư da con à! - Ơ, thế ozone là gì hả mẹ? Vì sao tầng ozone thủng thì da con lại bỏng, rộp ạ? Người lớn khó hiểu quá…! - Thôi vậy để con đi lấy kem chống nắng với chị đây mẹ ạ. * Giá như em gái tôi lớn hơn chút nữa thì em đã có thể trả lời được cho thắc mắc của mình rồi. Còn theo kiến thức hiểu biết của tôi thì bây giờ việc tắm nắng rất có thể gây nguy hiểm cho con người. Vậy tại sao lại xảy ra hiện tượng này? Phải chăng là do sự suy giảm của tầng ozone? Các bạn hãy cùng tôi giải thích cho em gái tôi hiểu nhé! 2. MỤC TIÊU GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG: 1 - Thứ nhất, rất nhiều người hiện nay bị ung thư da do tia tử ngoại làm tổn thương da nên đây là một tình huống xuất phát từ thực tế cuộc sống. - Thứ hai, trong các vấn đề đáng lo ngại về môi trường hiện nay, vấn đề ozone và suy giảm tầng ozone là một vấn đề bức xúc và nghiêm trọng mang tính chất toàn cầu. Bên cạnh đó, mỗi người đều cần có ý thức bảo vệ môi trường cũng như bảo vệ tầng ozone để Trái Đất xanh-sạch-đẹp nên em muốn việc giải quyết tình huống thực tế này của chúng em sẽ góp phần thiết thực nhằm tuyên truyền tới mọi người có ý thức bảo vệ tầng ozone. - Thứ ba, với em, khi giải quyết tình huống này, em sẽ được tìm hiểu sâu rộng hơn các kiến thức trong lĩnh vực bộ môn Hoá học, Sinh học, Vật lý, … và từ đó giúp các bạn học sinh THCS như em có cơ hội tham gia vào việc vận dụng kiến thức các môn học cho thực tế cuộc sống bằng những kiến thức thu thập được trong nhà trường. 3. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG: Để giải quyết tình huống này, em đã tìm hiểu và thấy có thể vận dụng nhiều kiến thức các môn học trong nhà trường để giải quyết cho thấu đáo, cặn kẽ tình huống mà em đã đưa ra ở trên. Cụ thể là: môn Hoá học, Vật lý, Sinh học, Địa lí, Ngữ văn, Tiếng Anh, Giáo dục công dân ở các khối lớp mà em đã được học. Ví dụ: - Với môn Tiếng Anh: Trong phần nhan đề tình huống (viết dưới hình thức như một khẩu hiệu song ngữ): VÌ TƯƠNG LAI CỦA SỰ SỐNG TRÊN TRÁI ĐẤT,HÃY CÙNG CHUNG TAY BẢO VỆ TẦNG OZONE! (FOR THE FUTURE OF LIFE ON THE EARTH, LET’S WORK TOGETHER TO PROTECT THE OZONE LAYER!) nhằm hoà cùng chủ trương, không khi bảo vệ môi trường của toàn thế giới. - Toán học: số liệu thống kê về hàm lượng ozone trong khí quyển - Địa lí : vẽ biểu đồ về hàm lượng ozone - Hóa học: Công thức cấu tạo phân tử ozone, tính chất hóa học, sự tạo thành và phân hủy ozone - Sinh học: ảnh hưởng của ozone đến sinh vật và con người - Giáo dục công dân: tuyên truyền nâng cao ý thức bảo vệ tầng ozone - Ngữ văn: sử dụng từ ngữ, phương thức biểu đạt phù hợp cho bài văn thuyết minh - Ứng dụng công nghệ thông tin: tìm kiếm google Em xin trình bày cụ thể trong phần thuyết minh giải quyết tình huống dưới đây. 2 4. GIẢI PHÁP GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG: 4.1.Trình bày các khái niệm về ozone, hàm lượng ozone, tầng ozone, lỗ thủng tầng ozone 4.2.Ứng dụng của tầng ozone và vai trò của tầng ozone 4.3.Nguyên nhân gây ra những lỗ thủng của tầng ozone 4.4.Hiện trạng tầng ozone trong khí quyển 4.5.Hậu quả của sự suy thoái tầng ozone 4.6.Ngăn chặn sự suy thoái của tầng ozone 4.7.Tầng ozone có dấu hiệu dần thu hẹp lại? 4.8. Tầng ozone thủng đã ảnh hưởng tới sức khỏe con người (da, mắt) như thế nào? 5. THUYẾT MINH TIẾN TRÌNH GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG: Tầng ozone của Trái Đất là lá chắn để bảo vệ tất cả các sự sống khỏi bức xạ có hại của Mặt Trời, nhưng các hoạt động của con người đã hủy hoại lá chắn này. Theo thời gian sự bảo vệ khỏi bức xạ tử ngoại ngày càng ít đi, dẫn đến tỉ lệ ung thư da, đục thủy tinh thể và thiệt hại cây trồng cao hơn. Hiện nay, vấn đề ozone và thủng tầng ozone đã trở thành một vấn đề bức xúc và nghiêm trọng về môi trường trên Trái Đất. CHƯƠNG MỘT: CÁC KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU I.Ozone: - Công thức hóa học: O3 - Cấu tạo phân tử: 3 Hình 1: Mô hình phân tử khí Ozone - Tính chất vật lí: Ozone là chất khí có màu lam nhạt (trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn), có mùi hắc đặc trưng. Ozone là chất hấp thụ mạnh các tia tử ngoại, tia nhìn thấy và tia hồng ngoại. Ozone có khả năng hấp thụ cao nhất ở bước sóng là 254 nm đối với các tia tử ngoại, ở bước sóng là 600 nm đối với các tia nhìn thấy và ở bước sóng là 900 nm đối với tia hồng ngoại. Ozone hóa lỏng màu xanh thẫm ở -112 °C, và hóa rắn có màu xanh thẫm ở -193 °C. - Tính chất hóa học: Không khí chứa một lượng rất nhỏ ozone có tác dụng làm cho không khí trong lành. Với lượng ozone lớn hơn sẽ gây độc hại với con người. Công thức hóa học: O3 → O2 + O Đồng thời, trong tự nhiên: O2 + O → O3 Theo kiến thức hóa học thì ozone (O3) là một dạng thù hình của oxi, trong phân tử của nó chứa ba nguyên tử oxi thay vì hai nguyên tử trong một phân tử oxi. (Hình 1). Ozone có tính oxi hóa mạnh, do nó không bền, dễ dàng bị phân huỷ thành oxi phân tử và oxi nguyên tử Như đã biết cách thức tạo ra khí ozone trong khí quyển do hai nguyên nhân chính đó là: Nguyên nhân 1: Các tia cực tím (tia UV-C λ<280 nm) từ mặt trời khi vào lớp khí quyển chứa oxi, nó sẽ bắn phá vào phân tử oxi tách thành 2 nguyên tử oxi tự do. Các nguyên tử oxi tự do này có thể tự tái hợp với nhau thành khí oxi hoặc kết hợp với phân tử oxi khác tạo thành khí ozone. O2 + (UV-C) → O + O ; O2 + O → O3 Nguyên nhân 2: Khi có giông tố, các tia sét hình thành cũng phóng ra các tia cực tím (UV) và quá trình tạo khí ozone cũng giống như trên (Hình 2). 4 Hình 2: Các tia sét trong cơn giông một trong các nguyên nhân tạo ra khí Ozone II. Hàm lượng ozone: Ta thấy rằng nguyên nhân tạo ra khí ozone đều ở trên cao của tầng khí quyển. Khi ozone hình thành bởi nguyên nhân 1 thì khí ozone ở trên tầng bình lưu. Còn nguyên nhân 2 khí Ozon ở ranh giới giữa tầng đối lưu và bình lưu. Khu vực thấp nhất, tầng đối lưu, kéo dài từ bề mặt Trái Đất lên đến khoảng 10km theo độ cao. Tầng kế tiếp là tầng bình lưu, tiếp tục từ 10km đến 50 km. Biểu đồ về hàm lượng ozone trong khí quyển Nhưng do nhiệt độ của tia sét tạo ra rất lớn nên trong vùng tạo ra khí ozone có nhiệt độ rất cao làm cho khối khí giãn nở đối lưu lên trên vùng bình lưu. Khi nhiệt độ giảm khi ozone có bị “rơi” xuống về phía mặt đất, do ozone 5 là khí không bền, dễ dàng bị phân huỷ thành oxi phân tử và oxi nguyên tử nhưng khi rơi xuống tầng thấp, oxi nguyên tử vừa tách ra từ ozone bị hấp thụ ngay bơi hơi nước, hoặc bụi có trong khí quyển, do đó oxi nguyên tử không còn cơ hội để tái hợp với phân tử oxi hình thành trở lại khí ozone. Vậy là khí ozone biến mất! Cứ 10 triệu phân tử không khí thì có khoảng 2 triệu phân tử oxi thông thường, nhưng lại chỉ có 3 phân tử ozone. Tại bất kỳ thời điểm nào, các phân tử ozone liên tục được hình thành và bị phân hủy trong tầng bình lưu. Tuy nhiên, tổng số lượng vẫn tương đối ổn định. Trong khi nồng độ ozone thay đổi tự nhiên với các vết đen mặt trời, theo các mùa và vĩ độ. Các quá trình này được hiểu và có thể dự đoán được. Các nhà khoa học đã xác minh những sự kiện kéo dài trong nhiều thập kỉ đã cụ thể hóa được nồng độ ozone bình thường trong các chu kỳ tự nhiên. Một cách tự nhiên, cứ mỗi khi hàm lượng ozone giảm thì tiếp nối sau đó sẽ là sự phục hồi. Tuy nhiên, gần đây, những bằng chứng khoa học thuyết phục cho thấy rằng lá chắn ozone đang bị suy giảm vượt quá xa so với những thay đổi do các quá trình tự nhiên thông thường có thể gây ra. III. Tầng ozone: Theo như môn Địa lý thì ozone là loại khí hiếm trong không khí gần mặt đất nhưng lại tập trung thành lớp dày ở những độ cao khác nhau trong tầng bình lưu, cách mặt đất khoảng từ 10 – 50 km ở những vĩ độ khác nhau. 6 90% ozone nằm trong khoảng 19 -23 km so với mặt đất, ozone là một vành đai khí khá mạnh đủ sức bảo vệ sự sống, bảo vệ sinh quyển nhưng nhiều nghiên cứu thuộc lĩnh vực Sinh học cũng cho thấy nó là loại khí độc hại và sự ô nhiễm của ozone sẽ tác động đến năng suất cây trồng ở mặt đất. Tầng khí quyển này hấp thụ 93-99% tia bức xạ có hại từ Mặt Trời (còn được gọi là tia UVB. UVB có liên quan đến nhiều ảnh hưởng có hại, bao gồm như ung thư da, đục thủy tinh thể, và nguy hại cho một số cây trồng, các loại vật liệu nhất định và đời sống của một số sinh vật biển). IV.Lỗ thủng tầng ozone: Những chỗ loang lổ ozone do bị loãng được hiểu là “lỗ thủng ozone”. Lỗ thủng của tầng ozone theo định nghĩa của Cục Môi Trường (EPA) Mỹ là khu vực có hàm lượng ozone thấp hơn 220 đơn vị dobson (DU). Một DU tương đương với 27 triệu phân tử ozone trên một cm2. Tầng ozone ở Mỹ khoảng 300 DU, trong khi đó tầng ozone ở Nam Cực ở cuối mùa xuân chỉ còn khoảng 117 DU. Ở Nam Cực hàm lượng ozone thấp nhất xảy ra ở những khu vực khác nhau, trong những thời điểm khác nhau. Kỷ lục thấp nhất của tầng ozone là 88 DU được ghi nhận vào năm 1994. CHƯƠNG HAI: ỨNG DỤNG CỦA OZONE VÀ VAI TRÒ CỦA TẦNG OZONE I. Ứng dụng của ozone: 7 Ozone có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống: 1. Sử dụng trong công nghiệp: Ozone được sử dụng để tẩy trắng đồ vật và tiêu diệt vi khuẩn, rất nhiều hệ thống nước sinh hoạt công cộng sử dụng ozone để khử vi khuẩn thay vì sử dụng các chất khử truyền thống như clo và brom. Trong công ngiệp ozone được sử dụng để: + Khử trùng nước uống trước khi đóng chai Từ năm 1906 tại Nice – Pháp đã xây dựng nhà máy sản xuất nước đầu tiên sử dụng ozone Tại thành phố Los Angeles, bang California Mỹ có nhà máy xử lý nước uống lớn nhất thế giới, tất cả các loại nước uống đóng chai đều được khử trùng, làm sạch bằng ozone. + Phân hủy dầu mỡ và khử các chất gây ô nhiễm có trong nước bằng phương pháp hóa học (sắt, asen, sulfua hidro, nitrit, và chất hữu cơ phức tạp liên kết với nhau tạo ra “màu” của nước). + Hỗ trợ quá trình kết tụ (là quá trình kết tụ của các phân tử, được sử dụng trong quá trình lọc để loại bỏ sắt và asen). + Làm sạch và tẩy trắng vải (việc sử dụng để tẩy trắng được cấp bằng sáng chế), không làm mất màu tóc và quần áo. + Đánh giá tuổi thọ của mẫu cao su để xác định chu kỳ tuổi thọ của cả lô cao su. 2. Sử dụng trong y tế: + Tiêu diệt vi khuẩn, virut và các loại nấm mốc. 8 (máy lọc nước Ozone) (máy khử độc không khí bằng ozone) + Khử các bào tử, u nang, men và các loại nấm. + Tiêu diệt các mầm vi sinh vật gây bệnh trong nước và trong không khí, khử mùi trong không khí. + Không gây bỏng mắt, không gây ảnh hưởng tới da, mũi và tai. + Ozone không gây ung thư. Ngoài ra, ozone có thể được sử dụng để ảnh hưởng tới cân bằng chống oxi hóa - hỗ trợ oxi hóa của cơ thể, khi đó thông thường cơ thể sẽ phản ứng với sự hiện diện của nó bằng cách sản sinh ra các enzim chống oxi hóa. 9 3. Ứng dụng trong nuôi trồng thuỷ sản: Ozone giúp loại bỏ vi-rút gây bệnh và làm tôm luôn khỏe mạnh mà không cần đến các loại hóa chất có hại, và giúp các hộ nuôi tôm giống nuôi trồng tôm hữu cơ. + Tăng thu nhập do tăng trọng lượng tôm và tăng cường độ phân hủy đối với các thức ăn thối rữa lắng đọng. + Tỉ lệ tôm chết thấp hơn đồng nghĩa với việc năng suất sản lượng tôm trong cùng một diện tích ao nuôi. + Giảm chi tiêu đối với các chất hoạt chất mà lượng tôm trong ao nuôi cần dùng trước đó. + Tiết kiệm chi phí do điện năng tiêu thụ thấp. + Hạn chế thay nước, giúp tránh rủi ro do mầm bệnh từ ngoài đưa vào. Không những vậy, ozone đem lại sự tiện lợi rất lớn cho cuộc sống thường ngày của con người: + Ozone được sử dụng để làm sạch nước thải và các chất thải gây hại. 10 + Ozone làm sạch nước giếng và các hệ thống lọc nước uống trong gia đình. + Hệ thống ozone có thể mang lại sự sống cho các hồ chết do bị ô nhiễm và các ao tù. + Ozone được sử dụng để làm sạch không khí trên tàu thuyền, máy bay, khử khói thuốc trong phòng khách sạn và nơi sinh hoạt công cộng khác. + Ozone được sử dụng ở hàng nghìn khu dân cư, khu thương mại, và khắp nơi trên toàn thế giới. + Ozone không gây nổ, gây cháy, trong trường hợp đòi hỏi sự làm sạch cao, ozone không tạo thành các sản phẩm khói có hại. + Ozone không gây hỏng hóc cho mối nối bơm và đường ống dẫn. + Ozone đem lại sự tiện lợi lớn cho các bể chứa nước và suối nước khoáng. Ozone không tồn tại hoặc bị tích tụ trong sản phẩm. Ozone được phát ra bởi máy phát và định lượng vào nước hoặc trong không khí tự động, nó không gây ảnh hưởng tới cân bằng pH của nước, giảm thiểu khả năng điều chỉnh pH. Ozone làm giảm trọng lượng chất rắn hòa tan nên không cần thay nước thường xuyên trong các bể. Vậy, có thể khẳng định rằng ozone chính là một thiết bị bảo vệ môi trường!! II. Vai trò của tầng ozone trong tự nhiên: Tuy mỏng manh nhưng tầng ozone có vai trò rất quan trọng đối với sự sống trên Trái Đất vì nó hấp thụ phần lớn tia cực tím (UV) của bức xạ Mặt Trời, không cho các tia này đến được Trái Đất. Chính vì thế trong lịch sử của giới sinh vật, sự sống chỉ được di cư lên cạn khi trên Trái Đất xuất hiện tầng 11 ozone. Do vậy, nếu tầng ozone bị phá hủy sẽ gây tác hại rất lớn đối với mọi sinh vật trên hành tinh. Như chúng ta đã biết, tia bức xạ UV mà Mặt Trời tỏa ra chia làm 3 loại: UV-A (400-315nm), UV-B (315-280nm), và UV-C (280-100 nm). Trong đó, UV-C rất có hại cho con người, UV-B gây tác hại cho da và có thể gây tổn thương tế bào dẫn đến ung thư da. Tầng ozone đã giúp cản trở tia bức xạ UVB và UV-C, còn hầu hết tia UV-A chiếu được tới bề mặt Trái Đất, nhưng may mắn là tia này ít gây hại cho sinh vật. Các nghiên cứu cho thấy rằng cường độ bức xạ UV-B trên bề mặt Trái Đất nhờ sự ngăn cản của tầng ozone trở nên yếu hơn tới 350 tỉ lần so với trên tầng khí quyển. Nếu tầng ozone bị suy giảm, bức xạ UV sẽ đến Trái Đất nhiều hơn và làm tăng bệnh ung thư da, đục thủy tinh thể ở mắt, làm giảm sản lượng lương thực, ảnh hưởng đến hệ sinh thái biển. 12 CHƯƠNG BA: NGUYÊN NHÂN GÂY RA NHỮNG LỖ THỦNG CỦA TẦNG OZONE Nguyên nhân đầu tiên có thể kể tới có liên quan tới việc sản xuất và sử dụng tủ lạnh trên thế giới. Tủ lạnh có thể làm lạnh và bảo quản thực phẩm được lâu là vì trong hệ thống ống dẫn khép kín phía sau tủ lạnh có chứa loại dung dịch freon thể lỏng (thường gọi là "gas"). Freon là tên gọi chung của những hợp chất CFC(cloflocacbon), như CCl2F2, CCl3F,… Nhờ có dịch hoá học này tủ lạnh mới làm lạnh được. Dung dịch freon có thể bay hơi thành thể khí. Khi chuyển sang thể khí, freon bốc thẳng lên tầng ozone trong khí quyển Trái Đất và phá vỡ kết cấu của nó, làm giảm nồng độ khí ozone. Không những tủ lạnh, máy lạnh cần dùng đến freon mà trong dung dịch giặt tẩy, các loại sơn, bình cứu hoả cũng sử dụng freon và các chất thuộc dạng freon. Đây là những hóa chất thiết yếu và trong quá trình sản xuất và sử dụng chúng không tránh khỏi thất thoát một lượng lớn hoá chất dạng freon bốc hơi bay lên khí quyển. Khi CFC đến được tầng bình lưu, dưới tác dụng của tia cực tím nó bị phân hủy tạo ra Clo nguyên tử, và Clo nguyên tử có tác dụng như một chất xúc tác để phân hủy ozone. Cụ thể, các phân tử Cl, F, Br của CFC và halon được biến đổi thành các nguyên tử (gốc) tự do hoạt tính nhờ các phản ứng quang hoá: CFCl3 + hv → CFCl2 + Cl CFCl2 + hv → CFCl + Cl CF2Cl2 + hv → CF2Cl + Cl CF2Cl + hv → CFCl + Cl Sau đó, các nguyên tử Cl, F, Br tác dụng huỷ diệt O3 theo phản ứng: Cl + O3 → ClO + O2 ClO +O3 → Cl +2O2 Người ta tính rằng một phân tử CFC mất trung bình là 15 năm để đi từ mặt đất lên đến các tầng trên của khí quyển và có thể ở đó khoảng một thế kỷ, phá hủy đến cả trăm ngàn phân tử ozone trong thời gian này. Đến giữa thập kỷ 90, thêm một “thủ phạm tích cực” nữa được phát hiện chính là chất thải công nghiệp, đặc biệt là các khí NO x,CO2… Những chất thải loại này vẫn bền bỉ và dai dẳng bay vào bầu khí quyển và làm công việc phá hoại tầng ozone. Ảnh hưởng này càng nghiêm trọng hơn khi nền công 13 nghiệp ngày càng hiện đại hóa, đồng nghĩa với quá trình gia tăng mạnh mẽ sản xuất công nghiệp. N2O được tạo ra bằng cách sản xuất phân bón nitơ hay xử lí nước thải, 1/3 tổng lượng N2O thải vào khí quyển là từ những hoạt động của con người như đốt cháy nguyên liệu hóa thạch, sử dụng phân bón gốc nitơ, vận hành các nhà máy xử lí nước thải hay các quy trình công nghiệp khác liên quan đến nitơ. Khí này cũng được giải phóng khi vi khuẩn hoạt động trong đất và đại dương phân hủy các hợp chất chứa nitơ. Các nhà nghiên cứu cho biết nên giảm việc sử dụng loại hợp chất này để tránh làm mỏng tầng ozone bao quanh Trái đất. Mặc dù có khả năng làm suy yếu tương đương nhưng N 2O có thể có tác động phá hủy nhiều hơn bởi vì nguồn sản sinh chúng quá phong phú. Mỗi năm có khoảng 10 triệu tấn N2O bị thải ra môi trường, tương đương hơn 1 triệu tấn CFC các loại tại điểm thải cao nhất. Do vậy, có thể nói N 2O đã “qua mặt” chlorofluorocarbon (CFC) để trở thành loại khí phá hủy tầng ozone mạnh nhất. Việc xả khói bụi và các chất hóa học (cacbon monoxide, sulfur dioxide) vào bầu không khí cũng gây ảnh hưởng xấu đến tầng ozone. Khói thoát ra trong các vụ phóng tên lửa có thể bào mòn tầng ozone, tạo điều kiện cho các tia tử ngoại có hại từ Mặt Trời xâm nhập vào Trái Đất. Khi phóng các tên lửa dùng nhiên liệu rắn, chúng thải trực tiếp khí Clo ra tầng bình lưu (cách bề mặt Trái Đất khoảng 50 km). Tại đây Clo phản ứng với oxi để tạo ra Clo oxit chất có khả năng hủy diệt ozone. Mới đây, người ta đã phát hiện rằng 74000 tấn thuộc các nhóm chất CFCs và HCFCs mới này đang góp phần vào sự suy giảm tầng ozone. Tăng phát thải quy mô này đã không được quan sát thấy ở bất kỳ các sản phẩm CFCs nào khác từ khi các biện pháp kiểm soát được áp dụng từ những năm 1990.Các nhà khoa học tại trường Đại học Đông Anglia đã nhận dạng được 4 khí nhân tạo mới trong khí quyển – tất cả các khí này đều đang đóng góp vào sự suy giảm tầng ozone. Nghiên cứu mới này đã được xuất bản trên tạp chí Nature Geoscience. Nghiên cứu cho biết hơn 74.000 tấn hóa chất thuộc 3 loại: chloro fluorocarbons (CFCs) mới và 1 loại hydrochlorofluorocarbon (HCFC) mới đã được thải thẳng vào khí quyển.Các nhà khoa học có được phát hiện này bằng cách, so sánh các mẫu không khí hiện nay với không khí bị mắc kẹt trong lớp tuyết ở vùng cực – cung cấp một kho lưu trữ tự nhiên cả một thế kỷ về bầu khí quyển. Họ cũng xem xét các mẫu không khí thu thập từ năm 1978 đến năm 2012 tại khu vực Tasmania không bị ô nhiễm. 14 Các đánh giá cho thấy, cả 4 loại khí nhân tạo nói trên đều được thải vào khí quyển trong thời gian mới đây, và hai loại trong số đó đang tích lũy một cách đáng kể. Các nhà khoa học cho biết, sự gia tăng phát thải quy mô như thế này đã không xảy ra với bất cứ hóa chất CFCs nào từ khi được kiểm soát vào những năm 1990, nhưng cũng chưa có phát thải CFC nào trong những năm 1980 có thể lên tới khoảng trên dưới 1 tỷ tấn/năm. Tiến sĩ Johannes Laube cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi đã chứng minh rằng, 4 loại khí nói trên chưa từng xuất hiện trong khí quyển cho đến tận những năm 1960, điều này cho thấy chúng là các khí nhân tạo”.Các chất CFCs là nguyên nhân chính gây ra lỗ thủng tầng ozone vùng khí quyển Nam Cực. Các luật nhằm giảm thiểu và loại bỏ CFCs đã có hiệu lực từ năm 1989, tiếp theo đó là một lệnh cấm toàn bộ vào năm 2010. Điều này đã dẫn đến việc giảm các hoạt động sản xuất các hợp chất hóa học này trên quy mô toàn cầu thành công. Tuy nhiên, sơ hở pháp luật vẫn cho phép sử dụng đối với một số mục đích được miễn.Sự xác định 4 loại khí này là rất đáng lo ngại vì chúng đều góp phần làm suy giảm tầng ozone. Chúng ta không biết được những khí thải này được phát thải từ đâu và điều này cần phải được điều tra nghiên cứu. Các nguồn có khả năng gồm các hóa chất nguyên liệu phục vụ cho sản xuất các loại thuốc trừ sâu và các dung môi để làm sạch các linh kiện điện tử.“Hơn thế nữa, 3 hóa chất CFCs đang phân hủy rất chậm trong khí quyển – vì vậy thậm chí nếu sự phát thải được chặn lại ngay lập tức, các hóa chất này vẫn tồn tai trong khí quyển nhiều thập kỷ tới”,ông bổ sung thêm. Qua đó chúng ta thấy rằng, tầng ozone bị thủng chính là do các chất khí thuộc dạng freon, các hoá chất, khí thải công nghiệp gây nên, chúng không tự có trong thiên nhiên mà do con người tạo ra. Rõ ràng, con người là thủ phạm làm thủng tầng ozone, đe doạ sức khoẻ của chính mình và của toàn bộ sinh vật sống trên hành tinh này. 15 CHƯƠNG BỐN: SỰ SUY GIẢM CỦA TẦNG OZONE TRONG KHÍ QUYỂN I. Một số mốc thời gian quan trọng: Từ những năm 1980, lỗ thủng tại vùng Nam Cực đã ngày một rộng ra do lượng khí CFC thải ra quá nhiều. Con người bắt đầu tiến hành đo đạc tầng ozone từ các trạm trên mặt đất vào năm 1956 ở vịnh Halley, Nam Cực. Sau đây là các số liệu đo đạc về diện tích của lỗ thủng từ năm 1979 đến nay và những giải thích của môn Địa lí học: Năm 1979: Việc đo lỗ thủng tầng ozone bằng vệ tinh lần đầu tiên được NASA thực hiện. Năm 1998: Lỗ thủng lớn che phủ 10,5 triệu dặm vuông vào tháng 9 năm 1998. Đó là kích thước lớn kỷ lục trước năm 2000. Năm 2000: Lỗ thủng tầng ozone khổng lồ đạt tới 11,4 triệu dặm vuông vào tháng 9 năm 2000. Đó là lỗ thủng lớn nhất đã từng đo được. Diện tích xấp xỉ ba lần diện tích nước Mỹ. Năm 2001: Vào tháng 9 năm 2001, lỗ thủng tầng ozon bao phủ khoảng 10 triệu dặm vuông. Lỗ thủng này nhỏ hơn năm 2000, nhưng vẫn lớn hơn tổng diện tích của Nước Mỹ, Canada và Mêxico. Năm 2002: Lỗ thủng tầng ozone thu hẹp lại và tháng 9 năm 2002 là lỗ thủng nhỏ nhất từ năm 1998. Lỗ thủng ở Nam Cực năm 2002 không những nhỏ hơn năm 2000 và 2001, mà còn tách ra thành 2 lỗ riêng biệt. Kích thước nhỏ có thể do điều kiện nóng ấm không bình thường và sự phân tách có thể do các khu vực thời tiết của tầng bình lưu khác thường. Năm 2003: Lỗ thủng tầng ozone che phủ 11,1 triệu dặm vuông, và là lỗ thủng kỷ lục đứng thứ hai.(sau năm 2000). Lỗ thủng lớn do gió lặng và thời tiết rất lạnh. Năm 2004: Tháng 9 năm 2004, lỗ thủng là 9,4 triệu dặm vuông. Lỗ thủng này nhỏ hơn năm 2003, có thể do thời tiết Cực Nam tương đối ấm. Năm 2005: Lỗ thủng ở tầng ozone phía trên Cực Nam xuất hiện lớn hơn năm 2004 nhưng vẫn nhỏ hơn năm 2003. Lỗ thủng năm 2005 che phủ khoảng 10 triệu dặm vuông. Theo số liệu về thời tiết của Tổ chức Khí tượng Thế giới (WMO) cho thấy mùa đông 2005 ấm hơn năm 2003, nhưng lạnh hơn năm 2004. Kích thước lỗ thủng năm 2005 gần mức trung bình năm 19952004. Lỗ thủng này lớn hơn năm 2004, nhưng nhỏ hơn năm 2003. 16 Năm 2008: Lỗ thủng tầng ozone ở Nam Cực có diện tích đến 27 triệu km2. Con số này lớn hơn nhiều so với diện tích lớn nhất của nó được ghi nhận năm 2007 là 25 triệu km2. Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) cho biết lượng ozone trong tầng bình lưu tại Bắc cực đã giảm 80% và trở nên mỏng đến nỗi có thể gọi là “lỗ thủng tầng ozone” như tại Nam cực. Như vậy, các vùng Bắc cực như Scandinavia, Greenland và Siberia sẽ phải nhận thêm một lượng tia cực tím nhiều hơn từ Mặt Trời. II.Tầng ozone đã bị thủng như thế nào? 1. Lỗ thủng tầng ozone ở Nam Cực Lỗ thủng ozone tại Nam Cực hiện nay là lỗ thủng lớn nhất thứ ba được ghi nhận, nhưng hiện các nhà dự báo thời tiết vẫn không biết chắc nó sẽ như thế nào trong tương lai, theo Tổ chức khí tượng thế giới (WMO). Lỗ thủng này đã mở rộng tối đa hồi tháng trước với gần 27 triệu km 2, sau đó bắt đầu co lại như thường lệ. Tuy nhiên, nó vẫn lớn ở mức thứ ba, sau các năm 2003 (28 triệu km2) và 2000. “Do không biết chắc được về các thay đổi khí hậu nên chúng tôi không biết được liệu lỗ thủng này có tiếp tục lớn lên như năm 2003 hay còn lớn hơn nữa trong thời gian tới hay không”, Geir Braathen, chuyên gia về ozone của WMO cho biết. “Tuy nhiên, dường như nó không lớn lên nhiều lắm và có vẻ như không biến đổi”, ông nói thêm. Lỗ thủng ở tầng ozone được phát hiện vào những năm 1980, được tạo ra bởi tình trạng không khí và ô nhiễm, và thay đổi bất thường tùy theo mùa và theo tình hình thời tiết. Ozone, một phân tử của khí oxi, là tấm chắn ở tầng bình lưu cần thiết cho sự sống trên Trái đất, ngăn các tia cực tím nguy hiểm từ Mặt Trời. Những tia này có hại cho cây cối và có thể gây ung thư da và bệnh đục nhân mắt. Tầng bảo vệ này hiện đang ngày càng bị tổn hại bởi các chất nhân tạo, đặc biệt là brom, clo và chlorofluorocarbons (CFCs). 17 Tuy có diện tích gần bằng khu vực Bắc Mỹ, song lỗ hổng của tầng ozone ở Nam Cực hiện nay vẫn là lỗ hổng nhỏ thứ hai trong vòng hai thập kỷ qua. Đây là công bố mới nhất của các nhà khoa học thuộc Cơ quan Khí quyển và đại dương Mỹ (NOAA) và Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) đưa ra ngày 24/10 về kết quả nghiên cứu các lỗ hổng trên"lá chắn" bảo vệ Trái Đất.Các nhà nhà khoa học thuộc hai cơ quan trên cho biết lỗ hổng của tầng ozone ở Nam Cực hình thành trong tháng 9 và tháng 10, đã có kích cỡ 21,32 triệu km2, gần bằng tổng diện tích của ba nước Mỹ, Mexico và Canada. Trong khi đó, lỗ hổng lớn nhất của tầng ozone cho đến nay là 29,9 triệu km 2, được ghi nhận trong năm 2000.Cũng theo các nhà khoa học Mỹ, tầng ozone bảo vệ Trái Đất khỏi các tia cực tím nguy hiểm bắt đầu xuất hiện các lỗ hổng từ những năm 1980 của thế kỷ trước do các khí thải chlorofluorocarbon (gọi 18 tắt là CFC) gây ra. Loại khí này hiện hầu như đã được loại bỏ nhờ một công ước quốc tế được ký kết hồi năm 1987. Vậy tại sao ở Nam cực lại xảy ra lỗ thủng ozone lớn đến vậy? 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 -80 oC) 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, băng tan, 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. 2. Lỗ thủng tầng ozone ở Bắc Cực: 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.Ở độ cao cách mặt đất khoảng 20km, nồng độ ozone ở Bắc Cực đã giảm tới 80%. Nguyên nhân dẫn tới tình trạng trên được cho là ảnh hưởng của nhiệt độ thấp. Trong điều kiện này, các hợp chất phân huỷ ozone (hợp chất chlorine) sẽ hoạt động mạnh nhất.Các chất phân huỷ ozone có nguồn gốc từ các chất như chlorofluorocarbon (viết tắt là CFC) được sử dụng vào cuối thế kỷ XX ứng dụng trong tủ lạnh và thiết bị cứu hoả. CFC được chứng minh là nguyên nhân gây lỗ thủng ozone tại Nam Cực.Việc sử dụng CFC đã được hạn chế và bị cấm hoàn toàn từ năm 1987 bởi Nghị định thư Montreal và các văn bản thực thi. Michelle Santee – Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực của Nasa (Nasa's Jet Propulsion Laboratory (JPL)) cho biết, vào mùa đông nhiệt độ tầng bình lưu của Bắc Cực biến động rất lớn. Có những mùa đông khá ấm, có mùa lại rất lạnh. Tuy nhiên trong vài chục năm trở lại đây, mùa đông tại tầng bình lưu Bắc Cực đang ngày càng lạnh hơn.Các số liệu về sự suy giảm ozone tại Bắc Cực đã được công bố tháng tư năm 2011, tuy nhiên tạp chí Nature là tạp chí đầu tiên có đầy đủ các số liệu phân tích về lỗ thủng này.Tầng ozone ngăn cản tia tử ngoại không cho các tia này xâm nhập vào khí quyển trái đất. Tia tử ngoại chính là nguyên nhân gây ung thư da và nhiều bệnh tật khác. 19 Ngày 4/10/2011, ông Alexander Makshtas – nhà khoa học Nga phụ trách Trạm thí nghiệm Bắc Cực và Nam Cực thuộc Cơ quan Khí tượng thủy văn Liên bang Nga nêu rõ, lượng ozone ở Bắc Cực không giảm đột ngột mà nó đã thực sự giảm xuống trong tháng 2 và 3 năm 2011.Tuy nhiên, chỉ có khoảng 40% diện tích thuộc khoảng không Bắc Cực có lượng ozone thấp hơn mức bình thường khoảng 1,5 lần, điều cũng đã xảy ra tại Nam Cực năm 1985.Ông Makshtas giải thích vào thời gian nói trên, không khí tại Bắc Cực trở lạnh và do tác động của tia cực tím từ Mặt Trời nên lượng ozone tại đây đã giảm xuống. Ông nhấn mạnh, đây là hiện tượng thời tiết bình thường của mùa Xuân và không nên coi là thảm họa khi lượng ozone tại Bắc Cực giảm xuống.Ông Makshtas cũng cho biết, mặc dù không xảy ra hiện tượng ozone giảm đột ngột tại Bắc Cực, nhưng cho đến nay, khoa học thế giới vẫn chưa thể giải thích thấu đáo về sự xuất hiện của các lỗ hổng tầng ozone làm tăng tác hại của bức xạ cực tím.Trước đó, một nghiên cứu đăng trên tạp chí khoa học Nature của Anh cảnh báo, lỗ hổng tầng ozone tại Bắc Cực lần đầu tiên đã mở rộng tới mức kỷ lục, với diện tích gấp 5 lần bang California của Mỹ, và đã di chuyển sang khu vực Đông Âu, Nga và Mông Cổ, khiến nhiều người bị ảnh hưởng của tia cực tím. 20