CHƯƠNG 2: TÁC HẠI VÀ HẬU QUẢ CỦA Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
2.4. HẬU QUẢ TOÀN CẦU CỦA Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
2.4.3. Suy giảm ozon ở tầng bình lưu
2.4.3.1. Ozon (O3) – chất bảo vệ và chất có hại
Nhiệt độ không khí giảm theo độ cao ở tầng đối lưu và tăng theo độ cao ở tầng bình lưu.
Sự tăng nhiệt độ ở tầng bình lưu là do lớp ozon và nồng độ của ozon cao ở tầng đối lưu làm nổi cộm vấn đề ô nhiễm.
Lớp ozon ở tầng bình lưu có 2 tác dụng quan trọng[4]:
- Hấp thụ các tia cực tím (UV) – bảo vệ sự sống trên Trái Đất khỏi thảm họa hủy diệt của bức xạ Mặt Trời.
- Do hấp thụ bức xạ UV nên lớp O3 nung nóng tầng bình lưu gây hiện tượng nghịch nhiệt.
Hiệu ứng nghịch nhiệt rất quan trọng. Nó hạn chế sự hòa trộn đứng các chất ô nhiễm, gây nên sự phân tán chất ô nhiễm trong phạm vi rộng và gần mặt đất. Đó là lí do lớp mây mù dày đặc các chất ô nhiễm thường treo trong không khí ở độ cao mặt bằng các xí nghiệp, nên tác dụng xấu cục bộ. Về phương diện này O3 là chất có hại.
Trong khi nồng độ O3 cao ở tầng đối lưu (nơi O3 trực tiếp tiếp xúc với con người) là có hại thì nồng độ O3 cao ở tầng bình lưu lại rất cần thiết. Trong tầng bình lưu, O3 đóng vai trò như cái ô bảo vệ với độ dày 24km, nồng độ 300 – 500ppb. Nó hấp thụ bức xạ cực tím (tử ngoại), tức loại bỏ toàn bộ các tia cực tím nguy hiểm, đặc biệt các tia UV – B có chiều dài bước sóng 0,2 – 0,28𝜇𝑚 từ Mặt Trời và biến chúng thành nhiệt năng và năng lượng hóa học. [3]
2.4.3.2. Lỗ thủng ozon và các chất gây lỗ thủng ozon
Lớp O3 ở tầng bình lưu có độ dày không đổi, mặt cắt của nó có hình dạng giống mặt đất, cao tại xích đạo và thấp tại các cực. Trong thực tế O3 liên tục được tạo thành và phá hủy do tác dụng qua lại của quang hóa, và sự cân bằng nồng độ O3 được đảm bảo. Tuy nhiên sự cân bằng này bị đảo lộn, và người ta tính toán thấy rõ nồng độ O3 thưa dần bởi phát thải các chất ô nhiễm vào không khí do con người như chất CFC (clofloruacacbon).
Như trên đã nói hiệu ứng nghịch nhiệt làm cho sự hòa trộn đứng bị hạn chế và chậm chạp. Mặc dù thế, một số chất ô nhiễm vẫn đi vào tầng bình lưu, trong đó có CFC, tích lũy trong thời gian dài (nhiều năm), làm thoát ra các gốc Cl, F, Br tự do – những gốc này phá hủy O3 ở tầng bình lưu và hậu quả của nó là lớp O3 bị loãng. Những chỗ loang lổ O3 do bị
loãng được hiểu là “lỗ thủng ozon” và CFC là chất ô nhiễm chịu trách nhiệm chính cùng với NOx và các hidrocacbon là những chất chủ yếu gây lỗ thủng ozon.
2.4.3.3. Các nguồn clofloruacacbon (CFC)
CFC là nhóm hóa chất tổng hợp được phát hiện năm 1930. Từ khi có khái niệm Freon – 12 vào năm 1930, việc sử dụng chất tải lạnh này được tăng cường nhanh chóng. Hợp chất CF2Cl2 (F-2) dưới tên gọi “Freon” và “Genetron” – chất tải lạnh “huyền dịu” có gốc CFC. Tính độc và hoạt tính hóa học thấp, không cháy và không gây kích thích khiến CFC được sử dụng rất rộng rãi làm chất tải lạnh (trong hệ thống điều hòa không khí và thiết bị lạnh). Năm 1940, người ta đã phát triển hàng loạt CFC dùng trong nhiều lĩnh vực như chất đẩy khí, dung môi làm sạch, bọt nhựa, y tế, thuốc xông miệng,... Do CFC có tính ăn mòn cao và độc (tuy độ độc thấp), việc sử dụng chúng đã hạn chế nhiều.
CFC có tính ổn định cao. Tuy nhiên bức xạ cực tím (sóng ngắn) xuất hiện trong tầng bình lưu phân li chúng. Các phân tử Cl, F, Br của CFC được biến đổi thành các nguyên tử (gốc) tự do hoạt tính nhờ các phản ứng quang hóa:
CFCl3 + hv → CFCl2 + Cl CFCl2 + hv → CFCl + Cl CF2Cl2 + hv → CF2Cl + Cl
CF2Cl + hv → CFCl + Cl
Các nguyên tử Cl, F, Br tác dụng hủy diệt O3 theo các phản ứng:
Cl + O3 → ClO + O2
ClO + O3 → Cl + O2 ...
Nồng độ, thời gian tồn tại và tác dụng phân hủy O3 của một số CFC như sau:
Bảng 13: Các số liệu về một số hợp chất CFC gây lỗ thủng tầng ozon [4]
Tên gọi Công
thức hóa học
Nồng độ trong khí
quyển toàn cầu
(ppb)
Thời gian tồn tại trong khí
quyển (năm)
Tỉ lệ phát thải
đến tầng bình lưu
(%)
Tác dụng phân hủy O3
ở tầng bình lưu (107 kg/năm) Metil clorua
CFC (Freon) 11 CFC (Freon) 12 Cacbon tetraclorua
CH3Cl CFCl3
CF2Cl2
CCl4
0,62 0,28 0,48 0,12
2 – 3
≈ 83
> 80 50
≤3 100 100
≤ 100
6,1 2,7 3,9 1,2
Tricloetan CH3CCl3 0,12 ≈ 9 9 3,8
2.4.3.4. Tác động của lỗ thủng O3
- Tác hại của sự suy giảm O3 ở tầng bình lưu đối với con người phụ thuộc chủ yếu vào phản ứng của cơ thể đối với các tia UV-B. Người ta cho rằng hơn 1% O3 bị tổn thất làm tăng bức xạ UV lên Trái Đất 2% và do đó làm cho bệnh tật tăng 2%. [4]
+ Tăng các bệnh về ung thư da như bệnh nhiễm hắc tố (melamin) – là bệnh ác tính có thể gây tử vong. Các dạng ung thư da khác như làm tăng nền và vảy tế bào da.
+ Tăng tỉ lệ mắc bệnh về mắt, đặc biệt là bệnh đục nhân mắt do các tia UV được thấu kính và giác mạc của mắt hấp thụ một cách dễ dàng.
+ Bức xạ UV làm hư hại các tế bào DNA, do đó – hư hại cấu trúc gen của người.
- Cũng như đối với người, cơ thể động vật và thực vật cũng bị ảnh hưởng làm hư hại cấu trúc gen do bức xạ UV.
+ Một số sinh vật phù du có độ nhạy cao đối với tia UV, và do đó chúng có thể chết.
Điều này ảnh hưởng đến năng suất cá, động thực vật biển, tức toàn bộ hệ sinh thái trong nước.
+ Sản lượng cây trồng, đặc biệt là chè, bắp cải, đậu tương giảm. Tác hại đối với thực vật là độ lớn của lá giảm, chất lượng kém, tăng độ nhạy đối với cỏ dại và sâu bệnh. Bức xạ UV làm thay đổi đột biến chất diệp lục, làm bay hơi nước qua các lỗ thở (do đó làm giảm hơi ẩm của đất).
- Suy giảm O3 làm thay đổi cấu tạo quang phổ của bức xạ điện từ của Mặt Trời. Bức xạ UV tăng gây hoạt hóa hiệu ứng nhà kính làm ảnh hưởng đến cân bằng năng lượng và bức xạ toàn cầu.
CHƯƠNG 3