Sự suy giảm tầng ozon

Sự suy giảm tầng ozon bao gồm hai hiện tượng chính được phát hiện từ cuối thập niên 1970: sự giảm dần khoảng 4% tổng lượng ozon trong bầu khí quyển của Trái Đất (tầng ozon) và sự giảm mạnh hơn nhiều vào mùa xuân ở các vùng cực của Trái Đất. Hiện tượng giảm mạnh ozon ở các vùng cực được gọi là lỗ thủng ozon. Bên cạnh các sự kiện ở tầng bình lưu, còn có sự giảm ozon ở tầng đối lưu tại các cực vào mùa xuân.

Nguyên nhân chính của sự suy giảm tầng ozon và lỗ thủng ozon là các hóa chất được sinh ra trong quá trình sản xuất, đặc biệt là các chất làm lạnh halocarbon, dung môi, thuốc phóng và tác nhân tạo bọt (như các chất chlorofluorocarbon (CFCs), HCFCs, haloalkan), được gọi là các chất làm suy giảm tầng ozon (ozone-depleting substances, ODS). Các hợp chất này được đưa vào tầng bình lưu thông qua việc phát tán từ bề mặt, và nhanh chóng trộn lẫn trước khi có thể lắng xuống. Trong tầng bình lưu, chúng giải phóng các nguyên tử halogen qua quá trình phân ly quang học, từ đó xúc tác cho sự phân hủy ozon (O₃) thành oxy (O₂). Cả hai loại suy giảm ozon đều gia tăng khi lượng khí thải halocarbon tăng.

Sự suy giảm tầng ozon và lỗ thủng ozon đã gây ra sự lo ngại toàn cầu về nguy cơ gia tăng ung thư và các tác động tiêu cực khác. Tầng ozon bảo vệ chúng ta khỏi hầu hết các bước sóng tia cực tím (UV) có hại từ mặt trời. Những bước sóng này có thể gây ung thư da, cháy nắng, mù vĩnh viễn và đục thủy tinh thể, dự đoán sẽ gia tăng đáng kể do tầng ozon bị suy giảm, đồng thời ảnh hưởng tiêu cực đến thực vật và động vật. Những lo ngại này đã dẫn đến việc ký kết Nghị định thư Montreal vào năm 1987, cấm sản xuất CFC, halogen và các hóa chất khác làm suy giảm tầng ozon.

Lệnh cấm này có hiệu lực từ năm 1989. Mức độ ozon đã ổn định vào giữa thập niên 1990 và bắt đầu hồi phục vào những năm 2000, khi dòng tia ở bán cầu nam không còn di chuyển về phía cực nam nữa mà thậm chí có thể đảo ngược. Dự báo sự phục hồi sẽ tiếp tục trong thế kỷ tới, và lỗ thủng ozon dự kiến sẽ trở lại mức trước năm 1980 vào khoảng năm 2075. Vào năm 2019, NASA báo cáo rằng lỗ thủng ozon đã trở nên nhỏ nhất kể từ khi được phát hiện lần đầu vào năm 1982.

Nghị định thư Montreal được xem là thỏa thuận quốc tế về môi trường thành công nhất từ trước đến nay.

Tổng quan về chu trình ozon

Có ba dạng của oxy tham gia vào chu trình ozon-ôxy: nguyên tử oxy (O hoặc ôxy nguyên tử), khí oxy (O
₂), và khí ozon (O
₃). Ozon hình thành trong tầng bình lưu khi các phân tử oxy bị phân ly bởi quang năng sau khi hấp thụ các photon tử ngoại. Quá trình này biến một O
₂ thành hai gốc oxy nguyên tử. Những gốc oxy nguyên tử sau đó kết hợp với phân tử O
₂ để tạo ra hai phân tử O
₃. Những phân tử ozon này hấp thụ tia cực tím (UV), sau đó phân hủy thành phân tử O
₂ và một nguyên tử oxy. Nguyên tử oxy sau đó kết hợp với một phân tử oxy để tạo ra ozon. Quá trình này diễn ra liên tục, kết thúc khi một nguyên tử oxy kết hợp với một phân tử ozon để tạo ra hai phân tử O
₂.

O + O
₃ → 2 O
₂

Tổng lượng ozon trong tầng bình lưu được duy trì nhờ sự cân bằng giữa quá trình sản xuất quang hóa và sự tái tổ hợp.

Ozon có thể bị phá hủy bởi một số chất xúc tác gốc tự do, nổi bật nhất là gốc hydroxyl (OH·), gốc oxit nitric (NO·), gốc clo (Cl·) và gốc brom (Br·). Những dấu chấm trong ký hiệu cho biết mỗi gốc có một electron chưa ghép đôi, làm cho phản ứng rất mạnh mẽ. Tất cả các gốc tự do này có nguồn gốc từ tự nhiên và nhân tạo; hiện tại, phần lớn OH· và NO· trong tầng bình lưu là tự nhiên, nhưng hoạt động của con người đã làm tăng đáng kể lượng clo và brom. Các nguyên tố này tồn tại trong các hợp chất hữu cơ ổn định, đặc biệt là chlorofluorocarbon, có thể đi đến tầng bình lưu mà không bị phân hủy ở tầng đối lưu do phản ứng hóa học kém. Khi ở tầng bình lưu, các nguyên tử Cl và Br được giải phóng khỏi các hợp chất mẹ nhờ tia cực tím, chẳng hạn như:

CFCl
₃ + bức xạ điện từ → Cl· + ·CFCl
₂

Ozon là một phân tử rất phản ứng, dễ dàng bị chuyển hóa thành oxy ổn định hơn với sự trợ giúp của chất xúc tác. Các nguyên tử Cl và Br phá hủy ozon qua nhiều chu trình xúc tác khác nhau. Trong chu trình đơn giản nhất, một nguyên tử clo sẽ phản ứng với một phân tử ozon (O
₃), chiếm một nguyên tử oxy để tạo ra clo monoxide (ClO) và giải phóng một phân tử oxy (O
₂). ClO có thể tiếp tục phản ứng với một phân tử ozon khác, giải phóng nguyên tử clo và tạo ra hai phân tử oxy. Các phản ứng này có thể được viết tắt hóa học như sau:

• Cl· + O
  ₃ → ClO + O
  ₂ Một nguyên tử clo loại bỏ một nguyên tử oxy từ phân tử ozon để tạo ra phân tử ClO
• ClO + O
  ₃ → Cl· + O
  ₂ ClO có thể loại bỏ một nguyên tử oxy từ một phân tử ozon khác; nguyên tử clo tự do sẽ lặp lại chu trình này

Tác động tổng thể của hai phản ứng này là làm giảm lượng ozon, mặc dù tốc độ của các phản ứng có thể giảm do các chu trình không hoạt động. Các cơ chế phức tạp hơn đã được phát hiện, dẫn đến sự phá hủy ozon ở các tầng bình lưu thấp hơn.

Một nguyên tử clo có thể liên tục phá hủy ozon (vì là chất xúc tác) trong tối đa hai năm (thời gian cần thiết để trở về tầng đối lưu), trừ khi các phản ứng chuyển nó ra khỏi chu trình bằng cách tạo thành các hợp chất như hydro clorua (HCl) và clo nitrat (ClONO
₂). Brom thậm chí còn hiệu quả hơn clo trong việc phá hủy ozon theo tỷ lệ trên mỗi nguyên tử, nhưng lượng brom trong khí quyển hiện tại rất ít. Cả clo và brom đều góp phần đáng kể vào sự giảm sút tổng thể của tầng ozon. Các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cũng cho thấy các nguyên tử flo và iốt tham gia vào các chu trình xúc tác tương tự, nhưng các nguyên tử flo phản ứng nhanh với nước và metan để tạo ra HF bám chắc vào tầng bình lưu của Trái Đất, trong khi các phân tử chứa iốt phản ứng nhanh trong tầng thấp của khí quyển nên không đến được tầng bình lưu với số lượng lớn.

Một nguyên tử clo có thể phản ứng với khoảng 100.000 phân tử ozon trước khi bị loại khỏi chu trình xúc tác. Thực tế này, kết hợp với lượng clo phát thải vào khí quyển hàng năm qua các chất chlorofluorocarbon (CFCs) và hydrochlorofluorocarbon (HCFCs), làm rõ nguy cơ của CFC và HCFC đối với môi trường.

Lịch sử nghiên cứu

Vào năm 1970, giáo sư Paul Crutzen đã chỉ ra rằng các oxit nitơ từ phân bón và máy bay siêu thanh có khả năng làm tổn thương tầng ozon.

Năm 1974, Frank Sherwood Rowland và Mario J. Molina phát hiện ra rằng các khí CFC, giống như nhiều khí khác, là những chất xúc tác hiệu quả trong việc phá vỡ các phân tử ozon.

James Lovelock, tác giả nổi tiếng của giả thuyết Gaia, trong chuyến đi biển Nam Đại Tây Dương năm 1971, đã phát hiện rằng phần lớn các thành phần của CFC, kể từ khi được phát minh vào năm 1930, vẫn còn tồn tại trong khí quyển.

Crutzen, Rowland và Molina đã được trao giải Nobel Hóa học năm 1995 cho những đóng góp của họ. Dựa trên các nghiên cứu của họ, các nhà khoa học dự đoán rằng nếu sản lượng CFC tiếp tục tăng 10% mỗi năm đến năm 1990 và sau đó duy trì ổn định, các khí CFC sẽ làm giảm 5% đến 10% lượng ozon toàn cầu vào năm 1995 và 30% đến 50% vào năm 2050.

Dù vậy, phát hiện lỗ thủng ozon ở Nam Cực với chỉ số 91 đơn vị Dobson do Farman, Gardiner và Shanklin công bố (trên tạp chí Nature vào tháng 5 năm 1985) vẫn là một cú sốc lớn. Trong tầng bình lưu lạnh giá ở Nam Cực, các phản ứng hóa học trong các đám mây tầng bình lưu tại địa cực đã khiến lỗ thủng phát triển nhanh hơn dự đoán, thu hút sự chú ý toàn cầu.

Cùng thời điểm đó, các quan sát từ vệ tinh nhân tạo cho thấy ozon bị tổn hại nghiêm trọng ở Nam Cực. Tuy nhiên, các dữ liệu này ban đầu bị coi là không hợp lý và bị loại bỏ bởi các thuật toán kiểm tra chất lượng dữ liệu (do các trị số bất thường). Lỗ thủng ozon chỉ được phát hiện qua các dữ liệu vệ tinh khi các dữ liệu gốc được xử lý lại, sau khi lỗ thủng được xác nhận qua quan sát thực địa.

Lỗ thủng ozon được quan sát trên toàn cầu, nhưng chủ yếu tập trung ở các vĩ độ cao (gần các cực). Một ví dụ nổi bật là sự mỏng đi của lớp ozon ở Nam Cực vào mùa xuân hàng năm ở vùng cực.

Từ năm 1981, UNEP đã tài trợ cho nhiều báo cáo đánh giá khoa học về tình trạng thâm thủng ozon. Báo cáo mới nhất là của năm 2002.

Các quan sát

Hầu hết sự giảm sút ozon được ghi nhận chủ yếu xảy ra ở phần dưới của tầng bình lưu. Tuy nhiên, lỗ thủng ozon thường không được đo trực tiếp qua nồng độ ozon ở độ cao này (chỉ vài phần triệu), mà thông qua giảm sút của cột ozon tại một điểm trên mặt đất, thường được biểu diễn bằng đơn vị Dobson. Sử dụng các thiết bị như Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS), người ta đã phát hiện sự giảm sút rõ rệt của cột ozon trong mùa xuân và đầu mùa hè ở Nam Cực so với thập niên 1970 và trước đó.

Sự giảm sút lên tới 70% trong cột ozon ở vùng biển Nam Cực vào mùa xuân đã được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1985 (Farman và cộng sự) và vẫn tiếp tục. Tổng lượng ozon ở Nam Cực trong tháng 9 và tháng 10 hiện vẫn thấp hơn 40-50% so với mức bình thường tại khu vực lỗ thủng kể từ những năm 1990. Các xu hướng cho thấy sự “hồi phục” của lỗ thủng đã được ghi nhận vào năm 2016. Đến năm 2017, NASA cho biết lỗ thủng tầng ozon yếu nhất kể từ năm 1988 nhờ vào điều kiện ấm áp của tầng bình lưu. Dự kiến lỗ thủng sẽ được phục hồi vào khoảng năm 2070.

Lượng ozon bị mất ở Bắc Cực thay đổi theo từng năm nhiều hơn so với Nam Cực. Sự suy giảm mạnh nhất ở Bắc Cực xảy ra vào mùa đông và mùa xuân, đạt tới 30% khi tầng bình lưu lạnh nhất.

Các phản ứng xảy ra trên các đám mây tầng bình lưu ở cực (PSCs) đóng vai trò quan trọng trong việc gia tăng sự suy giảm ozon. PSC dễ dàng hình thành trong điều kiện lạnh giá khắc nghiệt của tầng bình lưu Bắc Cực và Nam Cực, giải thích tại sao các lỗ thủng ozon lần đầu tiên xuất hiện và mạnh mẽ nhất ở Nam Cực. Các mô hình ban đầu không tính đến PSC, và dự đoán sự giảm sút dần dần trên toàn cầu, vì vậy sự xuất hiện đột ngột của lỗ thủng tầng ozon ở Nam Cực đã khiến nhiều nhà khoa học ngạc nhiên.

Sự giảm sút tầng ozon ở các vĩ độ trung bình nổi bật hơn so với các lỗ hổng ozon. Tổng lượng ozon trong các cột đo được đã giảm xuống dưới mức trước năm 1980 trong khoảng thời gian từ 1980 đến 1996 ở các vĩ độ trung bình. Ở các vĩ độ trung bình phía bắc, lượng ozon sau đó đã tăng lên khoảng 2% từ năm 1996 đến năm 2009 khi các quy định được thực thi và lượng clo trong tầng bình lưu giảm. Trong khi đó, ở các vĩ độ trung bình của Nam bán cầu, tổng lượng ozon không có sự thay đổi đáng kể. Tại các vùng nhiệt đới, không có xu hướng giảm sút đáng kể do các hợp chất chứa halogen chưa có đủ thời gian để phân hủy và giải phóng các nguyên tử clo và brom.

Các vụ phun trào núi lửa lớn đã chứng minh có ảnh hưởng đáng kể đến tầng ozon, mặc dù sự suy giảm không đồng đều, như đã thấy với vụ phun trào của núi Pinatubo ở Philippines vào năm 1991.

Sự giảm sút ozon cũng giải thích phần lớn hiện tượng giảm nhiệt độ ở tầng bình lưu và tầng đối lưu phía trên. Tầng bình lưu được làm ấm nhờ sự hấp thụ bức xạ cực tím của ozon, vì vậy sự giảm ozon dẫn đến làm mát. Một số quá trình làm mát ở tầng bình lưu cũng được dự đoán là do sự gia tăng các khí nhà kính như CO₂ và các khí CFC; tuy nhiên, sự làm lạnh do ozon giảm dường như là yếu tố chính.

Mặc dù dự đoán mức ozon vẫn còn khó khăn, nhưng độ chính xác của các dự đoán từ các mô hình đã được cải thiện đều đặn. Dự án Giám sát và Nghiên cứu ozon Toàn cầu của Tổ chức Khí tượng Thế giới — Báo cáo số 44 đã ủng hộ Nghị định thư Montreal, nhưng cũng lưu ý rằng Đánh giá của UNEP năm 1994 đã đánh giá quá cao mức suy giảm ozon trong giai đoạn 1994–1997.

Hóa chất trong khí quyển

Chlorofluorocarbon (CFC) và các chất làm suy giảm tầng ozon chứa halogen (ODS) là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự suy giảm tầng ozon do hoạt động của con người. Tổng lượng halogen hiệu quả (clo và brom) trong tầng bình lưu có thể được tính toán và gọi là lượng clo hiệu quả tương đương trong tầng bình lưu (EESC).

CFC, được phát minh bởi Thomas Midgley, Jr. vào những năm 1930, được sử dụng làm chất làm lạnh trong điều hòa không khí và các thiết bị làm mát, cũng như chất đẩy trong sản phẩm aerosol trước năm 1970, và trong quy trình làm sạch thiết bị điện tử tinh vi. Chúng cũng có mặt như sản phẩm phụ của một số quá trình hóa học. Không có nguồn khai thác tự nhiên quan trọng cho các hợp chất này - chúng chủ yếu có mặt trong khí quyển do hoạt động của con người. Khi các hóa chất này lên đến tầng bình lưu, chúng sẽ bị phân hủy bởi tia cực tím, giải phóng các nguyên tử clo. Những nguyên tử clo này hoạt động như chất xúc tác, mỗi nguyên tử có thể phá hủy hàng chục nghìn phân tử ozon trước khi bị loại bỏ khỏi tầng bình lưu. Với tuổi thọ dài của các phân tử CFC, thời gian phục hồi tầng ozon có thể kéo dài hàng thập kỷ. Một phân tử CFC mất khoảng 5 đến 7 năm để di chuyển từ tầng mặt đất lên tầng bình lưu, và có thể tồn tại ở đó hàng thế kỷ, phá hủy đến một trăm nghìn phân tử ozon trong thời gian đó.

1,1,1-Trichloro-2,2,2-trifluoroethane, hay còn gọi là CFC-113a, là một trong bốn chất hóa học nhân tạo mới được phát hiện trong khí quyển bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học East Anglia. CFC-113a là loại CFC duy nhất có nồng độ cao trong khí quyển và vẫn đang gia tăng. Nguyên nhân của sự gia tăng này vẫn chưa rõ, nhưng có nghi ngờ về việc sản xuất bất hợp pháp. CFC-113a dường như đã tích tụ mà không giảm kể từ năm 1960. Từ năm 2012 đến năm 2017, nồng độ của khí này trong khí quyển đã tăng 40%.

Một nghiên cứu quốc tế công bố trên tạp chí Nature cho thấy từ năm 2013, khí thải chủ yếu từ Đông Bắc Trung Quốc đã giải phóng một lượng lớn hóa chất bị cấm Chlorofluorocarbon-11 (CFC-11) vào khí quyển. Các nhà khoa học ước tính rằng nếu không có biện pháp can thiệp, lượng khí thải CFC-11 này có thể làm trì hoãn quá trình phục hồi lỗ thủng tầng ozon lên tới một thập kỷ.

Mô hình máy tính

Các nhà khoa học đã xác định rằng sự suy giảm tầng ozon chủ yếu do sự gia tăng các hợp chất halogen nhân tạo từ CFC. Họ kết hợp dữ liệu quan sát với các mô hình máy tính phức tạp như SLIMCAT và CLaMS (mô hình Lagrange hóa học của tầng bình lưu). Các mô hình này tích hợp các phép đo hóa chất, trường khí tượng và các hằng số tốc độ phản ứng hóa học để xác định các phản ứng hóa học chính và các quá trình vận chuyển mà đưa các sản phẩm phân hủy quang học của CFC tiếp xúc với ozon.

Các nguyên nhân gây lỗ thủng ozon

Lỗ thủng ozon ở Nam Cực là khu vực trong tầng bình lưu quanh Nam Cực, nơi mức ozon đã giảm xuống chỉ còn 33% so với mức trước năm 1975. Lỗ thủng này thường xảy ra vào mùa xuân ở Nam Cực, từ tháng 9 đến đầu tháng 12, khi gió Tây mạnh hình thành một xoáy khí quyển quanh lục địa này. Trong vòng xoáy địa cực này, hơn 50% ozon ở tầng bình lưu thấp bị phá hủy trong mùa xuân.

Như đã nêu, nguyên nhân chính của sự suy giảm tầng ozon là sự có mặt của các khí chứa clo, đặc biệt là CFC và các hợp chất halogen khác. Khi tiếp xúc với tia cực tím, những khí này bị phân hủy, giải phóng nguyên tử clo, và trở thành chất xúc tác phá hủy ozon. Quá trình suy giảm ozon do clo có thể xảy ra trong pha khí, nhưng được tăng cường mạnh mẽ khi có các đám mây tầng bình lưu ở các vùng cực.

Các đám mây ở tầng bình lưu hình thành tại các vùng cực vào mùa đông, trong điều kiện cực kỳ lạnh. Mùa đông ở các vùng cực kéo dài ba tháng không có ánh sáng mặt trời, làm giảm nhiệt độ và tạo ra các xoáy cực bẫy không khí lạnh. Nhiệt độ có thể xuống dưới −80°C, tạo điều kiện cho sự hình thành các hạt mây. Ba loại mây PSC — mây trihydrat axit nitric, mây băng nước làm lạnh chậm và mây băng nước (xà cừ) làm lạnh nhanh — cung cấp bề mặt cho các phản ứng hóa học, dẫn đến phá hủy ozon vào mùa xuân.

Các quá trình quang hóa liên quan rất phức tạp nhưng đã được hiểu rõ. Thông thường, clo trong tầng bình lưu tồn tại dưới dạng các hợp chất 'hồ chứa', như clo nitrat (ClONO₂) và các sản phẩm cuối ổn định như HCl. Sự hình thành các sản phẩm này giúp loại bỏ clo khỏi quá trình suy giảm ozon. Trong mùa đông và mùa xuân ở Nam Cực, các phản ứng trên bề mặt của các hạt mây tầng bình lưu ở cực chuyển đổi các hợp chất 'hồ chứa' thành các gốc tự do phản ứng (Cl và ClO). Quá trình khử nitơ loại bỏ NO₂ từ tầng bình lưu, chuyển thành axit nitric trong các hạt PSC và sau đó bị mất qua lắng đọng, ngăn không cho ClO mới hình thành và quay trở lại thành ClONO₂.

Ánh sáng mặt trời đóng vai trò quan trọng trong sự suy giảm ozon, giải thích vì sao sự suy giảm ở Nam Cực mạnh mẽ nhất vào mùa xuân. Trong mùa đông, mặc dù các đám mây PSC đạt mức cao nhất, nhưng không có ánh sáng mặt trời để kích thích các phản ứng hóa học. Vào mùa xuân, ánh sáng mặt trời quay lại, cung cấp năng lượng cho các phản ứng quang hóa và làm tan chảy các đám mây tầng bình lưu ở cực, giải phóng lượng lớn ClO và gây ra cơ chế lỗ thủng. Nhiệt độ ấm lên vào cuối mùa xuân làm phá vỡ vòng xoáy vào giữa tháng 12, cho phép không khí ấm tràn lên từ các vĩ độ thấp, phá hủy các chất PSC, làm giảm quá trình suy giảm ozon và khôi phục lỗ thủng.

Phần lớn ozon bị phá hủy tập trung ở tầng bình lưu thấp hơn, trái ngược với sự suy giảm ozon nhỏ hơn xảy ra qua các phản ứng pha khí đồng nhất, chủ yếu ở tầng bình lưu trên.

Chú ý đến sự suy giảm tầng ozon

Công chúng thường hiểu sai và nhận thức kém về các vấn đề phức tạp như sự suy giảm tầng ozon. Kiến thức hạn chế về khoa học khiến nhiều người nhầm lẫn giữa sự nóng lên toàn cầu và 'lỗ thủng ozon'. Các tổ chức phi chính phủ, ban đầu, không tập trung vào việc giảm CFC vì vấn đề quá phức tạp. Tuy nhiên, sau đó, các tổ chức như Greenpeace đã tích cực ủng hộ sản phẩm không chứa CFC, chẳng hạn như tủ lạnh của công ty VEB dkk Scharfenstein từ Đông Đức.

Các phép ẩn dụ như 'lá chắn ozon' hay 'lỗ thủng ozon' không hoàn toàn chính xác về mặt khoa học. 'Lỗ thủng ozon' gợi ý về một vết lõm, giống như 'lỗ trên kính chắn gió'. Ozon không biến mất hoàn toàn và không có hiện tượng 'mỏng đều' của tầng ozon. Tuy nhiên, những thuật ngữ này dễ hiểu hơn với những người không có kiến thức khoa học. Lỗ thủng ozon được xem như một 'vấn đề nóng' với những lo ngại cá nhân nghiêm trọng như ung thư da, đục thủy tinh thể, thiệt hại cho thực vật và sự giảm sút sinh vật phù du trong đại dương. So với biến đổi khí hậu, quy định về ozon được công chúng đánh giá cao hơn nhiều. Người Mỹ đã tự nguyện từ bỏ bình xịt aerosol trước khi luật có hiệu lực, trong khi biến đổi khí hậu chưa nhận được sự quan tâm tương đương và hành động cụ thể từ công chúng. Vào năm 1985, phát hiện 'lỗ hổng' ozon lớn đã được báo chí đưa tin rộng rãi. Sự suy giảm ozon đặc biệt ở Nam Cực trước đây bị nghi ngờ là lỗi đo lường, nhưng sự đồng thuận khoa học đã được thiết lập sau khi các quy định được áp dụng.

Ảnh hưởng

Do tầng ozon hấp thụ tia cực tím từ mặt trời, việc suy giảm tầng ozon dự đoán sẽ làm tăng cường độ tia cực tím tại bề mặt Trái Đất, có thể gây ra nhiều tổn hại, bao gồm gia tăng bệnh ung thư da. Đây là lý do dẫn đến Nghị định thư Montreal. Mặc dù suy giảm ozon ở tầng bình lưu liên quan đến CFC và lý thuyết cho rằng giảm ozon sẽ dẫn đến tăng tia cực tím trên bề mặt Trái Đất, hiện chưa có nhiều quan sát trực tiếp chứng minh mối liên hệ giữa giảm ozon và gia tăng tỷ lệ ung thư da ở con người.

Tia cực tím gia tăng do lỗ thủng ozon

Dù chỉ là một phần nhỏ của khí quyển, ozon đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ hầu hết tia bức xạ cực tím. Lượng tia cực tím xuyên qua lớp ozon giảm theo hàm mũ với độ dày của lớp ozon. Do đó, sự suy giảm ozon trong không khí dự đoán sẽ làm tăng đáng kể mức độ tia cực tím gần mặt đất.

Sự gia tăng bức xạ tia cực tím trên bề mặt Trái Đất do lỗ thủng ozon chỉ có thể được suy ra một phần từ các mô hình tính toán, vì chưa có số liệu đo lường trực tiếp do thiếu dữ liệu lịch sử tin cậy về tia cực tím từ trước khi xuất hiện lỗ thủng, mặc dù đã có nhiều chương trình mới đo lường tia cực tím trên bề mặt.

Vì chính tia cực tím là yếu tố chính trong việc tạo ra ozon từ oxy ở tầng bình lưu, việc giảm ozon ở tầng bình lưu sẽ làm tăng quá trình quang hóa sản xuất ozon ở các tầng thấp hơn (tầng đối lưu).

Ảnh hưởng sinh học do sự gia tăng tia cực tím

Mối quan tâm hàng đầu của công chúng về lỗ thủng ozon là ảnh hưởng của ozon đối với sức khỏe con người. Khi lỗ thủng ozon ở Nam Cực mở rộng, bao phủ các vùng phía nam của Úc và New Zealand, các nhà bảo vệ môi trường lo ngại rằng lượng tia cực tím trên bề mặt Trái Đất có thể gia tăng đáng kể.

Các tia bức xạ cực tím có năng lượng cao, được ozon hấp thụ, được biết đến là nguyên nhân góp phần vào sự hình thành các khối u ác tính (ung thư da). Ví dụ, một nghiên cứu cho thấy việc gia tăng 10% tia cực tím có năng lượng cao liên quan đến việc tăng 19% khối u ác tính ở nam giới và 16% ở nữ giới.

Cho đến nay, lỗ thủng ozon ở các khu vực tiêu biểu mới chỉ đạt vài phần trăm. Nếu mức độ lỗ thủng cao được quan sát trở thành hiện tượng toàn cầu, các tác động thực tế có thể tăng lên đáng kể. Một nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng sự tiêu hủy quy mô lớn các sinh vật phù du cách đây 2 triệu năm trùng hợp với sự tiếp cận gần của một sao băng. Các nhà nghiên cứu cho rằng sự hủy diệt này do lớp ozon bị suy yếu trong thời kỳ đó, khi bức xạ từ sao băng tạo ra oxit nitơ làm chất xúc tác phá hủy ozon, ảnh hưởng đặc biệt nghiêm trọng đến các sinh vật phù du vốn rất nhạy cảm với tia cực tím và quan trọng trong chuỗi thức ăn dưới biển.

Sự gia tăng bức xạ tia cực tím có thể cũng ảnh hưởng đến mùa màng. Năng suất của nhiều loại cây trồng quan trọng như lúa phụ thuộc vào quá trình cố định nitơ của vi khuẩn lam cộng sinh ở rễ cây. Vi khuẩn lam rất nhạy cảm với ánh sáng cực tím và có thể bị tiêu diệt khi lượng tia cực tím gia tăng.

Ngoài các tác động trực tiếp của bức xạ cực tím đối với sinh vật, sự gia tăng tia cực tím trên bề mặt cũng dẫn đến tăng lượng ozon ở tầng đối lưu. Ozon gần mặt đất, thường được biết đến là yếu tố nguy hại đến sức khỏe vì tính chất độc hại của nó, chủ yếu được hình thành do bức xạ cực tím tác động vào khí thải từ các phương tiện giao thông.

Triển vọng giảm sút ozon trong tương lai

Việc chấp nhận và thực thi Nghị định thư Montreal đã giảm lượng khí CFC thải ra, dẫn đến sự giảm nồng độ của các hợp chất quan trọng trong khí quyển. Những chất này đang dần được giảm thiểu trong khí quyển. Đến năm 2015, lỗ thủng ozon ở Nam Cực dự kiến chỉ giảm khoảng một triệu km² trên tổng diện tích 25 triệu km²; tầng ozon ở Nam Cực có thể hồi phục hoàn toàn vào năm 2050 hoặc muộn hơn.

Tuy nhiên, vẫn có một điều cần lưu ý. Sự ấm lên toàn cầu do CO₂ có thể dẫn đến việc làm lạnh tầng bình lưu. Hậu quả của điều này có thể là sự gia tăng các lỗ thủng ozon và sự thay đổi chu kỳ của chúng. Lỗ thủng ozon hình thành do sự hiện diện của các đám mây tầng bình lưu ở khu vực cực; các đám mây này chỉ hình thành khi nhiệt độ đủ thấp. Nếu tầng bình lưu ở Bắc Cực lạnh hơn, có thể tạo ra các điều kiện tương tự như ở Nam Cực. Tuy nhiên, hiện tại vẫn chưa rõ ràng điều này sẽ xảy ra như thế nào.

• Khả năng giảm sút tầng ozon

Các liên kết bên ngoài

• Trang web của NOAA về tầng ozon trong khí quyển
• Thông tin về sự suy giảm ozon và các biến đổi môi trường toàn cầu (Đại học Columbia)
• Đánh giá của S. Fred Singer về việc UN xem xét khoa học về suy giảm ozon Lưu trữ ngày 17 tháng 6 năm 2006 tại Wayback Machine