Đại dương sẽ gây thủng tầng ozone?
Đại dương trên Trái Đất đóng vai trò là một bể chứa khổng lồ, hấp thụ nhiều loại khí trong bầu khí quyển, bao gồm cả các khí gây phá hủy ozone, gọi là khí CFC. Các khí này sẽ ở yên dưới lớp nước biển trong nhiều thế kỷ.
Khí CFC đại dương từ lâu đã giúp con người nghiên cứu các dòng biển, tuy nhiên những tác động của nó lên khí quyển vốn được cho là không đáng kể. Giờ đây, nhóm nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) phát hiện một loại khí CFC trong đại dương với tên gọi CFC-11 thực chất có ảnh hưởng đến khí quyển.
Theo kết quả nghiên cứu đăng trên tạp chí khoa học Proceedings of the National Academy of Sciences, nhóm nghiên cứu dự báo đại dương sẽ giải phóng khí này ngược vào khí quyển trong tương lai.
Theo tính toán, đến năm 2075, các đại dương sẽ giải phóng lượng CFC-11 nhiều hơn mức nó hấp thụ và đến năm 2130, mức phát thải này trở nên đáng kể. Nếu tình trạng biến đổi khí hậu vẫn tiếp diễn, hiện tượng này sẽ xảy ra sớm hơn 10 năm.
CFC-11 được con người sử dụng làm chất làm lạnh và chất cách điện. Khi thải vào khí quyển, khí này khởi phát một chuỗi phản ứng phá hủy tầng ozone đóng vai trò bảo vệ Trái đất khỏi bức xạ tử ngoại độc hại.
Từ năm 2020, Nghị định thư Montréal yêu cầu toàn thế giới ngừng sản xuất và dùng khí CFC-11 để khôi phục tầng ozone. Mức phát thải CFC-11 giảm đều qua từng năm, trong đó đại dương hấp thụ 5 - 10% lượng khí này.
Tuy nhiên, khi nồng độ của nó trong khí quyển thấp xuống một mức nhất định, đại dương sẽ gặp phải tình trạng vượt quá bão hòa. Lúc này, khí CFC-11 sẽ bị giải phóng ngược lại vào khí quyển. Nước biển lạnh sẽ trữ CFC tốt hơn, vì vậy nếu Trái Đất tiếp tục nóng lên làm tăng nhiệt độ nước biển, các đại dương sẽ khó "bắt giữ" khí này.
Kết quả nghiên cứu trên sẽ giúp việc đo đạc nồng độ khí CFC trong tương lai chính xác hơn, tránh việc các nhà khoa học hoang mang khi phát hiện một lượng khí không rõ nguồn gốc. Lượng khí bí ẩn này trông như có quốc gia nào đó đang lén lút vi phạm Nghị định thư Montréal, nhưng thực chất nó được thải ra từ đại dương.
Vì sao lỗ hổng tầng ozone tập trung ở Nam Cực?
Tập hợp halogen
Một số hợp chất chứa halogen, đặc biệt loại khí CFC, từ mặt đất sẽ di chuyển lên tầng bình lưu nhờ gió và đối lưu không khí. Hoạt động này xảy ra ở cả 2 bán cầu dù nguồn gốc khí thải phần lớn ở bán cầu Bắc.
Các loại khí làm tổn hại tầng ozone có số lượng khá lớn và có thể di chuyển một chặng đường dài lên tầng bình lưu. Nguyên nhân vì chúng khó bị "trừ khử" tự nhiên ở tầng thấp khí quyển.
Các hợp chất nguy hại đi vào tầng bình lưu chủ yếu từ khu vực nhiệt đới, sau đó chuyển về 2 cực do tác động của không khí của tầng bình lưu.
Nhiệt độ thấp
Điều kiện cần cho sự phá hủy tầng ozone là nhiệt độ thấp ở tầng bình lưu trải dài một vùng rộng lớn và tồn tại một thời gian dài.
Nhiệt độ thấp cho phép mây tầng bình lưu vùng cực hình thành còn gọi là mây xà cừ (viết tắt: PSC). Đây là môi trường cho những phản ứng phá hủy tầng ozone xảy ra.
Nhiệt độ tầng bình lưu thấp nhất trên Trái Đất ở 2 cực vào mùa đông. Tuy nhiên mùa đông ở Nam Cực nhìn chung lạnh hơn và ổn định hơn so với mùa đông ở Bắc Cực.
Nhiệt độ ở Nam Cực giúp PSC hình thành lâu hơn trong suốt mùa đông khoảng 5 tháng so với khoảng thời gian chỉ từ 10 đến 60 ngày ở Bắc Cực.
Mây xà cừ
Mây xà cừ là một dạng mây tại tầng bình lưu vùng cực về mùa đông ở cao độ khoảng 15.000 - 25.000 m giúp hỗ trợ các phản ứng hóa học tạo ra clo monoxit (ClO), nguyên nhân chính gây phá hủy tầng ozone.
Không giống như tầng đối lưu, tầng bình lưu là rất khô và nó hiếm khi cho phép hình thành mây. Tuy nhiên, trong điều kiện cực lạnh của mùa đông vùng cực, các đám mây tầng bình lưu thuộc nhiều kiểu khác nhau có thể được hình thành.
Loại PSC phổ biến nhất được hình thành từ HNO3 và nước và thỉnh thoảng có chứa một số giọt H2SO4.
Khi nhiệt độ trung bình bắt đầu tăng vào cuối mùa đông, PSC hình thành ít hơn và cho ra ít ClO hơn. Và khi PSC không xảy ra nữa, thường trước cuối tháng 1 hay đầu tháng 2 ở Bắc Cực và giữa tháng 10 ở Nam Cực, giai đoạn phá hủy tầng ozone nghiêm trọng nhất kết thúc.
Khí HNO3
Một khi được hình thành, các phân tử trong PSC thường rơi xuống độ cao thấp hơn do tác dụng của trọng lực. Những phân tử lớn nhất có thể rơi khoảng vài cây số trong tầng bình lưu trong mùa đông lạnh kéo dài nhiều tháng ở Nam Cực.
PSC chứa tỉ lệ HNO3 rất cao nên sự hạ thấp độ cao góp phần giải phóng HNO3. Quá trình này gọi là đề nitrat hóa ở tầng bình lưu.
Lượng HNO3 ít hơn trong khi ClO vẫn tồn tại với số lượng cao làm tăng khả năng phá hủy tầng ozone.
Đề nitrat hóa thường diễn ra nghiêm trọng vào mỗi mùa xuân ở Nam Cực và một vài nơi khác nhưng không phải ở Bắc Cực vì nhiệt độ ảnh hưởng quá trình đề nitrat hóa của PSC phải ổn định ở một vùng cao độ rộng lớn và tồn tại trong thời gian dài.
