Nguyên nhân thủng tầng ozon bắt nguồn chủ yếu từ khí thải công nghiệp giải phóng clo và brom, kết hợp với điều kiện nhiệt độ cực thấp và ánh sáng mặt trời theo mùa tại Nam Cực. Hiện tượng suy giảm nồng độ ozone xuống dưới 220 đơn vị Dobson (DU) này đe dọa trực tiếp đến lớp lá chắn hấp thụ 97–99% tia cực tím, gây ung thư da, suy giảm miễn dịch và mất cân bằng sinh thái.
Nhờ Nghị định thư Montreal cấm sản xuất CFC và halon từ năm 1989, tầng ozon đang trong giai đoạn phục hồi và dự kiến trở lại mức an toàn vào khoảng năm 2075. Phân tích chi tiết về nguồn gốc và cơ chế hình thành như sau.
Nguyên nhân chủ yếu: Khí thải công nghiệp và chất nhân tạo
Hoạt động công nghiệp và nông nghiệp là nguồn phát thải chính các hợp chất halogen nhân tạo. Chlorofluorocarbons (CFC) trong tủ lạnh và máy điều hòa, halon trong bình chữa cháy, methyl bromide trong thuốc trừ sâu, cùng carbon tetrachloride làm dung môi công nghiệp là những tác nhân cốt lõi. Khi thoát ra môi trường, chúng bay lên tầng bình lưu.
Tại đây, tia cực tím từ Mặt Trời phân ly các phân tử này, giải phóng nguyên tử clo và brom tự do. Một nguyên tử clo duy nhất có khả năng phá vỡ tới 100.000 phân tử ozone trước khi bị loại bỏ khỏi chu trình phản ứng. Nguyên tử brom thậm chí còn tàn phá nhanh gấp 40 lần clo.
Bên cạnh đó, khí nitơ oxit (N2O) từ phân bón hóa học và quá trình đốt nhiên liệu fossile đóng góp đáng kể vào việc bào mòn lớp bảo vệ. Các khu công nghiệp xả khí thải chưa qua xử lý tiếp tục đẩy nồng độ các chất gây suy giảm tầng ozon (ODS) lên cao, tạo áp lực liên tục lên hệ thống khí quyển.
Yếu tố tự nhiên và cơ chế phản ứng tại Nam Cực
Cơ chế phá hủy ozone vận hành dựa trên sự kết hợp giữa khí thải clo/brom, đám mây băng cực và ánh sáng mặt trời theo mùa. Vào mùa đông, vùng địa cực chìm trong bóng tối liên tục suốt ba tháng, khiến nhiệt độ tầng bình lưu lao dốc xuống dưới -80°C.
Cái lạnh khắc nghiệt này tạo ra các đám mây tầng bình lưu cực (PSCs) gồm tinh thể băng và axit nitric. Bề mặt của các hạt mây này đóng vai trò là bàn phản ứng, chuyển hóa các hợp chất clo "ổ chứa" ổn định như ClONO2 và HCl thành dạng gốc tự do Cl và ClO hoạt tính cao.
Khi bước sang mùa xuân, từ tháng 9 đến đầu tháng 12, ánh sáng Mặt Trời quay trở lại, cung cấp năng lượng kích hoạt hàng loạt phản ứng quang hóa. Cùng lúc đó, xoáy cực Nam Ấn hình thành như một vòng vây giữ khí lạnh, ngăn không khí giàu ozone từ vĩ độ thấp tràn lên.
Kết quả là hơn 50% lượng ozone ở tầng bình lưu thấp bị phân hủy. Yếu tố tự nhiên như núi lửa cũng làm trầm trọng thêm tình trạng này. Vụ phun trào núi lửa Tonga ở Nam Thái Bình Dương năm 2022 và Pinatubo năm 1991 đã phóng lượng lớn tro bụi vào khí quyển, cung cấp thêm bề mặt cho các phản ứng phá hủy ozone diễn ra nhanh chóng.
