Ozone (O₃) dù cùng công thức hóa học nhưng mang hai vai trò đối lập tùy thuộc vào vị trí trong khí quyển. Nó vừa là tấm khiên bảo vệ sinh vật khỏi tia cực tím ở tầng cao, vừa là chất gây ô nhiễm độc hại ở tầng thấp. Việc nhận diện rõ ràng sự khác biệt giữa ozone tầng bình lưu và ozone tầng mặt đất giúp người dân nắm vững cơ chế hình thành, từ đó chủ động bảo vệ sức khỏe và tuân thủ đúng các quy định pháp luật liên quan.

Tầng ozone là gì và cấu tạo phân tử o3

Khí ozone (O₃) thuộc nhóm thù hình của oxy, mang màu xanh nhạt và mùi hăng đặc trưng. Nhà hóa học Christian Friedrich Schönbein là người đầu tiên ghi nhận sự xuất hiện của chất này vào năm 1839. Tuy nhiên, phải đợi đến năm 1913, Charles Fabry cùng Henri Buisson mới chứng minh được sự tồn tại thực sự của lớp khí quyển bao quanh Trái Đất chứa nồng độ ozone cao nhất.

Cơ chế hình thành tự nhiên của ozone xảy ra khi bức xạ cực tím từ Mặt Trời chiếu vào phân tử oxy (O₂), làm tách đôi chúng thành các nguyên tử oxy tự do. Những nguyên tử này ngay lập tức kết hợp với phân tử oxy khác để tạo thành O₃. Tại tầng bình lưu, nơi cách mặt đất từ 15 đến 35 km, nồng độ khí này đạt đỉnh điểm, như tấm khiên bảo vệ sự sống trên hành tinh.

Ozone tầng bình lưu: lá chắn bảo vệ sự sống

Hoạt động như một tấm chắn vô hình, tầng ozone hấp thụ tới 97–99% bức xạ cực tím từ Mặt Trời để bảo vệ sự sống trên Trái Đất. Cơ chế này dựa trên sự phân hủy và tái tạo liên tục: khi phân tử ozone hấp thụ tia UV, nó tách thành oxy và nguyên tử oxy tự do, sau đó nhanh chóng kết hợp lại thành O₃, giữ cho nồng độ luôn ổn định và ngăn năng lượng cao xâm nhập xuống bề mặt.

Thế nhưng, vào giữa thập niên 1970, đã lên tiếng cảnh báo về nguy cơ suy giảm tầng ozone do khí halogen tích tụ. Mối lo ngại này được xác nhận thực tế vào giữa thập niên 1980 khi hiện tượng lỗ thủng ozone xuất hiện rõ rệt tại vùng Nam Cực, chủ yếu do các chất CFC và HCFC gây ra. Để đối phó, Nghị định thư Montreal được ký kết năm 1987, thiết lập lộ trình loại bỏ các chất độc hại này, qua đó giúp tầng ozone dần phục hồi và hướng tới mức an toàn vào khoảng năm 2021.

Ozone tầng mặt đất: chất độc từ hoạt động con người

Trái ngược với vai trò bảo vệ ở tầng bình lưu, ozone trong lớp đối lưu gần mặt đất (dưới 10 km) lại mang tính độc hại do chủ yếu phát sinh từ các hoạt động của con người như giao thông và công nghiệp. Phân tử O₃ ở đây không ngăn tia UV mà ngược lại, tấn công trực tiếp hệ hô hấp của sinh vật.

Sự hình thành loại khí độc này là kết quả của phản ứng giữa oxit nitơ (NOx) và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Nồng độ ozone thường bùng nổ vào những ngày nắng nóng, đặc biệt tại các đô thị lớn nơi khí thải từ phương tiện và nhà máy tập trung dày đặc, khiến cùng một chất hóa học nhưng mang hai tính chất hoàn toàn đối nghịch tùy thuộc vào vị trí tồn tại.

So sánh trực tiếp: cùng phân tử nhưng khác tính chất

Cùng là một phân tử nhưng vị trí tồn tại quyết định tính chất: ozone ở độ cao 15–35 km thuộc tầng bình lưu, trong khi loại gây hại tập trung dưới 10 km ở tầng đối lưu. Sự khác biệt này bắt nguồn từ nguồn gốc hình thành; tầng trên được tạo ra tự nhiên nhờ hấp thụ tia UV, còn tầng thấp xuất hiện từ phản ứng giữa NOx và hợp chất hữu cơ dễ bay hơi do con người thải ra.

Vai trò của chúng cũng trái ngược nhau: lớp ozone cao là lá chắn bảo vệ, trong khi nồng độ ozone mặt đất vượt ngưỡng 0,1 ppm là tác nhân gây ô nhiễm, kích ứng hô hấp và thúc đẩy hiệu ứng nhà kính cùng khói mù quang hóa. Dù nồng độ ở tầng cao có thể lên tới 2–8 ppm mà vẫn có lợi, thì sự hiện diện của nó ở mặt đất lại trở thành mối đe dọa sức khỏe và môi trường.

Hiện trạng suy giảm và lỗ thủng ozone lịch sử

Mối tương quan giữa hành động quốc tế và tình trạng tầng ozone trở nên rõ nét qua lịch sử bảo vệ môi trường. Bước ngoặt đến sau khi lỗ thủng ozone được phát hiện năm 1985, thúc đẩy cộng đồng toàn cầu ký kết Công ước Viên cùng năm đó và Nghị định thư Montreal vào năm 1987 nhằm hạn chế 8 nhóm chất gây hại, trong đó có Halon.

Tại Việt Nam, Nghị định 06/2022/NĐ-CP đặt ra khung thời gian cụ thể để cắt giảm HCFC: giai đoạn 2022–2024 giữ mức tiêu thụ dưới 65% so với mức cơ sở; 2025–2029 giảm xuống 32,5%; 2030–2039 chỉ còn 2,5%; và từ 2040 trở đi, hoạt động xuất nhập khẩu HCFC bị cấm tuyệt đối.

Thực tế gần đây cho thấy lỗ thủng ozone năm 2023 hình thành sớm từ giữa tháng 8, được Liên minh Châu Âu đánh giá là một trong những lỗ hổng nghiêm trọng nhất, phần lớn do ảnh hưởng từ vụ phun trào núi lửa Hunga Tonga. Tuy nhiên, với sự kiểm soát chặt chẽ các chất thải độc hại, dự báo tầng ozone sẽ được khôi phục hoàn toàn vào năm 2050.

Tác hại cụ thể của ozone đối với sức khỏe

Khi nồng độ ozone ở tầng mặt đất vượt ngưỡng 0,1 ppm, nó tấn công trực tiếp vào hệ hô hấp, gây kích ứng niêm mạc, đau tức vùng ngực và làm giảm khả năng vận hành của phổi, với những người bị hen suyễn hoặc viêm phế quản thường chịu ảnh hưởng nặng nề nhất. Sự suy giảm lớp bảo vệ ozone ở tầng bình lưu khiến bức xạ UV-B xâm nhập mạnh hơn, làm tăng nguy cơ mắc các loại ung thư da như u hắc tố và ung thư biểu mô tế bào đáy hoặc vảy, cũng như tình trạng đục thủy tinh thể.

Theo Tổ chức Y tế Thế giới, mức giảm 1% lượng ozone sẽ kéo theo sự gia tăng 2% tỷ lệ mắc ung thư da. Khi chỉ số tia cực tím (UVI) đạt mức 11 trở lên, được xem là nguy hiểm, mọi người cần thực hiện các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt nếu phải hoạt động bên ngoài.

Cách bảo vệ tầng ozone và giảm thiểu phơi nhiễm

Để bảo vệ tầng ozone và giảm thiểu tác hại từ ozone mặt đất, các doanh nghiệp sản xuất, nhập khẩu thiết bị lạnh hay điều hòa cần thực hiện nghiêm ngặt việc đăng ký, báo cáo và thu gom chất HCFC theo Nghị định 06/2022/NĐ-CP, phải sử dụng kỹ thuật viên có chứng chỉ để tái chế và tiêu hủy đúng quy trình. Về phía cá nhân, việc theo dõi chỉ số chất lượng không khí là cần thiết, đặc biệt nên hạn chế ra ngoài trong khung giờ 10h–16h khi nồng độ ozone đạt đỉnh.

Biện pháp phòng ngừa hiệu quả bao gồm lắp đặt máy lọc không khí trong nhà và sử dụng kem chống nắng có chỉ số SPF 30+. Những hành động nhỏ nhưng đồng bộ này sẽ góp phần duy trì sự cân bằng khí quyển.