Các nhà địa vật lý Nga giải thích lỗ thủng ôzôn bởi những nguyên nhân tự nhiên

Các nhà khoa học của Đại học Liên bang Siberi đã phân tích tình trạng hàm lượng ôzôn ở Bắc bán cầu dựa vào dữ liệu vệ tinh và đã đưa ra một giả thuyết mới về sự xuất hiện của lỗ thủng ôzôn Nam Cực. Kết quả của các nghiên cứu đã được đăng trên “Tạp chí của Đại học Liên bang Siberi”.

Ôzôn trong bầu khí quyển tạo ra một tầng có hình cầu trên bề mặt của Trái đất với chiều dày khoảng 90 cây số, ngừng lại sự bức xạ cực tím. Sự bức xạ cực tím tiêu diệt chất protein và axit nucleic, cho nên sự giảm nồng độ ôzôn trong bầu khí quyển rất nguy hiểm cho toàn bộ cuộc sống trên Trái đất.

Lượng ôzôn trong cột khí quyển thẳng đứng ở một điểm cụ thể được đo bởi sự hút thu và sự tán xạ bức xạ mặt trời trong phạm vi bước sóng của tia cực tím. Đơn vị để đo tổng lượng ôzôn trong khí quyển người ta sử dụng đơn vị Dobson. 100 đơn vị Dobson tương ứng với chiều dày của tầng ôzôn là 1 mm, còn con số tổng lượng ôzôn trung bình trên Trái đất là khoảng 300 đơn vị Dobson.

Hàm lượng ôzôn ở tầng bình lưu được thay đổi trong vòng một năm. Số lượng lớn của ôzôn được sản xuất ở tầng bình lưu tại các vĩ độ nhiệt đới và trung bình do các phản ứng quang hóa. Vào mùa xuân ôzôn chuyển từ các vùng nhiệt đới sang các vùng vĩ độ trung bình và vĩ độ cao. Cho nên ví dụ ở Nam bán cầu lượng ôzôn tối đa trong năm được quan sát vào những tháng 10 — tháng 11.

Trong thời gian từ tháng 01 đến tháng 07 hàm lượng ôzôn trong các vùng đó là tối thiểu, tại vì từ tháng 12 đến tháng 04 các vĩ độ trung bình và các vĩ độ cao được do Mặt trời ánh sáng rất tốt. Điều này tạo điều kiện để phá hủy tầng ôzôn trong các phản ứng quang hóa mà các hợp chất khác nhau trong khí quyển có thể trở thành chất xúc tác cho các phản ứng đó.

Sự quan tâm toàn cầu đến vấn đề ôzôn xuất hiện vào nửa sau của thế kỷ XX. Các nhà khoa học khám phá một xu hướng dài hạn là tổng lượng ôzôn bị giảm và vào những tháng 10 — tháng 11 theo mùa lỗ thủng ôzôn ở Nam Cực nổi tiếng được xuất hiện.

Điều này đã khiến cho các nhà khoa học đưa ra một gỉa thuyết về sự hủy hoại tầng ôzôn bởi con người. Vào năm 1973 các nhà hóa học của Hoa Kỳ trong cuộc thí nghiệm tại phòng thí nghiệm phát hiện rằng các sản phẩm phân rã của chlorofluorocarbons (Freon) có thể phá hủy ôzôn. Bởi kết quả này các nhà khoa học đã giải thích quá trình xuất hiện lỗ thủng ôzôn ở Nam Cực.

Vào năm 1987 các cường quốc hàng đầu trên thế giới đã ký kết Nghị định thư Montreal: một hiệp ước về sự ngừng việc sản xuất và sử dụng chất Freon, mọi người biết tên phổ biến của chất Freon là chất làm lạnh cho các tủ lạnh. Điều này khiến cho việc thay thế toàn cầu các tủ lạnh và máy điều hòa không khí. Vào năm 2016 người ta được phát hiện rằng chất làm lạnh mới cũng là khí nhà kính, sau đó được bổ sung điều sửa đổi Nghị định thư và lệnh cấm mới.

Trước khi Nghị định thư được ký kết người ta đã biết dữ liệu dựa vào các quan sát vệ tinh của tầng ôzôn mà cho thấy rằng lỗ thủng ôzôn ở Nam Cực — đây là một thành tạo tự nhiên. Tuy nhiên lý thuyết hóa học nhân sinh về sự phá hủy tầng ôzôn được thắng. Tuy nhiên lý thuyết này không thể giải quyết vấn đề về việc xuất hiện sự bất thường ôzôn ở Nam bán cầu mặc dù chất làm lạnh freon được sản xuất chủ yếu ở Bắc bán cầu.

Hơn nữa các lý thuyết và các mô hình toán học của các nhà hóa học không thể kiểm tra thực nhiệm trong các điều kiện Nam Cực. Trong thời gian ký kết Nghị định thư Montreal đã được tuyên bố rằng lỗ thủng ôzôn ở Nam Cực sẽ hoàn toàn biến mất đến năm 2010, nhưng lỗ thủng ôzôn vẫn xuất hiện hàng năm cho đến ngày nay. Như vậy vào năm 2017 kích thước của lỗ thủng ôzôn đã đến 22 triệu mét vuông và điều này điển hình trong thời gian 25 năm vừa qua.

Các nhà nghiên cứu từ Krasnoyarks trả lời được những câu hỏi liên quan đến vấn đề thành tạo các lỗ thủng ôzôn, đề xuất phương pháp mới căn cứ vào việc theo dõi sự vận chuyển các dòng không khí. Trên cơ sở phân tích các hiện tượng vật lý trong khí quyển, họ phát triển được mô hình thành tạo sự bất thường ôzôn ở Nam bán cầu riêng của mình.

"Về mặt lịch sử vấn đề địa vật lý — tình trạng của tầng ôzôn của Trái đất — được tới tay không phải của các nhà địa vật lý hoặc các nhà khí tượng mà được đến các chuyên gia hóa học khí quyển và đến bây giờ vấn đề này được coi là hoàn toàn hóa học. Và đáng tiếc rằng hầu như tất cả các nghiên cứu về hiện tượng lỗ thủng ôzôn ở Nam Cực nhằm mục đích để chứng minh rằng lỗ thủng ôzôn bị xuất hiện do ảnh hưởng của con người.

Để chứng minh điều này các nhà khoa học đề xuất các phản ứng hóa học và quang hóa khác nhau, xây dựng các mô hình toán học. Trong khi đó một lượng các dữ liệu thực tế đáng kể mang tính chất địa vật lý bị bỏ qua", — một trong những tác giả của sự nghiên cứu, giáo sư của Viện vật lý kỹ thuật và điện tử học vô tuyến thuộc Đại học Liên bang Siberi ông Valentin Kashkin cho biết.

Theo giả thuyết khác về sự xuất hiện của lỗ thủng ôzôn ở Nam Cực, thì lỗ thủng ôzôn là thành tạo tự nhiên do các quá trình động lực trong tầng bình lưu. Để làm luận chứng các nhà khoa học sử dụng dữ liệu về tổng lượng ôzôn, được đăng ký bởi các vệ tinh nhân tạo của Trái đất từ năm 1978.

Giống như các thành tạo khí quyển khác, ôzôn có cấu trúc mây. Nếu so sánh dữ liệu vệ tinh, được nhận liên tiếp trong hai ngày, thì dựa vào thông tin về sự di chuyển các mây ôzôn có thể đánh giá hướng và tốc độ của sự chuyển động khối lượng ôzôn.

Được xác minh rằng vào đầu tháng 09 khối lượng ôzôn được vận chuyển từ Nam Cực đến đường xích đạo. Ôzôn di chuyển theo qũy đạo xoắn, quay nhanh từ phía Tây sang phía Đông và cuối cùng được tích lũy trong vòng gần vĩ độ 45°. Ôzôn được phân phối lại giữa lỗ thủng ôzôn và vòng. Lượng ôzôn trong vòng được tăng lên, còn tổng lượng ôzôn trong phần bên trong bị giảm, thúc đẩy sự xuất hiện lỗ thủng ôzôn ở Nam Cực.

Vậy lỗ thủng ôzôn là gì? Đây là "chỗ sâu" trong tầng ôzôn của các vĩ độ cực của Nam bán cầu với những trị số tổng lượng ôzôn cực thấp. Lỗ thủng ôzôn Nam Cực được vây quanh bởi "vòng" với đường kính mấy nghìn cây số với hàm lượng ôzôn cao bất thường đối với vùng Nam Cực (lên đến 450 đơn vị Dobson).

Bắt đầu từ giữa tháng 10 lỗ thủng ôzôn bắt đầu nhét đầy bằng ôzôn, mà di chuyển về từ vòng và từ các vĩ độ nhiệt đới. Sự phân tích các bản đồ kỹ thuật số cho phép các nhà khoa học quan sát bằng mắt thường sự chuyển động ôzôn từ cực sang phía đường xích đạo và ngược lại, sự chuyển động theo hướng Đông và hướng Tây với sự đánh giá tốc độ di chuyển.

Tháng 09 và tháng 10 ở Nam bán cầu — đây là thời điểm khi ôzôn bắt đầu chảy vào những vĩ độ trung bình từ các vùng nhiệt đới. Các nhà khoa học phát hiện ra một vòng thêm ở vĩ nam 35°, có liên quan đến sự chuyển động ôzôn như vậy. Vòng này ở gần vĩ độ Buenos Aires và Cape Town. Cuối cùng, sự chuyển động ôzôn về phía cực tạo ra vòng thứ ba ở vĩ nam 80°.

Các nhà khoa học từ Đại học liên bang Siberi đã phát triển một phương pháp mới để phân tích, được gọi là, "các trung bình thuộc vùng". Điều này tạo điều kiện để dự đoán chính xác hơn tổng lượng ôzôn trong những năm tới. Các bảng với dữ liệu về các trung bình thuộc vùng có thể tìm được trên mạng và được thành lập bằng cách như sau: diện tích của toàn cầu từ Bắc Cực đến Nam Cực được chia thành các vòng với chiều rộng 5° và được tính số trung bình của tổng lượng ôzôn trong mỗi vòng.

"Việc sử dụng sự phân tích các trung bình thuộc vùng một năm trước khi Nghị định thư Montreal bắt đầu có hiệu lực, các nhân viên của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ NASA đã phát hiện ra: tổng lượng ôzôn trong những năm 1979-1982 về hướng từ vĩ nam 44° đến Nam Cực gần như không được thay đổi từ tháng 08 đến tháng 11, còn sự suy giảm tổng lượng ôzôn vào tháng 09 gần Nam Cực được bù bởi sự tăng lên trong các vĩ độ trung bình.

Những kết quả như vậy chứng minh rằng các biến đổi tổng lượng ôzôn là do sự phân phối lại động lực ôzôn, chứ không phải bởi các quá trình hóa học. Tuy nhiên điều này làm hại lý thuyết về sự suy giảm ôzôn do ảnh hưởng của con người và về sự phát hiện các lỗ thủng ôzôn. Đại đa số nhà khoa học của công đồng khoa học thời gian đó không nhận được kết quả như vậy — và trên thực tế đó vấn đề này không còn nữa.

Nhưng lịch sự của lý thuyết động lực chưa kết thúc: chúng tôi đã trả lời được một số câu hỏi liên quan đến vấn đề thành tạo lỗ thủng ôzôn. Chẳng hạn là trên cơ sở khối lượng dữ liệu lớn chúng tôi cho thấy rằng lượng ôzôn bị lâm vào vùng xoáy vòng quanh cực, với độ chính xác không ít hơn 5-7% phù hợp với lượng ôzôn mà đi khỏi lỗ thủng ôzôn ở Nam Cực. Những kết quả này nhóm khoa học của chúng tôi đã trình bày không chỉ trong các bài báo đăng tạp chí mà còn chúng tôi đã tóm tắt trong sách chuyên khảo được xuất bản bởi Đại học Liên bang Siberi", — ông Valentin Kashkin kết luận.

Theo Sputnik