Tầng ozon là lớp không khí chứa hàm lượng khí ozon (O3) cao hơn các nơi khác, chiếm khoảng 90% tổng lượng ozon trong bầu khí quyển, nằm ở vùng dưới của tầng bình lưu (xấp xỉ 15 đến 35 km từ mặt đất) của Trái đất, có độ dày thay đổi theo mùa và vị trí địa lý. Về cấu trúc của khí quyển gồm 4 tầng như tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung gian và tầng điện ly. Tần đối lưu là tầng thấp nằm ngay trên mặt đất, có chiều cao thay đổi từ 7-8 km ở hai cực và 16-18 km ở vùng xích đạo, phần lớn các hiện tượng biến đổi khí hậu, thời tiết diễn ra ở tầng này. Tầng bình lưu là tầng có độ cao khoảng 50 km, trong tầng trung gian của bình lưu ở độ cao khoảng 25 km sở hữu dồi dào nguồn khí ozon. Tầng trung gian là tầng có độ cao 80 km, nhiệt độ tầng này giảm dần theo độ cao, là nơi có nhiệt độ lạnh nhất trong tầng Trái đất. Tầng điện ly là lớp trên cùng trong các tầng khí quyển có độ cao 80-500 km, là nơi trực tiếp chịu nhiều tác động của các bức xạ sóng ngắn từ Mặt trời và vũ trụ.

Tầng ozon được phát hiện vào năm 1913 bởi hai nhà vật lý người Pháp Charles Fabry và Henri Buisson. Sau đó, các đặc tính của tầng ozon đã được nhà khí tượng học người Anh G. Dobson khám phá chi tiết và phát triển một thiết bị đo đơn giản (Dobsonmeter) có thể sử dụng để đo ozon ở tầng bình lưu từ mặt đất. Từ năm 1928 đến năm 1958, Dobson đã thiết lập một mạng lưới các trạm giám sát ozon trên toàn thế giới, các trạm này vẫn tiếp tục hoạt động cho đến ngày nay. Sự hình thành tầng ozon dựa trên phản ứng quang hóa được nhà vật lý người Anh Sydney Chapman phát hiện vào năm 1930. Ozon trong tầng bình lưu của Trái đất được tạo ra bởi ánh sáng cực tím chiếu vào các phân tử oxy thông thường có chứa hai nguyên tử oxy (O2), tách chúng thành các nguyên tử oxy riêng lẻ (oxy nguyên tử), oxy nguyên tử sau đó kết hợp với oxy không bị phân hủy để tạo ra ozon. Phân tử ozon không ổn định, khi tia cực tím chiếu vào, ozon phân tách thành phân tử oxy và một nguyên tử oxy riêng lẻ. Quá trình thuận nghịch này được gọi là chu trình oxy-ozon và diễn ra chủ yếu ở tầng ozon.

Một đặc tính đặc biệt của tầng ozon là khả năng hấp thụ đến 99% các tia cực tím từ Mặt trời. Các tia cực tím này nếu không bị hấp thụ tại tầng ozon sẽ làm tăng quá trình lão hóa đối với vật nó chiếu tới. Ví dụ: khi tiếp xúc tia cực tím làm tăng khả năng nhiễm các bệnh về da như cháy nắng, thậm chí ung thư da, bệnh về mắt như đục thủy tinh thể, tiếp xúc với nhựa làm lão hóa nhựa. Do đó, tầng ozon đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc bảo vệ sự sống ở trên Trái đất. Tầng ozon được xem như là lớp khiên bảo vệ các sinh vật khỏi các bức xạ từ Mặt trời, tuy nhiên các hoạt động của con người trong thời điểm hiện đại đã và đang gây ra các hệ lụy xấu đến lớp khiên bảo vệ này. Trong đó, các khí thải công nghiệp, đặc biệt là các chất dùng trong công nghiệp lạnh điển hình như oxit nitric (NO), đinitơ oxit (N2O), clorofluorocacbon (CFC) và bromofluorocacbon (BFC), dễ phân hủy tạo ra các gốc tự do. Các chất này là chất xúc tác để phân hủy các phân tử ozon thành oxy, làm suy giảm nồng độ ozon. Sự suy giảm đáng kể nồng độ ozon tại một khu vực được gọi là hiện tượng thủng tầng ozon. Đây là một vấn đề nóng cần được sự quan tâm của tất cả các nước trên thế giới, với sự can thiệp một cách mạnh mẽ như cấm sử dụng CFCs thì tầng ozon đang được phục hồi.

Tài liệu tham khảo

1. Cousteix J., Mauss J., Asymptotic analysis and boundary layers, Springer Science & Business Media, 2007.
2. Ferro M., Fallenius B. E. G., Fransson J. H. M., Experimental study on turbulent asymptotic suction boundary layers. J. Flu. Mechan., 915, 2021.
3. Lickley M., Solomon S., Fletcher S., Velders G. J., Daniel J., Rigby M., Montzka S. A., Kuijpers L. J., Stone K., Quantifying contributions of chlorofluorocarbon banks to emissions and impacts on the ozone layer and climate, Nat. Commun., 11, 1380, 2020