Hiệu ứng nhà kính

Hiệu ứng nhà kính xảy ra khi khí quyển hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời và giữ lại nhiệt cho bề mặt Trái Đất, gây ra sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu.

Các vật thể đen trên Trái Đất có nhiệt độ khoảng 5.5 °C. Nếu không có hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ này có thể thấp hơn nhiều, khoảng -18 hoặc -19 °C thay vì khoảng 14 °C như hiện nay.

Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng khi năng lượng từ mặt trời được hấp thụ và giữ lại bởi khí quyển, góp phần làm ấm lên không khí và bề mặt Trái Đất.

Hiệu ứng này đã được áp dụng từ lâu trong các nhà kính trồng cây. Ngoài ra, hiệu ứng nhà kính cũng được sử dụng trong kiến trúc để tận dụng năng lượng mặt trời một cách hiệu quả để tiết kiệm năng lượng sưởi ấm nhà cửa.

Hiệu ứng nhà kính khí quyển

Các tia bức xạ ngắn từ mặt trời xuyên qua bầu khí quyển đến mặt đất và bị phản xạ trở lại dưới dạng bức xạ nhiệt sóng dài. Một số phân tử trong khí quyển, đặc biệt là CO2 và hơi nước, hấp thụ bức xạ nhiệt này và giữ lại nhiệt ở trong khí quyển. Mức độ hiện tại của CO2 trong khí quyển là khoảng 0.036%, đã đủ để tăng nhiệt độ thêm khoảng 30 °C. Nếu không có hiệu ứng nhà kính tự nhiên này, nhiệt độ trung bình của Trái Đất chỉ khoảng -15 °C.

Một cách đơn giản để hiểu là nhiệt độ bề mặt Trái Đất phụ thuộc vào cân bằng giữa năng lượng mặt trời chiếu xuống và nhiệt độ phát ra từ mặt đất vào không gian. Bức xạ mặt trời là bức xạ ngắn và dễ dàng xuyên qua tầng ozon và lớp CO2 để đến mặt đất, trong khi bức xạ nhiệt từ Trái Đất ra không gian là bức xạ dài và bị CO2 và hơi nước trong khí quyển hấp thụ. Vì vậy, CO2 hành động như một lớp kính giữ lại nhiệt cho Trái Đất trên quy mô toàn cầu.

Ở giai đoạn đầu tiên của lịch sử Trái Đất, điều kiện sống chỉ có thể tồn tại nhờ lượng CO2 cao hơn trong khí quyển, điều này giúp cân bằng năng lượng mặt trời yếu hơn khoảng 25%. Các tia bức xạ tăng lên theo thời gian và đã có đủ cây cỏ trên Trái Đất, qua quá trình quang hợp, hấp thu một phần CO2 khí quyển tạo ra điều kiện khí hậu tương đối ổn định.

Khí nhà kính

Đóng góp phần trăm vào hiệu ứng nhà kính trên Trái Đất bao gồm bốn loại khí chính:

• Hơi nước, 36–72%
• CO2, 9–26%
• Mê tan, 4–9%
• Ozôn, 3–7%

Các đám mây cũng hấp thụ và phát ra bức xạ hồng ngoại, ảnh hưởng đến tính chất phát xạ nhiệt của tầng khí quyển.

Hiệu ứng nhà kính nhân loại

Trong suốt hơn 100 năm qua, con người đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự cân bằng nhạy cảm giữa hiệu ứng nhà kính tự nhiên và bức xạ mặt trời. Thay đổi nồng độ các khí nhà kính trong thế kỷ qua (CO2 tăng 20%, mêtan tăng 90%) đã dẫn đến sự tăng nhiệt lên 2 °C.

Không nên nhầm lẫn hiệu ứng nhà kính nhân loại với việc làm tổn thất đến lớp khí ôzôn ở tầng bình lưu, cũng là do hoạt động của con người.

Các ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính nhân tạo

Đa số các nhà khoa học đều ủng hộ giả thuyết rằng việc tăng nồng độ các khí nhà kính do con người gây ra, gọi là hiệu ứng nhà kính nhân loại, sẽ làm tăng nhiệt độ trên toàn cầu (sự nóng lên của khí hậu toàn cầu) và dẫn đến sự thay đổi khí hậu trong các thập kỷ và thập niên tới.

Giả thuyết này đã bị một số nhà phê bình khí hậu phủ nhận, dù số lượng các nhà khoa học ủng hộ giảm sút rõ rệt trong những năm gần đây.

Dưới đây là những hậu quả liên quan đến thay đổi khí hậu mà hiệu ứng này có thể gây ra:

• Các nguồn nước: chất lượng và số lượng nước uống, tưới tiêu, nước cho công nghiệp và điện sản xuất, cùng sức khỏe của động vật thủy sản, có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự thay đổi trong lượng mưa và sự tăng hơi nước. Lũ lụt có thể trở nên phổ biến hơn. Thay đổi khí hậu có thể làm dâng cao mực nước sông toàn cầu.
• Các tài nguyên bờ biển: Ở Mỹ mà thôi, mực nước biển được dự báo sẽ tăng 50 cm vào năm 2100, có thể khiến mất đi 5.000 dặm vuông đất khô và 4.000 dặm vuông đất ngập lụt.
• Sức khỏe: Số người chết vì nóng có thể tăng do nhiệt độ cao kéo dài hơn trong chu kỳ thời tiết. Thay đổi lượng mưa và nhiệt độ có thể tăng nguy cơ các bệnh lây nhiễm.

Nhiệt độ tăng lên làm gia tăng các quá trình sinh học và hóa học trong cơ thể sống, gây ra sự mất cân bằng.

• Lâm nghiệp: Nhiệt độ cao hơn tạo điều kiện thuận lợi cho nguy cơ cháy rừng.
• Năng lượng và vận tải: Nhiệt độ ấm hơn tăng nhu cầu làm mát và giảm nhu cầu sưởi ấm. Vận tải mùa đông ít hư hại hơn, nhưng vận tải đường thủy có thể bị ảnh hưởng bởi tăng lũ và giảm mực nước sông.

• Các khối băng ở hai cực đang tan nhanh trong những năm gần đây, dẫn đến tăng mực nước biển quá mức, có thể gây ra hiện tượng ngập lụt.

Nỗ lực hiện tại để giảm thiểu hiệu ứng nhà kính nhân loại

• Một trong những nỗ lực đầu tiên của con người để giảm sự ấm dần do khí thải công nghiệp là việc các quốc gia đã tham gia đàm phán và nỗ lực ký kết Hiệp ước Kyoto. Tuy nhiên, hiệp ước này không được một số quốc gia chấp nhận, đặc biệt là Hoa Kỳ, với lý do là nó có thể ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế của họ.

TS Roderic Jones từ Trung tâm Khoa học Khí quyển, phân khoa Hóa học của Đại học Cambridge đã nói: Tôi không muốn làm lo sợ mọi người, nhưng đồng thời tôi nghĩ rằng rất quan trọng nếu họ hiểu được tình hình và, ít nhất, nhận thức được sự cần thiết phải hành động. Hiệp ước Kyoto rất quan trọng, tuy nhiên, như đã được đề cập, nó không đủ để cân bằng lượng CO2.

• Hạn chế sử dụng nhiên liệu hóa thạch và tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế thân thiện với môi trường như điện gió, năng lượng mặt trời, thủy triều, năng lượng địa nhiệt...
• Cần mạnh mẽ xử lý ô nhiễm không khí, nghiên cứu công nghệ biến đổi CO₂ thành chất khác, ngăn chặn sự thải ra của các khí methane, halogen, clo, fluor,... vào không khí.
• Tuy nhiên, nội bộ Hoa Kỳ và các nước tiên tiến khác đã có nhiều nỗ lực để giảm lượng khí độc phát ra chủ yếu từ các phương tiện cơ giới và nhà máy công nghiệp. Tại Hoa Kỳ, hầu hết các tiểu bang đều áp dụng mạnh mẽ các quy định yêu cầu các phương tiện cơ giới phải có chứng nhận thông qua các kiểm tra định kỳ về tiêu chuẩn thải khói của xe hơi.
• Trồng nhiều cây xanh (đặc biệt là những loại cây hấp thụ nhiều CO₂ trong quá trình quang hợp) để giảm lượng CO₂ trong khí quyển, từ đó làm giảm hiệu ứng nhà kính toàn cầu.