Làm thế nào để biết một tàu vận chuyển gây ô nhiễm? Nó tạo ra những đám mây

Nếu bạn thường xuyên xem ảnh vệ tinh của các đại dương trên thế giới—và ai mà không làm thế?—bạn có thể may mắn và nhận ra những đám mây dài, mảnh như những vết sẹo trắng trên biển. Ở một số khu vực, như ngoài bờ Tây của Hoa Kỳ, những vết sẹo có thể chéo qua nhau, tạo ra những đường gạch lớn. Đó là một hiện tượng độc đáo được biết đến là dấu vết của tàu biển.

As cargo ships chug along, flinging sulfur into the atmosphere, they actually trace their routes for satellites to see. That’s because those pollutants rise into low-level clouds and plump them up by acting as nuclei that attract water vapor, which also brightens the clouds. Counterintuitively, these pollution-derived tracks actually have a cooling effect on the climate, since brighter clouds bounce more of the sun’s energy back into space.

Đại Tây Dương ngoài khơi bờ biển California đặc biệt có những đường gạch lớn vì có nhiều hoạt động vận chuyển dọc theo bờ biển đó, và điều kiện khí quyển lý tưởng để tạo ra những dấu vết này. Phải, ít nhất là trước đây vậy. Vào năm 2020, một quy định của Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) có hiệu lực, hạn chế mạnh mẽ lượng lưu huỳnh mà các tàu được phép phát ra. Các công ty vận chuyển chuyển sang nhiên liệu thấp lưu huỳnh, cải thiện chất lượng không khí, đặc biệt là xung quanh các cảng bận rộn. Nhưng khi làm điều này, họ giảm số lượng dấu vết tàu biển—điều này có nghĩa là ít đám mây sáng hơn và do đó làm tăng nhiệt độ.

Viết vào thứ Sáu trong tạp chí Khoa học Tiến bộ, các nhà nghiên cứu mô tả cách họ sử dụng một kỹ thuật học máy mới để đo lường đám mây tốt hơn bao giờ hết, cho thấy cách quy định về lưu huỳnh giảm mạnh lượng dấu vết tàu qua các tuyến đường vận chuyển chính đi một nửa. Điều này, lẽ ra, đã tạo ra ảnh hưởng làm ấm dịu đối với những khu vực đó.

“Phát hiện quan trọng là quy định năm 2020, được đưa ra bởi IMO, đã giảm số lượng dấu vết của tàu vận chuyển trên toàn cầu xuống mức thấp nhất từ trước đến nay,” nói Tianle Yuan, một nhà khoa học khí hậu tại NASA và Đại học Maryland, Quận Baltimore, người đứng đầu nghiên cứu. (Đúng, hoạt động kinh tế giảm bớt trong thời kỳ đóng cửa do đại dịch có thể đã ảnh hưởng một chút. Nhưng hoạt động tàu vận chuyển đã giữ ở mức thấp ngay cả khi giao thông hàng hóa tăng trở lại.) “Chúng ta đã có những quy định tương tự nhưng quy mô nhỏ hơn trước đó, và chúng ta cũng có thể thấy ảnh hưởng đó,” ông tiếp tục. “Nhưng ở đó, tác động không phải là toàn cầu.”

Ở châu Âu và Bắc Mỹ, ví dụ, các quan chức đã phân chia ra những gì được biết đến là khu vực kiểm soát khí thải, hoặc ECAs, thiết lập các phiên bản địa phương của các tiêu chuẩn được đặt ra bởi quy tắc toàn cầu năm 2020. “Số lượng dấu vết trong ECAs, trong các khu vực kiểm soát, giảm đột ngột, đến mức gần như biến mất,” Yuan nói. “Nhưng bên ngoài đó, thực sự chúng ta thấy một số tăng lên vì các tuyến đường vận chuyển đã chuyển đổi.”

Hình ảnh vệ tinh bắt gặp các tàu đang thực hiện một điều gì đó gian xảo. Ngoài các khu vực kiểm soát, nơi các tàu không phải tuân theo quy định về lưu huỳnh, họ đốt nhiên liệu thông thường. Sau đó, khi vào một ECA, các nhà điều hành có thể chuyển sang nhiên liệu thấp lưu huỳnh, tuân thủ theo các quy tắc về ô nhiễm. (Lưu huỳnh là một thành phần bình thường của nhiên liệu hóa thạch, và cần phải xử lý thêm để loại bỏ nó. Bởi vì nhiên liệu thấp lưu huỳnh đắt hơn, nó hiệu quả chi phí hơn cho các nhà điều hành tàu dành nhiều thời gian ngoài ECAs nhất có thể, đốt cháy nhiên liệu cũ.)

“Phương pháp của chúng tôi có thể giúp xác minh liệu một tàu đang sử dụng nhiên liệu sạch hay không,” nói Yuan, “bởi vì chúng tôi có thể quan sát gián tiếp lượng ô nhiễm mà họ đưa vào không khí.”

Để làm điều này, Yuan và đồng nghiệp đã thu thập dữ liệu vệ tinh, được con người lọc thông qua dấu vết của tàu. Sau đó, họ đưa dữ liệu này vào các mô hình học sâu, huấn luyện các thuật toán để nhận biết dấu vết của tàu một cách tự động. Đó là ý tưởng giống như việc huấn luyện một thuật toán nhận biết mèo: Nếu bạn cho nó xem đủ hình ảnh, nó sẽ hiểu được ý chung về hình dạng của một con mèo. Vì vậy, mặc dù không có hai dấu vết tàu nào giống nhau, các mô hình có thể tổng quát hóa đủ tốt để nhận biết chúng trên khắp thế giới. (Bạn có thể xem dấu vết của tàu như mô hình nhìn thấy chúng trong hình ảnh ở trên.)

Nhóm nghiên cứu sau đó có thể đưa thêm dữ liệu vệ tinh của NASA vào các mô hình, bao gồm tất cả các đại dương trên thế giới, để thuật toán có thể xác định dấu vết của tàu và cách số lượng chúng thay đổi qua các năm. 

Như bạn có thể thấy trong hình ảnh ở trên, có một số điểm nóng của dấu vết tàu trên thế giới, được biểu thị trong một dải màu chuyển từ đỏ (cao) sang trắng (trung bình) đến xanh (thấp). Như dấu đỏ ở góc trên bên trái cho thấy, Đại Tây Dương gần Nam California và Mexico đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi dấu vết của tàu. Việc có mây hình thành ở một khu vực cụ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như sự ổn định và nồng độ ẩm của khí quyển, mức độ ô nhiễm của không khí có thể đã là, và lượng giao thông tàu. 

Các đường màu xanh đậm xung quanh châu Á, ngược lại, là ước lượng về lưu huỳnh dioxide phát ra—không phải là dấu vết của tàu vận chuyển—cho thấy các tuyến đường vận chuyển bận rộ. Những tàu này không tạo ra dấu vết tàu như ở phía tây bắc Bắc Mỹ, chủ yếu vì không khí đã bị ô nhiễm sẵn—nghĩa là đã có nhiều hạt phân tán vào đám mây, vì vậy lưu huỳnh thêm từ tàu cũng không tác động nhiều. 

Chú ý đến dải trắng ở giữa giữa 60 và 0 độ Tây trên bản đồ, ở giữa đỉnh Nam Mỹ và châu Phi. Đó gần châu Nam Cực, nơi gần như không có tàu nào mạo hiểm. “Nhưng thì nó là núi lửa,” Yuan nói. “Điều đó mang lại cho chúng tôi một cách kiểm tra độc lập, vì ở đó bạn không mong đợi có bất kỳ hoạt động vận chuyển nào cả, nhưng đó lại là một điểm nóng.” Đó là vì núi lửa cũng phát ra hạt lưu huỳnh aerosol, giống như cách dấu vết của tàu làm. 

Quản lý tốt hơn về sự phổ biến của dấu vết tàu có hai tác dụng. Đầu tiên, đám mây phản bội về khí thải của tàu: Thuyền trưởng có thể nói dối với cơ quan quản lý về loại nhiên liệu họ đang đốt cháy, nhưng bầu trời phía trên sẽ không. “Nếu chúng ta có thể đo lường từng dấu vết của tàu, và chúng ta có thể liên kết dấu vết đó với một tàu cụ thể, thì chúng ta có thể biết liệu một tàu có phát ra nhiều ô nhiễm không,” Yuan nói. “Sau đó, chúng ta biết rằng có thể nó không đang đốt cháy nhiên liệu sạch.”

Và thứ hai, ô nhiễm đóng một vai trò quan trọng—và lớn lao hơn nhiều—trong biến đổi khí hậu. Khí thải từ tàu vận chuyển làm hại môi trường vì nó làm suy giảm chất lượng không khí, nhưng việc đẩy một phần năng lượng của mặt trời trở lại không gian thực sự là một lợi ích. Thú vị thay, đây cũng là ý tưởng đằng sau việc phun aerosol tầng bình lưu, một hình thức đề xuất của kỹ thuật địa kỹ thuật trong đó các máy bay sẽ phun lưu huỳnh để chống lại ánh sáng mặt trời. Các nhà nghiên cứu cũng đang thử nghiệm các kỹ thuật làm sáng đám mây, trong đó họ sẽ phun muối biển để làm sáng đám mây thấp, giống như cách ô nhiễm từ tàu vận chuyển làm. 

Nhưng không phải tất cả các loại ô nhiễm đều phản xạ năng lượng mặt trời như lưu huỳnh; một số giữ nó lại. Các dạng khác như vi sinh nhựa đã làm cho bầu khí quyển giàu các hạt phân tán có thể có cả tác động làm lạnh và làm nóng cho hành tinh. Đuôi máy bay dường như chủ yếu đóng vai trò làm nóng (mặc dù có thể được giảm bớt bằng cách bay ở một số độ cao). Cả hai carbon dioxide và methane đều hoạt động như chăn cách nhiệt, làm ấm hành tinh. 

Những chất ô nhiễm này thường được xen kẽ, vì vậy việc giảm một loại có thể tạo ra tác động phức tạp. Điều này là một nghịch lý của hành động vì khí hậu: Bằng cách giảm ô nhiễm không khí, bao gồm các hạt phân tán làm phản xạ năng lượng mặt trời, một nghiên cứu gần đây ước tính rằng loài người có thể đang tăng cường hiệu ứng làm ấm từ carbon dioxide từ 15 đến 50 phần trăm. 

Trong thực tế, ảnh hưởng của hạt phân tán vẫn là một trong những lĩnh vực không chắc chắn nhất trong khoa học khí hậu, theo Hailong Wang, người nghiên cứu về động lực này tại Viện Nghiên cứu Quốc gia Thái Bình Dương Northwest. “Rất nhiều mô hình vẫn đang gặp khó khăn để có biểu đồ chính xác về những ảnh hưởng đó để dự đoán biến đổi khí hậu trong tương lai,” Wang nói, người không tham gia vào nghiên cứu mới về dấu vết của tàu. “Ở một số điểm, nếu chúng ta giảm đáng kể lượng phát thải hạt phân tán đó, chúng ta mong đợi một số tác động phụ của việc làm ấm thêm.”

Mô hình hóa cách điều đó sẽ diễn ra, tuy nhiên, là khó khăn, chủ yếu vì ô nhiễm không khí không đồng đều trên khắp thế giới—nó biến động đáng kể theo vùng, và có thể thay đổi nhanh chóng do mô hình thời tiết, và trên quy mô thời gian dài do các quy định chất lượng không khí. Nhưng mặc dù nghiên cứu này chỉ xem xét dấu vết của tàu, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng dữ liệu mới để xác minh mô hình khí hậu, Wang nói—ví dụ, để xem liệu chúng có thể đại diện chính xác cho những gì xảy ra khi ô nhiễm hạt phân tán địa phương giảm đột ngột. 

Việc chuyển sang nhiên liệu thấp lưu huỳnh của tàu không tạo ra một sự giảm lớn trên toàn cầu về phát thải, vì vẫn là nhiên liệu hóa thạch đốt cháy carbon. (Và đừng nhầm lẫn—điểm quan trọng là chúng ta chắc chắn phải ngừng đốt cháy nhiên liệu hóa thạch vì lợi ích của khí hậu rộng lớn.) Nhưng nó mang lại một cái nhìn trước nhỏ về việc giảm một loại cụ thể của ô nhiễm có thể làm gì cho sự ấm lên—và cách giải quyết câu đố này sẽ phức tạp như thế nào.

Trong thời gian chờ đợi, khi quy định năm 2020 đang phát huy hiệu quả của nó, dấu vết của tàu sẽ tiếp tục mờ dần trên khắp thế giới. Nếu bạn may mắn và nhận ra một trong những hình ảnh vệ tinh mới, có thể bạn đã tìm thấy mình là một kẻ lạ mặt.