Sựnóng lên toàn cầu và
tia vũtrụ
Mặc dù sựgia tăng nhiệtđộ toàn cầu có tác động lớn và sâu
sắcđến sựsống của muôn loài trên hành tinh, nhưng xét trong
khoảng thời gian hàng thếkỷthì hiện tượng đó không có gì đặc
biệt: trong ba thiên niên kỷvừa qua biếnđộng nhiệtđộ trung bình bềmặt
trái đấtđã nhiều lầnđạtđến mức thăng giáng nhưvậy (0,74 ± 0,18°C).
Trong thếkỷtrước, Trái đất của chúng ta đã phải hứng chịu nhiều sựthay
đổi bất thường vềthời tiết do tình trạng nóng lên toàn cầu gây ra. Nhiệtđộ trung
bình bềmặt trái đấtđã tăng 0,74 ± 0,18°C. Đó là thực tếkhông chối cãi được. Tất
cảcác phép đo sửdụng nhiều phương pháp và công cụkhác nhau đều khẳng định
điềuđó.
Trong thếkỷhai mươi, sựnóng lên toàn cầuđã làm cho băng ởcác địa cực cũng
nhưtrên các dòng sông tan chảy nhanh chóng dẫnđến mực nước biển tăng khoảng
17 cm. Biếnđổi khí hậu chắc chắn sẽkéo theo nhiều hậu quảvềkinh tếcũng như
xã hội. Người dân ởnhững nơi bị ảnh hưởng nặng nềnhấtđang thực sựlo lắng cho
tương lai và vận mệnh của mình. Điềuđáng tiếc là cho đến nay chúng ta vẫn chưa
hiểu rõ cơchếchi phối sựbiếnđổi khí hậu, do đó công việc dựbáo trong lĩnh vực
này thường xuyên mắc phải sai sốlớn.
Hình 1. Nhiệtđộ trái đất (hình trên bên trái), mực nước biển (hình trên bên phải)
và hàm lượng các khí gây hiệuứng nhà kính (hình giữa bên trái) tăng theo thời
gian trong thếkỷ20. Sựgia tăng nhiệtđộ trái đất tương quan với biếnđổi chu kỳ
mặt trời rõ ràng hơn so với sựgia tăng nồng độ CO2 trong không khí (hình giữa
bên phải). Các giai đoạn nhiệtđộ trái đất tăng trong ba nghìn năm gầnđây cũng
tương đương nhưsựgia tăng nhiệtđộ trong thếkỷ20 (hình dưới).
Đâu là nguyên nhân chính?
Trong nhiều thập niên qua, người ta cho rằng sựgia tăng hàm lượng các khí gây
hiệuứng nhà kính từthờiđại công nghiệp cho đến nay là nguyên nhân chính làm
cho Trái đất nóng lên. Mặc
dù khí cacbonic chỉ đóng góp khoảng 20% vào hiệu
ứng nhà kính (hơi nướcđóng góp hơn 50%) nhưng nó là
yếu tốgây nên hiện tượng tăng nhiệtđộ toàn cầu: lượng
CO2 thải vào không khí tăng thêm một phần ba trong nửa
sau thếkỷXX. Nhưvậy, cũng nhưsựgia tăng nhiệtđộ trái
đất, sựgia tăng lượng khí cacbonic trong khí quyển là điều
không thểphủnhận.
Một vấnđề quan trọng cần phải chú ý là ta chưa thể
xác định được chính xác mứcđộ liên hệgiữa sựgia tăng
nồng độ khí cacbonic trong khí quyển và sựgia tăng nhiệt
độ của Trái đất. Mứcđộ gia tăng nhiệtđộ toàn cầu trong
thếkỷqua vẫn nằm trong khoảng thăng giáng nhiệtđộ
quan sát được trong các thời kỳtrước thờiđại công nghiệp. Đánh giá ảnh hưởng
của lượng CO2 phát thải vào bầu khí quyển lên khí hậu trái đất rất khó. Những
hiệuứng sơcấp (độ truyền qua của khí quyển) càng dễdàng đánh giá bao nhiêu
thì những hiệuứng thứcấp (hiệuứng phản hồi) lại phức tạp, khó hiểu và khó nhận
biết bấy nhiêu. Một ví dụvềhiệuứng phản hồi: khi nhiệtđộ bềmặt trái đất tăng
lên 1oC thì lượng nước bốc hơi từcác đại dương sẽnhiều hơn, sẽcó nhiều mây
hơn và nhiệtđộ sẽgiảm. Có nhiều yếu tốphản hồi phải tính đến nhưcác loại mây
khác nhau có tác động khác nhau, sựtồn tại của hệthực vật, v.v... Khi tính đến tất
cảcác hiệuứng đó thì việcđánh giá trởnên rất phức tạp chứkhông đơn giản là
tăng lượng CO2 thì nhiệtđộ sẽtăng. Vấnđề ở chỗmứcđộ ảnh hưởng của các hiệu
ứng thứcấp này có thểtương đương với hiệuứng sơcấp. Cho đến nay vẫn chưa có
bằng chứng trực tiếp nào chứng minh lượng khí cacbonic thải vào khí quyển từ
thờiđại công nghiệp là nguyên nhân chính gây ra sựnóng lên toàn cầu trong thế
kỷXX, nhưng cũng không tồn tại bằng chứng nào phủnhậnđiềuđó.
Qua các nghiên cứu vềkhí hậu trong các thếkỷtrước thếkỷXX, người ta tìm
ra mối tương quan lớn giữa hoạtđộng của Mặt trời và nhiệtđộ của Trái đất. Rõ
ràng, biếnđổi về độ sáng của Mặt trời không thểtạo nên mối tương quan này vì sự
biếnđổiđó rất nhỏ. Trên thực tế,để đánh giá mứcđộ hoạtđộng của Mặt trời người
Vẫn chưa có
bằng chứng trực tiếp
nào chứng minh lượng
khí cacbonic thải vào
khí quyển từthờiđại
công nghiệp là nguyên
nhân chính gây ra sự
nóng lên toàn cầu,
nhưng cũng không tồn
tại bằng chứng nào
phủnhậnđiềuđó
ta sửdụng một thông sốhết sức quan trọng là sốlượng vếtđen mặt trời – các khu
vực tối trên bềmặt mặt trời do nhiệtđộ ở đó thấp hơn so với các vùng xung quanh
do sựbiếnđổi từtrường mạnh trên Mặt trời gây ra. Sốlượng các vếtđen dao động
theo chu kỳ11 năm (chu kỳmặt trời). Tuy nhiên, dường nhưtia vũtrụlại có thể
đưa ra lời giải thích phù hợp cho mối liên hệnày. Sựphát xạtừMặt trời (gió mặt
trời và các tai lửa) biếnđổi rất mạnh trong suốt chu kỳmặt trời nhưng năng lượng
của chúng không đủ để vượt qua lá chắn do từtrường trái đất tạo nên, và do đó
không thể đóng vai trò trực tiếp chi phối khí hậu trái đất. Mặc dù vậy, chúng lại
mang theo từtrường mạnh hơn nhiều so với từtrường của lưỡng 2,7 và phổnăng
lượng của chúng bịcắt tại các vùng năng lượng thấp bởi hiệuứng chắn do từ
trường trái đất gây ra. Do đó, chỉnhững tia vũtrụcó năng lượng đủ lớn mới có khả
năng đi sâu vào bên trong bầu khí quyển. Ngưỡng cắt này thay đổi theo vĩ độ,đạt
giá trịcựcđại 17 GeV tại Việt Nam và khoảng 4 GeV ởchâu Âu và Bắc Mỹ. Hoạt
động của Mặt trời thay đổi sẽtrực tiếp dẫnđến sựthăng giáng ngưỡng cắt năng
lượng tia vũtrụ, kết quảlà luôn tồn tại một mối tương quan giữa tỷlệcác tia vũtrụ
đođược trên mặtđất và mứcđộ hoạtđộng của Mặt trời. Vậy các tia vũtrụ ảnh
hưởng đến khí hậu trái đất nhưthếnào?cực từmặt trời, làm ảnh hưởng đến từ
trường trong Thái dương hệvà do đó ảnh hưởng đến quỹ đạo của các tia vũtrụtới
Trái đất. Tia vũtrụ, thành phần chủyếu là proton, có phân bốnăng lượng tuân
theo quy luật hàm mũ~ E
Vai trò của tia vũtrụ?
Hình 2. Mứcđộ hoạtđộng của Mặt trời trong bốn thếkỷgầnđây. Chu kỳhoạtđộng
của Mặt trời trung bình là 11 năm nhưng có hai thời kỳ(Cực tiểu Maunder và Cực
tiểu Dalton) hoạtđộng biếnđổi khá chậm chưa rõ nguyên nhân (hình trên). Mối
tương quan giữa thông lượng tia vũtrụvới thăng giáng nhiệtđộ (hình dưới bên
phải) và với lớp mây tầng thấp (hình dưới bên trái).
Nghiên cứu quá trình hình thành mây trong khí quyển giúp chúng ta có cái nhìn
tổng quan vềvai trò của tia vũtrụ đối với khí hậu trái đất. Khi tia vũtrụ đi vào bầu
khí quyển chúng tương tác với các nguyên tử, phân tửvà tạo ra vô sốcác hạt tích
điện thứcấp – hiện tượng này được gọi là mưa rào khí quyển. Các hạt này tác động
đến gần nhưtoàn bộquá trình ion hóa trong khí quyển. Sựhình thành mây chính
là sựngưng tụmột phần hơi nước có trong khí quyểnở điều kiện nhiệtđộ và áp
suất thích hợp. Quá trình ngưng tụmuốn xảy ra nhanh chóng và thuận lợi thì trong
không khí cần phải có các hạt nhân ngưng tụ để các phân tửnước bám vào. Trong
thực tế, các phân tửhoạtđộng và các gốc tựdo (kích thước cỡ10−9m - nanomet)
nhóm lại với nhau tạo thành các hạt nhân ngưng tụ.Ởgiai đoạnđầu chúng lớn dần
lên (đường kính cỡhàng chục nanomet) chủyếu do sựbồiđắp từcác phân tửkhác
và quá trình phát triển sau đó lại nhờsựkết tụ để tạo thành các hạt có kích thước
lớn hơn (đường kính cỡhàng trăm nanomet đến micromet - 10−6m). Khi chúng