Sự nóng lên toàn cầu và tia vũ trụ

Sự nóng lên toàn cầu và

tia vũ trụ

Mặc dù sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu có tác động lớn và sâu

sắc đến sự sống của muôn loài trên hành tinh, nhưng xét trong

khoảng thời gian hàng thế kỷ thì hiện tượng đó không có gì đặc

biệt: trong ba thiên niên kỷ vừa qua biến động nhiệt độ trung bình bề mặt

trái đất đã nhiều lần đạt đến mức thăng giáng như vậy (0,74 ± 0,18°C).

Trong thế kỷ trước, Trái đất của chúng ta đã phải hứng chịu nhiều sự thay

đổi bất thường về thời tiết do tình trạng nóng lên toàn cầu gây ra. Nhiệt độ trung

bình bề mặt trái đất đã tăng 0,74 ± 0,18°C. Đó là thực tế không chối cãi được. Tất

cả các phép đo sử dụng nhiều phương pháp và công cụ khác nhau đều khẳng định

điều đó.

Trong thế kỷ hai mươi, sự nóng lên toàn cầu đã làm cho băng ở các địa cực cũng

như trên các dòng sông tan chảy nhanh chóng dẫn đến mực nước biển tăng khoảng

17 cm. Biến đổi khí hậu chắc chắn sẽ kéo theo nhiều hậu quả về kinh tế cũng như

xã hội. Người dân ở những nơi bị ảnh hưởng nặng nề nhất đang thực sự lo lắng cho

tương lai và vận mệnh của mình. Điều đáng tiếc là cho đến nay chúng ta vẫn chưa

hiểu rõ cơ chế chi phối sự biến đổi khí hậu, do đó công việc dự báo trong lĩnh vực

này thường xuyên mắc phải sai số lớn.

Hình 1. Nhiệt độ trái đất (hình trên bên trái), mực nước biển (hình trên bên phải)

và hàm lượng các khí gây hiệu ứng nhà kính (hình giữa bên trái) tăng theo thời

gian trong thế kỷ 20. Sự gia tăng nhiệt độ trái đất tương quan với biến đổi chu kỳ

mặt trời rõ ràng hơn so với sự gia tăng nồng độ CO2 trong không khí (hình giữa

bên phải). Các giai đoạn nhiệt độ trái đất tăng trong ba nghìn năm gần đây cũng

tương đương như sự gia tăng nhiệt độ trong thế kỷ 20 (hình dưới).

Đâu là nguyên nhân chính?

Trong nhiều thập niên qua, người ta cho rằng sự gia tăng hàm lượng các khí gây

hiệu ứng nhà kính từ thời đại 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 Vẫn chưa có

ứng nhà kính (hơi nước đóng góp hơn 50%) nhưng nó là bằng chứng trực tiếp

yếu tố gây nên hiện tượng tăng nhiệt độ toàn cầu: lượng nào chứng minh lượng

CO2 thải vào không khí tăng thêm một phần ba trong nửa khí cacbonic thải vào

sau thế kỷ XX. Như vậy, cũng như sự gia tăng nhiệt độ trái khí quyển từ thời đại

đất, sự gia tăng lượng khí cacbonic trong khí quyển là điều công nghiệp là nguyên

không thể phủ nhận. nhân chính gây ra sự

nóng lên toàn cầu, Một vấn đề quan trọng cần phải chú ý là ta chưa thể

nhưng cũng không tồn xác định được chính xác mức độ liên hệ giữa sự gia tăng

tại bằng chứng nào nồng độ khí cacbonic trong khí quyển và sự gia tăng nhiệt

phủ nhận điều đó độ của Trái đất. Mức độ gia tăng nhiệt độ toàn cầu trong

thế kỷ qua vẫn nằm trong khoảng thăng giáng nhiệt độ

quan sát được trong các thời kỳ trước thời đại công nghiệp. Đánh giá ảnh hưởng

của lượng CO2 phát thải vào bầu khí quyển lên khí hậu trái đất rất khó. Những

hiệu ứng sơ cấp (độ truyền qua của khí quyển) càng dễ dàng đánh giá bao nhiêu

thì những hiệu ứng thứ cấp (hiệu ứng phản hồi) lại phức tạp, khó hiểu và khó nhận

biết bấy nhiêu. Một ví dụ về hiệu ứng phản hồi: khi nhiệt độ bề mặt trái đất tăng

lên 1oC thì lượng nước bốc hơi từ các đại dương sẽ nhiều hơn, sẽ có nhiều mây

hơn và nhiệt độ sẽ giảm. Có nhiều yếu tố phản hồi phải tính đến như các loại mây

khác nhau có tác động khác nhau, sự tồn tại của hệ thực vật, v.v... Khi tính đến tất

cả các hiệu ứng đó thì việc đánh giá trở nên rất phức tạp chứ không đơn giản là

tăng lượng CO2 thì nhiệt độ sẽ tăng. Vấn đề ở chỗ mức độ ảnh hưởng của các hiệu

ứng thứ cấp này có thể tương đương với hiệu ứng sơ cấp. Cho đến nay vẫn chưa có

bằng chứng trực tiếp nào chứng minh lượng khí cacbonic thải vào khí quyển từ

thời đại công nghiệp là nguyên nhân chính gây ra sự nóng lên toàn cầu trong thế

kỷ XX, nhưng cũng không tồn tại bằng chứng nào phủ nhận điều đó.

Qua các nghiên cứu về khí hậu trong các thế kỷ trước thế kỷ XX, người ta tìm

ra mối tương quan lớn giữa hoạt động của Mặt trời và nhiệt độ của Trái đất. Rõ

ràng, biến đổi về độ sáng của Mặt trời không thể tạo nên mối tương quan này vì sự

biến đổi đó rất nhỏ. Trên thực tế, để đánh giá mức độ hoạt động của Mặt trời người

ta sử dụng một thông số hết sức quan trọng là số lượng vết đen mặt trời – các khu

vực tối trên bề mặt mặt trời do nhiệt độ ở đó thấp hơn so với các vùng xung quanh

do sự biến đổi từ trường mạnh trên Mặt trời gây ra. Số lượng các vết đen dao động

theo chu kỳ 11 năm (chu kỳ mặt trời). Tuy nhiên, dường như tia vũ trụ lại có thể

đưa ra lời giải thích phù hợp cho mối liên hệ này. Sự phát xạ từ Mặt trời (gió mặt

trời và các tai lửa) biến đổi rất mạnh trong suốt chu kỳ mặt trời nhưng năng lượng

của chúng không đủ để vượt qua lá chắn do từ trường 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 từ trường mạnh hơn nhiều so với từ trường của lưỡng 2,7 và phổ năng

lượng của chúng bị cắt tại các vùng năng lượng thấp bởi hiệu ứng chắn do từ

trường trái đất gây ra. Do đó, chỉ những tia vũ trụ có 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 trị cực đại 17 GeV tại Việt Nam và khoảng 4 GeV ở châu Âu và Bắc Mỹ. Hoạt

động của Mặt trời thay đổi sẽ trực tiếp dẫn đến sự thăng giáng ngưỡng cắt năng

lượng tia vũ trụ, kết quả là luôn tồn tại một mối tương quan giữa tỷ lệ các tia vũ trụ

đo được trên mặt đất và mức độ hoạt động của Mặt trời. Vậy các tia vũ trụ ảnh

hưởng đến khí hậu trái đất như thế nào?cực từ mặt trời, làm ảnh hưởng đến từ

trường trong Thái dương hệ và do đó ảnh hưởng đến quỹ đạo của các tia vũ trụ tới

Trái đất. Tia vũ trụ, thành phần chủ yếu là proton, có phân bố năng lượng tuân

theo quy luật hàm mũ ~ E

Vai trò của tia vũ trụ?

Hình 2. Mức độ hoạt động của Mặt trời trong bốn thế kỷ gần đây. Chu kỳ hoạt động

của Mặt trời trung bình là 11 năm nhưng có hai thời kỳ (Cực tiểu Maunder và Cực

tiểu Dalton) hoạt động biến đổi khá chậm chưa rõ nguyên nhân (hình trên). Mối

tương quan giữa thông lượng tia vũ trụ với thăng giáng nhiệt độ (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 về vai trò của tia vũ trụ đối với khí hậu trái đất. Khi tia vũ trụ đi vào bầu

khí quyển chúng tương tác với các nguyên tử, phân tử và tạo ra vô số các hạt tích

điện thứ cấp – hiện tượng này được gọi là mưa rào khí quyển. Các hạt này tác động

đến gần như toàn bộ quá trình ion hóa trong khí quyển. Sự hình thành mây chính

là sự ngưng tụ một phần hơi nước có trong khí quyển ở điều kiện nhiệt độ và áp

suất thích hợp. Quá trình ngưng tụ muốn xảy ra nhanh chóng và thuận lợi thì trong

không khí cần phải có các hạt nhân ngưng tụ để các phân tử nước bám vào. Trong

thực tế, các phân tử hoạt động và các gốc tự do (kích thước cỡ 10−9m - nanomet)

nhóm lại với nhau tạo thành các hạt nhân ngưng tụ. Ở giai đoạn đầu chúng lớn dần

lên (đường kính cỡ hàng chục nanomet) chủ yếu do sự bồi đắp từ các phân tử khác

và quá trình phát triển sau đó lại nhờ sự kết tụ để tạo thành các hạt có kích thước

lớn hơn (đường kính cỡ hàng trăm nanomet đến micromet - 10−6m). Khi chúng

đạt đến kích thước này, các phân tử nước tiếp tục bám vào và giọt nước được hình

thành, quá trình này cứ tiếp diễn cho đến khi các giọt nước đạt đến đường kính từ

10 đến 100 micromet: chúng tạo thành những đám mây. Nếu tiếp tục phát triển để

đạt tới đường kính khoảng 1-2 mm, chúng sẽ rơi xuống mặt đất và tạo thành mưa.

Như vậy, tất cả các giai đoạn của quá trình hình thành mây đều được đặc trưng bởi

hiện tượng bồi đắp. Quá trình ion hóa do tia vũ trụ gây ra trong không khí bổ sung

lực hút tĩnh điện có cường độ lớn hơn nhiều so với lực tương tác giữa các phân tử

(lực Van Der Waals) giúp cho quá trình bồi đắp diễn ra thuận lợi hơn. Thật đáng

tiếc kiến thức về các hiện tượng nêu trên còn hạn chế không cho phép chúng ta

đánh giá chính xác vai trò của tia vũ trụ trong quá trình hình thành mây. Hiện nay,

trên thế giới nhiều thí nghiệm đang được tiến hành nhằm tìm hiểu cơ chế chi phối

khí hậu trái đất. Nếu xác định được rằng, sự gia tăng hoạt động của Mặt trời làm

cho thông lượng tia vũ trụ có nguồn gốc Thiên hà đến Trái đất giảm, dẫn đến lớp

mây tầng thấp giảm thì mối tương quan của nó với sự gia tăng nhiệt độ trái đất sẽ

được chứng minh. Nhưng với những kiến thức hiện nay, không có cơ sở nào cho

phép khẳng định điều đó.

Cần thêm nhiều thời gian

Gần đây, sự nóng lên toàn cầu đã trở thành một vấn đề chính trị mang tính thời sự

hàng đầu. Song các cuộc tranh luận bắt nguồn từ chủ đề nóng bỏng này thường

diễn ra trong không khí tranh cãi căng thẳng không có lợi cho thảo luận khoa học,

chúng thường xuyên bị ảnh hưởng bởi mâu thuẫn về lợi ích tài chính, kinh tế - xã

hội của các quốc gia. Tuy vậy, hơn bốn mươi năm sau những lời cảnh báo đầu tiên

của Câu lạc bộ Rome một kết quả đáng khích lệ đã đạt được là người dân trên hành

tinh đang dần nhận thức được sự bất ổn trong việc cân bằng các điều kiện cho

phép loài người tồn tại. Rõ ràng, cần phải mất thêm nhiều thời gian nữa con người

mới có thể nhận thức được tường tận toàn bộ hệ thống khí hậu trên Trái đất.