Giáo trình Sự ấm lên toàn cầu và vấn đề phát thải khí CO2

SỰ ẤM LÊN TOÁN CẦU VÀ VẤN ĐỀ PHÁT THẢI KHÍ CO2 Sự ấm lên toàn cầu và vấn đề phát thải khí CO2 – P1 (Hóa học ngày nay-H2N2)-Trong khoảng vài chục năm gần đây, biến đổi khí hậu đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến mọi quốc gia, gây ra những hậu quả nặng nề. Nguyên nhân của hiện tượng này là gì? Chúng ta sẽ tìm hiểu vấn đề xung quanh hiện tượng biến đổi khí hậu, mà trước hết là một số khái niệm. Sự ấm lên toàn cầu Ấm lên toàn cầu (global warming) là một khái niệm quốc tế được đưa ra cùng với định nghĩa về cách đo nhiệt độ toàn cầu. Từ lâu, nhiều quốc gia đã xây dựng các trạm đo nhiệt độ khí quyển. Các trạm đo này được bố trí ở nhiều địa điểm khác nhau tại mỗi nước, phục vụ công việc dự báo thời tiết, thu thập số liệu về khí tượng thuỷ văn... Các trạm đo đo được nhiệt độ của không khí ở mặt đất vào các thời điểm khác nhau: Sáng, trưa, chiều, tối (nhiệt độ cao nhất, thấp nhất) vào từng ngày, tháng, năm... Từ đó, người ta tổng hợp thành dữ liệu về nhiệt độ của một vùng, miền, hoặc của cả một nước. Sau này, có nhiều tổ chức (trong đó có Tổ chức Liên chính phủ về biến đổi khí hậu IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change) đã nghiên cứu đưa ra khái niệm và tổ chức đo nhiệt độ trung bình của không khí ở gần mặt đất và đại dương trên toàn trái đất. Để tiến hành công việc này, người ta đã lấy số liệu đo được từ các trạm đo trên mặt đất, các tàu thủy ở đại dương và các số liệu đo được từ vệ tinh. Người ta cố gắng để các địa điểm lấy số liệu đo nhiệt độ được phủ rộng nhiều nơi trên mặt địa cầu và lấy trung bình theo một chương trình tính toán đặc biệt để kết quả trung bình có ý nghĩa. Thực tế là, từ năm 1979 trở đi mới có số liệu đo nhiệt độ tương đối đầy đủ bằng vệ tinh và một mạng lưới đo rộng khắp trên đất liền, trên biển. Tuy nhiên, những năm trước đó, với những số liệu thu thập được từ các trạm khí tượng trên mặt đất, mặt biển, người ta cũng đã tính toán được nhiệt độ trung bình theo như cách tính hiện nay và vẽ được biểu đồ thay đổi nhiệt độ trung bình của trái đất từ năm 1880 đến nay. Người ta có thể lấy nhiệt độ trung bình của nhiều năm (ví dụ từ 1961 đến 1980) làm đường nền rồi tính ra sự thay đổi của nhiệt độ từng năm theo đường nền đó. Hình 1 là ví dụ về sự thay đổi nhiệt độ theo năm. Nhìn vào đồ thị ta thấy, trong một thế kỷ (1900-2000), nhiệt độ trung bình ở mặt địa cầu tăng 0,74±0,180C. Theo IPCC, từ giữa thế kỷ XX, nhiệt độ tăng mạnh là do bắt đầu có hiện tượng hiệu ứng nhà kính - kết quả của việc con người sử dụng nhiều nhiên liệu hoá thạch và phá rừng. Kết luận này đã được hơn 40 tổ chức khoa học uy tín trên thế giới thừa nhận. Theo tốc độ này, đến năm 2100, nhiệt độ của trái đất có thể tăng từ 1,1 đến 6,40C. Việc tăng nhiệt độ của trái đất làm tăng mực nước biển, gây hiện tượng thời tiết bất thường, mùa màng thay đổi, nhiều loài bị tiêu diệt... Theo dự báo, nếu không ngăn chặn các hoạt động làm trái đất ấm lên thì đến năm 2030, ít nhất có 2.000 đảo của Indonesia sẽ biến mất; đến năm 2050, rừng Amazon cũng sẽ không còn và đến năm 2100, mực nước biển lên cao hơn 0,6 m và 2 thành phố (London và New York) sẽ bị nhấn chìm trong nước, chỉ có sa mạc Sahara lại xanh tươi như 12.000 năm trước. Theo dự tính, tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, vùng duyên hải miền Trung... của nước ta biển cũng sẽ xâm lấn, đất đai bị co hẹp lại. Sự ấm lên toàn cầu và vấn đề phát thải khí CO2 – P2 Sự phát thải khí CO2 Các nhà khoa học phân tích những nguyên nhân làm tăng CO2 trong khí quyển như sau: Chu trình cacbon Các nhà khoa học tính toán rằng, khoảng 4,5 tỷ năm trước đây, khi trái đất bắt đầu hình thành, CO2 có thể chiếm đến 80% trong khí quyển. Nhưng cách đây 2 tỷ năm, lượng CO2 chỉ còn khoảng 20-30%. Trong khí quyển còn nhiều CO2nên sự sống vẫn tồn tại. Cây cối quang hợp rất mạnh làm cho nồng độ CO2 giảm xuống và lượng oxy trong khí quyển tăng lên. Quá trình quang hợp tạo ra phản ứng: CO2 + H2O + năng lượng mặt trời ® O2 + đường. Cây cối cũng như động vật khi hít thở tạo ra phản ứng: Đường + O2 ® CO2 + H2O + năng lượng. Ngoài ra, khi cây cối và động vật chết, xác chết bị phân huỷ làm cho CO2 thoát ra. Lượng CO2 ra khỏi khí quyển hàng năm được cân bằng với lượng CO2 sinh ra do thở và do phân hủy. Nhờ cơ chế này mà môi trường được ổn định. Đốt phá rừng Khi cây cối chết, chúng thải CO2 ra, đó là quá trình bình thường của chu trình cacbon. Nhưng khi cây cối bị đốn chặt để làm chất đốt thì CO2 thải ra không khí nhiều hơn, vì thế tốc độ thải CO2 càng gia tăng khi con người gia tăng việc đốn hạ cây xanh làm chất đốt. Nếu cây cối bị đốn hạ để làm vật liệu xây dựng, nhà cửa... mà không đốt thì CO2 không phát thải nhiều, nhưng do thiếu cây xanh nên sự hấp thụ CO2 trong không khí giảm đi và lượng CO2 tăng lên. Theo thống kê của Liên hợp quốc, việc phá rừng mạnh trong 2 thập kỷ 80 và 90 (thế kỷ XX) đã làm cho lượng CO2 trong không khí tăng lên, đồng thời lượng oxy trong không khí giảm đi rõ rệt. Nhiên liệu hoá thạch Nguồn CO2 nữa là do lượng cacbon rất lớn đã được lưu trữ từ trước đây. Cacbon trong nhiên liệu hoá thạch được lưu trữ từ hàng triệu năm trước vì cơ thể sống không bị phân hủy hoàn toàn, cacbon không bị phát thải vào khí quyển dưới dạng CO2, trái lại được lưu trữ trong lòng đất. Trong khi khai thác và đốt nhiên liệu hoá thạch, CO2 mới được phát thải ra nhiều. Như vậy, việc đốt nhiên liệu hoá thạch đã nhanh chóng làm cho cacbon bị giam giữ hàng triệu năm trước phát thải mạnh lượng CO2. Đây là nguyên nhân lớn nhất làm ô nhiễm bầu không khí. Sự ấm lên toàn cầu Các nhà khoa học lý giải rằng, do có nhiều phát thải khí CO2 nên đại dương mới ấm lên. Nhưng có rất nhiều CO2 bị giam giữ trong nguồn nước trên bề mặt đại dương và khi nhiệt độ đại dương tăng lên thì xảy ra hiện tượng giải phóng nhiều CO2 bị giam giữ đó (vì độ hoà tan của CO2 trong nước biển tỷ lệ nghịch với nhiệt độ). Như vậy, khi trái đất ấm lên, lượng CO2 trong nước ở đại dương giảm đi còn lượng CO2 trong không khí trên mặt nước lại tăng lên. Tóm lại, có nhiều nguyên nhân làm cho lượng CO2 trong không khí tăng lên. Có thể phân biệt được CO2 tăng lên trong khí quyển là từ nguồn gốc nào nhờ cách đo đồng vị phóng xạ. Cacbon có 3 đồng vị: C- 12, C-13 và C-14. C-12 có 6 nơtron và 6 proton, là đồng vị cacbon bền vững nhất, còn C-13 có 7 nơtron, C-14 có 8 nơtron. Khi đo tỷ lệ đồng vị cacbon trong CO2 có thể xác định được nguồn gốc của nó. Qua theo dõi, người ta biết được việc dùng xăng dầu, đốt than cho các nhà máy hoạt động phát thải nhiều khí CO2 nhất hiện nay. CO2 và hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng nhà kính do Jean Baptiste Joseph Fourier (người Pháp) lần đầu tiên đặt tên. Khái niệm này dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi năng lượng bức xạ của tia nắng mặt trời xuyên qua cửa sổ (hoặc mái nhà bằng kính) một cách dễ dàng nhưng khi các vật thể trong nhà do hấp thụ bức xạ mặt trời nóng lên thì lại sản xuất ra tia hồng ngoại (mà tia hồng ngoại lại khó xuyên qua kính để ra ngoài). Vì vậy, nhiệt như bị “nhốt” lại ở phía trong khiến cho nhà bị nóng lên. Các bức xạ của mặt trời đi qua lớp khí quyển đến mặt đất cũng tương tự như vậy. Các bước sóng ngắn xuyên qua khí quyển tương đối dễ dàng đi xuống mặt đất làm nóng những vật thể hấp thụ ánh sáng mặt trời trên mặt đất. Khi nóng lên, các vật thể này lại bức xạ nhưng vì nhiệt độ thấp nên bước sóng của các tia bức xạ này dài, vào cỡ tia hồng ngoại. Khi bức xạ hồng ngoại đi vào khí quyển, nếu trong khí quyển có CO2 thì các phân tử CO2 hấp thụ hồng ngoại rất mạnh (do cấu tạo của phân tử CO2, tia hồng ngoại kích thích mạnh các dao động nguyên tử trong phân tử CO2). Vì vậy, tia hồng ngoại (tức là sức nóng) không thoát ra khỏi khí quyển được mà bị nhốt lại, khiến trái đất nóng lên. Như vậy, các phân tử khí CO2 trong khí quyển có tác dụng như là lớp kính ở hiệu ứng nhà kính. Trong khí quyển không phải chỉ có CO2 gây ra hiệu ứng nhà kính mà còn nhiều loại nữa như hơi nước, mê tan, CFC... Tuy nhiên, nếu phát thải ra quá nhiều thì hiệu ứng nhà kính do CO2 gây ra khá lớn, ảnh hưởng mạnh đến sự tăng nhiệt độ trái đất, tức là làm cho nhiệt độ toàn cầu tăng lên. Do đó, muốn giảm thiểu sự ấm lên của toàn cầu cần làm giảm phát thải CO2. Trong kỳ tới, chúng ta sẽ tìm hiểu cuộc đấu tranh để giảm sự phát thải khí CO2 trên toàn thế giới mạnh mẽ như thế nào.