Hiện tượng hiệu ứng nhà kính

Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng khí quyển hấp thụ nhiệt từ các tia bức xạ mặt trời. Nhiệt lượng từ Mặt Trời truyền xuống Trái Đất bị giữ lại ở tầng đối lưu, tạo ra hiệu ứng nhà kính tại bề mặt các hành tinh hoặc vệ tinh[1][2]. Cơ chế hoạt động này tương tự như một nhà kính (dùng cho cây trồng), điểm khác biệt là nhà kính có các cơ cấu giữ nhiệt bên trong, ngăn nhiệt không bị mất qua quá trình đối lưu. Hiệu ứng nhà kính được phát hiện lần đầu bởi nhà khoa học Joseph Fourier vào năm 1824, thí nghiệm đầu tiên đáng tin cậy được thực hiện bởi John Tyndall vào năm 1858, và báo cáo định lượng chi tiết được thực hiện bởi Svante Arrhenius vào năm 1896[3]. Một ví dụ về hiệu ứng nhà kính là việc nhiệt độ bên trong một nhà kính tăng lên khi Mặt Trời chiếu sáng vào, giúp cây trồng phát triển nhanh chóng hơn.

Ngày nay, khái niệm hiệu ứng nhà kính được hiểu rộng hơn và áp dụng để mô tả hiện tượng nghẽn nhiệt trong bầu khí quyển của Trái Đất khi Mặt Trời chiếu sáng, gọi là hiệu ứng nhà kính khí quyển. Phần tác động chủ yếu do con người gây ra được gọi là hiệu ứng nhà kính nhân tạo (gia tăng). Hiện nay, chúng ta đang phải đối mặt với hiện tượng ấm lên toàn cầu do con người gây ra, mặc dù vấn đề này vẫn đang gây tranh cãi và có nhiều tác hại nguy hiểm.

Các vật đen có nhiệt độ từ Trái Đất ước tính khoảng 5,5°C[4][5]. Bề mặt Trái Đất phản xạ khoảng 28% ánh sáng mặt trời[6], và nếu không có hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ có thể giảm xuống -18 hoặc -19°C[7][8] thay vì đạt mức 14°C như hiện tại[9].

Khái niệm “hiệu ứng nhà kính” được lấy từ cụm từ effet de serre trong tiếng Pháp do Jean Baptiste Joseph Fourier đặt tên, chỉ hiện tượng năng lượng bức xạ mặt trời xuyên qua cửa sổ hoặc mái nhà kính được hấp thụ và phân tán lại thành nhiệt, làm ấm không gian bên trong thay vì chỉ những nơi có ánh sáng chiếu vào.

Hiệu ứng này đã được sử dụng trong các nhà kính trồng cây từ lâu và còn được ứng dụng trong kiến trúc, sử dụng năng lượng mặt trời một cách thụ động để tiết kiệm nhiên liệu sưởi ấm nhà ở.

Hiện tượng gây ra hiệu ứng nhà kính trong khí quyển

Các tia bức xạ sóng ngắn từ Mặt Trời xuyên qua khí quyển và đến bề mặt Trái Đất, sau đó phản xạ lại thành bức xạ nhiệt sóng dài. Một số phân tử trong khí quyển, đặc biệt là CO2 và hơi nước, có khả năng hấp thụ các bức xạ nhiệt này, giữ lại nhiệt và làm ấm không khí xung quanh. Hiện tại, hàm lượng CO2 trong khí quyển là khoảng 0,036%, đủ để làm tăng nhiệt độ Trái Đất thêm khoảng 30°C. Nếu không có hiệu ứng nhà kính tự nhiên này, nhiệt độ trung bình của Trái Đất sẽ chỉ vào khoảng -15°C.

Một cách đơn giản, nhiệt độ trung bình của Trái Đất được xác định bởi sự cân bằng giữa năng lượng Mặt Trời chiếu xuống và lượng bức xạ nhiệt của mặt đất tỏa ra vũ trụ. Bức xạ từ Mặt Trời là sóng ngắn, dễ dàng xuyên qua tầng ozone và lớp khí CO2 để tới Trái Đất. Ngược lại, bức xạ nhiệt từ mặt đất là sóng dài, không thể xuyên qua lớp khí CO2 dày đặc và bị hấp thụ bởi CO2 và hơi nước trong khí quyển. Điều này giữ lại nhiệt, làm tăng nhiệt độ bầu khí quyển xung quanh Trái Đất. CO2 đóng vai trò như lớp kính giữ nhiệt lượng tỏa ra từ Trái Đất, tác động lên khí hậu toàn cầu. Ngoài CO2, còn có các khí nhà kính khác như NOx, Methan và CFC.

Trong giai đoạn đầu của lịch sử Trái Đất, sự sống chỉ có thể phát triển vì hàm lượng CO2 trong khí quyển nguyên thủy cao hơn, và bức xạ từ Mặt Trời yếu hơn khoảng 25%. Cường độ bức xạ Mặt Trời đã tăng lên theo thời gian, trong khi cây cối thông qua quang hợp đã giảm bớt lượng CO2 trong không khí, giúp duy trì khí hậu ổn định hơn.

Phân loại khí gây hiện tượng hiệu ứng nhà kính

Hơi nước, chiếm 36–72%

Cacbon dioxide, chiếm 9–26%

Mê tan, chiếm 4–9%

Ôzôn, chiếm 3–7%.

Ngoài ra, các đám mây cũng có ảnh hưởng đáng kể, hấp thụ và phát ra bức xạ hồng ngoại, làm thay đổi tính chất phát xạ nhiệt của khí quyển[11].

Tác động của hiệu ứng nhà kính nhân tạo

Trong suốt 100 năm qua, con người đã tác động mạnh mẽ đến sự cân bằng giữa hiệu ứng nhà kính tự nhiên và tia bức xạ từ Mặt Trời. Sự gia tăng nồng độ các khí nhà kính trong giai đoạn này (CO2 tăng 20%, metan tăng 90%) đã khiến nhiệt độ toàn cầu tăng lên khoảng 2°C.

Cần lưu ý rằng hiệu ứng nhà kính nhân tạo không nên bị nhầm lẫn với sự suy giảm của lớp khí ôzôn ở tầng bình lưu, cũng do con người gây ra.

Những biện pháp hiện nay nhằm giảm thiểu hiệu ứng nhà kính do con người tạo ra

Đa số các nhà khoa học ủng hộ giả thuyết cho rằng sự gia tăng nồng độ khí nhà kính do hoạt động của con người sẽ góp phần làm tăng nhiệt độ toàn cầu (sự nóng lên của khí hậu) và dẫn đến những biến đổi khí hậu trong các thập kỷ tới. Tuy nhiên, một số người, được gọi là nhà phê bình khí hậu, đã phản đối giả thuyết này, mặc dù số lượng các nhà khoa học theo quan điểm này đã giảm đáng kể trong những năm gần đây.

Dưới đây là một số hậu quả có thể xảy ra do sự thay đổi khí hậu do hiệu ứng nhà kính gây ra:

Nguồn nước: Chất lượng và số lượng nước uống, nước tưới tiêu, nước phục vụ cho công nghiệp và các máy phát điện có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng, cùng với sức khỏe của các loài thủy sản. Sự thay đổi trong lượng mưa và gia tăng khí bốc hơi có thể làm tăng tần suất lũ lụt. Khí hậu thay đổi cũng có thể khiến các lòng chảo liên kết với sông ngòi trên toàn cầu bị lấp đầy.
Tài nguyên bờ biển: Tại Mỹ, mực nước biển dự báo sẽ tăng 50cm vào năm 2100, điều này có thể dẫn đến mất mát 5.000 dặm vuông đất khô và 4.000 dặm vuông đất ướt.
Sức khỏe: Số lượng người chết vì sốc nhiệt có thể tăng do những chu kỳ nhiệt độ cao kéo dài hơn. Sự thay đổi về lượng mưa và nhiệt độ cũng có thể tạo điều kiện cho sự lây lan các bệnh truyền nhiễm.
Lâm nghiệp: Nhiệt độ tăng cao sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho các vụ cháy rừng xảy ra.
Năng lượng và giao thông: Nhiệt độ tăng có thể làm tăng nhu cầu làm mát và giảm nhu cầu sưởi ấm. Mặc dù sự hư hại do vận chuyển trong mùa đông sẽ ít đi, nhưng vận chuyển đường thủy có thể bị ảnh hưởng bởi lũ lụt gia tăng và mực nước sông giảm.
Băng tan: Những khối băng ở hai cực đang tan nhanh trong những năm gần đây, dẫn đến mực nước biển tăng nhanh và có thể gây ra những trận hồng thủy.

Các nỗ lực để giảm thiểu hiệu ứng nhà kính nhân loại hiện nay

Một trong những nỗ lực đầu tiên của nhân loại nhằm giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu do khí thải công nghiệp là việc nhiều quốc gia đã cùng bàn bạc và ký kết một thỏa thuận quốc tế có tên là Nghị định thư Kyoto. Tuy nhiên, hiệp ước này không được một số quốc gia, đặc biệt là Hoa Kỳ, phê chuẩn với lý do có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến nền kinh tế của nước này.

Tiến sĩ Roderic Jones từ Trung tâm Khoa học Khí quyển thuộc Đại học Cambridge từng nhận định: “Tôi không muốn làm mọi người hoảng sợ, nhưng điều quan trọng là họ cần hiểu rõ tình hình và nhận thức được sự cần thiết phải hành động.” Ông cũng nhấn mạnh rằng, mặc dù Nghị định thư Kyoto đóng vai trò quan trọng, song nội dung của nó vẫn chưa đủ để cân bằng lượng CO2 trong khí quyển.

Giảm thiểu sử dụng nhiên liệu hóa thạch nên chuyển sang các nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường như gió, mặt trời, thủy triều và địa nhiệt là những giải pháp cần thiết. Đồng thời, cần tích cực kiểm soát ô nhiễm không khí, phát triển công nghệ chuyển đổi CO2 thành các chất ít gây hại hơn và hạn chế phát thải các khí nhà kính như methan, halogen, clo, fluor,… vào khí quyển.
Tại Hoa Kỳ và nhiều quốc gia tiên tiến khác, đã có những biện pháp mạnh mẽ nhằm cắt giảm khí thải từ các phương tiện giao thông và nhà máy công nghiệp. Các bang ở Mỹ cũng áp dụng luật yêu cầu xe cộ phải được kiểm định định kỳ để đảm bảo tiêu chuẩn phát thải khí thải.
Việc trồng thêm nhiều cây xanh, đặc biệt là những loài cây có khả năng hấp thụ CO2 cao qua quá trình quang hợp, được xem là một giải pháp hiệu quả để giảm nồng độ khí CO2 trong khí quyển, từ đó góp phần làm giảm .