Hiệu ứng nhà kính hoạt động thế này: ánh nắng xuyên qua không khí sưởi ấm mặt đất, mặt đất toả nhiệt ngược lên trời dưới dạng tia hồng ngoại, và một số khí như hơi nước, khí các bô níc, khí mê tan chặn lại một phần nhiệt đó rồi toả ngược xuống. Không có hiệu ứng này, Trái Đất sẽ lạnh cóng; có quá nhiều, Trái Đất nóng lên.
Chào bạn, đây là Nhà Khoa Học. Cụm từ hiệu ứng nhà kính xuất hiện trong bản tin thời sự gần như mỗi tuần, nhưng hiếm khi có ai giải thích nó chạy ra sao. Tập này mình kể phần cơ chế, vì hiểu được cơ chế thì những con số và tranh luận khác mới có chỗ để bám.
Vì sao ánh nắng đi vào được mà nhiệt lại khó đi ra?
Mấu chốt nằm ở chỗ ánh sáng đi vào và nhiệt đi ra là hai loại khác nhau. Mặt Trời rất nóng nên phát ra chủ yếu ánh sáng nhìn thấy được. Không khí gần như trong suốt với loại ánh sáng này, nên phần lớn nắng xuống thẳng tới mặt đất và mặt biển.
Mặt đất hấp thụ nắng, ấm lên, rồi tự toả nhiệt. Nhưng mặt đất nguội hơn Mặt Trời rất nhiều, nên nó toả ra tia hồng ngoại, loại mắt không thấy mà da cảm được, như hơi ấm từ bức tường đã phơi nắng cả ngày.
Ni tơ và ô xi, hai thành phần chính của không khí, gần như để tia hồng ngoại đi qua. Nhưng những phân tử có cấu trúc phức tạp hơn một chút, như hơi nước, khí các bô níc, khí mê tan, lại hấp thụ tia hồng ngoại rất tốt. Chúng rung lên, ấm lên, rồi toả nhiệt ra mọi hướng, trong đó có một phần hướng ngược về mặt đất.
Kết quả là mặt đất nhận nhiệt từ hai nguồn: nắng trực tiếp và phần nhiệt được khí quyển trả lại. Nó phải ấm hơn để cân bằng được lượng nhiệt đi vào và đi ra.
Không có hiệu ứng nhà kính thì Trái Đất ra sao?
Các nhà khoa học tính rằng nếu không có khí nhà kính, nhiệt độ trung bình bề mặt Trái Đất sẽ vào khoảng âm mười tám độ, thay vì khoảng mười lăm độ như hiện nay. Nghĩa là biển gần như đóng băng hết, và sự sống như mình biết khó tồn tại.
Vậy nên hiệu ứng nhà kính tự nhiên là một điều tốt. Vấn đề không nằm ở chỗ có nó, mà ở chỗ con người đang làm nó mạnh thêm.
Mặt Trăng cho mình một ví dụ đối chiếu. Cùng khoảng cách tới Mặt Trời, nhưng Mặt Trăng không có khí quyển. Ban ngày bề mặt nóng hơn nước sôi, ban đêm lạnh xuống dưới âm một trăm độ. Không có tấm chăn khí nào giữ nhiệt lại.
Sao Kim ở phía ngược lại: khí quyển dày đặc khí các bô níc khiến bề mặt nóng đủ để làm chảy chì, nóng hơn cả sao Thuỷ dù sao Thuỷ gần Mặt Trời hơn. Hai hàng xóm đó là hai bài học rất rõ về việc một lớp khí có thể làm thay đổi cả một hành tinh.
Chiếc xe đỗ dưới nắng có giống nhà kính không?
Bạn ngồi vào chiếc xe hơi đỗ dưới nắng trưa sẽ thấy hơi nóng hầm hập. Đó là ví dụ dễ hình dung, nhưng nói cho đúng, xe nóng chủ yếu vì không khí trong xe bị giữ lại, không được gió thổi đi, chứ không hẳn giống cơ chế của khí quyển.
Nhà kính trồng rau cũng vậy: phần lớn giữ ấm bằng cách chặn không khí nóng bay đi. Khí quyển thì không có mái. Nó giữ nhiệt bằng cách các phân tử khí hấp thụ và toả lại tia hồng ngoại. Tên gọi hiệu ứng nhà kính là một cách gọi đã quen, không phải mô tả chính xác.
Một hình ảnh gần hơn là tấm chăn. Chăn không tạo ra nhiệt, cơ thể bạn mới là nguồn nhiệt. Chăn chỉ làm nhiệt thoát ra chậm hơn, nên bạn ấm hơn. Thêm một lớp chăn, bạn ấm thêm dù cơ thể không sản sinh nhiều nhiệt hơn.
Con người đang đắp thêm chăn cho Trái Đất, trong khi Mặt Trời vẫn sưởi như cũ.
Làm sao biết lượng khí các bô níc tăng là do con người?
Việc khí các bô níc giữ nhiệt đã được đo trong phòng thí nghiệm từ thế kỷ mười chín. Chuyện này không còn tranh cãi trong giới vật lý. Câu hỏi thật là lượng khí đó có đang tăng không, và tăng vì đâu.
Có tăng không thì đã đo trực tiếp nhiều thập kỷ ở các trạm đặt xa khu dân cư, và đo gián tiếp cho quá khứ xa bằng bọt khí bị nhốt trong băng. Nồng độ khí các bô níc hiện nay đã cao hơn khoảng một nửa so với trước thời kỳ công nghiệp.
Tăng vì đâu thì có một bằng chứng rất đẹp. Các bon trong than đá, dầu mỏ có một dấu vết riêng về tỉ lệ các dạng nguyên tử các bon, vì chúng đến từ thực vật cổ xưa. Khi đo khí các bô níc trong không khí, các nhà khoa học thấy dấu vết đó ngày càng đậm, đúng như khi người ta đốt nhiên liệu hoá thạch.
Kết hợp với số liệu đơn giản về lượng than, dầu, khí mà thế giới đã đốt, bức tranh khớp với nhau từ nhiều phía. Đó là lý do đồng thuận khoa học ở điểm này rất mạnh.
Hơi nước: khí nhà kính lớn nhất mà ít ai nhắc
Có một chi tiết hay bị dùng để tranh cãi: hơi nước mới là khí nhà kính đóng góp nhiều nhất, sao lại đổ cho khí các bô níc. Câu này đúng một nửa.
Hơi nước đúng là giữ nhiều nhiệt nhất. Nhưng lượng hơi nước trong không khí phụ thuộc vào nhiệt độ: không khí ấm chứa được nhiều hơi nước hơn, lạnh thì hơi nước ngưng thành mưa và rơi xuống trong vài ngày. Nó không tự quyết định được mình nhiều hay ít.
Khí các bô níc thì ở lại trong khí quyển rất lâu. Khi nó làm Trái Đất ấm lên một chút, không khí giữ thêm hơi nước, hơi nước lại giữ thêm nhiệt. Hơi nước giống như cái loa khuếch đại, còn khí các bô níc là người vặn núm âm lượng.
Hiểu được cơ chế này rồi, lần tới nghe ai nói hiệu ứng nhà kính là chuyện bịa, bạn có thể hỏi lại: vậy vì sao Trái Đất không lạnh như Mặt Trăng?
Câu hỏi thường gặp
Khí nhà kính gồm những khí nào?
Các khí nhà kính chính gồm hơi nước, khí các bô níc, khí mê tan, khí ni tơ ô xít và một số khí công nghiệp. Mỗi khí giữ nhiệt ở mức khác nhau và tồn tại trong khí quyển trong thời gian khác nhau.
Thủng tầng ô zôn có phải là hiệu ứng nhà kính không?
Không. Tầng ô zôn chặn tia cực tím từ Mặt Trời, còn hiệu ứng nhà kính liên quan đến việc giữ nhiệt hồng ngoại. Hai vấn đề có liên quan một phần qua một số khí công nghiệp, nhưng cơ chế khác nhau.
Khí mê tan đến từ đâu?
Mê tan đến từ ruộng lúa ngập nước, chăn nuôi gia súc nhai lại, bãi rác, khai thác dầu khí và các vùng đất ngập nước tự nhiên. Nó giữ nhiệt mạnh hơn khí các bô níc nhưng tồn tại trong khí quyển ngắn hơn.
Trồng cây có giảm được hiệu ứng nhà kính không?
Cây hấp thụ khí các bô níc khi lớn lên nên có ích. Tuy vậy lượng khí phát thải hiện nay quá lớn để chỉ trồng cây bù lại, nên giảm phát thải vẫn là phần chính.
Vì sao lượng khí các bô níc nhỏ mà ảnh hưởng lớn?
Vì ni tơ và ô xi, chiếm gần hết không khí, gần như không giữ nhiệt hồng ngoại. Nên một lượng nhỏ khí có khả năng giữ nhiệt cũng tạo ra khác biệt lớn, giống như một giọt mực nhỏ đủ nhuộm màu cả ly nước.
