Vì sao chỉ chiếm 0,04% khí quyển nhưng CO2 vẫn là nguyên nhân chính khiến Trái đất nóng lên?

Khoa học thường thức về môi trường đã cho tất cả chúng ta biết rằng một trong những thủ phạm chính khiến Trái đất nóng lên chính là lượng khí CO₂ (carbon dioxide) ngày một nhiều do các hoạt động của con người. CO₂ tạo ra hiệu ứng nhà kính, ngăn không để nhiệt lượng từ Mặt trời thoát ra ngoài không gian, biến Trái đất thành một chiếc lò đúng nghĩa.

Nhưng bạn biết không, đây thực chất là một nghịch lý. CO₂ chỉ chiếm một phần rất nhỏ trong khí quyển - rơi vào khoảng 0,041%. Lưu ý nhé, không phải 4%, cũng không phải 0,4%, mà tận 0,04% lận. Mà trong đó, có tới 32% là do con người tạo ra.

Vậy tại sao chỉ với 0,04% mà CO₂ lại có tác động lớn đến vậy với khí hậu của Trái đất?

Thủ phạm chính khiến Trái đất nóng lên chính là lượng khí CO₂ (carbon dioxide) ngày tăng cao.

Hiệu ứng nhà kính sơ khởi

Thực ra, các nhà khoa học khi mới tìm ra vai trò của CO₂ đối với khí hậu vào năm 1850 cũng đã hết sức ngạc nhiên vì tầm ảnh hưởng của nó. John Tyndall từ Anh Quốc và Eunice Foote từ Hoa Kỳ, 2 nhà khoa học với 2 nghiên cứu độc lập đã nhận ra rằng trong khí quyển chỉ có CO₂, hơi nước và khí methane (CH₄) là có khả năng hấp thụ nhiệt năng. Đa số các loại khí khác đều không có chức năng này.

Trong nghiên cứu, các chuyên gia nhận thấy rằng Trái đất nóng hơn nhiệt độ nên có của nó tới 33^oC, dựa trên nhiệt lượng hành tinh thu được từ Mặt trời. Điều này có nghĩa rằng phải có một thứ gì đó có tác dụng giữ lại số nhiệt này, và khiến cả hành tinh nóng lên.

Trái đất nóng hơn nhiệt độ nên có của nó tới 33^oC.

Nghiên cứu của Tyndall và Foote cho thấy trong khí quyển Trái đất, khí nitrogen (ni-tơ) và oxy chiếm tổng cộng 99%, và chẳng có dấu hiệu gì cho thấy chúng tác động đến nhiệt độ của hành tinh. Thay vào đó là một loại khí có nồng độ thấp hơn cực nhiều, thứ tạo ra hiệu ứng nhà kính, khiến Trái đất trở thành một nơi đủ ấm áp để duy trì sự sống cho các loài sinh vật. 

Và đó là CO₂ - "chiếc chăn" bao phủ khí quyển hành tinh

Trái đất - giống như bao hành tinh khác trong vũ trụ, sẽ nhận năng lượng từ sao chủ (Mặt trời) rồi phản xạ chúng ngược vào không gian. Nếu như không có gì tác động, thì nhiệt lượng nhận được và phản lại sẽ là cân bằng. 

Mặt trời nóng, rất nóng, nên năng lượng tạo ra sẽ là các sóng bức xạ có bước sóng ngắn. Trái đất thì mát mẻ hơn, nên khi phản xạ lại, năng lượng sẽ có dạng các bước sóng dài. Và đây là lúc CO₂ bước vào câu chuyện.

CO₂ hấp thu sóng hồng ngoại phản xạ lại từ Trái đất.

CO₂ và các loại khí có khả năng hấp thụ nhiệt như methane sở hữu cấu trúc phân tử cho phép hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Mối liên kết giữa các nguyên tử của chúng có thể rung lên ở một tần số nhất định, và khi tiếp xúc với năng lượng từ photon ánh sáng với tần số tương ứng, năng lượng sẽ bị hấp thụ và chuyển vào phân tử khí.

Quan trọng hơn, các loại khí này được cấu tạo từ nhiều hơn 3 nguyên tử, nên hấp thụ được hồng ngoại phát ra từ Trái đất,. Oxy, ni-tơ, cả 2 đều chỉ có 2 nguyên tử, nên không làm được chuyện này.

Tóm lại câu chuyện của chúng ta là: năng lượng bước sóng ngắn từ Mặt trời vượt qua khí quyển chạm đến mặt đất, phản xạ ngược lại nhưng bị CO₂ hấp thu. Một phần nhiệt lượng ấy được trả lại bề mặt Trái đất, và khiến hành tinh của chúng ta ấm lên.

Vai trò ngày càng lớn của CO₂ - Mọi thứ thay đổi từ hàng triệu năm trước

Trong thời kỳ Chiến tranh Lạnh, khả năng của carbon dioxide ngày càng được làm rõ. Các nghiên cứu được thực hiện nhiều hơn, cho phép khoa học hiểu được khí hậu và khí quyển của các hành tinh khác trong hệ Mặt trời. Chẳng hạn như sao Kim có nhiệt độ bề mặt nóng nhất Thái dương hệ - lên tới 470 độ C dù không nằm gần Mặt trời nhất là do khí quyển có đến 96,5% là CO₂. 

Có một thực tế là hơi nước có khả năng giữ nhiệt mạnh hơn CO₂, nhưng tầm ảnh hưởng lại không nhiều. Lý do là vì tầng thượng quyển của Trái đất - là nơi kiểm soát lượng bức xạ giải phóng ra ngoài không gian - lại sở hữu lớp khí mỏng và ít hơi nước hơn. Tại đây, chỉ CO₂ là có tiếng nói, không phải bất kỳ loại khí nào khác.

Cháy rừng khiến cho CO₂ trong khí quyển ngày càng nhiều.

CO₂ quan trọng, và tầm quan trọng của nó được thể hiện qua các số liệu trong quá khứ. Các bằng chứng từ lõi băng vĩnh cửu cho thấy từ hàng triệu năm trước, những thời điểm Trái đất ấm lên, CO₂ có nồng độ rơi vào khoảng 0,028%. Trong các kỷ băng hà, nồng độ chỉ còn 0,018%.

Nhỏ nhưng có võ, hiệu ứng hết sức kinh khủng

CO₂ chỉ chiếm hơn 0,04% khí quyển nhưng lại mang tác động hết sức lớn. Có điều, liệu việc này có thực đáng để gây ngạc nhiên? Chẳng phải chúng ta vẫn thường uống một viên thuốc nhỏ xíu, rồi kỳ vọng chúng gây thay đổi đến cơ thể?

Ở thời điểm hiện tại, nồng độ CO₂ trong khí quyển của Trái đất đang cao hơn bất kỳ thời kỳ nào trong lịch sử, và trách nhiệm chính nằm ở con người. Theo dự tính, nồng độ CO₂ trong khí quyển có thể chạm ngưỡng 0,1% vào năm 2100, nghĩa là gấp 3 lần lượng khí thải ra trước thời kỳ Cách mạng Công nghiệp. Hiển nhiên, hệ quả gây ra sẽ là rất lớn.

• Nồng độ CO2 trong khí quyển tăng kỷ lục trong 800.000 năm qua
• Nồng độ CO2 cao làm giảm khả năng học tập và làm việc