Trong thời gian gần đây, người ta có giả thuyết đáng tin cậy hơn là những sự biến đổi qua các thời kỳ địa chất của khí hậu không phụ thuộc vào sự biến đổi thông lượng chung của bức xạ [r]
(1)
Khí hậu khí tượng đại cương
NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007 Tr 240 – 247 Từ khố: Biến đổi khí hậu, ngun nhân của biến đổi khí hậu, sự nóng lên của trái đất, cải tạo khí hậu.
Tài liệu Thư viện điện tửĐH Khoa học Tự nhiên có thểđược sử dụng cho mục đích học tập nghiên cứu cá nhân Nghiêm cấm mọi hình thức chép, in
ấn phục vụ mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tác giả
Mục lục
Chương BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
9.1 SỰ BIẾN ĐỔI CỦA KHÍ HẬU TRONG THỜI KỲ ĐỊA CHẤT ĐÃ QUA
9.2 NGUYÊN NHÂN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CỦA THỜI KỲ ĐỊA CHẤT
9.3 SỰ BIẾN ĐỔI CỦA KHÍ HẬU TRONG THỜI KỲ LỊCH SỬ
9.4 SỰ NÓNG LÊN HIỆN ĐẠI
9.5 NGUYÊN NHÂN CỦA CÁC DAO ĐỘNG HIỆN NAY CỦA KHÍ HẬU
9.6 VỀ KHẢ NĂNG CẢI TẠO KHÍ HẬU
(2)Chương 9
BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
9.1. SỰ BIẾN ĐỔI CỦA KHÍ HẬU TRONG THỜI KỲ ĐỊA CHẤT
ĐÃ QUA
Rõ ràng lịch sử Trái Đất với tồn giới tự nhiên, khí hậu biến đổi Những dấu hiệu xác định biến đổi động thực vật đào tầng đất kể phấn hoa thực vật tiền sử, dấu hiệu trình phong hố tích tụ loại trầm tích lớp tương ứng với thời đại địa chất khác v.v Chính vậy, vấn đề liên quan với khí hậu thời đại địa chất qua giải sở địa chất học (và cổ sinh địa tầng) Trong giáo trình trình bày sơ lược vấn đề
Các tài liệu địa chất rõ biến đổi khí hậu khứ Trái Đất sâu sắc Điều dễ hiểu biến đổi xảy thời gian dài hàng trăm triệu năm Qua thời gian này, hình thái Trái Đất biến đổi bản: Sự phân bố lục địa biển, địa hình, phân bố khác, ảnh hưởng vũ trụ Trái Đất biến đổi
Khi xét vật đào được, vô hữu cơ, để tâm tìm dấu hiệu khí hậu khứ người ta thường xuất phát từ luận điểm khứ có phụ thuộc lồi động thực vật, q trình phong hố q trình hình thành thổ nhưỡng v.v vào khí hậu phụ thuộc tồn ngày Q trình tích tụ lớn trầm tích đá vơi biển hình thành san hơ xảy vùng biển nóng, ẩm nước lặng Sự phát tầng đá vôi lớp san hô dày diện tích lớn miền ơn đới (chẳng hạn Trung Âu lớp kỷ cambri) xác minh khí hậu nóng tồn vùng vào thời đại khác đời sống Trái Đất Trong dải than nâu châu Âu người ta phát thấy dấu vết loại thực vật ưa nóng cọ đến tận thượng miơxen Sự hình thành than đá có thời kỳ xảy châu Nam Cực Nhiều dạng sâu bọ bọ có kích thước lớn chúng có hố thạch dấu hiệu khí hậu nóng Theo phân bố hố thạch có thời kỳ Đệ tam kết luận lạnh vào thời kỳ
(3)trong trầm tích Những dấu hiệu đặc biệt quan trọng: trầm tích dạng địa hình đặc trưng có liên quan với q trình băng hà (băng tích, hố thạch băng) hoá thạch loại động thực vật tương ứng
Dấu hiệu quan trọng thời kỳ khơ hạn tăng trầm tích muối (nhất khí hậu nóng) Các dải mỏ muối Trái Đất thay đổi vị trí thời đại địa chất Sa mạc thời xưa sa mạc đặc trưng tượng định q trình phong hố, hố thạch, vận chuyển cát hình thành cồn cát v.v Những dấu hiệu tượng xác định lớp đất Thời kỳ khơ hạn xác định theo thực vật chịu khô, theo dấu vết động vật thảo nguyên
Trong khí hậu ẩm ướt, q trình phong hố phát triển mạnh Vì vậy, dấu hiệu thời kỳ ẩm (và tương đối nóng) khứ sản phẩm trình phong hố hố học thành phần trầm tích cao lanh, quặng sắt, măng gan, bốc xit v.v Dấu hiệu quan trọng khí hậu dải than bùn than đá di tích hố thạch gỗ lớn
Có dấu hiệu địa chất định phân bố gió vào thời đại qua, dấu hiệu dơng biến đổi theo mùa khí hậu v.v
Đối với kỷ Đệ tứ có người xuất hiện, ngồi cơng cụ địa chất để nghiên cứu khí hậu q khứ cịn có dấu tích kiến trúc cổ Dựa vào dấu hiệu địa chất người ta cho vào nửa đầu kỷ Đệ tứ, Sahara mưa nhiều có nhiều sông lớn Nghiên cứu kiến trúc cổ cho thấy vài chục vạn năm trước sa mạc Sahara cao nguyên xanh tốt
Có nhiều thí nghiệm dựng lại khí hậu thời kỳ địa chất qua Khái niệm biến đổi khí hậu kỷ Đệ tứ đề rõ ràng Song, nói chung khái niệm khí hậu kỷ địa chất có đặc tính khái quát
Ta không dừng lại dự đốn biến đổi khí hậu qua nhiều thời kỳ địa chất Kết luận chung nói q trình nửa tỉ năm hay tỉ năm gần khí hậu Trái Đất miền ôn đới cực nóng thời gian Ở miền cực miền ôn đới phần lớn thời kỳ khơng tồn băng tuyết Vì vậy, tính địa đới khí hậu khơng biểu rõ nét Loại thực vật nhiệt đới lan xa lên vĩ độ cao
Tuy nhiên, khí hậu nóng thường xuyên xảy trình lạnh tạm thời khoảng vài chục vạn hay hàng triệu năm Trong nhiều trường hợp, trình băng hà phát triển miền cực ơn đới Tính địa đới khí hậu vào thời kỳ phát triển, nghĩa khác biệt yếu tố nhiệt yếu tố khí hậu khác vĩ độ thấp tăng lên
(4)rất mạnh mẽ kỷ Đệ tứ: thời đại băng hà thay thời đại trung gian thời kỳ băng hà Song nói chung, kỷ Đệ tứ thời kỳ lạnh lịch sử Trái Đất
Kể từ đầu trình băng hà thứ kỷ Đệ tứ đến 600 ! 700 nghìn năm Quá trình băng hà sau kết thúc vào khoảng vài vạn năm trước Hiện nay, loài người sống thời đại sau trình băng hà hay thời đại trung gian Song phần lớn diện tích Trái Đất cịn lớp băng phủ (rõ ràng tàn dư băng hà) khí hậu thời đại khơng thể coi khí hậụ địa chất “chuẩn” mà phụ thuộc vào thời kỳ lạnh
Trên hình 9.1 biến trình năm nhiệt độ (độ lệch so với trung bình nhiều năm nhiệt độ oC) đo nhiệt kế
Sau năm 1940, nhiệt độ mặt đất trung bình tồn cầu giảm 0,2oC năm 1975, nhiệt độ bắt đầu tăng trở lại Thập niên năm l980 thập niên ấm theo chuỗi số liệu quan trắc dụng cụ tính đến thời gian Việc giải thích biến đổi hiển nhiên chuỗi số liệu quan trắc dụng cụ nhiệt độ không khí bề mặt trung bình tồn cầu thời gian kỷ trước đề tài thảo luận Nếu chấp nhận chuỗi số liệu quan trắc thước đo xác biến đổi khí hậu tồn cầu, điều cịn khó tìm nguyên nhân biến đổi có q nhiều ngun nhân liệt kê có nhiều phương pháp phân biệt nguyên nhân
Hình 9.1
Biến trình năm độ lệch so với trung bình nhiều năm nhiệt độ, (oC) đo
bằng nhiệt kế theo kết phân tích Hansen Lebedeff (1988) có bổ
(5)Một phần nhiệt độ tăng lên chuỗi số liệu quan trắc hiệu ứng đốt nóng thành thị, hiệu ứng không biểu thị nóng lên khí hậu tồn cầu Vì thành phố xung quanh trạm thám sát ngày trở nên đông đúc xây dựng nhiều nên mơi trường địa phương nóng lên việc đốt chất thải mặt đất phủ rừng đồng cỏ thay đường rải nhựa tòa nhà cao tầng Nhiệt độ tăng vào khoảng 0,1oC chuỗi số liệu quan trắc kỷ thứ hai mươi hiệu ứng đảo nhiệt thành thị, phần nhỏ xấp xỉ 0,5oC nguyên nhân khác
Một xu khác đáng quan tâm chuỗi số liệu quan trắc giảm đáng kể nhiệt độ ngày tồn miền Bắc Mỹ Nhiều q trình giảm biên độ nhiệt độ ngày đêm tăng nhiệt độ cực tiểu ban đêm Nguyên nhân dẫn tới xu biến trình nhiệt độ ngày lục địa khơng rõ ràng, lại phù hợp với tăng lượng khí nhà kính (do tia hồng ngoại làm lạnh bề mặt ngày) tăng tần suất sương mù (do bề mặt bị mặt trời đốt nóng vào ban ngày), hai tượng q trình cơng nghiệp hóa ngày tăng giới
9.2. NGUYÊN NHÂN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU CỦA THỜI KỲ ĐỊA CHẤT
Cho đến nguyên nhân thời kỳ lạnh lịch sử Trái Đất chí thời kỳ cuối ! kỷ Đệ tứ chưa có ý kiến thống Có nhiều giả thuyết nguyên nhân biến đổi khí hậu Chẳng hạn, có người cho dao động có chu kỳ quỹ đạo Trái Đất làm thay đổi tổng lượng nhiệt từ mặt trời tới Trái Đất Đó biến đổi độ lệch tâm quỹ đạo Trái Đất với chu kỳ khoảng 92 nghìn năm Hơn nữa, di chuyển trục Trái Đất vạch mặt phẳng hình nón với chu kỳ khoảng 21 nghìn năm Sự biến đổi khí hậu kỷ Đệ tứ có liên quan với biến đổi có chu kỳ thơng lượng xạ khơng thể giải thích ngun nhân
Người ta cho số mặt trời biến đổi lớn có chu kỳ suốt thời kỳ địa chất, nghĩa mặt trời không cố định Tuy nhiên, ta kiểm tra giả thuyết
Có giả thuyết cho Trái Đất thời kỳ khác đời qua khu vực khơng gian vũ trụ với lượng vật chất hành tinh khác nhau, hấp thụ xạ khác làm biến đổi phát xạ Trái Đất
(6)Hình 9.2
Vịng trịn biểu diễn tỉ lệ tập trung khí nhà kính gây người làm biến đổi tác
động xạ từ 1980 đến 1990 Sự tập trung từ ozơn khơng xác bỏ qua đồ thị
Sự biến đổi qua thời kỳ địa chất khí hậu liên quan với biến đổi lượng khí cacbonic tro núi lửa khí quyển, biến đổi lượng mây, trình bên vỏ Trái Đất, biến đổi độ muối biển v.v Không giả thiết giải thích tương đối thời kỳ lạnh nóng lịch sử Trái Đất, số nguyên nhân đề có góp phần vào biến đổi chung khí hậu Người ta nghiên cứu khả biến đổi khí hậu lục địa tác động q trình lục địa trơi, song khái niệm trơi lục địa chưa người công nhận
Rất nguyên nhân thực tế biến đổi khí hậu biến đổi bề mặt Trái Đất: biến đổi kích thước vị trí tương hỗ lục địa, biến đổi hệ thống dòng biển v.v Rõ ràng biến đổi địa mạo mà có biến đổi cân xạ cân nhiệt mặt đất, hồn lưu chung khí quyển, điều kiện hồn lưu ẩm khí hậu Đúng biến đổi khí hậu kết tác động đồng thời yếu tố từ Trái Đất (sự biến đổi thông lượng xạ tới Trái Đất) hoạt động mặt trời nhân tố địa mạo
9.3. SỰ BIẾN ĐỔI CỦA KHÍ HẬU TRONG THỜI KỲ LỊCH SỬ
(7)con người với mức độ định phụ thuộc vào khí hậu Thêm vào cịn có truyện truyền khẩu, di tích văn học, đặc biệt biên niên sử có ghi tượng biến động thời tiết khí hậu, trạng thái sông mùa màng v.v Đôi việc ghi chép thời tiết khí hậu khoảng trăm năm trước có tính chất thường xun chí có tính chất khoa học, chẳng hạn ghi chép Tikhơ Bơraghe vào kỷ thứ 16
Cuối cùng, khoảng hai ba trăm năm gần đây, bắt đầu thời đại quan trắc khí tượng dụng cụ, vào thời gian chưa hoàn hảo Đối với nhiều trạm có dãy số liệu kỷ nhiệt độ giáng thuỷ với thời gian kéo dài khoảng 100 ! 200 năm
Đối với châu Âu điểm qua trình tự biến đổi khí hậu vài nghìn năm gần sau:
Trong trình năm nghìn năm trước kỷ nguyên chúng ta, khí hậu nóng khơ nhiều lần thay khí hậu ẩm lạnh Khoảng 500 năm trước kỷ nguyên lượng giáng thuỷ tăng nhanh khí hậu trở nên lạnh kỷ trước nhiều Trước bắt đầu kỷ nguyên chúng ta, khí hậu tương tự với khí hậu đại
Vào kỷ 11 13, khí hậu châu Âu ơn hồ khơ vào thời kỳ đầu kỷ nguyên Băng hà châu Âu vào thời gian phát triển băng đảo Grenlan chăn nuôi phát triển tốt Vào kỷ thứ 14 !16 lại lạnh, băng biển tăng Từ kỷ thứ 17 đến kỷ thứ 19 khí hậu lạnh ẩm, băng hà phát triển Chính vào thời kỳ quan trắc khí tượng dụng cụ bắt đầu châu Âu Từ nửa sau kỷ 19 có chuyển biến mới, tương đối đột ngột phát triển khí hậu ! bắt đầu đợt nóng Tóm lại, biến đổi khí hậu thời kỳ lịch sử có đặc tính dao động chu kỳ khoảng vài trăm năm Trên dao động kỷ có dao động ngắn hạn Nói chung, thời đại lịch sử, khí hậu coi ổn định, dao động gần trạng thái trung bình
Dễ hiểu thời kỳ lịch sử khơng có biến đổi đáng kể phân bố biển lục địa, địa hình phân bố cực gây nên biến đổi khí hậu Vì vậy, vững tin đặt mối liên hệ biến đổi lịch sử khí hậu với yếu tố bên Trái Đất đặc biệt với biến đổi hoạt động mặt trời Bắt đầu từ kỷ 18 người ta tiến hành xác định mặt định lượng hoạt động mặt trời (bằng lượng tương đối vết đen mặt trời, số khác) Điều tạo khả đối chiếu hoạt động Mặt Trời với biến đổi đồng thời tiếp sau yếu tố khí tượng dùng mối liên hệ để ngoại suy cho thời gian qua (nếu tính đến nhịp điệu tìm thấy hoạt động Mặt Trời)
(8)hưởng đến trạng thái lớp băng biển miền cực thông qua ảnh hưởng đến hoạt động xốy thuận Cực đại hoạt động triều phải tương ứng với thời kỳ ẩm
9.4. SỰ NÓNG LÊN HIỆN ĐẠI
Chúng ta sống thời kỳ nóng lên khí hậu Đó nóng lên đại mạnh, quan trắc thấy phần lớn Trái Đất Q trình nóng lên bắt đầu khoảng 50 hay 70 năm kỷ thứ 19 mạnh lên vào đầu kỷ 20, đặc biệt năm 20 kỷ, trước năm 1940 trình yếu tăng nhiệt độ ngưng lại, song chuyển biến sang trình lạnh chưa thấy
Băng hà Na Uy dãy An-pơ bắt đầu rút kỷ 19 Ở Đông Âu, nhiệt độ trung bình năm qua thời kỳ 1881 ! 1915 tăng lên khoảng vài phần mười độ so với thời kỳ từ 1846 đến 1880 Ở Lêningrat, nhiệt độ trung bình năm từ 1801 đến 1850 +3,5oC; cịn từ 1921 đến 1936 +4,6oC, tăng không phụ thuộc vào mở rộng thành phố so sánh với trạm khác Các tháng mùa đơng đặc biệt nóng lên (hình 9.1) Do đó, Lêningrat qua trăm năm, biên độ năm nhiệt độ giảm đến 1,3oC, tính lục địa khí hậu giảm
Ở Tây Âu, nhiệt độ trung bình mười năm mùa đơng trước năm 1920 tăng lên +2,5oC so với cuối kỷ 19, nhiệt độ trung bình năm tăng 0,5oC Ở bắt đầu mùa đơng ơn hồ
Ở Bắc Băng Dương q trình nóng lên cịn rõ rệt miền ôn đới Ở vùng Đất Mới, nhiệt độ trung bình năm vào năm 1920-1935 lớn vào năm 1876 !1919 gần 2oC
Từ năm 1910 đến hết năm 1940 nhiệt độ trung bình Băng Đảo Grenlanđia tăng lên 3oC Spitbecghen, miền bắc châu Á, Bắc Mỹ tăng lên +2oC
Q trình nóng lên cịn kèm theo biến đổi đáng kể thiên nhiên có liên quan với chúng Ở Island băng ruộng cày trồng cấy 600 năm trước Ở Spitbecghen, Grenlanđia Alatsca băng hà rút lui đột ngột Độ băng biển miền cực giảm nhanh Có phát di chuyển lồi cá ưa nóng phía bắc
(9)9.5. NGUYÊN NHÂN CỦA CÁC DAO ĐỘNG HIỆN NAY CỦA KHÍ HẬU
Dao động khí hậu kỷ gần nghiên cứu theo tài liệu quan trắc dụng cụ châu Âu Trong vài chục năm gần ta dùng đồ synơp để đối chiếu dao động khí hậu với biến đổi đặc tính (tính vĩ hướng) cường độ hồn lưu chung khí Giữa dao động hoàn lưu chung dao động khí hậu khoảng vài chục năm có mối liên quan mật thiết điều ta dự đốn Người ta cho dùng mối quan hệ dao động khí hậu thời kỳ dài
Tuy nhiên, lại xuất vấn đề nguyên nhân dao động hoàn lưu vừa nêu Như nói phần trên, chủ yếu người ta tìm nguyên nhân hay tác động hoạt động Mặt Trời khí Dao động hoạt động Mặt Trời với chu kỳ 11 hay 80 năm dẫn tới xuất tính chu kỳ hồn lưu khí hậu Cũng có thể, thêm vào cịn có biến đổi có chu kỳ tốc độ quay Trái Đất nhiều làm biến đổi lực Coriolit Có ý kiến cho nóng lên trường hợp kết xếp chồng chu kỳ 80 250 năm hoạt động Mặt Trời, cực tiểu chúng trùng với nửa đầu kỷ thứ 20
Mối liên quan khí hậu, hồn lưu chung hoạt động Mặt Trời xác định phương pháp thống kê Tuy nhiên, biến đổi hoạt động Mặt Trời ảnh hưởng đến hồn lưu chung khí cách nào, chế vật lý tượng nào, ta hồn tồn chưa rõ Chỉ nói hoạt động Mặt Trời định có tác động lên trạng thái vật lý tầng khí (tầng ion) Tuy vậy, kể biến đổi tầng ảnh hưởng đến hồn lưu chung khí gần mặt đất nào, ta chưa rõ
Mặt khác, thân khí khơng phải gương đơn giản phản ánh ảnh hưởng vũ trụ, có khả tự phát triển q trình trình bắt đầu ảnh hưởng tác động bên ngồi
9.6. VỀ KHẢ NĂNG CẢI TẠO KHÍ HẬU
(10)của hoàn lưu nhiệt, hoàn lưu ẩm hoàn lưu chung khí quyển, nghĩa biến đổi khí hậu với qui mơ đáng kể
Khơng có sai sót dự kiến tưởng tượng biến đổi khí hậu biến đổi qui mơ lớn mặt đất Đó dự án xây dựng đập qui mô khác đại dương giới Các đập biến đổi hoàn lưu nước đại dương điều kiện khí quyển; dự án phá dãy núi hay dựng tường chắn khối khí v.v
Chúng ta gọi dự án khơng tưởng khơng phải chúng khơng thực mặt kỹ thuật Trái lại, điều mà kỹ thuật hơm khơng làm thực tương lai Tính khơng tưởng dự án chỗ tác giả dự án khơng có sở để xác minh nhờ thực đề nghị họ có kết mà họ dự đốn Thậm chí có tính tốn biến đổi khí hậu khu vực ảnh hưởng trực tiếp biện pháp đề ra, khơng tính biến đổi khu vực khác, hay biến đổi ảnh hưởng đến trạng thái khí hậu khu vực cần cải tạo khí hậu
Thiên nhiên Trái Đất nằm trạng thái cân động thành lập trình dài lịch sử Trái Đất phá vỡ điều kiện hình thành phần tự nhiên dẫn tới biến đổi sâu sắc toàn hệ thống Rõ ràng biến đổi qui mô lớn tính chất mặt trải khu vực lớn biến đổi chế hoàn lưu chung, song khó đốn trước hồn lưu biến đổi Có thể xảy trường hợp khu vực hay đới khí hậu biến đổi thuận lợi song nơi khác Trái Đất xảy biến đổi có hại
M.I.Buđưcơ lớp băng phủ vĩnh cửu miền Bắc Cực bị phá vỡ khơng thể hình thành lại điều kiện khí hậu đại Lượng xạ mặt trời mùa hè Bắc Cực lớn Hiện xạ mặt trời phần lớn bị lớp băng tuyết phản hồi, phần cịn lại cung cấp cho q trình tan băng phần; mùa đông khối băng lại bù đắp lại Nhưng lớp băng miền Bắc Cực bị hấp thụ xạ châu Bắc Cực mạnh lên nhiều, nhiệt độ khơng khí nước tăng lên mạnh, vào mùa đông mùa hè Cùng với tăng nhiệt độ khối khí Bắc Băng Dương thường xuyên thâm nhập vào miền ôn đới, nhiệt độ trung bình miền ôn đới tăng
Rất phá vỡ lớp băng miền Bắc Cực kỹ thuật giải tương lai gần Tuy vậy, phải nhớ biến đổi nhiệt độ giảm độ tương phản theo đới Trái Đất làm cho hồn lưu chung khí biến đổi, đứng quan điểm kinh tế hồn tồn khơng theo ý muốn
(11)Những biến đổi trái ý muốn xảy khía cạnh khác Chẳng hạn nóng lên khu vực châu Bắc Cực theo thời gian dẫn tới phá vỡ Grenlanđia Khi miền cực, đại dương giới tăng lên 6m Điều gây khó khăn bất lợi cho kinh tế Nhân phải nói thêm việc phá vỡ lớp băng phủ châu Nam Cực làm tăng mực đại dương lên 60m hay nữa, điều xảy thật tai hoạ lồi người