- Sự định cư của con ngườ
Chương 15: HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH
Hiệu ứng nhà kính đã xuất hiện và tồn tại hàng triệu năm nay; nhưng từ 1930, nhân loại mới nhận thức được rằng: con người cĩ thể làm thay đổi hiệu ứng nhà kính, tức cĩ thể làm thay đổi khí hậu tồn cầu và sẽ rất nguy hiểm nếu con người tiếp tục làm khí hậu biến đổi theo chiều hướng xấu.
Về bản chất, hiệu ứng nhà kính chỉ là một hiện tượng vật lý tự nhiên cĩ liên quan đến sự hình thành, phát triển và duy trì sự sống:
- Nhờ hiện tượng hiệu ứng nhà kính mà nhiệt độ trái đất tăng từ –18oC đến 15 – 30oC, thích nghi với điều kiện sống của con người và phần lớn các sinh vật trên trái đất.
- Nhờ hiện tượng hiệu ứng nhà kính mà nhiệt độ ban đêm (khi khơng cĩ bức xạ mặt trời), cả ở vùng ơn đới, khơng bị hạ xuống quá thấp.
Tuy nhiên với sự tiếp tay của con người, hiệu ứng nhà kính đã trở thành bất lợi: làm cho nhiệt độ trái đất nĩng lên trên mức bình thường, dẫn tới những hậu quả nặng nề về mơi trường sinh thái.
15.1 Tác nhân gây ra hiệu ứng nhà kính
Nhiều q trình biến đổi trong và ngồi khí quyển được xem là nguyên nhân của những thay đổi khí hậu.
15.1.1 Bức xạ mặt trời
Các nghiên cứu cho rằng, bức xạ mặt trời đến mặt đất đã xảy ra trong suốt thời gian qua, và chắc chắn chúng cĩ ảnh hưởng nhất định đến khí hậu. Tuy nhiên các thay đổi của bức xạ mặt trời được đánh giá là nhỏ và chậm do đĩ khơng liên quan một cách rõ ràng đến những thay đổi khí hậu.
15.1.2 Sự thay đổi của quỹ đạo
Những thay đổi của độ lệch tâm của quỹ đạo xung quanh mặt trời, sự tiến động và độ nghiêng của trục quay đối với mặt phẳng quỹ đạo tuy nhỏ song cũng ảnh hưởng đến sự thu nhận nhận bức xạ mặt trời của các vùng khác nhau trên trái đất.
15.1.3 Sự vận động địa quyển
Những hiện tượng như bão biển kéo dài, sự trơi dạt của lục địa, sự nâng lên và hạ xuống của các lục địa trong thời gian qua được đánh giá là những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến sự thay đổi khí hậu.
15.1.4 Hoạt động của núi lửa
Các chất khí và nhiệt được hình thành do những hoạt động của núi lửa được xem là một trong các nguyên nhân dẫn tới sự thay đổi khí hậu.
Hình 15.1: Núi lửa đang hoạt động
15.1.5 Những thay đổi bên trong hệ thống địa cầu
Những thay đổi trong sự tương quan và cân bằng giữa các mơi trường của địa cầu (khí quyển, thủy quyển, cryosphere, địa quyển và sinh quyển) về nguyên tắc cĩ thể gây ra những thay đổi khí hậu bất thường rất quan trọng.
15.1.6 Những ảnh hưởng từ các hoạt động của con người
Việc khai thác rừng để lấy đất canh tác, các hoạt động sản xuất cơng nơng nghiệp, sự vận hành các máy mĩc, phương tiện, thiết bị phục vụ cho đời sống con người được xem là nguyên nhân rõ ràng nhất gây nên những thay đổi khí hậu.
Trong những năm qua, sự hiểu biết về hiệu ứng nhà kính đã tăng lên rõ rệt. Trên nguyên tắc, mọi chất khí đều cĩ khả năng bức xạ và hấp thu năng lượng, song đối với các chất khí mà phân tử chỉ cĩ hai nguyên tử (CO, O2, H2,
N2…) thì khả năng đĩ rất kém, cĩ thể coi là khơng cĩ khả năng hấp thu hay bức
xạ nhiệt. Riêng các chất khí được cấu tạo từ ba nguyên tử trở lên như CO2, hơi H2O, SO2… cĩ khả năng hấp thu đáng kể bức xạ nhiệt nên được gọi là khí bức xạ hay khí gây hiệu ứng nhà kính.
Cho đến hiện nay, dù đã cĩ nhiều chương trình hành động nhằm hạn chế, cắt giảm, song việc tập trung các chất khí gây ra hiệu ứng nhà kính như khí CO2, CH4, CFCs, N2O, hơi nước… vẫn khơng giảm sút.
+ CO2 là khí gây ra hiệu ứng nhà kính nghiêm trọng nhất, đĩng 50% vai trị tạo hiệu ứng nhà kính. Nồng độ CO2 trong khí quyển tăng từ
0,028% vào thời kỳ trước cơng nghiệp lên đến 0,0355% năm 1992.
+ Trong khí quyển, nồng độ CFCs (Chlorofluorocarbons) thấp nhưng cĩ hiệu quả gây hiệu ứng nhà kính lớn, đĩng 22% vai trị gây hiệu ứng nhà kính; đặc biệt chúng cịn cĩ khả năng phá hủy tầng ozone ở tầng bình lưu.
+ Methane gây ra 13% hiệu ứng nhà kính, tiếp theo là các chất khí: ozone trong tầng đối lưu: 7%; oxit nitric: 5%; hơi nước trong tầng bình lưu: 3%.
Hình 15.2: Biến thiên nồng độ methane trong 1000 năm qua (theo Kalil và Rasmussen (1995) năm Tỷ lệ hỗn hợp, ppb
Dự đốn trong vịng 100 – 200 năm tới, sự gia tăng của q trình tập trung
các chất khí nhà kính trong khí quyển sẽ tác động rất lớn đến khí hậu: nồng độ CO2 trong khí quyển sẽ tăng lên gấp đơi trong khoảng nữa đầu thế kỷ 21 làm cho nhiệt độ trung bình của trái đất sẽ tăng nhanh hơn (tới mức 0,3oC trong một thập kỷ) đồng thời phân bố lượng mưa theo thời gian và khơng gian cũng sẽ bị thay đổi sâu sắc; các trận mưa bất thường và lụt lớn sẽ xảy ra khắp nơi trên thế giới.
Sơ đồ 15.3: Tỷ lệ các chất khí nhà kính (EPA, 1991)
Sơ đồ 15.4: Tỷ lệ gĩp phần tăng hiệu ứng nhà kính của các ngành kinh tế
(EPA, 1991)
15.2 Một số đặc tính của các chất khí gây hiệu ứng nhà kính
15.2.1 Tính chất chọn lọc
Khí nhà kính chỉ bức xạ hay hấp thu năng lượng trong những khoảng bước sĩng nhất định; ngồi khoảng này, các khí nhà kính xem như “trong suốt” với bức xạ nhiệt. Cụ thể, các khí nhà kính chỉ hấp thụ và bức xạ các bức xạ cĩ bước sĩng dài.
15.2.2 Đặc tính thể tích
Định luật Bughe – Be: sự làm yếu cường độ tương đối của chùm tia đơn sắc khi qua mơi trường hấp thu sẽ tỷ lệ với tích số của mật độ các chất khí nhà kính với chiều dài đường đi của chùm tia sáng trong mơi trường đĩ. CO2 49% CH4 19% CFCs 17% N2O 5% Khí khác 10% Năng lượng 57% Các khí khác 3% CFCs 17% Nơng nghiệp 15% Rừng 8%
Hình 15.5: Tương quan giữa sự thay đổi nhiệt độ (oC) và nồng độ CO2 (ppmv)
Điều này giải thích vì sao khi mật độ các chất khí nhà kính trong khơng
khí càng cao thì khả năng hấp thu cũng như bức xạ nhiệt của lớp khí đĩ tới bề mặt đất càng lớn, làm nhiệt độ cũng tăng theo.
Để đánh giá khả năng hấp thu cũng như bức xạ năng lượng của chất khí, người ta dựa vào độ đen(17) của khối khí. Khí cĩ độ đen càng lớn thì cĩ khả năng bức xạ càng cao.
Bảng 15.1: Nguồn gốc của các khí chính gây ra hiệu ứng nhà kính (Lashof và Tirpak, 1990; IPCC, 1995)
Khí Nguồn gốc tự nhiên Từ các hoạt động sống của con người
Carbon dioxide
(CO2)
Sinh quyển cả trên
cạn/dưới nước.
Sự đốt cháy của các nguyên liệu hĩa thạch (than đá, các sản phẩm dầu mỏ); Sản xuất cement; Sự chuyển đổi mục đích sử dụng đất. Methane (CH4) Các vùng đất ướt tự nhiên; Mối; Các đại dương và các hồ nước ngọt.
Nguyên liệu hĩa thạch (sản xuất khí tự nhiên, khai thác than đá, cơng nghiệp dầu mỏ, đốt cháy than đá);
Lên men yếm khí; Ruộng lúa nước; Đốt các sinh khối; Đốt rác thải;
Chất thải của động vật; Nước thải sinh hoạt.
Nitrous oxide (N2O)
Các đại dương;
Đất nhiệt đới (rừng ẩm, thảo nguyên khơ)
Đất ơn đới (rừng, đồng cỏ).
Phân đạm;
Từ các hoạt động cơng nghiệp (adipic acid/nylon, nitric acid);
Chuyển đổi sử dụng đất (đốt sinh khối, khai hoang, dọn rừng);
Đại gia súc và diện tích đồng cỏ.
Chlorofluorocarbons (CFCs)
Chất bọt dẻo và cứng (rigid and flexible foam);
Chất đẩy trong các loại bình phun (aerosol propellants);
Teflon polymers;
Các dung mơi cơng nghiệp.