Khí hậu Trái Đất thường xuyên thay đổi, với những kỳ băng hà, dài khoảng 100.000 năm, xen kẽ kỳ nóng lên, dài khoảng 10.000 - 20.000 năm, ảnh hưởng to lớn tới toàn bộ hoặc một bộ
phận hệ sinh thái tự nhiên và xã hội loài người. Trong kỳ nóng lên hay lạnh đi của Trái Đất cũng có những giai đoạn ngắn Trái Đất lạnh đi hoặc nóng lên. Hiện chúng ta đang sống trong kỳ nóng lên của Trái Đất, bắt đầu cách đây khoảng 11.000 năm.
Biến động khí hậu toàn cầu diễn ra theo hai xu thế:
Có tính quy luật, liên quan với biến động của các nhân tố có quy luật trên Trái Đất hoặc ngoài vũ trụ.
Bất thường, liên quan với hoạt động bất thường của Trái Đất và tác động nhân sinh. Nguyên nhân gây biến động khí hậu toàn cầu có tính quy luật rất đa dạng, trong đó
đáng chú ý là do thay đổi dòng năng lượng bức xạ Mặt Trời đến mặt đất, phụ thuộc ba nguyên nhân:
Thay đổi vị trí Trái Đất so với Mặt Trời. Biến động cường độ hoạt động của Mặt Trời. Vật cản dòng bức xạ Mặt Trời có trong khí quyển.
Khoảng cách Trái Đất - Mặt Trời luôn thay đổi vì quỹđạo quanh Mặt Trời của Trái Đất không ổn định. Mỗi chu kỳ thay đổi từ quỹ đạo tròn đến quỹ đạo bầu dục khoảng 100.000 năm và có thể làm thay đổi 7% năng lượng Mặt Trời đến mặt đất. Hiện nay quỹđạo Trái Đất quanh Mặt Trời đang là gần tròn.
Trục Trái Đất nghiêng một góc từ 22ođến 25o trong chu kỳ chao đảo 25.600 năm (8’/năm), làm tăng hoặc giảm khoảng 20% năng lượng Mặt Trời đến Trái Đất. Khi trục tăng độ nghiêng, băng ở cực gần Mặt Trời sẽ tan nhiều hơn, gây tăng mực nước và mở rộng diện tích đại dương, khí hậu Trái Đất nóng lên. Khi độ nghiêng giảm, băng ở cực phát triển, tràn về vùng ôn đới, băng hà núi cao cũng phát triển, khí hậu Trái Đất lạnh đi. Hiện góc nghiêng đang là 23o 37’ , làm cho Trái Đất gần Mặt Trời hơn vào tháng giêng, mùa đông ở Bắc Bán Cầu ấm hơn ở Nam Bán Cầu.
Nhiệt độ bề mặt Mặt Trời khoảng 6.000oC. Trung bình 11 năm một lần, bề mặt Mặt Trời xuất hiện nhiều vết đen có nhiệt độ >4.000oC, kèm với các tai lửa nhiệt độ 7.000o C - 10.000oC. Đó là năm Mặt Trời hoạt động mạnh nhất, phát ra những luồng bức xạ rất mạnh làm gia tăng năng
lượng Mặt Trời đến Trái Đất, gây ra nhiều hiện tượng như biến đổi từ trường Trái Đất, cực quang. Những năm vết đen ít, năng lượng Mặt Trời đến Trái Đất giảm.
Tro, bụi núi lửa hoặc từ những đám cháy lớn, những vụ va đập đặc biệt với thiên thạch làm tăng hấp thụ, phản xạ và giảm xuyên qua của bức xạ Mặt Trời, giảm chiếu sáng, thay đổi nhiệt độ Trái Đất. Lịch sử đã có nhiều bằng chứng chứng tỏ từng xảy ra những vụ va chạm với các thiên thạch đường kính >5 km (xác suất 10 đến 30 triệu năm), tung vào khí quyển lượng bụi lớn, che phủ bầu trời trong thời gian dài. Một trong những vụ như thế có thểđã xảy ra cách đây 60 triệu năm, gây diệt vong khủng long, cùng khoảng 60 - 75% loài khác. Núi lửa Pinatubô (Philipin) từng tung 18 triệu tấn tro bụi lên cao 31.000m, làm nhiệt độ trung bình Trái Đất năm đó giảm 0,2oC.
Trong lịch sử châu Âu và Trung Đông, biến động khí hậu đã gây nên sự thay đổi chếđộ
nhiệt ẩm, điều kiện khí hậu nông nghiệp, gây tổn thất năng suất, sản lượng nông nghiệp và biến động hệ xã hội. Sự gia tăng nhiệt độ không khí giai đoạn 14.000 TCN - 1200 SCN đã có những tác động tích cực hình thành hệ xã hội và nền nông nghiệp khu vực, loại trừ một số bất lợi ở vùng Sahara, Israen… (Bảng 1.5)
Từ 1860 - 1990 nhiệt độ trung bình Trái Đất tăng 0,5 oC, diễn biến theo 4 thời kỳ: 1860 - 1900 và 1940 - 1970 nhiệt độổn định, 1900 - 1940 và 1970 - 1990 nóng dần lên. Sự nóng lên của Trái Đất diễn ra không đồng đều. Nguyên nhân của sự nóng lên có thể do: gia tăng hiệu ứng nhà kính, biến động tuần hoàn đại dương, nhiễu loạn hoạt động Mặt Trời, núi lửa phun dữ dội...
Tác động của biến động khí hậu toàn cầu tới các vùng địa lí không giống nhau. Nóng lên làm mở rộng diện tích sa mạc nhiệt đới, tan băng, ngập các vùng đất thấp ven biển, khí hậu nước Anh, Bắc Âu, Bắc Á, Bắc Mỹấm lên, làm tăng sản lượng lúa mì, những vùng núi cao băng tuyết vĩnh cửu có thể bị tan hết băng tuyết và sẽ có thực vật phát triển. Lạnh đi có thể
làm cho băng hà bao phủ trở lại và mọi việc đảo ngược hoàn toàn.
Khi điều kiện khí hậu biến động bất thường và quá khắc nghiệt thì sẽ dẫn đến bùng phát, suy giảm hoặc tuyệt diệt nhiều loài, gây dịch bệnh hoặc mất cân bằng sinh thái. Thế giới đã chứng kiến sự bùng phát bệnh dịch do tác động của khí hậu như dịch hạch, dịch sốt đăng gơ
và sốt rét lan tràn, do lụt lội nối tiếp ngay sau nhiều đợt nắng nóng gay gắt. Dịch sốt đăng gơ
xảy ra trên quy mô lớn vào các năm 1992, 1993, 1994, 1995 ở Trung Mỹ, dịch sốt vàng da ở
châu Phi, tả ởẤn Độ năm 1993. Năm 1995, tại Veneduêla đã xảy ra dịch viêm não truyền qua muỗi, dịch sốt lây truyền qua các loài gặm nhắm và dịch cá chết do tảo biển nhiễm độc.
Bảng 1.5:
Biến động khí hậu châu Âu-Trung Đông và tác động [13]
Năm Khí hậu thuỷ văn Đặc điểm văn hoá xã hội 8000 - 6000 TCN 6000 - 3500 TCN 3500 - 1000 TCN 900 TCN-300 (SCN) 400 – 800 800 -1200
Nóng tăng, băng hà núi cao tan, ẩm ở
Trung Đông.
Nhiệt độ giảm, mưa lớn ở Sahara, băng chấm dứt ở Scandinavan và Laurentide Dòng chảy sông Nin giảm Sahara và Israen khô hạn. Lũ lụt nghiêm trọng ở Mesopotamia. Phía Bắc mát, ẩm; Mực nước biển tăng; Mưa giảm ởĐịa Trung Hải; Hạn ở châu Á; lũ lụt ở biển Bắc Nóng hơn hiện tại 1oC. Khô hạn ở Tây Bắc Âu Định cư ở chân núi. Hình thành nền nông nghiệp
Đô thị hoá ởđồng bằng có nước. Nông nghiệp có tưới ở Trung Đông, Tây - Bắc Châu Âu
Chấm dứt triều đại các Hoàng Đế Ai Cập. Nông nghiệp phát triển ở Châu Âu do thời tiết mát
Nông nghiệp phát triển ởĐịa Trung Hải; Nho và ôliu tiến lên Bắc Âu, đến 5o Bắc Mùa vụ thất thu Sản lượng nông nghiệp vùng nhiệt đới
1350 – 1820
1850 - nay
Lạnh hơn hiện nay 1oC. Nóng hơn 0,5oC. Nhiệt độ nước Bắc Atlantic tăng. Mực nước biển tăng. Gió mạnh lên ở phía Tây. Mưa nhiều ở Tây Bắc châu Âu.
Nhiệt độ trung bình Trái Đất tăng. Biến
động khí hậu toàn cầu gây nên những hiện tượng khí hậu thời tiết cực đoan ở khắp nơi
châu Mỹ tăng do nóng lên toàn cầu, tăng CO2 và phân bón. Thiệt hại lớn do thiên tai ở khắp nơi
Thế kỷ XX, mực nước biển tăng 1 mm/năm, cùng lúc với việc CO2 khí quyển tăng từ
315ppm (1958) lên 360 ppm (1990) và nhiệt độ Trái Đất tăng 0,5oC. Đa phần các nhà khoa học cho rằng nguyên nhân khiến mực nước biển tăng có liên quan với gia tăng hiệu ứng nhà kính làm Trái Đất nóng lên, băng tuyết vĩnh cửu tan nhiều hơn. Và vì thế các giải pháp cho vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu tập trung vào giảm xả thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính.
Đến 2030 - 2050, ước đoán CO2 sẽ tăng gấp đôi so với trước cách mạng công nghiệp, làm nhiệt độ không khí tăng trung bình 2oC, vùng cực tăng 7oC, còn vùng xích đạo giảm 1oC. Gia tăng hiệu ứng nhà kính có thể làm tăng cường độ mưa, tăng 10% lượng mưa. Nhiệt độ trung bình Trái Đất tăng 1oC, 2oC, 3oC và mực nước biển sẽ tăng tương ứng 15cm, 50cm, 95cm.
Bảng 1.5.
EnNino – LaNina
Bình thường nhiệt độ mặt biển Tây TBD 28 - 29oC, châu Úc và Đông Nam Á mưa nhiều. BờĐông TBD đặc biệt khô hạn, nhiệt độ thấp hơn 21 - 26oC, là nơi có nước trồi sinh nguồn cá trỗng khổng lồ, đánh bắt 7 triệu tấn/năm, kèm theo là 26 triệu con chim biển.
EnNino là hiện tượng bất thường về thời tiết và nguồn cá biển bờĐông TBD, xảy ra 3 - 4 năm/lần, bắt đầu từ lễ Giáng Sinh. Khởi đầu, mặt nước bờĐông nóng thêm 4 - 5oC trong 3 mùa, gây mưa lớn, bão nhiệt đới rất mạnh, lũ quét, trượt đất, lũ bùn đá dữ dội. Nước trồi biến mất, sản lượng cá trỗng giảm, còn 2 triệu tấn/năm, chim biển còn 6 triệu con. Trong khi đó vùng nhiệt đới Tây TBD lạnh đi, dòng khí giáng biến mất, khô hạn kéo dài. Kế tiếp EnNino thường xảy ra La Nina, mặt nước biển Đông TBD lạnh đi dị thường, gây khô hạn nghiêm trọng những vùng vốn khan hiếm nước trong khu vực.
Từ 1950 - 2000 đã quan sát được 14 lần EnNino và 10 lần LaNina. EnNino xuất hiện vào năm 1925, 1930, 1941 - 1942, 1972 - 1973, 1976 - 1977, 1982 - 1983, 1997 - 1998. Trước đây, EnNino chỉ kéo dài vài tháng, gây biến động thời tiết ven bờ TBD. Hai kỳ EnNino cuối kéo dài hơn, gây ra những biến động rộng hơn. EnNino gây giảm dông bão, mưa ở Nam Mỹ, Đông Nam Á, Bắc Australia, mưa nhiều ở vùng nhiệt đới Tây Nam Mỹ, Đông Châu Phi, cận nhiệt đới Bắc Mỹ, Nam Mỹ. Bão nhiệt đới rất mạnh đổ bộ vào Bắc Mỹ; Vùng biển Tây Mêhicô và Mỹ nóng lên, xuất hiện mưa lũ vào lúc đáng lẽ là mùa đông tuyết phủ. Khô hạn hơn bình thường ởĐông Nam châu Phi và Đông Bắc Nam Mỹ, Bắc Australia, Inđônêxia, Philippin, gây ra hoặc làm tăng cường nạn cháy rừng, kéo theo hàng loạt các sự cố môi trường khác. Xen kẽ giữa những đợt khô hạn là những trận mưa dữ dội hiếm thấy, gây thảm hoạ lũ lụt, lũ quét bất thường ở nhiều nơi... EnNino với những bất thường thời tiết gây nên nhiều hệ quả tai hại cho thiên nhiên môi trường và kinh tế xã hội toàn cầu.
Người ta cho rằng sự gia tăng quy mô EnNino là một bộ phận của biến đổi khí hậu toàn cầu, rằng EnNino và LaNina có mối liên hệ với nhiễu loạn dao động Nam Bán cầu (SO) trong trường khí áp mặt biển, giữa Bắc Australia và trung tâm TBD, gây biến động thời tiết, khí hậu các nước trong và ven biển TBD và gọi chúng bằng tên kết hợp là ENSO.
Dự báo biến động mưa do gia tăng hiệu ứng nhà kính không thống nhất như nghiên cứu về nhiệt độ và có tính địa phương rõ nét. Tổ chức khí tượng thế giới cho rằng mưa và bốc hơi toàn cầu sẽ tăng khoảng 4 -12% khi CO2 tăng gấp đôi, nhưng sự phân hoá biến động theo địa phương thì chưa được nghiên cứu làm rõ. Các tác giả khác nhau có những kết quả rất khác nhau trong tính toán vùng bị khô hạn mạnh do gia tăng hiệu ứng nhà kính.