Ok nhưng rốt cuộc khí nhà kính là gì?

Đa số mọi người đều đã nghe qua cụm từ khí nhà kính nhưng thực chất nó là gì? Nên hiểu khí nhà kính như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

Khí nhà kính thực chất là các loại khí có khả năng hấp thụ các bức xạ hồng ngoại từ trái đất và phát xạ lại lên bề mặt trái đất, từ đó làm tăng nhiệt độ bề mặt trái đất. Nhìn chung, các loại khí có “tồn tại” ở các mức năng lượng khác nhau và khi nhận được một lượng năng lượng phù hợp (có nghĩa là bằng với sự chênh lệch giữa các mức năng lượng nội tại của các khí), chúng thay đổi trạng thái trong thoáng chốc và phát xạ trở lại một photon. Các loại khí nhà kính ít hấp thụ các bức xạ đến từ mặt trời do các bức xạ này thường có năng lượng cao hơn độ chênh lệch giữa các mức năng lượng của chúng. Do đó hầu như nhiệt lượng ta nhận được từ trái đất không bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sự có mặt của khí này. Tuy nhiên, trái đất cũng có bức xạ riêng và phần lớn các bước sóng của chúng lại bị hấp thụ bởi khí nhà kính. Khi các khí hấp thụ các bức xạ này, chúng ngay lập tức nhảy lên mức năng lượng cao hơn, rồi ngay lập tức nhảy trở lại vị trí cũ, đồng thời phát ra một bức xạ theo hướng ngẫu nhiên. Do đó, chúng ta có thể hình dung rằng, thay vì để các bức xạ từ trái đất đi thẳng vào vũ trụ, các khí nhà kính bắt nhốt nó lại và rồi có 50% các bức xạ này đi lên vũ trụ, 50% quay trở lại mặt đất. Đó chính là cơ chế chung của của hiệu ứng nhà kính.  

Ảnh hưởng của khí nhà kính

Có một sự thật là khí nhà kính từ lâu đã có ảnh hưởng rất lớn đến khí hậu trái đất. Hãy nhìn vào mặt trăng, nơi không có bầu khí quyển. Khoảng cách từ Mặt Trời đến Trái Đất và Mặt Trăng nhìn chung tương đương nhau, do đó mật độ nhiệt lượng hai vật thể nhận được là tương đương. Tuy nhiên. nhiệt độ trung bình trên Mặt Trăng là -18°C và chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm có thể lên đến hằng trăm độ, trong khi ở Trái Đất là 15°C và tất nhiên với nhiệt độ trên điểm đóng băng như vậy, biển, mây hình thành và một hệ thống khí hậu vô cùng đa dạng khiến cho nhiệt độ Trái Đất trở lên ổn định hơn nhiều. Có thể nói khí nhà kính là một phần quan trọng tạo lên hệ sinh thái chúng ta có ngày nay. Và từ đó, nhờ có khí nhà kính, con người sống hạnh phúc bên nhau suốt đời. Happy ending!!! 

Tiếc là vấn đề không chỉ đơn giản như vậy. Khi các nhà khoa học nói đến tác hại của khí nhà kính, điều thực sự được nhắc đến là khí nhà kính gây ra bởi con người (anthropogenic greenhouse gas). Khí nhà kính đã tồn tại rất lâu trong bầu khí quyển và Trái Đất đã biết cách giữ nó ở mức cân bằng. Lượng khí nhà kính tự nhiên bắt nguồn từ sự phân hủy của các loại vật, từ hoạt động địa chất,… , và được hấp thụ bởi thảm thực vật, biển,...Một ví dụ điển hình là khí CO2. Trong một thời gian dài, lượng khí CO2 trong bầu khí quyển được giữ ở mức ổn định khoảng 280ppm (parts per million hay hạt trên một triệu). Bắt đầu từ thời kì công nghiệp hóa, con người khai thác và sử dụng nguyên liệu hóa thạch cho mục đích phát triển. Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của nhân loại, lượng carbon cất giấu dưới lòng đất và dưới đáy biển được bơm vào bầu khí quyển đến mức và các quá trình tự nhiên không thể hấp thụ kịp để cân bằng chúng. Trong 200 năm, lượng carbon trong bầu khí quyển tăng lên 50% so với thời kì tiền công nghiệp và tốc độ gia tăng CO2 hằng năm từ những năm 1960 nhanh gấp 100 lần so thới sự thay đổi tự nhiên, chẳng hạn từ kỉ băng hà khoảng 11000-17000 năm trước đây[1]. Chính sự thay đổi đột ngột này của lượng khí nhà kính là tác nhân chính dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu và do đó góp phần dẫn đến sự thay đổi các hiện tượng khí hậu cực đoan thời gian gần đây.  

Lượng khí CO2 trong bầu khí quyển và sự phát thải hàng năm

Global warming potential và Carbon dioxide equivalent

Mỗi loại khí nhà kính có tác động tới sự nóng lên toàn cầu theo cách khác nhau. Hai yếu tố chủ yếu quyết định đến “sức ảnh hưởng” của các khí này là thời gian sống và khả năng hấp thụ. thời gian sống theo cách đơn giản là thời gian tồn tại của các khí này trong bầu khí quyển còn khả năng hấp thụ là lượng nhiệt mà mỗi khí có khả năng giữ lại trên một đơn vị thể tích. Ví dụ, 2 loại khí nhà kính gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu là carbon dioxide (CO2) và methane (CH4) . Với cùng một lượng khí, CH4 có thể gây hiệu ứng nhà kính mạnh hơn CO2 rất nhiều. Tuy nhiên, CO2 có thể tồn tại trên bầu khí quyển tới hàng trăm năm trước khi bị hấp thụ trong khi thời gian sống của methane chỉ khoảng 12 năm[2][3].  Để so sánh ảnh hưởng của các loại khí nhà kính khác nhau, người ta sử dụng global warming potential (GWP) [4] (tiềm năng gây ra nóng lên toàn cầu). Một cách cụ thể, đại lượng này cho phép chúng ta so sánh năng lượng có thể bị hấp thụ trong một khoảng thời gian cố định bởi một khí nhà kính bất kì với một tấn khí CO2. Khoảng thời gian có thể là 20 (GWP20) hoặc 100 (GWP100) năm, tùy vào hệ quả mà chúng ta muốn xem xét ở trong tương lại xa hay gần. Hãy cùng xem xét một số loại khí nhà kính chủ yếu và GWP100 của chúng:

- CO2 phát thải chủ yếu bởi việc đốt các nguồn nguyên liệu hóa thạch, rác thải, cây cối hoặc các sản phẩm hữu cơ khác. Chúng cũng có thể là sản phẩm phụ của các quá trình công nghiệp như sản xuất xi măng hay sản xuất thép. 

- Khí methane chủ yếu đến từ việc chăn nuôi gia súc  và các hoạt động nông nghiệp khác. Chúng cũng có thể xuất phát từ các hoạt động sản xuất và vận chuyển các nguồn nguyên liệu hóa thạch, chẳng hạn như việc rò rỉ các đường ống dẫn khí. 

- Khí nitrous oxide (NO2) sinh ra chủ yếu từ các quá trình công nông nghiệp như canh tác đất, sử dụng phân bón hóa học, quản lý rác thải, …

- Các loại khí Fluorine (Flo) hay còn gọi là F-gas là các sản phẩm chính của các quá trình gia dụng, công nghiệp, ví dụ như trong điều hòa, tủ lạnh, … 

Từ bảng trên chúng ta có thể thấy được rằng có những loại khí có thể tồn tại trong một thời gian ngắn trong bầu khí quyển, do đó tác hại của chúng có thể biến mất nhanh chóng sau đó. Ngược lại, có những khí tồn tại vô cùng lâu, chẳng hạn như CO2, có thể lên tới hàng trăm thậm chí nghìn năm, nên dù khả năng hấp thụ nhiệt của chúng yếu hơn các khí như methane hay nitrous oxide, về lâu dài, chúng là tác nhân chủ yếu ảnh hưởng lên sự nóng lên toàn cầu. Nếu như có một phép màu nào đó từ ngày mai, lượng phát thải các khí nhà kính trở về 0 thì với lượng tồn đọng trong bầu khí quyển, Trái Đất của chúng ta vẫn có thể sẽ nóng lên trong hàng trăm năm tới.

Để có thể hình dung một cách tổng quát về tầm ảnh hưởng của các loại khí nhà kính khác nhau, hãy cùng nhìn vào biểu đồ phía trên. Để so sánh một cách định lượng, người ta sử dụng carbon equivalent, được tính bằng cách nhân GWP với số lượng khí nhà kính phát thải bất kì, chúng ta sẽ ra được lượng khí CO2 phát thải ra để có hệ quả tương đương. 

Đóng góp của các khí nhà kính khác nhau lên sự phát thải toàn cầu [6]

Kết luận:

Khí nhà kính có ảnh hưởng trực tiếp đến sự nóng lên toàn cầu và tác động của chúng lên hệ thống khí hậu của Trái Đất cũng cực kì phức tạp. Khí nhà kính cũng là hệ quả trực tiếp của quá trình sản xuất và sinh sống của con người, do đó việc cặt giảm chúng trong một thời gian ngắn là một thách thức vô cùng lớn đối với thế hệ của chúng ta. Tuy nhiên, mọi vấn đề thì đều có cách giải quyết nếu như chúng được bóc tách một cách hợp lý. Trong bài viết này chúng ta đã cùng tìm hiểu về nguồn gốc và ảnh hưởng của các loại khí nhà kính nói chung. Hãy cùng xem xét làm thế nào để giảm thiểu sự phát thải của các loại khí này trong lần tới.  

Ref:

[1] https://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmospheric-carbon-dioxide#:~:text=Based%20on%20analysis%20from%20NOAA%27s,from%20the%20COVID%2D19%20pandemic.

[2]https://www.researchgate.net/publication/283881657_Neglected_Transformational_Responses_Implications_of_Excluding_Short_Lived_Emissions_and_Near_Term_Projections_in_Greenhouse_Gas_Accounting

[3]https://clear.ucdavis.edu/explainers/why-methane-cattle-warms-climate-differently-co2-fossil-fuels

[4]https://www.researchgate.net/publication/222445794_A_guide_to_global_warming_potentials_GWPs

[5]https://unfccc.int/process/transparency-and-reporting/greenhouse-gas-data/greenhouse-gas-data-unfccc/global-warming-potentials

[6]https://ourworldindata.org/greenhouse-gas-emissions