Lên mạng ngày 16/10/2011
THÁM HIỂM BIỂN SÂU
Phần 5. Đại dương và hiện tượng hâm nóng toàn cầu
Trần-Đăng Hồng, PhD
Trong gần 3 thập niên qua, dư luận thế giới xôn xao, bao gồm các nhà khoa học gạo cội, các cơ quan nghiên cứu hàng đầu thế giới, rồi các cơ quan thẩm quyền liên quốc gia (như IPPC, Intergovernmental Panel on Climate Change) cảnh báo về hiện tượng hâm nóng toàn cầu (Global warming). Vấn đề lại được hâm nóng và phóng đại thêm bởi giới truyền thông, các nhà chính trị uy thế (như Phó Tổng Thống Hoa Kỳ Al Gore), phát ngôn theo các quyền lợi của tập đoàn kinh tế đứng phía sau, hoặc ủng hộ, hoặc chống đối các biện pháp sửa chửa làm giảm thiểu hiệu ứng này trên địa cầu. Một hỏa mù, cho đến nay vẫn chưa biết ai đúng ai sai!
Hiện tượng “Hâm nóng toàn cầu” đã được tường trình rất nhiều trên báo chí, từ báo khoa học chính danh đến báo chí lá cải. Từ 2006, tác giả cũng đã tóm lược hiện tượng với kiến thức cập nhật của thời gian này, và bàn những hậu quả ảnh hưởng lên Việt Nam trong 7 bài (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7).
Gia tăng nhiệt độ toàn cầu là một sự thật không ai chối cải được, như mô tả trong hình 1 dưới đây, do 4 cơ quan nghiên cứu độc lập hàng đầu thế giới công bố: không có sự khác biệt giữa 4 đường biểu diễn gia tăng nhiệt độ toàn cầu của 4 cơ quan nghiên cứu này.
Hình 1. Khuynh hướng gia tăng nhiệt độ toàn cầu trong suốt thế kỹ 20 cho tới nay (17)
Cách đây trên 350 triệu năm, khi thực vật trên địa cầu chưa phát triển nhiều, lượng CO2 trong khí quyển cao gấp 17 lần hiện nay, nhưng nhiệt độ toàn cầu vẫn không khác biệt mấy với ngày nay. Tại sao vào thời đó nhiệt độ toàn cầu không gia tăng, mà hiện nay con người chỉ thải vào khí quyển hàng năm khoảng 7,8 tỷ tấn CO2 qua việc đốt nhiên liệu cổ sinh thì nhiệt độ toàn cầu lại gia tăng? Việc gia tăng nhiệt độ toàn cầu là do con người đốt nhiên liệu cỗ sinh hay còn do những nguyên nhân khác ?
CẬP NHẬT KIẾN THỨC NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HÂM NÓNG TOÀN CẦU
Các mô hình toán học hiện nay không tiên đoán được những biến thiên nhiệt độ trong đoản kỳ, hàng vài chục năm, như thời gian ngừng gia tăng nhiệt độ của thời kỳ 1940-1978, hay 1998-2008 hiện nay. Lý do chính vì có rất nhiều yếu tố khác ảnh hưởng tới việc làm gia tăng hay giảm nhiệt độ của địa cầu mà con người chưa thấu hiểu hết. Các mô hình toán học hiện nay chỉ dựa vào lượng khí CO2, methane và các khí nhà kiếng khác là chánh, mà không dựa vào nhiều yếu tố thiên nhiên khác. Sau đây là vài tóm lược những yếu tố có khả năng làm biến đổi khí hậu toàn cầu.
1. KHÍ NHÀ KIẾNG
Đó là hơi nước (water vapour, H2O), carbon dioxide (CO2), methane (CH4), nitrous oxide (N2O), và chlorofluorocarbons (CFCs). Gia tăng các khí này làm gia tăng nhiệt độ không khí vì hiệu ứng nhà kiếng. Hơi nước có hiệu ứng nhà kiếng quan trọng nhất, chiếm 2/3, các khí còn lại chỉ chiếm 1/3. Trong các khí còn lại, carbon dioxide đứng thứ 2. Vì hơi nước là thành phần của nước, có liên hệ mật thiết tới sự sống còn của sinh vật trên địa cầu, và con người cũng không có khả năng kiềm chế, kiểm soát hơi nước chứa trong khí quyển, nên biện pháp giảm thiểu gia tăng nhiệt độ toàn cầu chỉ còn cách hạn chế các loại khí carbon dioxide, methane, nitrous oxide, và chlorofluorocarbons thải vào khí quyển bởi con người.
Vào năm 2008, lượng CO2 trong khí quyển là 385 ppm, cao hơn 105 ppm so với thời tiền kỹ nghệ, và hiện nay gia tăng khoảng 2 ppm / năm. Một số nhà khoa học cho rằng gia tăng khí này là do con người đốt nhiên liệu cổ sinh, kỹ nghệ xi măng và do phá hủy rừng, và là nguồn gốc của gia tăng nhiệt độ toàn cầu hiện nay.
Tuy nhiên, hiệu ứng của các khí này cũng rất phức tạp. Chẳng hạn, mây cấu tạo bởi các giọt nước nhỏ li ti, lại có hiệu ứng khác nhau. Mây-cao-tầng (Cirrus) làm gia tăng nhiệt độ bên dưới mặt đất vì cho năng lượng mặt trời đi xuyên qua, và ngăn chận năng lượng phản chiếu trở lại không gian; ngược lại mây đen-hạ-tầng (cumulus) thì làm giảm nhiệt độ không khí ở mặt đất vì năng lượng mặt trời bị phản chiếu lại không gian. Nước bốc hơi thì làm dịu mát không khí. Nước mặt đại dương bị đun nóng bởi mặt trời chậm hơn đất liền, nên biển và vùng duyên hải mát hơn trong mùa hè so với lục địa. Ngược lại, nước biển thải nhiệt chậm hơn đất liền, nên vào mùa đông vùng biển và duyên hải ấm áp hơn lục địa. Ở sa mạc, ngày có nhiệt độ trên 50ºC nhưng đêm lại lạnh 0ºC. Băng hà và tuyết, là nước dưới dạng đông đặc, phản chiếu năng lượng mặt trời trở lại không gian nên làm giảm nhiệt độ toàn cầu. Nếu diện tích băng hà giảm, nhiệt độ thế giới sẽ gia tăng vì nhiều năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi đất. Nhưng băng hà ở hai cực không có ảnh hưởng gì đến gia tăng hay giảm nhiệt độ trong mùa đông, bởi vì không có mặt trời ở đây trong mùa đông.
Hiệu ứng của các chất bốc hơi (aerosols) cũng rất phức tạp. Chất bốc hơi chứa các phần tử nhỏ (particle) có thứ làm gia tăng nhiệt độ (như CFCs), cũng có thứ làm giảm nhiệt độ như Sulphate (SO4) chứa trong khói núi lửa, trong khói đốt than đá giàu lưu huỳnh (S).
Sulfur (lưu huỳnh) có tác dụng, vừa làm giảm nhiệt độ không khí trong đoản kỳ nếu số lượng sa thải ít, ngược lại làm gia tăng nhiệt độ trái đất ở các thời kỳ hỏa diệm sơn hoạt động tích cực trong thời đại quá khứ. Chính nhờ núi lữa thỉnh thoảng phun và Trung quốc đốt nhiều than đá chứa S trong hai thập niên qua góp phần tạm thời làm ngưng gia tăng nhiệt độ thế giới trong thời gian 1998-2008.
Khói đen nhiều bồ hóng thải từ ông khói nhà máy, khói cháy rừng, bụi ô nhiểm trong thành phố làm gia tăng nhiệt độ không khí.
2. CÁC YẾU TỐ KHÁC CỦA ĐỊA CẦU
2.1. Ảnh hưởng của yếu tố vũ trụ và thiên nhiên.
Mặt trời là nguồn năng lượng chánh hâm nóng địa cầu. Mặc dầu hàng ngày mặt trời tỏa một năng lượng không thay đổi, nhiệt lượng nhận được ở địa cầu biến thiên khá nhiều theo chu kỳ. Một số nhà khoa học tin tưởng rằng gia tăng đáng kễ nhiệt độ toàn cầu ở đầu bán thế kỹ 20 là do gia tăng năng lượng tỏa nhiệt của mặt trời của chu kỳ hàng triệu năm.
Trước nhất, điểm-đen-trên-mặt-trời (Sunspots) do hoạt động mãnh liệt của từ trường xuất hiện với chu kỳ khoảng 11 năm (9). Khi có điểm đen, năng lượng mặt trời tỏa mạnh hơn. Trong thời gian từ 1900 đến thập niên 1960s, điểm-đen xuất hiện thường xuyên và mãnh liệt, sau thập niên 1960s đến nay điểm đen tương đối ít mãnh liệt bằng. Một cách tổng quát, trong các thập niên qua, điểm-đen xuất hiện thường xuyên và mãnh liệt, tương tự như đã xảy ra cách đây 8.000 năm. Ngược lại, điểm-đen hiếm khi xuất hiện trong khoảng thời gian từ 1645 đến 1717, trùng hợp với thời kỳ lạnh lẻo nhất của địa cầu, được mệnh danh là thời-kỳ-tiểu-băng-giá (Little Ice Age).
Ngoài ra, quỷ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời cũng biến đổi. Bởi vì Mặt trời không phải hoàn toàn là tâm điểm của quỹ đạo trái đất, mà biến đổi chút ít, tâm điểm biến đổi từ 0.00 đến 0.06 trong một chu kỳ khoảng 100.000 năm. Khi tâm có trị số 0.00 thì quỹ đạo là hình tròn, nhưng khi có trị số 0.06 thì quỹ đạo là hình hơi bầu dục (ellipse). Hiện tại, trị số tâm điểm là 0.0167. Chỉ cần xê dịch chút đỉnh quỹ đạo cũng ảnh hưởng tới nhiệt độ của các mùa trên trái đất.
Gốc của trục Trái Đất cũng biến thiên từ 22° đến 24.5° trong một chu kỳ 41.000 năm. Hiện tại, gốc trục quay trái đất là 23°3. Chính trục trái đất xoay trên quỹ đạo tạo ra 4 mùa.
Trục quay của Trái Đất cũng đong đưa qua lại như con lắc đồng hồ theo một chu kỳ 23.000 năm. Vì vậy, ngày Thu Phân 22/9 ngày nay lại là ngày Xuân Phân 22/3 của 11.500 năm trước.
Chính vì các yếu tố trên mà nhiệt độ toàn cầu biến đổi theo chu kỳ, bất kể là khí quyển giàu hay nghèo khí nhà kiếng.
2.1. Ảnh hưởng của núi lửa (hỏa-diệm-sơn)
Núi lửa trên mặt đất thải vào khí quyễn một số nhiệt lượng đáng kễ, đồng thời cũng sa thải một lượng khổng lồ lưu huỳnh, mà thành phần sulfur dioxide (SO2) quan trọng nhất. Khí này oxit hóa biến thành acit sulphuric (H2SO4) gây mưa acit. Khí SO2, bụi, tro của núi lữa che kín cả bầu trời, phản chiếu năng lượng mặt trời trở lại không gian, nên làm giảm nhiệt độ toàn cầu trong 1 hay 2 năm sau khi núi lửa phun.
Năm 1815, núi lửa Mt Tambora trên đảo Sumbawa của Indonesia phun làm ảnh hưởng tới khí hậu của Âu Châu và làm Bắc Mỹ không có mùa hè năm 1816. Năm 1982 núi lửa El Chichon ở tây bắc Mexico, và năm 1991 núi lửa Pinatubo ở Luzon Phi luật Tân phun dữ dội, làm nhiệt độ toàn cầu giảm 0,55ºC.
Một số nhà khoa học ở Đại Học Cardiff (Wales, UK) cho rằng khũng-long bị diệt chũng 65 triệu năm trước không phải do thiên thạch bắn phá vào địa cầu, mà chính do núi lữa hoạt động rất mãnh liệt ở thời kỳ này. Tương tự như vậy, nghiên cứu của Đại học Washington cũng cho rằng chính núi lữa hoạt động mãnh liệt đã gây tuyệt chũng nhiều động vật cách đây 250 triệu năm (cuối thời Permian) và 200 triệu năm (cuối thười Triassic).
Núi lửa ngầm ở đáy đại dương, các cột-nước-nóng cũng sa thải các khí này, nhưng phần lớn được hòa tan trong nước đáy đại dương, làm nước biển acit, độ pH của nước biển giảm. Núi lửa ngầm cũng đun nóng đại dương, tạo những dòng nước nóng trồi lên mặt mang theo nhiều dưỡng chất cho sinh động vật biển. Nhờ các máy lặn không người lái ở biển sâu, ngày nay đã khám phá có khoảng 3,5 triệu núi lửa ngầm ở đáy đại dương, chiếm khoảng 80% núi lửa trên toàn thế giới, phân phối dọc theo các rặng-ngầm-đáy đại-dương trong vòng 30 km, chạy dài ngay từ dưới khối băng hà ở hai cực cho đến vùng xích đạo, ở khắp các đại dương (10).
Riêng trong vòng cung Kermadec Arc nằm giữa New Zealand và Tonga có 90 núi lửa ngầm đang hoạt động, mà ngọn lớn nhất là Mt Ruapehu cao 2.797 m tạo thành một đảo lớn, với chu kỳ hoạt động 50 năm (1895, 1945, 1995-1996). Phún xuất thạch vừa phun ra có nhiệt độ 1.176ºC. Ngày 19/3/2009, nhiệt độ nước biển vùng Tonga đột ngột gia tăng bất thường, các nhà khoa học tự hỏi là do hậu quả của núi lửa ngầm đang hoạt động hay do một lý do nào khác trùng hợp xảy ra?
Năm 1999 ở đáy biển dưới khối băng hà bắc cực dọc rặng ngầm Gakkel Ridge một dảy núi lửa đang phun chạy ngoằn nghèo như rắn dài tổng cộng 1.800 km giữa Greenland cho tới Siberia. Một số nhà khoa học cho rằng khối băng hà hiện nay đang tan là do nước nóng đun bởi khối núi lửa ngầm này, chứ không phải do nhiệt độ không khí gia tăng.
Có những núi lửa ngầm khổng lồ cao tới 3.000 m, diện tích đáy 6.200 km vuông, bằng diện tích của tiểu bang Delaware của Hoa Kỳ, mới khám phá tháng 7 /2010 ngoài khơi đảo Sulawesi thuộc Indonesia.
Nhật Bản, nơi có nhiều núi lửa trên đất liền cũng như dưới đáy đại dương đang hoạt động, đã làm nước biển gia tăng từ 0,7 đến 1,6ºC trong thế kỹ qua, so với gia tăng trung bình của nước biển thế giới là 0,5 ºC (12).
Sự kiện nhiệt độ nước đáy Thái Bình Dương gia tăng nhanh nhất trong các thập niên vừa qua có liên quan gì đến việc gia tăng hoạt động của núi lửa ngầm ở đáy đại dương? Một điều khó hiểu nữa là nhiệt độ gia tăng phân phối đều ở đáy đại dương trong lúc núi lửa ngầm tập trung quanh các rặng ngầm đáy đại dương mà thôi (13).
2.1. Ảnh hưởng của đại dương.
Gió và dòng hải lưu phân phối nhiệt năng trên địa cầu, đưa dòng nước nóng từ xích đạo về hướng bắc đến cực, và ngược lại, dòng nước lạnh đáy đại dương chảy về hướng nam rồi trồi lên mặt, nhờ vậy vùng xích đạo mát hơn và vùng cực ấm hơn. Tuy nhiên, có nhiều yếu tố khác, không tiên đoán được và chưa thấu hiểu cặn kẽ, làm thay đổi các dòng hải lưu trên mặt biển hay ngầm dưới đáy biển, gây nên biến đổi khí hậu của một vùng lớn, hay cả thế giới.
2.1.1. Hiện tượng El Niño / La Niña
Ảnh hưởng liên đới giữa đại dương và khí quyễn rất phức tạp tạo nhiều hiện tượng, quan trọng nhất là El Niño / La Niña với chu kỳ 2-6 năm.
Thông thường, nhiệt độ nước biển mạn đông Thái Bình Dương (khoảng 15,5 – 21,1 ºC) lạnh hơn vùng biển mạn tây Thái Bình Dương (khoảng 26,7ºC). Vào năm có El Niño, lớp nước mặt ở vùng đông Thái Bình Dương gần xích đạo bị hâm nóng, làm đảo lộn khí hậu trên thế giới. Vào năm có La Niña, nước lạnh ở đáy Thái Bình Dương trồi lên mặt, làm nhiệt độ lạnh hơn năm bình thường. Hiện tượng El Niño được ghi nhận từ vài ngàn năm nay, chứ không phải mới có trong thế kỹ này, và là biến cố hoàn toàn độc lập với khuynh hướng gia tăng nhiệt độ toàn cầu hiện nay. Hiện tượng El Niño/ La Niña làm trầm trọng thêm hiện tượng hâm nóng toàn cầu gây bởi khí nhà kiếng.
El Niño được tường trình từ năm 1600, và bắt đầu được nghiên cứu từ thế kỹ 19. Từ thế kỹ 20 cho đến nay, El Niño xuất hiện ở các năm 1902/1903, 1905/1906, 1911/1912, 1914/1915, 1918/1919, 1923/1924, 1925/1926, 1930/1931, 1932/1933, 1939/1940, 1941/1942, 1951/1952, 1953/1954, 1957/1958, 1965/1966, 1969/1970, 1972/1973, 1976/1977, 1982/1983, 1986/1987, 1991/1992, 1994/1995, 1997/1998, 2002/2003, 2004/2005, 2006/2007, và July 2009/May 2010.
Trong số này, El Niño mãnh liệt nhất ở các năm 1965/1966, 1982/1983 và 1997/1998 gây lụt lội từ California cho tới Chí Lợi, nhưng khô hạn ở Đông Phi Châu. El Niño năm 1997 gây mưa lớn kỹ lục ở Florida. Năm 1998, ngược lại nước vùng biển đông Thái Bình Dương trở nên lạnh bất thình lình do La Niña, thì Florida lại hạn hán kỹ lục. Năm 1998 là năm thế giới có nhiệt độ cao nhất là do hậu quả của El Niño xảy ra cuối năm 1997, tiếp theo là La Niña làm thế giới mát dịu hơn ở những năm sau đó.
Từ thế kỹ 20 cho tới nay, La Niñas xuất hiện ở các năm 1904/1905, 1909/1910, 1910/1911, 1915/1916, 1917/1918, 1924/1925, 1928/1929, 1938/1939, 1950/1951, 1954/1956, 1956/1957, 1964/1965, 1970/1971, 1971/1972, 1973/1974, 1975/1976, 1984/1985, 1988/1989, 1995/1996, March 1998/early 2000, late 2000/early 2001, 2007/2008, 2008/April 2009. July 2010/2011. Riêng trong thời kỳ La Niñas 1988/1989, nhiệt độ nước mặt đại dương lạnh hơn năm bình thường tới 2,2 ºC.
Hiện tại, các nhà khoa học cũng chưa tìm được sự liên hệ giữa các hiện tượng El Niño/La Niña với hiện tượng hâm nóng toàn cầu. Trong vài thập niên qua, biến cố El Niño gia tăng trong lúc La Niña giảm. Các nhà khoa học chưa tìm được giải thích đầy đủ về nguyên nhân của hiện tượng và có liên quan gì với nguyên nhân của hâm nóng toàn cầu hiện nay, vì hiện tượng El Niño/La Niña xãy ra từ lâu, trước khi có nền văn minh của con người. Hiện tại các mô hình toán học cũng chưa tiên đoán chính xác thời kỳ El Niño/La Niña xãy ra.
2.1.2. Đại dương là kho tồn trữ nhiệt lượng địa cầu
Hơn 70% mặt trái đất là mặt nước gồm đại dương, biển và sông hồ, khoảng 5% là băng hà và tuyết. Hai phần ba nước đại dương nằm ở Nam Bán Cầu, và chiều sâu trung bình của đại dương là 4-5 km, nơi sâu nhất khoảng 11 km.
Cần phải hiểu là nhiệt độ không khí không đủ sức hâm nóng đại dương. Chính đại dương là kho tàng trữ nhiệt lượng của địa cầu chi phối nhiệt độ của trái đất. Không khí mặt đất nhận nhiệt lượng từ đại dương qua 3 cách: (i) nhiệt lượng thải hồi từ đại dương; (ii) nhiệt lượng từ tia hồng ngoại (infra red) phản hồi từ mặt nước; và (iii) từ tiềm-nhiệt (latent heat) của đại dương thải hồi khi bốc hơi.
Không khí trên đất liền bị đun nóng rất nhanh, nhưng mất nhiệt cũng rất nhanh vì đất không tồn trữ được nhiệt như nước.
Năng lượng mặt trời chỉ đun nóng lớp nước mặt đại dương, trong tầng nước có ánh sáng. Khoảng 3% năng lượng mặt trời được nước đại dương hấp thụ từ mặt nước đến 100 m sâu. Ở độ sâu quá 100 m, nước trở nên đen tối nên lạnh. Chẳng hạn, ở ngoài khơi Hawaii, nứơc mặt có nhiệt độ 26ºC, nhưng ở độ sâu 150 m nhiệt độ 15 ºC.
Nước đại dương đang được đun nóng. Kể từ 1880 đến 1965, nước biển gia tăng nhiệt độ khoảng 0,5 đến 1,0°C tùy nơi. Riêng từ 1980 đến nay, nước mặt đại dương gia tăng +0,5ºC và nước đáy đại dương tăng +0,1ºC (8). Nguyên nhân gia tăng nhiệt độ nước đại dương còn đang nghiên cứu và nhiều tranh cải.
Levitus và cọng sự (14) tính là trong thời gian 1955-1995 nhiệt lượng đại dương gia tăng khoảng 2 x 1023 joules, đủ làm gia tăng nhiệt độ nước biển từ mặt đến độ sâu 3000 m khoảng 0.06°C, và kết quả là lớp nước từ mặt biển đến 300 m sâu tăng 0.31°C trong hậu bán thế kỹ 20. Chu kỳ nước đại dương được hâm nóng xảy ra mỗi 100 năm.
Chính đại dương điều hòa nhiệt độ trên địa cầu. Vì ảnh hưởng gió, các dòng hải lưu mang nước ấm, như Gulf Stream, mang nhiệt lượng đến vùng lạnh của cực. Và các dòng hải lưu ngầm mang nước lạnh ở cực hay ở đáy trồi lên mặt vùng xích đạo, nhờ vậy khí hậu vùng xích đạo mát hơn.
Việc biến đối các dòng hải lưu ngầm ở đáy biển ảnh hưởng tới nhiệt độ nước mặt đại dương, làm biến đổi khí hậu toàn cầu, có thể kéo dài hàng vài chục năm. Nguyên nhân biến đổi các dòng hải lưu ngầm hay hải lưu trên mặt biển cũng là đề tài đang nghiên cứu và tranh luận.
Dòng hải lưu trên mặt đại dương là do gió gây nên, nhưng di chuyễn của dòng nước ngầm ở đáy đại dương chi phối bởi nhiệt độ, tỷ trọng nước hay độ mặn.
Tỷ trọng nước biển thay đỗi tùy theo nhiệt độ và chiều sâu. Càng xuống sâu, tỷ trọng nước càng tăng, vì nước lạnh hơn và áp xuất cao. Ở vùng xích đạo, tỷ trọng nước mặt thông thường khoảng 1.020 g/l. Càng xuống sâu tỷ trọng nước càng gia tăng, ở đáy đại dương có thể tới 1.050 g/l, hay hơn nữa.
Ở đáy đại dương, nước di chuyễn theo chiều ngang do tỷ trọng và nhiệt độ chi phối. Nước có tỷ trọng nhỏ nằm bên trên lớp nước có tỷ trọng lớn hơn, như tại cửa sông nước ngọt ở trên mặt, còn nước mặn ở dưới. Nếu có cùng một tỹ trọng, lớp nước ấm nằm bên trên, nước lạnh ở dưới. Tuy nhiên, lớp nước chứa nhiều muối có thể nằm bên trên lớp nước chứa ít muối, nếu lớp nước nhiều muối có nhiệt độ cao hơn.
Kết hợp ảnh hưởng của nhiệt (thermo) và độ muối (haline) tạo nên một động lực gây chuyển động dòng nước, gọi là dòng-nhiệt-tỷ-trọng (Thermohaline circulation). Trên mặt đại dương, gió từ xích đạo (nóng) thổi đến cực (lạnh) tạo dòng hải lưu, như Gulf Stream, mang nước nóng của xích đạo đến vùng lạnh của cực. Trên đoạn đường di chuyễn, gió làm nước bốc hơi nên làm nước biển lạnh hơn (evaporation cooling, ngoài ảnh hưởng lạnh của vĩ tuyến), và nồng độ muối gia tăng (vì bốc hơi), nước vì vậy có tỹ trọng lớn dần khi tiến về cực. Ngoài ra, ở cực nước (ngọt) đóng thành băng, nên nước biển bên dưới tảng băng càng chứa rất nhiều muối, tỹ trọng càng cao. Vì vậy, càng đến gần cực, dòng nước từ từ chìm xuống đáy vực đại dương.
Ở đáy biển Bắc Đại Tây Dương, dòng nước ngầm, lạnh và có tỷ trọng lớn, di chuyễn về hướng nam rất chậm chạp, chi phối bởi động lực nhiệt-tỷ-trọng. Vận tốc di chuyển của dòng hải-lưu-nhiệt-tỹ-trọng rất chậm, phải mất 1.600 năm mới có thể di chuyễn ngầm từ Bắc Đại Tây Dương đến đáy Nam Cực rồi chuyễn hướng để nổi lên ở Bắc Thái Bình Dương (Hình 2).
Hình 2. Tóm lược dòng hải lưu trên mặt đại dương (màu đỏ) và hải lưu ngầm đáy đại dương (màu lục) (11)
Các dòng hải lưu ngầm này vừa mang theo nhiệt lượng, vừa vật chất như trầm tích, sinh vật và khí hòa tan, nên là yếu tố chi phối khí hậu toàn cầu. Trên đường di chuyễn, một phần nước ngầm cũng trồi lên mặt biển, chẳng hạn khi vượt qua núi ngầm, thềm lục địa, biển cạn, v.v. Vận tốc nước trồi lên cũng rất chậm, không đo được với dụng cụ thông thường. Nơi nào được dòng nước ngầm này trồi lên mặt, nơi đó có khí hậu mát hơn, và là nơi sinh vật biển như cá tôm phát triễn mạnh vì nước biển chứa nhiều dưởng chất.
Vì vận tốc di chuyễn rất chậm, việc trao đổi nhiệt trên toàn cầu phải xảy ra sau hàng ngàn năm. Chẳng hạn, vào cuối thời đại băng hà cách đây 19.000 – 17.000 năm nhiệt độ nước ở đáy đại dương nóng thêm 2ºC, nhưng phải 1.000 năm sau nhiệt độ nước mặt và lượng CO2 trong khí quyễn mới gia tăng. Hiệu ứng chậm trễ gia tăng khí CO2 và nhiệt độ cũng được nhận thấy như vậy ở các thời kỳ băng hà cách đây 19.000, 125.000 và 240.000 năm.
Một số nhà khoa học hải dương cho rằng việc biến đổi các dòng hải lưu làm biến đỗi khí hậu toàn cầu hiện nay. Ái Nhĩ Lan, Anh Quốc và các nước Bắc Âu hiện nay ấm hơn vì nhờ dòng hải lưu Bắc Đại Tây Dương (North Atlantic Drift). Các nghiên cứu dòng hải lưu thuộc Gulf Stream chảy qua mũi Florida cho thấy nước nóng hơn trong các thập niên qua.
2.1.3. Đáy đại dương là kho tồn trữ carbon
Không khí hiện nay chứa khoảng 390 ppm dưới dạng CO2, ngoài ra còn dưới dạng methane và chlorofluorocarbons. Khí CO2, hòa tan trong nước, nước mưa và nước biển, tạo thành acit carbonic (CO2H2) phản ứng với các chất kiềm như calcium (Ca) tạo thành bicarbonate (Ca(HCO3)2)hay carbonate calcium (đá vôi, CO3Ca). Dạng bicarbonate hòa tan trong nước theo sông chảy ra đại dương. Nước càng lạnh hòa tan càng nhiều CO2, và khi nước nóng lên thì khí CO2 thải vào khí quyển.
Cây xanh trên đất liền, tảo và phiêu sinh thực vật trong đại dượng hấp thụ CO2 tạo chất đường, qua hiện tượng lục hóa (photosynthesis), và được biến dưởng thành các chất hửu cơ khác phức tạp hơn. Cây xanh, tảo và phiêu sinh là nguồn thức ăn trong dây chuyền thực phẩm của vi khuẩn và động vật. Sau khí chết chất hửu cơ được vùi vào đất, hay chìm xuống đáy đại dương, và ở nơi đây chúng làm thức ăn cho vi khuẩn và động vật đáy biển. Các trầm tích hửu cơ ở đáy đại dương có thể dày tới 1.000 m. Ở nơi đây, các vi khuẫn yếm khí biến chất hửu cơ thành khí methane, và dưới áp xuất cao biến thành methane lỏng (hydrate methane). Ước lượng cho biết methane được vi khuẫn sản xuất ở đáy đại dương khoảng 70-300 triệu tấn/năm, hay 0,5-2 x 1013 phân tử CH4/năm, chiếm 2-8% tổng số C hửu cơ ở đáy biển.
Ở đáy đại dương carbon hiện diện ở thể khí (như methane và CO2), thể rắn (CO3Ca), thể lỏng (hydrate methane, dầu hỏa). Đại dương chứa 37.400 tỹ tấn carbon, trong số này khoảng 36.000 tỹ tấn carbon dưới dạng vô cơ. Tổng trữ lượng methane ở đáy biển ước lượng khoảng 21 x 1015 mét khối khí hay 14.000 tỹ tấn (20).
Trên mặt đất, tổng lượng sinh khối khoảng 2.000-3.000 tỹ tấn carbon. Khí quyễn chứa khoảng 720 tỹ tấn khí CO2.
Như vậy, 90% tổng lượng C của địa cầu nằm ở dưới đáy đại dương.
Hình 3. Chu trình carbon toàn cầu. Mũi tên hướng lên biểu diễn lượng carbon sa thải vào khí quyễn (Tỹ tấn), mũi tên hướng xuống biểu diễn caron được hấp thụ (Theo IPCC AR4).
Ở trên mặt đất, hô hấp, đốt chất hửu cơ, đốt nhiên liệu cổ sinh thải hồi CO2 vào lại không khí. Trong kỹ nghệ chế biến xi măng, nung đốt đá vôi (CO3Ca) thải một khối lượng CO2 vào khí quyễn.
Ở đại dương, các khí CO 2, methane hòa tan hay thể lỏng thoát vào khí quyển khi nhiệt độ nước gia tăng.
Hiện tại, nước đại dương đang được hun nóng. Uớc đoán là hàng năm có khoảng 3 triệu tấn đến 10 triệu tấn khí methane trong đại dương sa thải vào khí quyễn, góp phần vào hiện tượng hâm nóng toàn cầu hiện nay.
Ngoài ra, trong khi khảo sát lịch sử sự sống trên trái đất, các nhà khoa học ngạc nhiên có những thời kỳ sinh vật đáy biển bị tuyệt chủng. Đó là thời Cuối Devonian san hô và động vật có vỏ bằng vôi tuyệt chủng; thời giao tiếp Permian – Triassic khoảng 70% sinh vật biển diệt vong; thời giao tiếp Triassic – Jurassic san hô và sinh vật có vỏ vôi diệt chủng; rồi thời giao tiếp Cretaceous – Teriary sinh vật biển cũng bị diệt chủng. Nguyên nhân nào đưa đến các cuộc diệt chủng sinh vật biển này? Các nhà khoa học cho rằng cuộc diệt chủng thời Cuối Devonian là do nước biển thiếu oxy chứ không phải do acit. Ngược lại các cuộc diệt chủng kia là do nước biển acit, hậu quả của gia tăng CO2 trong khí quyển, và do hoạt động mãnh liệt của núi lửa.
HIỆN TƯỢNG HÂM NÓNG TOÀN CẦU ĐÃ CHẤM DỨT?
Trong vài năm qua, nhiều nhà khoa học (9, 10) cho rằng hiện tượng hâm nóng toàn cầu đã chấm dứt. Kễ từ 1998 đến 2008, nhiệt độ trung bình của thế giới không còn gia tăng nữa (Hình 4).
Hình 4. Nhiệt độ toàn cầu không thay đỗi trong thập niên 2000s đầu thế kỹ 21 (10)
Chính vì hình 4 này, có một số nhà khoa học tuyên bố là hiện tượng hâm nóng toàn cầu đã chấm dứt, nhiệt độ đã đạt mức tối đa trước khi sụt giảm xuống, và năm 1998 là năm bắt đầu của nhiệt độ tụt giảm.
Để đả phá luận cứ này, một số nhà khoa học khác nói tương tự như “đừng mô tả con voi khi người mù chỉ rờ một bộ phận cơ thể ”, mà phải xem xét toàn thể trong khuôn khổ 100 năm hay1.000 năm, đừng vội kết luận với đoản kỳ mười hay vài ba chục năm.
Mới đây nhất, tháng 6/2011, Kaufmann và cộng sự (18) thuộc các Đại Học Boston (Hoa Kỳ, Harvard (Hoa Kỳ) vả Turku (Finland) trong một bài tường trình được ủy ban kiểm chứng (peer reviewed) công nhận rằng trong thời gian 1998-2008, nhiệt độ toàn cầu ngừng gia tăng. Các nhà khoa học này giải thích sự tạm thời ngừng gia tăng là do các yếu tố thiên nhiên khác chi phối, và không mâu thuẩn với sự kiện nhiệt độ toàn cầu gia tăng là do con người. Sở dỉ, nhiệt độ tạm ngưng vì ảnh hưởng hóa lạnh của SO2 sa thải từ hỏa diệm sơn và đốt than đá giàu S đã lấn áp ảnh hưởng hâm nóng của khí nhà kiếng, đồng thời sút giảm năng lượng mặt trời trong chu kỳ 11 năm và chu kỳ El Nino/La Nina. Cũng vậy, trong thời gian 1940s-1970s, nhiệt độ thế giới cũng ngừng gia tăng, nhưng sau đó nhiệt độ thế giới gia tăng nhanh hơn.
Còn quá sớm để kết luận là thời gian ngắn hạn 1998-2008 đánh dấu thời kỳ cáo chung của hâm nóng toàn cầu hiện nay. Phải cần thêm một thời gian dài nữa, mới biết sau thời kỳ ngưng gia tăng nhiệt độ hiện nay, nhiệt độ thế giới sẽ tụt xuống hay tiếp tục gia tăng.
Hiện tượng hâm nóng toàn cầu xảy ra hiện nay không phải là độc nhất. Trong vòng 350.000 năm qua địa cầu đã trải qua 4 lần biến đổi nhiệt độ, theo chu kỳ khoảng 100.000 năm (Hình 6).
Hình 5. Quá trình biến đổi nhiệt độ ghi được qua lớp băng hà ở hồ Vostok, Nam Cực cho thấy biến thiên nhiệt độ gần Nam Cực khoảng 11ºC trong vòng 350.000 năm qua 4 chu kỳ cách nhau khoảng 100.000 năm (19).
Nhờ phát minh các máy lặn đáy biển sâu, từ các mẫu trầm tích lắng đọng ở đáy đại dương các nhà khoa học đã vẽ lại chính xác hơn khí hậu của thời quá khứ qua các thời kỳ hâm nóng và đông lạnh của địa cầu từ 135 triệu năm nay, và tìm ra nguyên nhân của một phần biến cố. Chẳng hạn, cuộc thám hiểm của chiếc tàu khoan đáy đại dương “Joides Resolution” kết thúc tháng 10/2001 cho biết nước biển Thái Bình Dương cạn kiệt khí Oxy trong một thời gian kéo dài cả triệu năm. Lý do là nhiệt độ biển đột ngột gia tăng làm các loại khí hòa tan trong nước thoát vào khí quyễn. Nhiệt độ nước biển gia tăng là do núi lữa ngầm và các cuộc động đất mãnh liệt ở đáy đại dương gây mất quân bình sinh lý học, làm methane và CO2 tồn trữ trong trầm tích được phóng thích lại vào khí quyễn. Nghiên cứu các mẫu trầm tích này, các nhà khoa học đã khám phá thêm là các biến cố hâm nóng toàn cầu đã xuất hiện 3 lần trong 125 triệu năm, và 10 lần trong 55 triệu năm ở thời Paleocene. Biến cố hâm nóng toàn cầu cách đây 55 triệu năm là do khí methane gây nên. Mẫu trầm tích cho biết hiện tượng hâm nóng kéo dài trong 200.000 năm đã tiêu diệt 30-50% sinh vật đại dương ở đáy biển và tạo cơ hội cho sinh vật trên mặt biển tiến hóa tạo nhiều chũng loại mới (ScienceDaily, Nov. 23, 2001).
KẾT LUẬN
Kiến thức khoa học con người hiện nay vẫn còn hạn chế, còn trong thời kỳ quan sát “từng bộ phận nhỏ của con voi, trước khi có thể mô tả chính xác con voi”. Nhờ các cuộc tranh luận, nhiều ngành khoa học khác có liên quan tham gia, do đó kiến thức khoa học về hiện tượng hâm nóng toàn cầu càng thêm phong phú.
Căn nguyên của hiện tượng hâm nóng toàn cầu hiện nay là do con người gây nên hay do thiên nhiên chi phối theo chu kỳ? Cho tới nay, đa số đồng ý rằng con người đã làm trầm trọng thêm hiện tượng vốn do thiên nhiên chi phối.
Dầu đúng hay sai, trên quan điểm bảo tồn và môi sinh, việc hạn chế đốt nhiên liệu cổ sinh là cần thiết. Loài người cần phải dung hòa với thiên nhiên để sống vững bền. Việc lạm thác tài nguyên thiên nhiên hiện nay, như hủy diệt rừng, đào khoét vào lòng đất, vào đáy đại dương để tìm thêm tài nguyên (dầu hỏa, khí đốt, kim loại quí, v.v.) chắc chắn sẽ có hậu quả không lường. Việc quấy động đáy đại dương sẽ làm mất quân bình sinh lý học, mà con người chưa thấu hiểu cặn kẽ, có thể sẽ là nguyên nhân để 90% carbon tồn trữ trong đáy đại dương phóng thích vào khí quyển, làm trầm trọng thêm hiện tượng hâm nóng toàn cầu hiện nay?
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÁNH
14. S. Levitus, J.L. Antonov, T.P. Boyer, and Cathy Stephens (2000). Warming of the world ocea. Science Vol. 287.
20. Choconat, P. et al. (2007). The deep sea frontier. Science challenges for sustainable future. Euro Commission Community Research. Seventh Framework Programme.
Reading, tháng 10/2011
Trần-Đăng Hồng
