Cuộc sống dựa trên sự cân bằng tốt giữa năng lượng vào và năng lượng ra. Nhưng làm nóng thế giới 1.2℃ bằng khí nhà kính, có nghĩa là chúng ta đã giữ lại một lượng năng lượng bổ sung phi thường trong hệ thống Trái đất.
Chúng ta đã cảm thấy như đang sống trên một hòn đảo nhiệt đới ở nhiều khu vực trên hành tinh của chúng ta. Nếu khí hậu tiếp tục ấm lên, đây sẽ là một vấn đề nghiêm trọng đối với tất cả chúng ta. Ảnh của Raimond Klavins qua Bapt
Kể từ thế kỷ 18, con người đã lấy nhiên liệu hóa thạch ra khỏi kho chứa an toàn nằm sâu dưới lòng đất và đốt chúng để tạo ra điện hoặc máy phát điện.
Hiện chúng ta đã chuyển đổi than, dầu và khí đốt thành hơn hai nghìn tỷ tấn carbon dioxide giữ nhiệt và các loại khí đốt khác. khí nhà kính và thêm chúng vào khí quyển.
Kết quả hiện tại? Nhiệt độ trung bình trên bề mặt hành tinh nóng hơn khoảng 1.2℃ so với thời kỳ tiền công nghiệp. Đó là bởi vì thêm carbon mới đến chu trình carbon tự nhiên của thế giới đã gây ra sự mất cân bằng về lượng năng lượng đi vào và đi ra khỏi hệ thống Trái đất.
Để sưởi ấm toàn bộ hành tinh cần một lượng năng lượng bổ sung phi thường. Nghiên cứu gần đây cho thấy chúng ta đã bổ sung năng lượng của 25 tỷ quả bom hạt nhân vào hệ thống Trái đất chỉ trong 50 năm qua.
Hàng tỷ quả bom hạt nhân để tạo ra 1.2℃ nhiệt – vậy thì sao? Nó có vẻ nhỏ, xem xét nhiệt độ thay đổi hàng ngày như thế nào. (Các thế giớinhiệt độ bề mặt trung bình của thế kỷ 20 là 13.9℃.)
Nhưng hầu như tất cả năng lượng này cho đến nay đã được các đại dương hấp thụ. Không có gì ngạc nhiên khi chúng ta đang nhìn thấy nóng lên nhanh chóng trong các đại dương của chúng ta.
Khu vực Goldilocks
Sao Thủy là hành tinh gần Mặt Trời nhất. Trời trở nên nóng với nhiệt độ trung bình là 167℃. Nhưng nó không có bầu không khí. Đó là lý do tại sao hành tinh thứ hai, sao Kim, Là nóng nhất trong hệ mặt trời, ở mức trung bình là 464℃. Đó là do bầu khí quyển dày hơn nhiều so với Trái đất, dày đặc carbon dioxide. Sao Kim có thể đã từng có đại dương lỏng. Nhưng sau đó, một hiệu ứng nhà kính nhanh chóng đã diễn ra, giữ lại một lượng nhiệt thực sự khổng lồ.
Một lý do chúng ta còn sống là hành tinh của chúng ta quay quanh quỹ đạo Vùng Goldilocks, chỉ cách Mặt trời một khoảng cách vừa phải để không quá nóng và không quá lạnh. Một ít nhiệt bên trong Trái đất truyền đến lớp vỏ lạnh nơi chúng ta sinh sống. Điều đó khiến chúng ta phụ thuộc vào một nguồn nhiệt khác – Mặt trời.
Khi ánh sáng và nhiệt của Mặt trời chiếu vào Trái đất, một số bị hấp thụ trên bề mặt và một số bị phản xạ trở lại không gian. Chúng ta thấy một số năng lượng do Mặt trời phát ra vì Mặt trời nóng và các vật thể nóng hơn phát ra bức xạ trong phần nhìn thấy được của quang phổ điện từ.
Vì Trái đất mát hơn nhiều so với Mặt trời nên bức xạ mà nó phát ra là vô hình, ở bước sóng hồng ngoại dài. Phần lớn năng lượng này đi vào không gian – nhưng không phải tất cả. Một số khí trong bầu khí quyển của chúng ta rất hiệu quả trong việc hấp thụ năng lượng ở các bước sóng mà Trái đất phát ra. Những khí nhà kính này xuất hiện tự nhiên trong bầu khí quyển của Trái đất và giữ cho hành tinh đủ ấm để có thể ở được. Đó là một vùng Goldilocks khác.
Và sau đó là vùng Goldilocks thứ ba: lịch sử gần đây. Toàn bộ nền văn minh nhân loại đã xuất hiện trong 10,000 năm ôn hòa bất thường sau kỷ băng hà cuối cùng, khi khí hậu không quá nóng và không quá lạnh trên khắp thế giới.
Nhưng giờ đây, chúng ta đang đứng trước nguy cơ rất thực tế là đẩy mình ra ngoài điều kiện khí hậu thoải mái cho phép con người mở rộng, trồng trọt, xây dựng thành phố và sáng tạo.
Các nhiên liệu dày đặc năng lượng đã tạo nên nền văn minh công nghiệp có thể đi kèm với một vết chích rất lớn ở đuôi. Đốt bây giờ, trả tiền sau. Bây giờ hóa đơn đã trở nên rõ ràng.
Làm thế nào để chúng ta biết điều này là có thật? Vệ tinh đo tốc độ bề mặt Trái đất tỏa nhiệt. Tại bất kỳ thời điểm nào, hàng ngàn Phao nổi robot Argo chấm các đại dương của chúng ta. Chúng dành gần như cả cuộc đời dưới nước, đo nhiệt độ và bề mặt để truyền dữ liệu. Và chúng ta có thể đo mực nước biển bằng mực thủy triều và vệ tinh. Chúng ta có thể kiểm tra chéo các phép đo giữa cả ba phương pháp.
Biến đổi khí hậu: nhiều năng lượng đi vào hơn là đi ra ngoài
Khí nhà kính rất mạnh. Bạn chỉ cần nồng độ nhỏ để có được hiệu ứng lớn.
Chúng tôi đã tăng lượng carbon dioxide trong khí quyển lên khoảng 50%, đồng thời bổ sung một lượng đáng kể khí mê-tan và oxit nitơ. Điều này đang đẩy hiệu ứng nhà kính duy trì sự sống của chúng ta mất cân bằng.
Mới đây nghiên cứu cho thấy sự mất cân bằng năng lượng tương đương với việc giữ lại khoảng 380 zettajoules nhiệt bổ sung từ năm 1971–2020. (Giai đoạn từ 1971 đến nay tài khoản cho khoảng 60% tổng lượng khí thải).
Một zettajoule bằng 1,000,000,000,000,000,000,000 joules – một con số rất lớn!
Little Boy, quả bom hạt nhân đã phá hủy thành phố Hiroshima, tạo ra năng lượng ước tính khoảng 15,000,000,000,000 joules. Điều này có nghĩa là hiệu ứng phát thải khí nhà kính của nhân loại trong khoảng thời gian 50 năm đó đến năm 2020 gấp khoảng 25 tỷ lần năng lượng phát ra từ quả bom hạt nhân ở Hiroshima.
Nếu chúng ta đã giữ quá nhiều nhiệt thừa, thì nó ở đâu?
Cho đến nay, hầu hết mọi joule năng lượng thừa - khoảng 90% - đã đi vào các đại dương của chúng ta, đặc biệt là ở phần trên cùng của nước. Nước là một chất tản nhiệt tuyệt vời. Cần rất nhiều năng lượng để làm nóng nó, nhưng làm nóng nó thì chúng ta có. Các đại dương nóng hơn là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng tẩy trắng san hô và mực nước biển dâng.
Phải mất một thời gian dài để đưa lượng nhiệt lớn như vậy vào các đại dương và một khi nó ở đó thì nó sẽ không biến mất. Đảo ngược hoàn toàn sự nóng lên toàn cầu có thể không khả thi. Chỉ để ngăn nhiệt độ tăng cao hơn nữa có nghĩa là điều chỉnh sự mất cân bằng và giảm mức CO2 xuống mức 280ppm thời tiền công nghiệp.
Nếu chúng ta có thể đạt mức phát thải khí nhà kính ròng bằng không, rất có thể chúng ta sẽ ngăn chặn sự nóng lên toàn cầu hơn nữa và nồng độ carbon dioxide sẽ bắt đầu giảm dần.
Trên thực tế, điều này có nghĩa là giảm phát thải nhanh chóng, quy mô lớn và triển khai thu hồi carbon để bù đắp cho lượng khí thải mà chúng ta không thể loại bỏ.
Để tiến xa hơn và làm mát hành tinh trở lại khí hậu tiền công nghiệp sẽ cần lượng khí thải âm ròng, nghĩa là chúng ta sẽ phải hút nhiều carbon ra khỏi bầu khí quyển hơn bất kỳ lượng khí thải nào còn sót lại.
Thật không may, chúng tôi chưa ở đó. Phát thải khí nhà kính do con người gây ra đang ở mức mức cao gần kỷ lục. Nhưng sản xuất năng lượng sạch đang tăng tốc. Năm nay có thể là lần đầu tiên khí thải từ năng lượng bắt đầu giảm.
Chúng ta đang trong một cuộc đua, và rủi ro cao nhất có thể – đảm bảo một môi trường dễ sống cho con cái chúng ta và thiên nhiên.
