Sự nóng lên toàn cầu và tia vũ trụ pdf

Sự nóng lên toàn cầu và
tia vũ trụ
Mặc dù sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu có tác động lớn và sâu
sắc đến sự sống của muôn loài trên hành tinh, nhưng xét trong
khoảng thời gian hàng thế kỷ thì hiện tượng đó không có gì đặc
biệt: trong ba thiên niên kỷ vừa qua biến động nhiệt độ trung bình bề mặt
trái đất đã nhiều lần đạt đến mức thăng giáng như vậy (0,74 ± 0,18°C).
Trongthế kỷ trước, Trái đất của chúng ta đã phải hứngchịu nhiều sự thay
đổi bất thườngvề thời tiết dotình trạng nónglên toàncầugây ra.Nhiệt độ trung
bình bề mặt trái đất đã tăng 0,74± 0,18°C.Đó là thực tế không chối cãiđược. Tất
cả các phép đo sử dụng nhiều phương pháp và công cụ khácnhauđều khẳng định
điều đó.
Trongthế kỷ haimươi, sự nónglên toàn cầu đã làm cho băng ở các địa cực cũng
như trêncác dòng sông tan chảy nhanh chóng dẫn đến mực nướcbiểntăngkhoảng
17 cm.Biến đổi khí hậu chắc chắn sẽ kéo theo nhiều hậuquả về kinh tế cũng như
xã hội. Ngườidânở nhữngnơi bị ảnh hưởngnặng nề nhất đang thực sự lo lắngcho
tương laivà vậnmệnh củamình.Điều đáng tiếc là cho đến naychúng ta vẫn chưa
hiểu rõcơ chế chi phối sự biến đổi khí hậu, dođó công việc dự báo trong lĩnhvực
này thường xuyên mắc phải saisố lớn.
Hình 1.Nhiệt độ trái đất(hình trên bên trái), mực nước biển (hình trên bên phải)
và hàmlượng các khí gây hiệu ứngnhà kính (hình giữa bên trái)tăngtheothời
gian trong thế kỷ 20. Sự gia tăng nhiệt độ trái đất tươngquan với biến đổi chukỳ
mặttrời rõ ràng hơnso với sự giatăng nồng độ CO2trong khôngkhí (hình giữa
bên phải). Các giai đoạnnhiệt độ trái đấttăngtrong ba nghìn năm gần đây cũng
tương đương như sự gia tăng nhiệt độ trong thế kỷ 20 (hình dưới).
Đâu là nguyên nhân chính?
Trongnhiều thập niên qua, người ta cho rằngsự gia tăng hàm lượngcác khí gây
hiệu ứng nhàkính từ thời đạicôngnghiệp chođến nay là nguyên nhânchính làm
cho Trái đất nónglên.Mặc
dù khí cacbonic chỉ đóng góp khoảng 20%vào hiệu
ứngnhà kính (hơi nước đóng góp hơn 50%)nhưng nólà

yếu tố gây nên hiện tượng tăng nhiệt độ toàn cầu: lượng
CO2thải vào khôngkhí tăng thêmmộtphần ba trong nửa
sau thế kỷ XX. Như vậy, cũng như sự gia tăng nhiệt độ trái
đất,sự gia tăng lượngkhí cacbonic trong khí quyển là điều
khôngthể phủ nhận.
Một vấn đề quantrọng cần phải chúý làta chưa thể
xácđịnhđược chínhxácmức độ liênhệ giữa sự gia tăng
nồngđộ khí cacbonic trong khí quyển và sự gia tăng nhiệt
độ củaTrái đất. Mứcđộ gia tăng nhiệt độ toàncầu trong
thế kỷ qua vẫn nằmtrong khoảngthăng giáng nhiệt độ
quan sát được trong các thời kỳ trước thời đại công nghiệp. Đánh giá ảnh hưởng
của lượngCO2 phát thải vào bầu khí quyển lên khí hậu trái đất rất khó. Những
hiệu ứng sơ cấp (độ truyền qua của khí quyển) càng dễ dàngđánh giá bao nhiêu
thì những hiệu ứngthứ cấp (hiệuứng phảnhồi) lại phức tạp, khóhiểu vàkhó nhận
biết bấy nhiêu. Một ví dụ về hiệu ứng phản hồi: khinhiệt độ bề mặt trái đất tăng
lên 1oCthì lượng nước bốchơitừ cácđại dươngsẽ nhiều hơn,sẽ có nhiều mây
hơnvà nhiệt độ sẽ giảm.Có nhiều yếutố phảnhồiphải tính đếnnhư các loại mây
khác nhau cótác động khácnhau, sự tồn tại của hệ thực vật, v.v Khi tínhđến tất
cả các hiệu ứng đó thì việc đánhgiá trở nên rất phức tạp chứ không đơn giảnlà
tăng lượngCO2 thì nhiệt độ sẽ tăng. Vấn đề ở chỗ mức độ ảnh hưởng củacác hiệu
ứng thứ cấp này cóthể tương đươngvới hiệu ứng sơ cấp. Chođến nayvẫn chưa có
bằngchứng trực tiếp nào chứng minhlượngkhícacbonic thải vào khí quyển từ
thời đại công nghiệp là nguyên nhân chínhgây ra sự nónglên toàn cầu trong thế
kỷ XX, nhưngcũng khôngtồn tại bằng chứng nào phủ nhận điều đó.
Quacác nghiên cứu về khí hậu trong các thế kỷ trước thế kỷ XX, người ta tìm
ra mối tương quanlớn giữa hoạt động của Mặt trời và nhiệt độ của Trái đất. Rõ
ràng,biếnđổi về độ sáng của Mặt trờikhôngthể tạo nên mối tương quan này vì sự
biến đổi đó rất nhỏ. Trên thực tế, để đánhgiá mức độ hoạt động của Mặt trời người
Vẫn chưacó
bằngchứng trực tiếp

nào chứng minhlượng
khí cacbonic thải vào
khí quyển từ thời đại
công nghiệp lànguyên
nhânchính gây ra sự
nónglên toàn cầu,
nhưng cũng khôngtồn
tại bằng chứng nào
phủ nhận điều đó
ta sử dụng một thôngsố hết sức quantrọng làsố lượngvết đenmặt trời – cáckhu
vực tốitrênbề mặt mặt trời do nhiệt độ ở đó thấp hơnso với cácvùng xungquanh
do sự biến đổi từ trườngmạnh trên Mặt trời gâyra. Số lượng các vết đen daođộng
theo chukỳ 11 năm (chu kỳ mặttrời).Tuynhiên, dường như tia vũ trụ lại có thể
đưa ra lời giải thích phùhợp cho mốiliên hệ này. Sự phát xạ từ Mặt trời (gió mặt
trời vàcác tai lửa) biến đổi rất mạnh trongsuốt chukỳ mặt trời nhưng năng lượng
của chúngkhôngđủ để vượtqua lá chắn dotừ trường trái đấttạonên, vàdođó
khôngthể đóngvaitrò trực tiếp chi phối khí hậu trái đất. Mặc dù vậy, chúng lại
mang theo từ trườngmạnh hơn nhiều sovới từ trườngcủa lưỡng2,7 vàphổ năng
lượng của chúngbị cắttại các vùngnăng lượng thấp bởi hiệu ứng chắn do từ
trường trái đất gây ra. Dođó, chỉ nhữngtia vũ trụ có năng lượng đủ lớn mới có khả
năng đi sâu vàobêntrong bầu khí quyển. Ngưỡng cắt nàythay đổitheovĩ độ, đạt
giá trị cựcđại 17 GeV tại Việt Namvà khoảng 4 GeV ở châu Âu và Bắc Mỹ. Hoạt
độngcủaMặttrời thay đổi sẽ trực tiếp dẫn đếnsự thăng giángngưỡng cắtnăng
lượng tiavũ trụ, kết quả là luôntồntại một mối tương quan giữatỷ lệ các tiavũ trụ
đo được trên mặt đất vàmức độ hoạt độngcủa Mặt trời. Vậy các tia vũ trụ ảnh
hưởngđếnkhí hậutrái đất như thế nào?cực từ mặt trời, làmảnhhưởngđến từ
trường trong Thái dương hệ và do đó ảnh hưởngđến quỹ đạo của các tia vũ trụ tới
Trái đất. Tia vũ trụ,thànhphần chủ yếu là proton, có phân bố năng lượngtuân
theo quyluật hàmmũ ~E
Vai trò của tia vũ trụ?

Hình 2.Mức độ hoạt độngcủaMặt trờitrong bốn thế kỷ gần đây. Chu kỳ hoạt động
của Mặt trời trung bìnhlà 11 nămnhưng có hai thời kỳ (Cực tiểu Maunder và Cực
tiểu Dalton) hoạt độngbiến đổi khá chậm chưa rõ nguyên nhân(hìnhtrên). Mối
tương quangiữa thông lượngtiavũ trụ với thănggiáng nhiệtđộ (hình dưới bên
phải) và với lớpmây tầng thấp (hình dưới bêntrái).
Nghiêncứu quá trìnhhìnhthành mây trong khí quyển giúp chúng ta cócái nhìn
tổng quan về vaitrò của tia vũ trụ đối với khíhậutrái đất. Khi tia vũ trụ đi vàobầu
khí quyển chúngtương tác với cácnguyên tử, phân tử vàtạora vô số các hạt tích
điện thứ cấp – hiện tượngnày được gọilà mưa ràokhí quyển. Các hạt này tác động
đến gầnnhư toàn bộ quátrình ionhóa trong khí quyển. Sự hìnhthànhmây chính
là sự ngưng tụ một phần hơi nước có trong khíquyển ở điều kiệnnhiệt độ và áp
suất thích hợp.Quá trình ngưng tụ muốnxảy ra nhanhchóng vàthuận lợithìtrong
khôngkhí cần phải có các hạtnhân ngưngtụ để cácphân tử nướcbámvào. Trong
thực tế, các phân tử hoạt động vàcác gốctự do (kíchthước cỡ 10−9m -nanomet)
nhóm lại với nhau tạo thành cáchạt nhân ngưngtụ. Ở giai đoạn đầu chúnglớn dần
lên (đường kính cỡ hàng chục nanomet)chủ yếudo sự bồi đắp từ các phân tử khác
và quá trình phát triển sauđó lại nhờ sự kết tụ để tạo thành các hạt có kích thước
lớn hơn(đường kính cỡ hàngtrăm nanomet đến micromet - 10−6m).Khi chúng
đạt đếnkíchthước này, các phân tử nước tiếp tục bám vào và giọt nước được hình
thành,quá trình này cứ tiếp diễn cho đến khi cácgiọt nước đạt đếnđường kính từ
10 đến100 micromet:chúng tạo thành những đámmây. Nếu tiếp tục phát triển để
đạt tới đường kính khoảng 1-2mm, chúng sẽ rơi xuống mặt đất vàtạo thànhmưa.
Như vậy, tất cả các giai đoạncủa quá trình hìnhthành mây đều được đặctrưng bởi
hiện tượngbồi đắp.Quá trìnhion hóa do tia vũ trụ gây ratrong khôngkhí bổ sung
lực húttĩnh điệncó cườngđộ lớn hơn nhiều sovớilựctương tácgiữacác phân tử
(lực VanDerWaals)giúp choquá trình bồi đắp diễn ra thuận lợi hơn. Thật đáng
tiếc kiến thứcvề các hiện tượng nêu trên còn hạn chế không chophép chúng ta
đánh giáchính xácvaitrò của tia vũ trụ trong quátrình hình thành mây.Hiện nay,
trên thế giới nhiều thínghiệm đangđược tiến hành nhằm tìm hiểu cơ chế chi phối
khí hậutrái đất. Nếu xác địnhđược rằng,sự giatăng hoạt động của Mặt trời làm

cho thông lượngtia vũ trụ có nguồn gốc Thiên hà đến Tráiđất giảm, dẫn đến lớp
mây tầngthấp giảm thì mối tương quan của nó với sự giatăng nhiệt độ trái đất sẽ
được chứng minh. Nhưng với những kiếnthức hiện nay,không cócơ sở nào cho
phép khẳng địnhđiều đó.
Cần thêm nhiều thời gian
Gần đây, sự nónglên toàn cầu đã trở thành một vấn đề chính trị mang tính thời sự
hàng đầu. Songcác cuộc tranhluận bắtnguồn từ chủ đề nóng bỏng nàythường
diễn ratrong không khí tranh cãi căng thẳngkhông có lợi cho thảo luận khoahọc,
chúng thườngxuyên bị ảnhhưởng bởi mâu thuẫn về lợi ích tài chính, kinh tế - xã
hội củacác quốc gia. Tuy vậy, hơn bốn mươinăm saunhững lời cảnhbáođầu tiên
của Câulạc bộ Rome một kết quả đángkhích lệ đã đạt đượclà người dântrên hành
tinh đangdần nhận thức được sự bấtổn trong việccân bằng cácđiều kiệncho
phép loài người tồn tại. Rõ ràng,cần phải mấtthêm nhiều thời giannữa con người
mớicó thể nhậnthức đượctường tậntoàn bộ hệ thống khíhậu trên Trái đất.