Thời tiết và khí hậu - Phần 6 Khí hậu hiện, quá khứ và tương lai - Chương 16 docx

Chơng 16
biến đổi khí hậu: quá khứ v tơng lai
Hãy tởng tợng bạn đang sống ở vùng rìa phía nam của Greenland trong thế
kỷ 13. Giữa những ngời Viking hoang sơ, sinh hoạt của gia đình bạn chỉ xoay
quanh việc câu cá, săn bắn v gia súc - chủ yếu l cừu đợc nuôi dỡng trên các
đồng cỏ tơi tốt trong những ngy hè di. Nhng dần dần, trải qua những thập kỷ,
điều kiện khí hậu xa sút so với trạng thái bình thờng. Dông bão mùa đông trở nên
thờng xuyên v khắc nghiệt hơn, những đợt tuyết nặng nề rất phổ biến. Mùa sinh
trởng rút ngắn vì số ngy sơng giá tăng lên. Băng biển gia tăng lm hạn chế
nghề cá v buộc ngời ta phải kéo di thời gian đi biển xa hơn đến phía nam. Dần
dần, mùa đông thống trị suốt năm v thức ăn cạn kệt l không tránh khỏi. Đối mặt
với những thay đổi ny, gia đình bạn sẽ rút lui về các vùng khí hậu Scandinavia ấm
áp hơn, bỏ lại sau lng những thế hệ ngời thân tử vong đợc chôn cất ở cái nơi m
chẳng bao lâu sau đã trở thnh vùng băng vĩnh cửu.
Suy ngẫm về điều ny, ngời ta không khỏi phân vân liệu những thứ nh thế
có xảy ra với hôm nay. Mặc dù các xã hội hiện đại chắc chắn có khả năng thích nghi
cao hơn so với những ngời Viking, nhng chúng ta khó thoát khỏi những ảnh
hởng của biến đổi khí hậu. (Dù sao, khí hậu thuận lợi vẫn cần thiết đối với tất cả
các ngnh sản xuất thực phẩm). Vì vậy, không ngạc nhiên, chủ đề về biến đổi khí
hậu đợc giới khoa học v công luận rất chú ý trong những năm gần đây. Sự chú ý
ny không chỉ l xuất phát từ vấn đề các tác động có thể của con ngời tới khí hậu,
nó còn do mối lo về biến đổi khí hậu tự nhiên, nh
liên
quan đến những đợt El Nino
v phun tro núi lửa. Trong chơng ny, chúng ta sẽ xem lại khí hậu trong quá
khứ, những nhân tố có thể l nguyên nhân biến đổi khí hậu, những phơng pháp
dùng để xác định khí hậu quá khứ v việc sử dụng các mô hình hon lu chung để
nghiên cứu những tác động tiềm năng của con ngời.
Định nghĩa biến đổi khí hậu
Chúng ta đã thấy ở chơng 15 rằng khí hậu đợc định nghĩa nh l những tính

chất thống kê của các biến số khí quyển, gồm nhiệt độ, lợng ma v gió. Vậy, biến
đổi khí hậu có thể đợc định nghĩa nh l một biến đổi của một tính chất thống kê
của khí quyển, nh biến đổi về nhiệt độ trung bình. Chúng ta còn thấy ở chơng 15
rằng khí hậu còn hơn l giá trị trung bình, hay trị số trung bình. Những biến thiên
năm đến năm, những biến thiên mùa v xu thế xuất hiện của những năm trên
chuẩn v dới chuẩn liên tiếp cũng l một hợp phần quan trọng của khí hậu. Vì
568

vậy, những biến đổi về khí hậu có thể xảy ra thậm chí thông qua các giá trị trung
bình của lợng ma, nhiệt độ, còn gió không đổi theo thời gian. Ví dụ, thậm chí
trong điều kiện không thay đổi lợng ma trung bình năm, thay đổi về thời gian
của những năm khô hạn v ma nhiều có thể gây nên những hậu quả đối với con
ngời v nên đợc xem l biến đổi khí hậu.
Trớc hết, một cách rất tổng quát, ta xem biến đổi khí hậu có thể xảy ra bằng
cách no. Bằng cách no đó khí hậu Trái Đất giống nh một hệ thống thích ứng với
một loạt các nhân tố bên ngoi, thờng đợc gọi l
các điều kiện biên. Trong trờng
hợp khí hậu ton cầu, các điều kiện biên gồm cờng độ ánh sáng Mặt Trời, phân bố
các lục địa v đại dơng, thnh phần của khí quyển v.v Khi một hoặc nhiều nhân
tố bên ngoi ny thay đổi, hệ thống sẽ thích ứng theo. Vì vậy, ví dụ, nếu nh năng
lợng phát ra của Mặt Trời tăng lên, chúng ta dự đoán nhiệt độ trung bình ton
cầu tăng. Một số năm có thể l lạnh hơn trớc, nhng về trung bình, ta kỳ vọng một
khí hậu ấm hơn, đó l sự biến đổi của một tính chất thống kê. Các điều kiện bên
ngoi có thể biến đổi quá nhanh, phá vỡ một loại cân bằng khí hậu no đó, nhng
ta có thể không bao giờ cho rằng các điều kiện bên ngoi điều khiển đợc biến đổi
khí hậu. Nếu nhìn nhận sự vật theo cách đó, thì biến đổi khí hậu có thể đợc định
nghĩa nh l sự thích ứng của hệ thống Trái Đất - khí quyển với những thay đổi
của các điều kiện biên.
Trớc khi áp dụng quan điểm rất hấp dẫn (v rất phổ biến) ny về biến đổi khí
hậu, chúng ta cần hỏi hai câu hỏi. Thứ nhất, ta phân vân liệu một tổ hợp các điều

kiên biên đang xét có quyết định khí hậu Trái Đất một cách đơn trị không. Nói
khác đi, ta có thể hỏi một tổ hợp duy nhất các giá trị biên có thể sinh ra hơn một
kiểu khí hậu không? Thật thú vị, cả lý thuyết v quan trắc đều mách bảo rằng câu
trả lời l có. Ngời ta đã biết tới cung cách diễn biến kiểu đó thờng xảy ra trong
các hệ thống phức tạp, nh khí hậu Trái Đất, v gọi nó l tính
không chuyển tiếp.
Nếu khí hậu Trái Đất l không chuyển tiếp, chắc chắn sẽ lm phức tạp cho câu hỏi
có phải các điều kiện biên đã gây nên sự biến đổi nh ta đã thấy không, v lm cho
chúng ta khó m quy kết những biến đổi no đó cho các nguyên nhân cụ thể.
Câu hỏi thứ hai liên quan tới cách m chúng ta dùng để phát hiện biến đổi khí
hậu. Hãy tởng tợng có một dụng cụ hon hảo, có thể đo trạng thái của khí quyển
tại thời điểm bất kỳ trong suốt lịch sử Trái Đất. Các số đo từ một thiết bị nh vậy
có thể đợc dùng để tính các đặc trng thống kê cho những thời kỳ khác nhau,
chúng cung cấp bằng chứng về biến đổi khí hậu. Ví dụ, ta có thể lấy trung bình các
giá trị nhiệt độ trong các thời kỳ 100 năm liên tiếp để có ý niệm về biến thiên từ thế
kỷ đến thế kỷ. Chúng ta phân vân liệu các đặc trng thống kê nh thế có khả năng
biến đổi theo thời gian không, thậm chí trong tình huống các điều kiện biên không
đổi? Đáp án lại l có. Nếu sử dụng lý thuyết thống kê đơn giản, dễ dng chứng
minh đợc rằng các số đo thống kê đợc tính toán theo kiểu đó có bị biến thiên,
không phụ thuộc vo những thay đổi của các điều kiện biên. Vì vậy, dù trị số trung
bình đích thực l không đổi, các trị số trung bình 100 năm riêng lẻ tăng v giảm từ
thế kỷ ny đến thế kỷ khác. (Các đặc trng thống kê khác cũng diễn biến tơng tự).
Về phơng diện vật lý, vấn đề l do những biến thiên ngắn hạn, không lờng trớc
569

đợc gắn li
ền với các sự kiện thời tiết, đã gây nên những biến thiên ở các quy mô
thời gian di hơn.
*
Những thiên lệch ngắn hạn khỏi trị trung bình trở thnh những

thiên lệch di hạn v lm hỗn tạp những thay đổi nếu có do các điều kiện bên
ngoi. Cho nên, dù ta thấy nhiệt độ trung bình 100 năm thay đổi, thì vẫn không rõ
có phải ta đang chứng kiến biến đổi khí hậu hay không có thể đó l lỗi nhân tạo
do các mẫu có độ di hạn chế. Rõ rng l, không có phơng cách no cho bi toán
ny; nếu dùng các chu kỳ lấy trung bình di hơn thì giảm đợc sai số mẫu, nhng
lại tăng xác suất lm lu mờ mất các thời kỳ khí hậu thực sự khác biệt (có nguyên
nhân do các điều kiện bên ngoi thay đổi).
Trong bối cảnh những khó khăn nh vậy, chúng ta sẽ phải mở rộng quan điểm
của mình về biến đổi khí hậu để thâu tóm đợc tất cả những thay đổi, dù l do các
giá trị biên hay l không. Nói khác đi, trong sách ny chúng tôi không phân biệt
giữa sự biến đổi do các quá trình nội tại v biến đổi do các quá trình bên ngoi. Bất
chấp công cụ m chúng ta sử dụng (nhiệt kế, lợng tích tụ băng trong băng h, độ
rộng của các vòng đời trong thân cây), nếu các giá trị thống kê thay đổi theo thời
gian, chúng ta sẽ gọi đó l biến đổi khí hậu. Bớc đầu, điều ny dù cha phải l lý
tởng (biến đổi bây giờ phụ thuộc một phần vo độ di của mẫu), nhng nó có tính
thực tế cao v tránh đợc những phức tạp nh đã nêu.
Các quy mô thời gian của biến đổi khí hậu
Các nh khí tợng học hay bị hỏi một câu hỏi rất đơn giản: Khí hậu đang nóng
lên? Mặc dù câu hỏi đợc phát biểu một cách đơn giản, song không có đáp án đơn
giản, một phần bởi vì đáp án tùy thuộc vo quy mô thời gian đợc xét. Xét xu thế
giả định của nhiệt độ tại nơi no đó, đợc biểu diễn trên hình 16.1. Nếu một ngời
quan tâm đến xu thế nhiệt độ trong tất cả 150 năm, thì có một xu thế rõ rng đang
ấm dần. Mặt khác, ai đó khoảng 20 tuổi có thể sẽ bảo rằng các nhiệt độ đã giảm
trong suốt thời gian chị ấy sống.
Hình 16.1. Xu thế giả định của nhiệt độ theo thời gian
*
Chúng ta đã xét điều ny xảy ra ra sao ở chơng 13, trong chủ đề về những ngẫu nhiên.
570

Hình 16.2. Cột địa tầng

Trong cuộc sống thực, tình hình
phức tạp hơn ví dụ ny, vì những
biến đổi trong khí hậu xảy ra cùng
lúc với nhiều quy mô thời gian khác
nhau, không phải chỉ có hai. Một số
biến đổi diễn ra ở các quy mô thời
gian hng trăm triệu năm, một số
khác với quy mô hng trăm hoặc
hng chục ngn năm, một số tơng
ứng với những thế kỷ, nhng một số
khác thậm chí chỉ tơng ứng với vi
thập niên. Không có một quan hệ
chặt chẽ v đơn giản no giữa độ lớn
của một biến đổi khí hậu v quy mô
thời gian của nó; tuy nhiên, theo quy
luật chung, các dao động diễn ra
trong những khoảng thời gian di
hơn thờng có độ lớn lớn hơn so với
những dao động ở các quy mô thời
gian ngắn hơn.
Vấn đề nóng lên còn rắc rối do
một thực tế l biến đổi khí hậu khác
nhau theo không gian trên địa cầu.
Vì vậy, ví dụ, ở Bắc bán cầu có thể
không có một xu thế nhiệt độ, hoặc l
có nhng xu hớng ngợc lại so với ở
Nam bán cầu. Một lần nữa, không có
mối liên hệ nhất định, nhng các vĩ
độ nhiệt đới thờng thay đổi ít hơn so
với các vĩ độ cao. Những biến đổi

đáng kể theo kinh độ cũng có xảy ra,
nên có nhiều mức chênh lệch hòa
trộn ở trong một dải vĩ độ. Điều ny
có thể xảy ra, ví dụ, nếu vị trí trung
bình của các sóng Rossby di chuyển
từ đông sang tây. Ngợc lại với
những biến đổi trong thời gian, có
một xu thế phổ biến l những biến
đổi ở các quy mô không gian bé lại
mạnh hơn so với những biến đổi quan
trắc đợc trên những khu vực rộng
lớn. Nh vậy, chúng ta thấy rằng câu
trả lời cho các câu hỏi về biến đổi khí
571

hậu tơng lai phải đợc quy chiếu tới cả quy mô không gian v quy mô thời gian.
Một cách tơng tự, khi xét các khí hậu quá khứ, những bức tranh rất khác biệt
nhau hòa trộn vo với nhau tùy thuộc vo khu vực đợc xét v quy mô thời gian
chấp nhận.
Các nền khí hậu trong quá khứ
Các nh khoa học về Trái Đất đã phát triển một sơ đồ phổ dụng để phân chia
lịch sử tự nhiên của hnh tinh thnh những trang thời gian khác nhau. Cột địa
tầng địa chất trên hình 16.2 dùng một hệ thống nhiều tầng phân chia thời gian
thnh các đại, kỷ v kỳ. Những đoạn thời gian ny không dựa trên các đặc trng
khí hậu, m dựa trên bằng chứng địa chất v hóa thạch chỉ thị những điều kiện
môi trờng v sự kiện quá khứ. Vì vậy, các thời kỳ khí hậu đôi khi gắn liền với
những đại, kỷ hoặc kỳ cụ thể - những đoạn thời gian m không nên đợc xem nh
có điều kiện khí hậu đồng nhất. Hơn nữa, những sự kiện khí hậu lớn đôi khi cắt
qua các ranh giới trong cột địa tầng, vì thế các phân vị không cho biết các thời gian
bắt đầu v kết thúc. Đối với mục đích của chúng ta, hệ thống thuật ngữ đợc sử

dụng tốt nhất nh l một loại lịch, để phân định các điểm mốc trong thời gian, chứ
không phải l để phân định các khí hậu hay các sự kiện cụ thể. Với tinh thần đó,
chúng ta có thể bn luận một số giai đoạn lớn của lịch sử khí hậu Trái Đất.
Những thời kỳ ấm v những kỷ nguyên băng h
Giống nh những c dân Viking, chúng ta có xu hớng cho rằng thời kỳ của
chúng ta l chuẩn, nhng hon ton không phải nh vậy. Nếu nhìn lại khoảng
thời gian di của lịch sử Trái Đất, chúng ta sẽ phải nói khí hậu hiện tại rất không
bình thờng, bởi vì phần lớn thời gian hnh tinh của chúng ta đã từng ấm hơn
nhiều hơn so với ngy nay. Không giống nh bây giờ, khi m Bắc Băng Dơng hầu
nh đóng băng quanh năm v những khiên băng lớn bao phủ khắp trên lục địa
Nam Cực v Greenland, trong phần lớn tuổi đời của mình, Trái Đất đã từng không
có thảm băng vĩnh cửu (quanh năm). Một phác họa chính xác hơn, đó l phác họa
về một hnh tinh ấm áp, bị xen kẽ có lẽ bởi bảy
kỷ nguyên băng h tơng đối
ngắn ngủi. Dù khác nhau, những thời kỳ ấm kéo di hng trăm triệu năm đến
nhiều tỷ năm, trong khi các kỷ nguyên băng h chỉ kéo di cỡ vi chục triệu năm
đến có lẽ một trăm triệu năm. Tất cả thời gian tồn tại của loi ngời, gồm thời kỳ
lịch sử, đã diễn ra trong một kỷ nguyên băng h gần đây nhất trong số những kỷ
nguyên băng h vĩ đại ny. Vì vậy, nếu ai đó hỏi rằng kỷ nguyên băng h sắp xuất
hiện phải không, thì câu trả lời sẽ l không, nó đã đang ở đây.
Kỷ nguyên băng h sớm nhất đợc biết đã có niên đại khoảng 2,3 tỷ năm về
trớc, tiếp sau l ba kỷ nguyên ở khoảng giữa 900 v 600 triệu năm trứơc. Một kỷ
nguyên băng h khác có niên đại ở khoảng 440 đến 300 triệu năm trớc. Kỷ nguyên
băng h m chúng ta đang sống, kỷ nguyên muộn nhất, đã diễn ra 15 triệu năm
gần đây hoặc khoảng đó.
Không có bằng chứng no về các kỷ nguyên băng h trong thời gian 2 tỷ năm
572

đầu tiên của 4,5 tỷ năm tuổi Trái Đất. Theo một ớc lợng, trong 2,5 tỷ năm gần
đây, chỉ 10 đến 20% từng l các thời kỳ băng h. Một quan điểm khác, ho phóng

hơn thì cho 50% của thời gian ny l những thời kỳ kỷ băng h. Nhng trong cả hai
trờng hợp, rõ rng l phần lớn lịch sử Trái Đất đã từng có những điều kiện ấm hơn
so với ngy nay. Đặc biệt nổi trội nhất về phơng diện ny l đợt ấm của kỷ Creta
giữa, kéo di từ khoảng 120 đến 90 triệu năm trớc. Vo những thời gian ấy, các
loi khủng long dạo chơi ở bên trên vòng tròn cực Bắc. Những rạn san hô chỉ phồn
thịnh trong các vùng nớc ấm đã phát triển tại những vĩ độ 15
o
cao hơn về phía cực
so với những vị trí ngy nay của chúng, một số quần xã thực vật lục địa cũng vậy.
Với rất ít nớc bị giữ trong băng lục địa, mực nớc có lẽ 150 đến 200 m cao hơn, dìm
ngập khoảng 20% diện tích lục địa. Về quy mô mùa, khí hậu có lẽ đã hợp lý hơn,
đặc biệt tại các vĩ độ trung bình v các vĩ độ cao hơn. Nhiệt độ trung bình ton cầu
chắc đâu đó khoảng 5-15
o
C ấm hơn so với hiện nay v građien nhiệt độ xích đạo-
cực có lẽ l 15
o
nhỏ hơn hiện nay. Mặc dù không giống hon ton, nhng những thời
kỳ ấm chắc cũng có những đặc điểm tơng tự.
Tất cả các kỷ nguyên băng h đối lập hon ton với những kỷ nguyên ấm,
nh kỷ Creta giữa.
ở một thái cực khác, gần nh ton bộ hnh tinh có thể đã từng
bị phủ băng trong thời gian kỷ nguyên băng h khoảng 700 triệu năm trớc, trong
một điều kiện đợc gọi rất đúng l Băng cầu. Bằng chứng mới về một băng cầu
ton cầu l những chỉ thị về sản lợng sinh học, chúng cho thấy có thời kỳ sản
lợng sinh học giảm gần nh đến số không nối tiếp sau bằng một thời kỳ tăng lên
chậm theo các khí hậu ấm hơn ngay sau đó. Nếu không phải l thảm băng gần nh
ton cầu, thật khó m hiểu đợc vì sao sản lợng thấp nh thế. Tuy nhiên, có thể có
những cách lý giải khác, v giả thuyết băng cầu vẫn còn l tranh cãi vì lợng băng
đợc đề cập. Cho dù tranh cãi đợc giải quyết ra sao, rõ rng l tất cả các kỷ

nguyên băng h có băng quanh năm dồi do. Ví dụ, ai cũng thừa nhận rằng trong
thời gian kỷ nguyên băng h gần đây nhất, các khiên băng lấn tới 40
o
cách xích đạo,
phủ trên mặt đất tới độ dy một số km. Với nhiều nớc nh thế bị giữ trong băng
lục địa, mực nớc biển sẽ thấp hơn nhiều trong các kỷ nguyên băng h. Những khác
biệt giữa các kỷ nguyên băng h v các kỷ nguyên ấm thay đổi mạnh theo vĩ độ, các
vĩ độ cao thể hiện những thay đổi lớn hơn so với các vùng nhiệt đới. Ví dụ, trong
thời gian một kỷ băng h, các nhiệt độ nớc mặt biển vùng cực có thể 10
o
C thấp
hơn, nhng nhiệt độ nớc mặt biển vùng nhiệt đới chỉ 1-5
o
C thấp hơn. Ngoi những
quy tắc đó, khó có thể nói chắc chắn gì thêm về sáu kỷ băng h trớc. Mặt khác,
chúng ta có thông tin quan trọng về những điều kiện trong kỷ nguyên băng h gần
đây nhất.
Kỷ nguyên băng h hiện tại
Một trong những thời kỳ hiện tại của Trái Đất, Pleistoxen, thờng đợc xem
nh Kỷ nguyên Băng h. Tuy nhiên, nh chúng ta đã thấy, Trái Đất đã phải trải
qua ít nhất một số kỷ băng h, v hiện chúng ta đang ở trong một kỷ băng h.
Ngoi ra, thuật ngữ
Kỷ nguyên Băng hu Pleistoxen đang còn l tranh cãi vì nguyên
nhân của đợt băng h cuối cùng đã xuất hiện xa hơn về dĩ vãng so với khởi đầu của
573

Pleistoxen. Thực tế, kỷ băng h gần đây nhất có nguồn gốc của nó từ 55 triệu năm
trớc, khi khí hậu ton cầu bắt đầu lạnh đi sau một pha ấm (hình 16.3a). Tích tụ
băng lớn đầu tiên đã xảy ra ở Nam Cực khoảng 34 triệu năm trớc. Nhng sự lạnh
đi đã diễn ra rất từ từ, nên thậm chí 20 triệu năm trớc, khí hậu đã vẫn đủ ấm, các

khu vực rừng có thể thấy ở Nam Cực. Đến khoảng 14 triệu năm trớc, phần phía
tây của Nam Cực l băng vĩnh cửu, đến 10 triệu năm trớc đây, khiên băng Nam
Cực đạt kích thớc nh hiện của nó. Cuối cùng, khoảng 5 triệu năm trớc, một
khiên băng lục địa bao phủ gần nh ton bộ Greenland; vì vậy, có thể nói rằng kỷ
nguyên băng h cuối cùng đã đợc hình thnh ổn định.
Hình 16.3. Các chỉ số khí hậu của những giai đoạn khác nhau trong 70 triệu năm gần
đây. Đ~ờng (a) l tổ hợp l trơn của nhiệt độ đại d~ơng trung bình ton cầu v thể tích
băng. Các đ~ờng (b) v (c) thể hiện những biến đổi ton cầu về thể tích băng. Đ~ờng (d)
phản ánh những điều kiện khí hậu trên Bắc Đại Tây D~ơng, nh~ng đã đ~ợc lm hòa hợp
với những biến đổi ton cầu nh~ có thể thấy khi so sánh với các đoạn sau cùng của (c)
574

Trong phạ
m vi kỷ nguyên băng h của chúng ta, khí hậu đã từng không đồng
nhất, có rất nhiều dao động rõ rệt (hình 16.3b). Bắt đầu từ khoảng 2,5 triệu năm
trớc, các dao động ny bắt đầu tăng lên về biên độ, v khoảng 800000 năm trớc
(hình 16.3c) biên độ đã tăng lên một cách ngoạn mục, trở thnh khoảng 2 lần lớn
hơn so với một triệu năm trớc đó. Các dao động về nhiệt độ v thảm băng ny đợc
gọi l
chu trình băng v gian băng. Nh có thể thấy trên đồ thị, chúng hon
ton không đều. Đối với đa số chu trình, thể tích băng tăng lên chậm rồi sau đó kết
thúc nhanh trong một sự kiện ấm lên. Hơn nữa, cả đoạn tăng trởng lẫn đoạn suy
kiệt băng đều không đồng nhất, nói đúng nhất l biến đổi run rẩy, với những dao
động ngắn hạn chồng lên trên các chu trình di hơn. Ba phần t của một triệu năm
cuối cùng đã thịnh hnh những chu trình kéo di khoảng 100000 năm với dao động
run rẩy ngắn hạn thể hiện ở quy mô yếu hơn. Trong ton bộ kỷ Đệ tứ, kỷ địa chất
hiện tại, đã có tất cả khoảng 30 chu trình, những biến thiên nhiệt độ ton cầu liên
quan bằng khoảng 5
o
C.

Những biến thiên thể tích băng lớn nhất xảy ra tại Bắc bán cầu với kích thớc
các khiên băng tăng v giảm 3 lần hoặc đại loại nh vậy trong mỗi chu trình băng.
Mặc dù khiên Nam Cực thay đổi ít hơn nhiều, song những biến thiên nhiệt độ
không khí Nam Cực có thể tơng đơng với ở các vĩ độ cực của Bắc bán cầu (khoảng
10
o
C lạnh hơn trong một chu trình băng). Bằng chứng từ các đờng tuyết sơn văn
cho biết rằng, những địa phơng Nam bán cầu khác thay đổi nhiệt độ cũng nhiều
nh ở những nơi tơng tự ở phía bắc giữa các chu trình băng v gian băng, v có
bằng chứng khác để cho rằng trình tự thời gian của những sự kiện ấm lên v lạnh
đi thờng l tơng ứng trong 150000 năm gần đây. Khi hai bán cầu lệch pha, thì
Nam bán cầu dẫn trớc Bắc bán cầu chỉ khoảng hơn 1000 năm. Nhng nếu thậm
chí chấp nhận những chênh lệch nh vậy về trình tự, chúng ta phải kết luận rằng
tất cả Nam bán cầu đã tham gia vo các chu trình băng/gian băng giống nh phần
còn lại của hnh tinh.
Nh thấy rõ từ hình 16.3, bây giờ hnh tinh đang ở trong một thời kỳ gian
băng ấm, sánh ngang chỉ với một vi chu trình trong 2 triệu năm gần đây. Rất thú
vị l, một trong số chu trình ny l gian băng cuối cùng, đạt đỉnh ở khoảng 125000
năm trớc v có thể đạt kỷ lục về độ ấm của kỷ Pleistoxen. Mực nớc biển ton cầu
khoảng 6 m cao hơn bây giờ, v có bằng chứng rằng các vùng lục địa vĩ độ trung
bình 1 đến 3
O
C ấm hơn. Ngợc lại, các nhiệt độ nớc mặt biển không khác quá
nhiều so với hiện nay. Giữa hai thời kỳ ấm ny có thời kỳ băng h gần nhất, một sự
kiện đạt cực đại của mình khoảng 20000 năm trớc.
Kỳ cực đại băng h cuối cùng
Tiếp sau thời kỳ gian băng cuối cùng, thể tích băng đã tăng lên, nhng không
đồng đều. Có hai xung băng h lớn, một vo khoảng 115000 năm trớc v một vo
khoảng 75000 năm trớc. Thấy rằng, phần lớn băng đã đợc thêm vo các mũ băng
cực trong thời gian xung thứ nhất v vo các mũ băng ở Bắc Mỹ v lục địa Âu

á
trong thời gian xung thứ hai. Tại thời gian xuống thấp nhất của kỳ băng h cuối
cùng, khoảng 20000 năm trớc, nhiều tiêu chí của hệ thống Trái Đất - khí quyển
khác biệt với nhau. Dĩ nhiên, kịch tính nhất l băng lục địa đã phủ một diện tích
lớn hơn rất nhiều, nh đã thấy trên hình 16.4.
575

Hình 16.4. Bản đồ biểu diễn diện tích cực đại của băng vo thời gian băng h cuối cùng
Tại Bắc Mỹ, chắc chắn l băng lấn sâu xuống phía nam đến Saint Louis ngy
nay, nhng chỉ tới vĩ độ của New York v Seattle trên các bờ phía tây v phía đông.
Thật nghịch lý, ngời ta rất nghi ngờ về ranh giới phía cực của khiên băng phía
bắc, một số ngời cho rằng phần rìa của Bắc băng dơng không đóng băng. Tuy
nhiên, những lợng nớc khổng lồ bị chuyển từ đại dơng lên đất liền, tạo nên
những khiên dy 3000 đến 4000 m. Trong thời gian đủ di, điều đó có thể đủ để lm
lún vỏ lục địa xuống hơn 800 m. Khi băng tan, bề mặt đất liền giãn nở trở lại tới
mực ban đầu của nó. (Thậm chí ngy nay các lục địa vẫn đang phải phục hồi tiếp do
quá trình lún băng h). Khiên băng Laurentide trên Bắc Mỹ ở chừng mực no đó
tơng đơng với một dãy núi lớn, chạy từ núi Rocky đến Đại Tây Dơng. Mực biển
đã khoảng 120 m thấp hơn hiện nay, do đó cầu nối đất liền đã tồn tại giữa Siberia
v Alaska. (Tại mực cân bằng, dịch chuyển nớc từ đại dơng có thể lm cho đáy
đại dơng nâng cao lên khoảng 35 m). Cũng đã có những thay đổi đáng kể về băng
576

biển, đặc biệt ở Nam Băng Dơng, nơi vo mùa đông băng biển bao phủ diện tích
gấp hai lần so với ngy nay. Tất nhiên, những thay đổi của băng biển ít ảnh hởng
tới mực nớc biển, vì nớc không di chuyển giữa đất liền v các bồn chứa đại dơng.
Trên đất liền, các biến đổi nhiệt độ khác nhau đáng kể do sự kề cận với những
khiên băng v với đại dơng. Ví dụ, tại phần phía tây của Bắc Mỹ, các khối khí đại
dơng duy trì nhiệt độ khoảng 4 đến 5
o

C của ngy nay. Khu vực m ngy nay l
Tennessee v Nam California thì tơng phản hơn, nơi đây nhiệt độ đã từng 15 đến
20
o
C lạnh hơn so với nhiệt độ hiện nay. Hai ví dụ ny có thể thể hiện cho những
thái cực về những biến đổi của vùng vĩ độ trung bình một loạt những nơi khác ở
vùng vĩ độ trung bình nằm trong khoảng 5 đến 8
o
C lạnh hơn. Những thay đổi nhiệt
độ tại các vùng nhiệt đới nhỏ hơn, có lẽ l 4 đến 5
o
C. Đờng tuyết sơn văn khoảng
1000 m thấp hơn, tơng đơng với giảm nhiệt độ 5 đến 6
o
C đối với những độ cao
trên 2000 m.
Phần lớn các nơi không chỉ lạnh hơn, m chúng còn có vẻ khô hơn. Điều ny
đặc biệt đúng đối với các vĩ độ cao, nơi tổng lợng ma thờng thấp hơn khoảng
50% so với mức hiện nay. Một số vùng sa mạc của Nam Mỹ v châu Phi rộng lớn
hơn, v các mực nớc hồ ở châu Phi nhiệt đới v Trung Mỹ thấp hơn. Một hoang
mạc lạnh bao phủ phần lớn bộ phận cha bị phủ băng của Tây Âu. Mặc dù khô hạn
đã l phổ biến, song một số khu vực ẩm hơn có thể thấy trên tất cả các lục địa
(phản ánh qua những biến thiên mực nớc hồ v các chỉ số khác). Những biến đổi
về giáng thủy chắc chắn chủ yếu l do những biến đổi về hon lu quyết định.
Những nơi no gió thịnh hnh chuyển đổi hớng thổi từ các vĩ độ cao (nh đối với
phần phía đông của Bắc Mỹ), thì các điều kiện khô hơn. Có một ít bằng chứng nói
rằng các tốc độ gió khi ấy mạnh hơn, đúng nh dự đoán với građien nhiệt độ xích
đạo-cực lớn hơn.
Phải nhấn mạnh rằng kỳ băng h ny không hẳn đã đồng nhất. Thực tế,
những biến đổi khí hậu đột ngột rất phổ biến trong suốt chu trình ny, với nhiệt độ

cực thay đổi 5 đến 8
o
C trong khoảng từ một số thập niên đến cỡ thế kỷ (hình 16.3d).
Vì những thay đổi nh thế không chỉ xảy ra trong kỳ băng h, nên ở một mục sau
chúng sẽ đợc bn luận chi tiết hơn.
Kỷ Holoxen
Giống nh những kỳ chuyển tiếp giữa băng h v gian băng, kỳ ấm lên tiếp
sau kỳ cực đại băng h cuối cùng đã rất ngắn ngủi, ít ra l so với những kỳ lạnh đi.
Sự ấm lên đã bắt đầu khoảng 15000 năm trớc (trớc khi bắt đầu thời kỳ Holoxen),
chấm dứt vo khoảng 2000 năm sau đó khi các điều kiện lạnh hơn quay trở lại. Sự
kiện lạnh cực đoan nhất (gần nh băng h) trên vùng Bắc Đại Tây Dơng, nhng
cũng có thể tìm thấy theo các dấu hiệu di tích tại những nơi xa nh Nam Cực. Đợc
gọi l
Younger Dryas, nó kéo di 1200 năm. Tiếp theo sau Younger Dryas, bắt đầu
khoảng 11800 năm trớc, một thời kỳ ấm lên đột ngột đã xuất hiện với các nhiệt độ
ở Greenland tăng lên vo khoảng 1
o
C/thập kỷ, mang theo khí hậu gian băng m
chúng ta đang có hiện nay. Thời kỳ ny lại bị chấm dứt bởi một đợt lạnh đi đột ngột
577

v ngắn ngủi nữa ở khoảng 8200 năm trứơc. Ngoi những thời gian đó ra, thời kỳ
Holoxen sớm ấm v thậm chí ấm hơn hiện tại 1
o
C xét theo nhiệt độ trung bình ton
cầu. Mặc dù vùng bình nguyên Great Plains của Bắc Mỹ khô hơn, phần lớn vùng
gió mùa châu Phi v châu
á ẩm ớt hơn. (Thí dụ, hóa thạch của nhiều loi động vật
ăn cỏ tìm thấy ở các vùng hoang mạc hiện đại). Tính toán cho biết rằng các hon
lu gió mùa mùa hè đã từng mạnh hơn, cung cấp ẩm cho những khu vực đất liền

m các loại gió mùa ngy nay không đạt tới đợc. Mực nớc biển cao hơn so với
ngy nay một vi mét, tơng ứng với một hnh tinh ấm hơn.
Tiếp sau thời kỳ ấm Holoxen sớm, các nhiệt độ ton cầu đã giảm đi phần no,
nhng giảm nhiệt độ đã bị điều biến bởi một loạt những sự kiện có thời gian kéo di
v mức độ thể hiện khác nhau, tùy thuộc vo thời gian v vị trí. Ví dụ, có một bằng
chứng rằng thời kỳ 9001200 năm trớc công nguyên có một đợt ấm ở trên Bắc Đại
Tây Dơng. Đợc gọi l
Thời kỳ ấm Trung cổ, nó trùng khớp với thời gian ngời
Viking định c ở Greenland. Những núi băng ở châu Âu xuất hiện trớc v sau đó,
nhng không trong thời gian ny, v đó l bằng chứng về sự rút lui của băng h ở
đâu đó (bao gồm cả vùng dãy núi Rocky của Canađa). Nhng cũng có nhiều thông
tin vật thể v lịch sử chỉ ra rằng đó không phải l một sự kiện ton cầu đáng kể.
Một sự kiện khác đáng ghi nhớ v ít nghi ngờ hơn, đợc gọi l
Thời kỳ Băng
nhỏ
. Kéo di từ 1450 đến 1850, đó l một thời kỳ lạnh đối với Tây Âu. Trong những
năm đó, băng h trên núi gia tăng vì nhiệt độ giảm 0,5 đến 1
o
C. Những di tích lịch
sử chỉ ra rằng đợt giảm nhiệt độ trung bình có vẻ nhẹ ny đã có một ảnh hởng
đáng kể tới những điều kiện sống trên ton châu Âu. Các mùa sinh trởng bị rút
ngắn đã dẫn đến những suy giảm về sản lợng nông nghiệp, đặc biệt ở Bắc Âu.
Tơng phản với Thời kỳ ấm Trung cổ, Thời kỳ Băng nhỏ đợc thể hiện bằng các di
tích núi trên ton thế giới. Mặc dù nó không thể no l một kỳ băng h thực thụ,
song nó thể hiện sự thay đổi nhiệt độ lớn nhất trong các thời kỳ lịch sử v đợc xem
l một sự kiện ton cầu.
Tất nhiên, có những đợt biến đổi khí hậu khác ở quy mô nhỏ hơn, liên quan tới
cả giáng thủy lẫn nhiệt độ. Ví dụ, hãy xét hình 16.5, hình ny diễn tả điều kiện ẩm
của vùng bờ Virginia v Bắc Carolina từ năm 1200 trớc Công nguyên đến nay. Nổi
lên một loạt những đợt dao động so với điều kiện trung bình, một số đợt kéo di

hng thập kỷ. Đặc biệt lý thú phải lu ý rằng ba năm khô hạn nhất của ton bộ
thời kỳ 800 năm trùng khớp với sự kiện biến mất quần xã Roanoke vo đâu đó sau
tháng 8 năm 1587. Tơng tự, đợt khô hạn 16061612 đã mang lại một thời kỳ 7
năm khô nhất kỷ lục, trùng khớp về thời gian diễn ra với sự hình thnh của quần
xã Jamestown vo năm 1607. Độc giả Mỹ sẽ nhớ lại rằng quần xã Jamestown đã bị
tổn thất sinh mạng to lớn (60% chết trong năm đầu) v gần nh bị tiêu biến, chủ
yếu vì lý do thiếu dinh dỡng. Những giải thích chính thống về các thảm họa ny
đề cập tới kế hoạch hóa yếu, quản lý kém, các quan hệ xấu với những cộng đồng
bản địa v các nhân tố xã hội tơng tự. Trong điều kiện khô hạn cực đoan, chúng ta
cần nghĩ rằng các nhân tố môi trờng ít ra cũng quan trọng nh vậy.
578

Hình 16.5. Chuỗi thời gian di biểu diễn điều kiện ẩm tháng 7
của vùng Tidewater, Virgina v Bắc Carolina
Thế kỷ cuối cùng
Trong thời gian giữa thế kỷ cuối cùng, một mạng lới phát triển các trạm khí
tợng đã đợc xây dựng trên ton thế giới. Mặc dù còn có nhiều vấn đề về tập dữ
liệu, nh thay đổi vị trí các thiết bị khí tợng, song vốn dữ liệu cung cấp những ớc
lợng ban đầu về những tình huống nhiệt độ v lợng ma. Nh đợc mô tả trong
chuyên mục
16-1: Tiêu điểm Môi troờng: Các đợt nóng lịch sử trong những năm
1980-2000
, đã từng có hai thời kỳ nóng lên chung trong thế kỷ xen giữa hai giai
đoạn kéo di hai thập niên không có xu thế rõ rng.
Có một câu hỏi rất quan trọng về các nhiệt độ đang tăng lên của vi thập kỷ
cuối. Nh chúng ta đã thấy, những biến đổi về khí hậu ton cầu diễn ra trên rất
nhiều quy mô thời gian, mỗi biến đổi có biên độ dao động riêng của nó. Từ đó chúng
ta phải hỏi: phải chăng sự tăng nhiệt độ hiện nay chỉ l một phần của sự biến thiên
tự nhiên của khí hậu, hoặc liệu nó có phải l dấu hiệu bắt đầu của quá trình nóng
lên nhân tạo do phát thải các chất khí nh kính vo khí quyển hay không. Hiện

tại, cha thể kết luận thế ny hay thế kia một cách chắc chắn. Song phần lớn các
nh khoa học khí tợng cho rằng sự nóng lên ny có thể chủ yếu l do hệ quả tăng
các khí nh kính, còn những ngời khác thì đã bị thuyết phục hon ton.
Các dao động quy mô thiên niên kỷ
579

Các mục trớc chủ yếu đa ra một cái nhìn lần lợt, theo dõi khí hậu theo thời
gian. Một cách nhìn nhận khí hậu khác, đó l tập trung vo những quy mô biến
thiên thời gian riêng biệt, không tính đến trạng thái của hệ thống (ấm ngợc với
lạnh, v.v ). Khi vấn đề ny đợc giải quyết, những dao động ổn định sẽ xuất hiện
tại mọi khoảng thời gian xem xét, ngợc thời gian về trớc 500000 năm. Các dao
động đợc gọi l quy mô thiên nên kỷ, bởi vì chúng xuất hiện tại các khoảng thời
gian khoảng 6000, 2600, 1800 v 1450 năm. Trong thời gian kỳ băng h gần đây
nhất, các dao động hon ton tơng tự với nhau; mỗi dao động bắt đầu bằng một
thời kỳ tăng nhanh nhiệt độ, cần một vi thập niên đến một số thế kỷ để phát triển.
Các nhiệt độ không khí trên Greenland tăng lên 58
o
C, còn các nhiệt độ nớc mặt
biển Bắc Đại Tây Dơng tăng lên 3
o
C. Các nhiệt độ duy trì cao trong 1000 đến 2000
năm, sau đó chúng hạ xuống nhanh tới những giá trị thấp ban đầu. Nh vậy,
những dao động ny giống hơn với các sóng hình vuông, với khí hậu chuyển đổi
giữa hai trạng thái, hơn l những chu trình tròn.
Những dao động độ di tơng tự đã xảy ra trong các thời kỳ băng h khác cũng
nh trong các thời kỳ gian băng v chuyển tiếp giữa băng h v gian băng. Rất lạ,
chúng lớn nhất trong những thời kỳ chuyển tiếp từ gian băng sang băng h, nhiệt
độ mặt nớc biển biến thiên với biên độ 4 đến 5
o
C. Trong những thời kỳ gian băng,

các dao động cũng ổn định nh vậy, nhng nhỏ hơn rất nhiều, nhiệt độ mặt nớc
biển của Bắc Đại Tây Dơng ấm lên v lạnh đi khoảng 0,5
o
C đến 1
o
C. Chúng xuất
hiện trong suốt thời kỳ Holoxen v biểu hiện gần đây nhất dới dạng đợt lạnh đi
của Thời kỳ Băng nhỏ.
Dao động quy mô thiên niên kỷ rất quan trọng, vì chúng lm cho hệ thống Trái
Đất - khí quyển có một xu hớng nhảy ngợc lại hoặc tiến lên giữa các trạng thái
ấm v lạnh, không phụ thuộc vo khí hậu hạn di đang diễn ra thế no. Vì vậy, cứ
nh thể hệ thống tự nó bất ngờ sắp xếp lại v chuyển nhanh sang một kiểu khác,
chứ không phải l biến đổi tịnh tiến đều đặn có thể diễn ra sau những thay đổi của
một điều kiện biên no đó. Không ai biết đợc tại sao lại nh thế, mặc dù quan
điểm đợc thừa nhận rộng cho rằng đó l do các quá trình nội tại của hệ thống, rất
có thể liên quan tới những quá trình phản hồi qua lại giữa khí quyển v đại dơng.
Một cách nhìn khác quy kết cho một cái gì đó từ bên ngoi, nó bật v tắt hệ thống
với những khoảng thời gian nhiều hoặc ít, với các hiệu ứng đợc khuếch đại trong
các thời kỳ chuyển tiếp v băng h. Bất chấp nguyên nhân l gì đi nữa, thì kích
thớc v tốc độ của sự biến thiên l một vấn đề cần quan tâm. Nếu nh hnh tinh
thực sự có hnh vi lỡng cực, thì sự chuyển đổi từ trạng thái ấm hiện tại sang trạng
thái khác sẽ có những ảnh hởng tới nhiều hệ thống xã hội.
Trớc khi kết thúc mục ny, chúng ta cần nhấn mạnh một lần nữa rằng những
biến đổi khí hậu không giới hạn ở các giá trị trung bình; còn có thể có những thay
đổi về tần suất của những sự kiện hiếm. Ví dụ, các mô hình máy tính mách bảo
rằng nhiều vùng có thể trải qua một giai đoạn tăng tần suất xuất hiện ma lớn v
khô hạn nặng kết hợp với tăng nhiệt độ. Một nghiên cứu mới đây đã cho thấy rằng
một sự tăng nh thế đã xảy ra trên Bắc Mỹ trong thế kỷ trớc. Tỷ phần giáng thủy
580

năm do những sự kiện ma lớn đã tăng lên một cách đáng kể trên hầu khắp nớc
Mỹ cùng với tăng nhiệt độ. Những sự kiện cực đoan hiện nay chiếm khoảng 12%
lợng giáng thủy năm, trong khi vo năm 1910 chúng chiếm khoảng 9%.
Những nhân tố tham gia vo biến đổi khí hậu
Nh chúng ta đã thấy, khí hậu Trái Đất đã trải qua những biến động đáng kể
với cờng độ v quy mô thời gian khác nhau trong quá trình tồn tại của nó. Dĩ
nhiên, câu hỏi lớn đặt ra l
tại sao? Một số nguyên nhân khả dĩ dễ dng nêu ra ở
đây. Đó l những biến thiên về cờng độ bức xạ của Mặt Trời, những thay đổi trong
quỹ đạo của Trái Đất, những thay đổi của bề mặt đất v những khác biệt thnh
phần các chất khí v son khí của khí quyển. Mỗi nguyên nhân tác động với quy mô
thời gian khác nhau, nh chúng ta sẽ thấy sau đây.
Trong khi xem xét danh sách các nhân tố ảnh hởng tới biến đổi khí hậu, điều
quan trọng l phải hiểu rằng, nhiều nhân tố trong số đó không thể vận hnh một
cách độc lập. Có nghĩa l, thứ nhất, chúng hoạt động đồng thời. Vì vậy, trong khi
một tác nhân có thể l đang dẫn tới nóng lên, tác nhân khác có thể tác động ngợc
lại hoặc góp phần lm gia tăng sự nóng lên đó. Thứ hai, các tác nhân lm thay đổi
có thể tơng tác với nhau, nên các hiệu ứng không phải đơn thuần cộng dồn. Ví dụ,
tác động của son khí trong đối lu quyển do con ngời sinh ra có thể khác nhau tùy
thuộc vo chỗ chúng có cộng thêm với một luồng son khí núi lửa ở bình lu quyển
hay không. Các vấn đề những tác nhân đồng thời v tơng tác sẽ trở nên đặc biệt rõ
trong khi bn luận về những thay đổi các đặc trng quỹ đạo Trái Đất.
16-1 Tiêu điểm môi trờng: Các đợt
nóng lịch sử trong những năm 1980-2000
Chắc chắn rằng nhiệt độ ton cầu đã
tăng lên trong thế kỷ 20 nh hình 1 biểu
diễn. Các giá trị trên trục tung chỉ hiệu
giữa nhiệt độ một năm cụ thể v trung
bình khí hậu của giai đoạn 1880-2001.
Mỗi năm từ năm 1880 đến giữa những

năm 1920 có các nhiệt độ dới-chuẩn,
nhng nhiệt độ bắt đầu tăng lên từ
khoảng năm 1990. Tiếp theo, trong các
năm cuối thập niên 1930, đa số các năm
có nhiệt độ trên-chuẩn, với sự nóng lên rõ
rệt xuất hiện từ cuối những năm 1970.
Trong ton thế kỷ 20, các nhiệt độ
bề mặt ton cầu đã tăng với tốc độ
0,6
o
C/thế kỷ, nhng trong quý t của thế
kỷ tốc độ tăng lớn hơn nhiều, khoảng
2,0
o
C/thế kỷ.
Thập kỷ cuối cùng của thế kỷ 20 v
3 năm đầu của thế kỷ 21 đã ấm lên đáng
kể. Từng năm trong 13 năm giữa 1990 v
2002 nằm trong số 18 năm nóng nhất kể
từ khi có số liệu ghi nhận, v tất cả 9
trong số 10 năm nóng nhất kỷ lục đã xảy
ra trong khoảng thời gian ny. Các năm
1998, 2002 v 2001 l ba năm nóng nhất
kỷ lục. Sự nóng lên chung của thời kỳ ny
đã có thể thậm chí còn mạnh hơn nếu
không xảy ra vụ phun núi lửa Pinatubo ở
Philipine năm 1991. Các son khí trong
bình lu quyển từ vụ núi lửa đã lm giảm
581

Hình 1. Các nhiệt độ không khí trung bình ton cầu từ 1890 đến 2002
của ton bộ bề mặt Trái Đất (a), trên đại dơng (b) v trên lục địa (c)
lợng bức xạ Mặt Trời đạt tới bề mặt Bắc
bán cầu trong các năm 1992 v 1993, tạo
thnh hai năm lạnh nhất của thập kỷ
(mặc dù vẫn ấm hơn so với trung bình di
hạn). V mặc dù chúng ta không có
những ghi chép tin cậy đối với các năm
trớc 1880, một phân tích sử dụng các kỹ
thuật đã đợc mô tả vừa rồi cho biết rằng
5 năm của thập kỷ 90 có lẽ l những năm
nóng nhất đối với Bắc Mỹ trong 6 thế kỷ
gần đây! Rất thú vị, mặc dù nhiệt độ đất
liền v đại dơng đều tăng mạnh vo
những năm 90, chúng không hon ton
đồng bộ với nhau.
Sức khỏe con ngời bị đe dọa do tăng
nhiệt độ có thể trở nên nghiêm trọng hơn
so với dữ liệu nhiệt độ tách riêng đã mách
bảo. Một số nghiên cứu công bố mới đây
đã xem xét các xu thế của cả nhiệt độ v
nhiệt độ biểu kiến (dựa trên kết hợp giữa
nhiệt độ v độ ẩm nh đã mô tả ở chơng
3) tại Mỹ trong các năm 1949-1995.
Nghiên cứu đã phát hiện rằng, phạm vi
ảnh hởng của các nhiệt độ biểu kiến cực
đoan đã tăng lên một cách kịch tính hơn
so với phạm vi ảnh hởng của các nhiệt
độ cực đoan đứng tách riêng. Để lm cho
vấn đề tồi tệ hơn, lợng tăng nhiệt độ

biểu kiến ban đêm lớn hơn lợng tăng
nhiệt độ biểu kiến ban ngy, có nghĩa l
các nhiệt độ biểu kiến cao, thay vì giảm
xuống vo lúc hong hôn, lại duy trì vo
582

ban đêm. Điều ny quan trọng, vì các
chuyên gia cho rằng nguy cơ lớn nhất đối
với sức khỏe không phải từ những nhiệt
độ ban ngy rất cao, m từ sự kéo di của
các nhiệt độ biểu kiến cao trong một số
ngy không có những đêm lạnh xen giữa.
Kết quả nghiên cứu thậm chí còn đáng
chú ý hơn khi ngời ta tính tới chuyện
rằng dữ liệu từ những năm nóng kỷ lục
1997 đến 1999 đã không đợc gộp vo.
Câu hỏi lớn liên quan đến nóng lên,
đó l, nóng lên do hậu quả các hoạt động
con ngời hay đó l sự biến thiên tự
nhiên. Trong khi cha biết chắc câu trả
lời, mỗi năm nóng mới lại củng cố thêm
cho các dự báo của các mô hình hon lu
chung của một khí quyển ấm thích ứng
với nồng độ các chất khí nh kính gia
tăng. Năm 2001, Cơ quan Liên chính phủ
về Biến đổi Khí hậu (IPCC) công bố báo
cáo đánh giá thứ ba của mình, đã tổng
quan những hiểu biết hiện nay về nóng
lên ton cầu. Nhóm nh khoa học uy tín
ny dới sự đỡ đầu của Tổ chức Khí

tợng Thế giới v Chơng trình Môi
trờng của Liên hợp quốc đã khẳng định
rằng nóng lên trong 100 năm qua rất có
thể l không chỉ do sự biến thiên nội
tại . Họ còn cho biết thêm rằng, phần
lớn sự nóng lên đã thấy trong 50 năm qua
có lẽ l do tăng nồng độ các chất khí nh
kính. Tháng 6 năm 2002, Cơ quan Bảo
vệ Môi trờng của Mỹ đã kết luận thêm
rằng nóng lên trong các thập kỷ cuối chủ
yếu l do các hoạt động của con ngời .
Báo cáo đã bổ sung thêm rằng thậm chí
nếu nh phát thải nh kính sẽ giảm đi
trong những năm tới, thì ảnh hởng của
sự tăng trong khí quyển ở mấy thập kỷ
vừa qua vẫn không sớm đảo ng
ợc đợc.
Biến thiên của năng l~ợng Mặt Trời
Nh chúng ta đã rút ra trớc đây, khí hậu Trái Đất rất nhạy cảm với đầu ra
của Mặt Trời. Nếu xem lợng năng lợng do Mặt Trời phát ra không thực sự l
không đổi, cơ chế ny của biến đổi khí hậu có tính lý thuyết quan trọng. Ví dụ, các
biến thiên no đó về năng lợng Mặt Trời, cỡ 0,1 đến 0,2 % có lẽ l do sự xuất hiện
các vết đen Mặt Trời. Nh đã đề cập ở chơng 2, các vết đen Mặt Trời l những
vùng tơng đối lạnh của quyển sáng, có kích thớc cỡ đờng kính Trái Đất. Số vết
đen Mặt Trời tăng hoặc giảm theo một vi quy mô thời gian, bao gồm chu trình rõ
nhất 10,7 năm. (Thông thờng, chúng ta gọi đó l chu trình 11 năm).
Các quan trắc vệ tinh cho thấy rằng nếu quan sát trong một số tuần, bức xạ
Mặt Trời giảm khi số vết đen Mặt Trời tăng. Điều ny phù hợp với các vết đen Mặt
Trời lạnh khi phần nhiều Mặt Trời đợc bao phủ bởi những vùng lạnh, bức xạ
Mặt Trời phát ra ít. Nhng ở các quy mô thời gian di hơn, nh cỡ một chu trình 11

năm đầy đủ, thì số vết đen tăng lại tơng quan với bức xạ lớn hơn. Rõ rng, tại các
quy mô thời gian di ny, phải có những thay đổi ở Mặt Trời đẻ bù lại diện tích
tăng lên của các vết đen. (Giải thích thỏa đáng nhất l tăng các vùng sáng xung
quanh). Sự kết nối giữa hoạt động vết đen v năng lợng Mặt Trời đã dẫn tới một
kết luận quan trọng rằng hiện tợng ny có thể l nguyên nhân của một số biến đổi
khí hậu đã diễn ra trên Trái Đất. Ví dụ, những đợt khô hạn tại bình nguyên Great
Plains của nớc Mỹ thể hiện một xu thế lặp lại sau một khoảng thời gian gần tơng
ứng với một chu trình kép vết đen Mặt Trời, còn nghiên cứu trớc đây đã chỉ ra
những chu trình tuần hon tơng tự về lu lợng sông Nile. Ngo
i ra, các nhiệt độ
khô
ng khí trên phần đông của Bắc Mỹ tăng v giảm khoảng 0,2
o
C một cách đồng
583

bộ rõ nét với chu trình 11 năm. Một số bằng chứng ủng hộ cho sự liên quan giữa khí
hậu v hoạt động Mặt Trời còn thể hiện qua một thực tế l giai đoạn cực tiểu hoạt
động vết đen Mặt Trời giữa các năm từ 1645 đến 1715 (
Maunder Minimum), trùng
khớp với một trong những thời kỳ lạnh nhất của Thời kỳ Băng nhỏ (xem chuyên
mục
2-3: Những nguyên lý vật lý: Mặt Trời). Tuy nhiên, đã từng có những giai đoạn
trong đó các biến thiên về hoạt động vết đen không trùng khớp với các đợt biến đổi
khí hậu, v các giải thích khác đã đa ra những biến đổi khí hậu 22 năm biểu kiến.
Một bằng đáng ngờ đối với mối liên hệ Mặt Trời - khí hậu đã trở nên mạnh hơn
vo cuối những năm 1980, khi một vi nh khoa học nhận thấy rằng mối quan hệ
giữa các điều kiện của đối lu quyển v hoạt động vết đen Mặt Trời mạnh hơn khi
tính tới hớng gió trong đối lu quyển trên các vùng nhiệt đới. Các trờng gió ny
có xu thế đổi hớng ngợc lại với các chu trình xấp xỉ hai năm theo một kiểu m

ngời ta gọi l
dao động tựa hai năm (quasi-biennial oscilation QBO). Chẳng
hạn, khi QBO ở trong kiểu từ tây sang đông, thì sẽ có một quan hệ giữa số vết đen
Mặt Trời v điều kiện mùa đông trên phần phía bắc của Canađa. áp suất bề mặt
tăng lên v giảm đi theo số vết đen Mặt Trời v đờng đi trung bình của dông dịch
chuyển lên phía bắc hoặc xuống phía nam. Tuy nhiên, khi QBO ở trong pha đông
sang tây của nó, thì không thấy rõ mối quan hệ nh vậy. Mặc dù những mối liên hệ
nh vậy rất hấp dẫn v rất mạnh về thống kê, song cha có một cơ chế nhân quả
no giải thích đợc chúng.
Trên một quy mô thời gian hon ton khác, ngời ta biết rằng suất bức xạ từ
Mặt Trời đã tăng lên khoảng 1/3 kể từ khi hình thnh hệ thống Mặt Trời. Điều ny
gây nên một nghịch lý thú vị, bởi vì, nh ta đã thấy trớc đây trong chơng ny,
Trái Đất đợc biết l đã từng nóng hơn so với ngy nay trong suốt phần lớn lịch sử
của nó. Mối liên quan khác thờng ny giữa một Mặt Trời ít phát xạ v một Trái
Đất nóng hơn đợc gọi l nghịch lý Mặt Trời yếu ớt giai đoạn sớm. Có hai cách
giải thích rất khác nhau về nghịch lý ny đang rất thịnh hnh. Một nhắc tới hiệu
ứng nh kính của khối khí CO
2
, khí quyển trớc đây có áp suất riêng phần CO
2
tới
10 lần lớn hơn áp suất bề mặt tổng cộng ngy nay. Các phân tử hữu cơ rất khó có
thể sinh ra trong một khí quyển nh vậy; nh vậy, ý tởng ny lm cho sự xuất
hiện sự sống khó m hiểu đợc. Hơn nữa, có bằng chứng địa chất nói rằng các mức
CO
2
nh thế không bao giờ đạt đợc. Do đó, một quan điểm khác cũng không kém
phần phổ biến, ngời ta nhắc tới các mức amôniac cao đã tạo nên một nh kính
trớc đây. Vì ngờ rằng amôniac bị bức xạ cực tím phá hủy, quan điểm ny đã bị coi
l một giải thích đáng nghi. Tuy nhiên, vo năm 1997, ngời ta đã chứng minh

rằng khiên che chắn trên cao bởi các chất khí khác có thể đã cho phép amôniac tích
lũy tại các mực thấp. Bất chấp giả thuyết no (hay cả hai) l đúng, điều thú vị l
mối liên hệ Mặt Trời - khí hậu vận hnh từ thái cực ngờ vực liệu (các vết đen) có
một hiệu ứng no đó hay không đến phân vân vì sao hiệu ứng trớc đây lại yếu nh
vậy (Mặt Trời yếu giai đoạn sớm).
Những thay đổi của quỹ đạo Trái Đất
Trong chơng 2 chúng ta đã thấy rằng các mùa xuất hiện chủ yếu do độ
nghiêng trục xoay của Trái Đất so với Mặt Trời. Nếu ta tởng tợng một mặt phẳng
584

trên đó Trái Đất quay xung quanh Mặt Trời, ta có thể thấy rằng trục xoay định
hớng lệch 23,5
o
so với đờng vuông góc tới mặt phẳng (tức l, nó có một độ nghiêng
23,5
o
). Hớng của trục xoay không đổi trong suốt năm, cho nên dù Trái Đất nằm ở
đâu so với Mặt Trời, thì trục của nó vẫn hớng tới sao Bắc Đẩu. Trong 6 tháng tiếp
sau điểm Xuân phân, Bắc bán cầu nghiêng về phía Mặt Trời, trong thời gian còn lại
của năm, Nam bán cầu có khoảng lộ lớn hơn tới Mặt Trời. Đây l nhân tố chính gây
nên các mùa. Rõ rng, nếu nh trục xoay nghiêng hơn 23,5
o
, hiệu ứng ny sẽ mạnh
hơn v dẫn đến một tính mùa lớn hơn. Tơng tự, hiệu ứng sẽ biến mất nếu nh trục
hon ton vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo.
Chúng ta còn thấy rằng, quỹ đạo Trái Đất l đờng ellip, không phi l đờng
tròn, nên vo khoảng ngy 4/1 Trái Đất khoảng 3% gần với Mặt Trời hơn so với vo
ngy 4/7 (hình 2.10). Sự thay đổi ny về khoảng cách Trái Đất - Mặt Trời lm cho
ton bộ hnh tinh nhận đợc bức xạ Mặt Trời tại đỉnh khí quyển vo đầu tháng 1
(cận điểm) khoảng 7% nhiều hơn so với vo đầu tháng 7 (viễn điểm). Dễ thấy rằng,

độ lệch tâm lớn hơn sẽ gây nên những khác biệt lớn hơn về bức xạ tới tại đỉnh của
khí quyển trong một năm.
Chừng no chúng ta quan tâm tới Bắc bán cầu, khoảng cách Trái Đất - Mặt
Trời l lớn nhất trong thời gian mùa hè v nhỏ nhất trong thời gian mùa đông, lm
cho các mùa đông ấm hơn v các mùa hè mát hơn so với ở Nam bán cầu. Nh vậy,
không chỉ độ lệch tâm quan trọng đối với tính mùa, m các thời gian xảy ra khoảng
cách Trái Đất - Mặt Trời cực tiểu v cực đại so với kỳ xuân phân v kỳ thu phân
cũng quan trọng (nh sẽ đợc giải thích ngay sau đây).
Tóm lại, có ba nhân tố thiên văn ảnh hởng tới thời gian v cờng độ của các
mùa: độ lệch tâm của quỹ đạo, độ nghiêng của trục Trái Đất so với đờng vuông góc
của mặt phẳng quỹ đạo v thời gian diễn ra của viễn điểm v cận điểm so với các kỳ
nhật phân. Nh ta thấy trong thực tế, tất cả ba nhân tố ny thay đổi chậm theo
thời gian với nhiều quy mô thời gian khác nhau.
Độ lệch tâm. Độ lệch tâm của quỹ đạo Trái Đất biến thiên một cách tuần
hon theo một số quy mô thời gian, với một chu trình khoảng 100000 năm đặc biệt
rõ rệt. Mặc dù khoảng cách Trái Đất - Mặt Trời tại viễn điểm hiện nay vo khoảng
3% lớn xa hơn so với khoảng cách tại cận điểm, khoảng cách tơng đối biến thiên
khoảng 1 đến 11% trong khoảng 600000 năm gần đây. Trong khoảng 15000 năm
gần đây đã có một sự giảm độ lệch tâm một cách ổn định v sẽ tiếp diễn khoảng
35000 năm nữa.
Độ nghiêng trục. Góc xiên của trục Trái Đất, độ nghiêng trục, cũng biến
thiên tuần hon, nhng với một chu kỳ áp đảo bằng khoảng 41000 năm, trong thời
gian đó nó thay đổi giữa 22,1
o
v 24,5
o
so với đờng vuông góc. Mặc dù biên độ của
độ nghiêng có thể tỏ ra nhỏ, song nó có thể tạo ra những khác biệt đáng kể về lợng
bức xạ trong mùa hè v mùa đông. Cụ thể, các vùng vĩ độ cao có thể trải nghiệm
những biến thiên về bức xạ tới tại đỉnh khí quyển khoảng 15 % do biến thiên về độ

nghiêng. Đỉnh điểm gần đây nhất của độ lệch xảy ra khoảng 10000 năm trớc. Nh
vậy, chúng ta đang ở trong khoảng giữa của nửa chu trình từ độ nghiêng cực đại
585

sang độ nghiêng cực tiểu.
Tuế sai. Mặc dù kỳ hạ chí đối với Bắc bán cầu hiện nay đang xảy ra vo thời
gian gần với viễn điểm, nó thay đổi theo thời gian do trục lắc l theo một chu kỳ
khoảng 27000 năm. Nói khác đi, trục xoay hồi chuyển sao cho trong khoảng 13500
năm nó sẽ hớng đến một ngôi sao khác, sao Chức Nũ (Vega), thay vì sao Bắc Đẩu
(hình 16.6). Sự thay đổi ny về định hớng của trục Trái Đất đợc gọi l tuế sai
(tiến động), nó trực tiếp lm thay đổi thời gian xảy ra v cờng độ của các mùa. Kết
hợp với những thay đổi về định hớng của quỹ đạo Hong đạo, nó gây nên một chu
trình bức xạ 23000 năm. Nếu nh định hớng của trục hớng về sao Chức Nữ nh
đang diễn ra ngy nay cùng với thời gian hiện nay của viễn điểm v cận điểm, thì
kỳ đông chí đối với Bắc bán cầu sẽ gần trùng khớp với ngy viễn điểm. Sự tăng kết
quả về tính mùa sẽ gây nên các mùa hè nóng hơn v các mùa đông lạnh hơn ở Bắc
bán cầu. Đồng thời, Nam bán cầu sẽ có tính mùa yếu hơn do kỳ hạ chí của nó sẽ xảy
ra gần với ngy viễn điểm.
Hình 16.6. Tuế sai
Cũng cần lu ý rằng, tầm quan trọng của tuế sai tới ảnh hởng bức xạ nhận
đợc còn phụ thuộc vo độ lớn của độ lệch tâm của quỹ đạo. Những giá trị nhỏ của
độ lệch tâm (các quỹ đạo gần tròn) lm giảm mức độ quan trọng của tuế sai; độ lệch
tâm lớn hơn sẽ khuếch đại nó. Với xu thế hiện hnh hớng về phía các độ lệch tâm
giảm, chúng ta có thể kỳ vọng hiệu ứng ny sẽ tơng đối nhỏ trong thời gian 50000
năm tới hoặc đại loại nh thế.
Ba chu trình ny kết hợp lại đợc gọi l các
chu trình Milankovitch, để tôn
vinh nh thiên văn học đầu thế kỷ 20, ngời đã giải thích về ảnh hởng tiềm năng
của những chu trình ny tới khí hậu Trái Đất. Hầu hết các nh khoa học tin rằng
các chu trình Milankovitch đã có một vai trò quan trọng trong kéo di v rút ngắn

của các thời kỳ băng h trong Đệ tứ do cái cách chúng kết hợp cùng nhau tác động
tới tính mùa. Những kỷ nguyên băng h lớn, nh các kỷ nguyên hiện tại đang
chiếm lĩnh phần lớn Greenland v Nam Cực, rất có thể l kéo di ra khi tính mùa
yếu. Với tính mùa yếu, các nhiệt độ mùa đông ấm hơn tạo thuận lợi cho tuyết rơi
586

nhiều hơn trên phần lớn các khiên băng lợng hơi nớc có nhiều hơn. Các mùa hè
mát mẻ hơn cũng thuận lợi cho sự phát triển băng h do tốc độ tan băng ở các vùng
rìa của khiên băng thấp hơn.
Bằng chứng quan sát quan trọng về vai trò của các chu trình Milankovitch
đợc thấy trong hồ sơ khí hậu của Pleistoxen. Nếu sử dụng bức xạ ở các vĩ độ trung
bình Bắc bán cầu nh một đại lợng thay thế cho tác động quỹ đạo, ta thấy có một
sự trùng khớp khá tốt giữa các thời gian băng tiến v băng thoái. Ngoi ra, khi độ
biến động trong hồ sơ khí hậu giảm sút tuân theo một số quy mô thời gian khác
nhau, thì ba thời kỳ Milankovitch chính hợp nhất lại với nhau để duy trì phần lớn
sự biến đổi khí hậu. Vì những nguyên nhân ny v các nguyên nhân khác, sự biến
đổi của các tham số quỹ đạo đợc thừa nhận rộng rãi nh l cơ chế điều khiển các
chu trình băng h/gian băng.
ở mức độ no đó, các giai đoạn băng h tiến v băng
h thoái chịu ảnh hởng bởi các chu trình Milankovitch, v viễn cảnh đối với chúng
ta l quay lại một giai đoạn băng h tiến khác trong một vi thiên niên kỷ sắp tới.
Nhng học thuyết của Milankovitch không phải không có vấn đề, vấn đề chính của
nó l gì đó liên quan đến chu trình độ lệch tâm. Chu trình 100000 năm có tác động
yếu nhất tới lợng bức xạ đạt tới hnh tinh, nhng xuất hiện nh một chu trình
mạnh nhất trong hồ sơ khí hậu. Nếu nh đây l nguyên nhân thực sự, thì các quá
trình còn phải đợc đợc giải thích đầy đủ phải lm khuếch đại chu trình bức xạ
nhỏ tơng đối. Một vấn đề có liên quan liên quan tới những gia tăng biên độ đã
thấy trong chu trình khí hậu 100000 năm. Nếu nh các chu trình độ lệch tâm l
nguyên nhân, thì tại sao chúng đột ngột trở nên quan trọng hơn ở khoảng 800000
năm trớc? Cuối cùng, có một câu hỏi về tuế sai, nó lệch pha giữa Bắc bán cầu v

Nam bán cầu. Các hiệu ứng tuế sai no đã gây nên những điều kiện lạnh đi ở một
bán cầu thì phải gây nên ảnh hởng ngợc lại ở bán cầu kia. Tuy nhiên, nh chúng
ta đã thấy, các biến đổi khí hậu đã tơng tự ở cả hai bán cầu, chứ không phải l đối
ngợc với nhau.
Những thay đổi về hình dạng lục địa v các đặc tr~ng của bề mặt
Nhiều nh khí hậu tin rằng những biến đổi khí hậu diễn ra trong các thời gian
di nhất thì ít nhất cũng phải phần no phản hồi lại để lm thay đổi kích thớc v
vị trí các lục địa trên Trái Đất. Quan điểm cũ rằng sự trôi lục địa l một biến tác
động chủ yếu đã không còn đứng vững trớc những ớc lợng định lợng về mức độ
biến đổi do các mô phỏng máy tính thu đợc. Sự tan vỡ của
lục địa Pangaea (siêu
lục địa trớc đây) v sự di chuyển chậm của các lục địa kết quả chắc chắn đã phải
gây nên những biến đổi khí hậu lớn, thậm chí nếu nh không lớn nh ta đã thấy
trong hồ sơ địa chất. Dĩ nhiên, phải nh vậy, bởi vì tất cả những nhân tố no ảnh
hởng tới nhiệt độ v các biến khí hậu khác (nh vĩ độ v tính lục địa) tự chúng
cũng phải chịu ảnh hởng mạnh bởi sự di chuyển của các lục địa. Mặc dù rất kịch
tính, những biến đổi khí hậu do hậu quả di dịch các lục địa sẽ cực kỳ chậm. Giống
nh các thay đổi về vị trí, các giai đoạn tạo núi trên lục địa đã chắc chắn gây nên sự
biến đổi khí hậu đáng kể. Ví dụ, mô hình máy tính mách bảo rằng sự hiện diện của
các vùng núi lớn (dãy Rocky, Himalaya, Andes) sẽ khuếch đại các sóng Rossby
587

trong mùa đông v khuyến khích các hon lu gió mùa tăng cờng trong mùa hè,
cả hai đều phù hợp với dữ liệu quan trắc.
ở các quy mô thời gian ngắn hơn, sự thay đổi của bề mặt Trái Đất, đặc biệt do
hoạt động con ngời, có thể ảnh hởng mạnh tới sự phân bố bức xạ Mặt Trời. Một
trong các hoạt động nh thế l quá trình triệt phá rừng, trong đó những khoảng
đất rộng lớn không còn cây cối. Giảm sút thực vật lm giảm sự bốc thoát hơi tiềm
năng từ bề mặt. Điều đó về phần mình dẫn đến các nhiệt độ cao hơn ở gần bề mặt
vì một lợng năng lợng chuyển kênh sang nhiệt ẩn hóa hơi bị giảm sút v còn lm

giảm lợng ma. Hơn nữa, sự phân hủy thực vật trực tiếp lm tăng lợng CO
2
khí
quyển, một chất khí nh kính quan trọng. Kết cục, mất bề mặt phủ thực vật, nơi
diễn ra quá trình quang hợp, một quá trình di dời CO
2
ra khỏi khí quyển. Thậm trí
nếu quá trình tạo rừng diễn ra, sự chuyển đổi từ rừng gi sang rừng non vẫn lm
giảm tốc độ di dời CO
2
khỏi khí quyển.
Sự thay đổi của bề mặt đất khô hạn v bán khô hạn bởi quá trình tạo bãi chăn
thả gia súc quá mức có thể cũng dẫn đến những biến của đổi khí hậu khu vực. Độ
rắn chắc của đất cùng với thực vật có thể lm tăng lợng nớc mặt, do đó lm giảm
lợng nớc hiện hữu cho bốc hơi vo khí quyển. Thêm nữa, một giả thuyết cho rằng
sự di dời thực vật dẫn đến tăng albeđo bề mặt. Khi albeđo tăng lên, sự suy giảm về
năng lợng đất hấp thụ đợc sẽ lm bề mặt lạnh đi v tốc độ giảm môi trờng giảm.
Vì tốc độ giảm môi trờng nhỏ sẽ lm cho không khí ổn định hơn v kém thích hợp
cho ma đối lu, chăn thả quá mức có thể sẽ gia tăng tính dễ bị tổn thơng của các
khu vực đó trở thnh vùng khô hạn. Mặt khác, giảm thực vật do chăn thả quá mức
có thể có tác động ngợc lại, trong đó giảm về bốc hơi dẫn đến sự nóng lên chung
của bề mặt v giảm tốc độ giảm môi trờng. Tất nhiên, sự bất ổn định gắn liền với
tốc độ giảm môi trờng tăng lên sẽ có ảnh hởng yếu nếu nh không có đủ nớc
hiện hữu để gây ma. Còn một hiệu ứng nữa do sự thay đổi về độ gồ ghề bề mặt, nó
lm thay đổi quá trình truyền động lợng giữa khí quyển v mặt đất.
Những thay đổi về độ đục khí quyển
Độ đục khí quyển l lợng vật liệu rắn v lỏng (son khí) chứa trong không khí.
Một số son khí đợc sinh ra trong khí quyển thông qua các quá trình tự nhiên, nh
phun núi lửa quy mô lớn; một số khác sinh ra do hoạt động con ngời, nh phát
thải ống khói. Son khí có thể gia nhập khí quyển trực tiếp nh các ví dụ đã nêu.

Chúng còn có thể gia nhập khí quyển một cách gián tiếp nhờ các quá trình hóa học
trong đó các chất khí nhất định thờng l các hợp chất sunphat, v cả nitrat v
hyđrocacbon - phản ứng trong ánh sáng Mặt Trời để hình thnh các son khí rắn v
lỏng. Một số son khí thờng không lớn hơn những cụm phân tử nhỏ li ti, nhng một
số khác có đờng kính vi mm. Đó l một dải kích thớc rất lớn, giống nh thể các
quả bóng bn so với các hnh tinh. Tuy nhiên, bất chấp nguồn gốc, thnh phần cấu
tạo, biến đổi di hạn về trữ lợng son khí có thể l những mầm mống quan trọng
đối với khí hậu.
Tồn tại cả trong đối lu quyển v bình lu quyển, son khí ảnh hởng trực tiếp
588

tới sự truyền qua v hấp thụ bức xạ Mặt Trời v bức xạ hồng ngoại. Thông qua hấp
thụ ánh sáng tới của Mặt Trời, chúng có thể lm nóng khí quyển xung quanh các
son khí, nhng chúng cũng có thể lm tăng lợng tán xạ ngợc trở lại v lm nhờ
đó lm giảm lợng bức xạ đạt tới bề mặt. Các hiệu ứng tơng đối của sự hấp thụ so
với tán xạ ngợc rất khó đánh giá v tùy thuộc vo nhiều nhân tố, bao gồm albeđo
của son khí v bề mặt phía dới.
ở một mức độ thấp hơn, son khí có thể lm tăng hấp thụ bức xạ sóng di đi lên
giải phóng vo không gian, v do đó tăng bức xạ sóng di tán xạ từ khí quyển
xuống bề mặt. Nhờ cách ny, chúng có thể ảnh hởng trực tiếp lm các nhiệt độ ban
đêm tăng.
Son khí còn có thể ảnh hởng tới khí hậu một cách gián tiếp thông qua khả
năng của chúng dùng lm các nhân ngng kết mây. Một đám mây với số lợng lớn
các nhân ngng kết có thể chứa nhiều nớc lỏng hơn so với đám mây với ít nhân
ngng kết hơn, nhng nó sẽ có nhiều giọt với kích thớc nhỏ hơn. Những đám mây
với số lợng lớn các giọt nhỏ ít khả năng cho ma, v do đó dễ tồn tại trong những
khoảng thời gian di. Ngoi ra, tổng diện tích bề mặt các giọt trong đám mây nh
thế rất lớn v nó lm tăng hệ số phản xạ các đám mây (giả thiết rằng cùng lợng
nớc lỏng). Vì vậy, các son khí trong đối lu quyển có thể l nguyên nhân của
những đám mây lớn, sống lâu hơn v sáng hơn.

Hình 16.7. Các dấu vết của tầu biển d~ới
dạng những vệt trắng lẫn trong trần mây
tầng thấp với những đám mây xám sáng
lốm đốm. ảnh thể hiện một vùng khơi phía
tây bắc n~ớc Mỹ, các khoảng quang mây
của đại d~ơng thể hiện ở nền mu đen
Hiệu ứng gián tiếp của các son khí thể hiện trên các ảnh vệ tinh về những vệt
khói sau tầu, đó l những vệt mây tầng thấp do các tầu viễn đại dơng sinh ra
(hình 16.7). Trong bầu khí quyển tinh khiết tơng đối bên trên đại dơng, các son
khí lm tăng sự ngng kết, tạo thnh những vệt mây di lững lờ trôi trong bầu trời
trong sáng xung quanh. Với albeđo cao, các đám mây đó lm giảm lợng bức xạ
Mặt Trời đạt tới bề mặt. Một công trình nghiên cứu mới đây về các vết ô nhiễm trên
đất liền cung cấp thêm bằng chứng nữa về hiệu ứng son khí gián tiếp, trên ảnh vệ
tinh các vết ô nhiễm xuất hiện dới dạng những cụm mây sáng hơn ở phía xuôi
589

theo hớng gió của các thnh phố. Bằng cách phân tích dữ liệu từ một số máy thám
sát, ngời ta phát hiện thấy rằng các son khí lm giảm mạnh lợng ma ở các khu
vực xuôi theo hớng gió thông qua ngăn chặn sự hình thnh băng v liên kết các
giọt. (Hãy nhớ rằng đó l những cơ chế phát triển giáng thủy quan trọng).
Tiếp theo những nét khái quát trên đây, bây giờ chúng ta xem xét chi tiết
hơnvề những hiệu ứng khí hậu học của son khí trong đối lu quyển v bình lu
quyển nh các tác nhân của biến đổi khí hậu.
Son khí trong đối l~u quyển
Các nguồn tự nhiên của son khí trong đối lu quyển bao gồm những bụi muối
trong sóng đại dơng v bọt, bồ hóng v các chất khí từ những vụ cháy, sự bóc mòn
đất do gió, phát tán các bo tử, phấn hoa, phát thải các hợp chất sunphit do phù du
sinh vật đại dơng v các quá trình sinh quyển khác. (Trong một số trờng hợp,
phát thải ban đầu l chất khí, nhng chuyển hóa sang dạng lỏng hoặc rắn). Tất
nhiên, phun núi lửa có thể đột ngột thải một lợng vật liệu khổng lồ vo đối lu

quyển, nhng nó lắng v rơi xuống ngay sau khi phun tro v vì vậy không gây nên
những tác động di hạn đối với khí hậu (trừ khi phun núi lửa liên tíêp).
Mặc dù chúng ta không có những ghi nhận di hạn trực tiếp về son khí đối lu
quyển, nhng rõ rng hoạt động con ngời đã lm tăng nồng độ son khí. Điều ny
đặc biệt đúng trên các khu vực công nghiệp hóa trên lục địa. Tuy nhiên, khác với
các chất khí khác có thời gian sống rất di (chơng 1), các son khí riêng rẽ không có
khoảng thời gian sống lâu trong tầng bình lu. Kết quả l các son sinh ra bên trên
những trung tâm đô thị hoặc công nghiệp lắng xuống trớc khi chúng có thể phân
tán rộng ra ton cầu, do đó dẫn đến những nồng độ thay đổi nhiều trong thời gian
v không gian. Kết quả l, các hiệu ứng khí hậu có xu thế biệt lập ở các khu vực
gần các nguồn ô nhiễm.
Cho đến nay, vẫn cha biết những tác động trực tiếp của son khí tầng đối lu
tăng lên có dẫn đến một sự nóng lên chung hay lạnh đi ở gần bề mặt hay không.
Các mô hình số trị ngy nay cho chúng ta biết rằng dung lợng son khí tăng lên có
tác động ròng lm giảm các nhiệt độ bề mặt trên ton cầu. Thực tế, sự lạnh đi do
son khí nhân tạo tỏ ra có cùng cỡ độ lớn nh
sự nóng lên kèm theo l
ợng gia tăng
về
các chất khí nh kính trong các thập kỷ gần đây, xét về lý thuyết. Vì vậy, nếu nh
sự bổ sung thêm các chất khí nh kính vo khí quyển đã góp phần thúc đẩy sự
nóng lên trong thế kỷ vừa qua, thì tác động của nó có thể bị che khuất bởi các hiệu
ứng lm lạnh đi của son khí. Nhng chúng ta không thể kỳ vọng hiệu ứng son khí
bù trừ cho hiệu ứng chất khí nh kính một cách hon ton. Nếu nh sự phát thải
nhân tạo ổn định, dung lợng CO
2
khí quyển sẽ cần có 200 năm để đạt tới mức cân
bằng mới, trong khi mức son khí sẽ thích ứng lại ngay lập tức. Vì vậy, hiệu ứng nh
kính sẽ tiếp tục tăng, còn hiệu ứng son khí sẽ ổn định v thôi không bù trừ cho hiệu
ứng ngợc lại nữa. Bất chấp những ảnh hởng có thể có lợi của son khí đối với biến

đổi khí hậu, nên nhớ rằng son khí cũng có những tác động tiêu cực của riêng nó đối
với con ngời v môi trờng (chơng 14).
590

Son khí trong bình l~u quyển
Không giống các son khí trong đối lu quyển, các son khí trong bình lu quyển
chủ yếu l kết quả của các quá trình tự nhiên; hoạt động con ngời l không còn
quan trọng. Tầng bình lu duy trì một mức nền son khí sinh ra trong quá trình các
chất khí sunphua trong đối lu quyển khuếch tán lên phía trên, để sau đó chuyển
hóa từ khí thnh hạt. Mặc dù các mức nền duy trì tơng đối không đổi theo thời
gian, những đợt tăng mạnh có thể xảy ra trong các tháng sau khi phun núi lửa.
Các son khí bình lu quyển có thể duy trì trong bình lu quyển lâu hơn so với
những ngời anh em của chúng ở trong đối lu quyển do hai nguyên nhân nh sau:
Thứ nhất, chúng có xu thế bé hơn v do đó có vận tốc lắng thấp hơn. Quan trọng
hơn, tác nhân hiệu quả nhất loại bỏ các son khí l giáng thủy, m giáng thủy thì
không quan trọng ở tầng bình lu.
Nh đã nêu ở trên, son khí tác động lên cân bằng năng lợng thông qua các
quá trình hấp thụ, tán xạ ngợc lại bức xạ Mặt Trời v hấp thụ v phát xạ bức xạ
sóng di. Sự giảm về bức xạ Mặt Trời đạt tới bề mặt sẽ thuận lợi cho sự hạ thấp
nhiệt độ không khí của tầng đối lu, trong khi hấp thụ bức xạ sóng di đi lên v
tăng phát xạ xuống dới sẽ kích thích bề mặt ấm lên. Vậy cái gì thực sự u thế
trong trờng hợp của son khí tầng bình lu? Thấy rằng, tầm quan trọng tơng đối
của bức xạ sóng ngắn v sóng di thay đổi tùy thuộc vo kích thớc của son khí.
Nếu son khí ở tầng bình lu bé, lợng giảm bức xạ Mặt Trời đạt tới bề mặt vợt trội
lợng bức xạ sóng d
i nhận
đợc. Thực tế, son khí ở đó bé v gây nên những nhiệt
độ thấp hơn trong một số năm sau khi phun núi lửa.
Một số đợt phun tro núi lửa gần đây đã cung cấp cho các nh khoa học số liệu
quan trắc hữu ích về những hiệu ứng của son khí tầng bình lu. Núi Saint Helens ở

Washington đã trải qua một đợt phun tro mạnh vo ngy 18/5/1980. Ngoi dòng
khổng lồ các vật liệu rắn phun ra (phần lớn của một sờn núi bị thổi bay), nó chỉ có
chút tác động nhỏ nếu có tới thời tiết bán cầu vì nó chỉ giải phóng ra những lợng
tơng đối nhỏ các khí sunphua, có thể chuyển hóa hon ton thnh son khí. Mặc dù
ánh sáng Mặt Trời ban ngy bị che khuất trên hớng xuôi gió một ít ngy, song
không có một hiệu ứng no đợc ghi nhận sau khoảng thời gian đó.
Ngy 4/4/1982, đợt phun tro của El Chichon ở Mexico mãnh liệt hơn nhiều so
với của núi lửa Saint Helens, v quan trong hơn, nó giải phóng ra một lợng rất lớn
các khí sunphua. Kết quả l lm tăng albeđo của khí quyển, lm giảm nhiệt độ
ton cầu xuống khoảng 0,2
o
C trong một số tháng. Đợt phun tro của Pinatubo
(Philippine) ngy 12/6/1991 đã thải ra lợng khí sunphua khoảng gấp đôi so với El
Chichon, với hiệu ứng đáng kể lm giảm nhiệt độ ton cầu thậm chí nhiều hơn. Vụ
phun tro ny đã lm tăng albeđo khí quyển một cách trực tiếp (thông qua tán xạ
son khí ngợc) v gián tiếp (thông qua tăng độ phản xạ của mây). Hiệu ứng lm
lạnh rất mạnh cho tới tháng 8 năm 1992, khi m nhiệt độ trung bình tầng đối lu
ton cầu giảm khoảng 0,73
o
C so với vo tháng 6 năm 1991 (không tính đến thực tế
l tháng 8 ấm hơn về mặt khí hậu so với tháng 6 ở Bắc bán cầu). Hình 16.8 cho
thấy sự biến đổi trữ lợng son khí trên ton cầu trớc (a) v trong bốn thời kỳ (b),
591

(c) v (d) tiếp theo sau đợt phun tro. Trữ lợng son khí đã tăng gấp 100 lần trong
thời gian đỉnh điểm của nồng độ.
Hình 16.8. Trữ l~ợng son khi trung bình trên địa cầu tr~ớc v sau
vụ phun tro núi lửa Pinatubo năm 1991
Những thay đổi về các chất khí hấp thụ bức xạ
Vấn đề nóng lên khí hậu tiềm năng do tăng lợng khí CO

2
v các chất khí nh
kính khác đã l chủ đề của nhiều nghiên cứu khoa học v tranh luận chính trị. Về
thực chất, chủ đề ny thực sự rất đơn giản. Đốt cháy nhiên liệu hóa thạch v triệt
phá rừng đã dẫn đến một sự tăng ổn định về trữ lợng khí CO
2
của khí quyển (xem
hình 1.5).
CO
2
l một chất hấp thụ hiệu quả bức xạ sóng di. Do đó, tăng trữ lợng chất
khí ny theo thời gian có nguy cơ tác động một hiệu ứng lm nóng đối với khí hậu
Trái Đất: khi CO
2
có nhiều, sự hấp thụ bức xạ đi lên có thể tăng v hình thnh một
nhiệt độ cân bằng cao hơn ở trong tầng đối lu bên dới. Mặt khác, tầng bình lu
mất năng lợng chủ yếu do sự phát xạ bức xạ sóng di. Vì tăng CO
2
dẫn đến phát
xạ mạnh hơn, bình lu quyển (v phần trên của đối lu quyển) có xu hớng lạnh đi
592