Hiệu ứng nhà kính là việc một số khí trong khí quyển — hơi nước, CO₂, mêtan, nitơ oxit — để ánh nắng đi xuống nhưng giữ lại một phần nhiệt mà mặt đất toả ngược lên dưới dạng tia hồng ngoại. Nhờ nó, nhiệt độ trung bình bề mặt Trái Đất khoảng 15°C thay vì khoảng âm 18°C. Vấn đề hôm nay không phải là có hiệu ứng nhà kính, mà là con người đang làm nó mạnh thêm.
Ánh nắng vào, nhiệt ra: hai loại "ánh sáng" khác nhau
Chìa khoá để hiểu hiệu ứng nhà kính là biết Mặt Trời và Trái Đất phát ra hai kiểu bức xạ khác nhau.
- Mặt Trời rất nóng (bề mặt khoảng 5.500°C) nên phát năng lượng chủ yếu ở dạng sóng ngắn: ánh sáng nhìn thấy, một phần tử ngoại và hồng ngoại gần. Phần lớn đi xuyên qua khí quyển tới mặt đất.
- Trái Đất nguội hơn nhiều nên toả nhiệt ở dạng sóng dài — tia hồng ngoại mà mắt không thấy, nhưng da cảm được khi đứng cạnh bức tường phơi nắng cả ngày lúc chiều tối.
Khí nitơ và ôxy, chiếm khoảng 99% không khí khô, gần như "trong suốt" với cả hai loại. Nhưng các phân tử có từ ba nguyên tử trở lên hoặc cấu trúc lệch như H₂O, CO₂, CH₄, N₂O lại rung lên khi gặp tia hồng ngoại đúng bước sóng, hấp thụ nó rồi phát xạ lại theo mọi hướng — trong đó có hướng quay về mặt đất. Kết quả là mặt đất nhận thêm nhiệt, ấm hơn so với khi không có các khí này.
Gọi là "nhà kính" có đúng không
Người trồng rau, hoa ở Đà Lạt hiểu rõ nhà kính: mái nilon hay kính để nắng vào, bên trong ấm hơn bên ngoài. Nhưng nhà kính thật ấm lên chủ yếu vì mái chặn không khí nóng bay đi (chặn đối lưu), chứ không chủ yếu vì giữ tia hồng ngoại. Khí quyển không có mái; nó giữ nhiệt bằng cách hấp thụ và phát xạ lại tia hồng ngoại.
Vì vậy tên gọi chỉ là ẩn dụ. Hình ảnh gần hơn là tấm chăn: chăn không sinh nhiệt, nhưng làm nhiệt cơ thể thoát ra chậm hơn, nên dưới chăn ấm. Thêm khí nhà kính giống đắp chăn dày thêm.
Lịch sử phát hiện: chuyện từ thế kỷ 19
Hiệu ứng nhà kính không phải ý tưởng mới. Đây là các mốc được giới sử khoa học ghi nhận:
- 1824 — nhà toán học Pháp Joseph Fourier lập luận rằng Trái Đất ấm hơn mức nó "đáng có" nếu chỉ tính năng lượng Mặt Trời, và khí quyển phải đóng vai trò giữ nhiệt.
- 1856 — nhà khoa học Mỹ Eunice Foote làm thí nghiệm với các bình khí phơi nắng, ghi nhận bình chứa CO₂ nóng lên nhiều hơn và nêu khả năng CO₂ ảnh hưởng tới nhiệt độ Trái Đất.
- 1859 — nhà vật lý Ireland John Tyndall đo được hơi nước và CO₂ hấp thụ bức xạ nhiệt, trong khi ôxy và nitơ gần như không.
- 1896 — nhà hoá học Thuỵ Điển Svante Arrhenius tính tay mức ấm lên nếu lượng CO₂ trong không khí tăng gấp đôi, ra con số vài độ C.
- 1958 — Charles David Keeling bắt đầu đo CO₂ liên tục ở trạm Mauna Loa (Hawaii). Đường cong Keeling đi lên đều đặn, có răng cưa theo mùa do cây cối Bắc Bán Cầu hút CO₂ mùa hè, nhả ra mùa đông.
Các khí nhà kính chính: ai mạnh, ai bền
| Khí | Nguồn chính do con người | Sức giữ nhiệt so với CO₂ (100 năm) | Tồn tại trong khí quyển |
|---|---|---|---|
| CO₂ | Đốt than, dầu, khí; sản xuất xi măng; phá rừng | 1 (mốc so sánh) | Một phần tồn tại hàng thế kỷ đến hàng nghìn năm |
| Mêtan (CH₄) | Ruộng lúa ngập nước, chăn nuôi gia súc nhai lại, bãi rác, rò rỉ khai thác than, khí | Khoảng 27–30 lần | Khoảng 12 năm |
| Nitơ oxit (N₂O) | Phân đạm bón ruộng, chất thải chăn nuôi, một số ngành công nghiệp | Khoảng 270 lần | Hơn 100 năm |
| Khí chứa flo (HFC…) | Môi chất làm lạnh trong điều hoà, tủ lạnh | Hàng trăm đến hàng chục nghìn lần | Tuỳ loại |
Số "sức giữ nhiệt" (tiềm năng làm nóng toàn cầu, GWP) lấy theo IPCC AR6, làm tròn. Theo Bản tin khí nhà kính của WMO, năm 2023 nồng độ CO₂ trung bình toàn cầu khoảng 420 ppm, tức khoảng 151% mức tiền công nghiệp; mêtan khoảng 265%, nitơ oxit khoảng 125%.
Ruộng lúa có mặt trong bảng không phải để trách nghề lúa. Khi ruộng ngập lâu, đất thiếu ôxy, vi khuẩn phân huỷ rơm rạ và chất hữu cơ thải ra mêtan. Đây là lý do các kỹ thuật như tưới "ướt khô xen kẽ" được nghiên cứu ở Việt Nam và nhiều nước trồng lúa: rút nước định kỳ giúp giảm mêtan mà không giảm năng suất nếu làm đúng.
Hơi nước: khí nhà kính lớn nhất nhưng không phải "núm vặn"
Hơi nước đóng góp phần lớn nhất vào hiệu ứng nhà kính tự nhiên. Vậy sao người ta không lo hơi nước mà lo CO₂?
Vì lượng hơi nước trong không khí do nhiệt độ quyết định. Thêm hơi nước vào (tưới cây, đun nước), vài ngày sau nó mưa xuống hết. Còn CO₂ không ngưng tụ, ở lại rất lâu, nên nó là "núm vặn" đặt mức nhiệt nền. Khi CO₂ làm không khí ấm lên, không khí giữ được nhiều hơi nước hơn — khoảng 7% cho mỗi 1°C, theo định luật vật lý Clausius–Clapeyron. Hơi nước tăng lại giữ thêm nhiệt. Đó là vòng hồi tiếp hơi nước, khuếch đại tác động của CO₂ chứ không thay thế nó.
Còn các vòng hồi tiếp khác: băng tuyết tan để lộ mặt đất, mặt biển sẫm màu hấp thụ nắng nhiều hơn; mây thay đổi có thể làm ấm hoặc làm mát tuỳ loại mây và độ cao — đây là phần các mô hình còn nhiều bất định nhất.
Thêm bao nhiêu CO₂ thì ấm lên bao nhiêu
Các nhà khoa học dùng một con số gọi là độ nhạy khí hậu cân bằng: Trái Đất sẽ ấm thêm bao nhiêu khi CO₂ tăng gấp đôi so với mức tiền công nghiệp rồi để khí hậu ổn định lại. IPCC AR6 đánh giá con số tốt nhất khoảng 3°C, khoảng "có khả năng" là 2,5–4°C. Đây là lần đầu khoảng này được thu hẹp đáng kể sau nhiều thập kỷ, nhờ kết hợp số liệu đo, khí hậu cổ và mô hình.
"CO₂ đã bão hoà rồi" — vì sao không đúng
Có lập luận cho rằng CO₂ đã hấp thụ hết tia hồng ngoại ở bước sóng của nó, thêm vào cũng vô ích. Thực tế, ở rìa các dải hấp thụ vẫn còn chỗ để hấp thụ thêm. Quan trọng hơn, khi thêm CO₂, độ cao mà nhiệt thực sự thoát ra vũ trụ được đẩy lên cao hơn, nơi không khí lạnh hơn và toả nhiệt kém hơn. Để cân bằng lại, toàn bộ tầng dưới phải ấm lên. Vì vậy tác động của CO₂ giảm dần theo lượng tăng thêm (kiểu logarit) nhưng không dừng lại.
Góc nhìn hôm nay: tự thấy hiệu ứng nhà kính quanh mình
- Đêm nhiều mây ấm hơn đêm quang. Người miền Bắc biết đêm trời trong vắt mùa đông thường lạnh buốt, sáng ra có sương muối ở vùng núi; đêm u ám thì đỡ hơn. Mây và hơi nước giữ lại tia hồng ngoại mặt đất toả ra — một phiên bản thu nhỏ của hiệu ứng nhà kính.
- Sa mạc ngày nóng đêm lạnh. Không khí khô, ít hơi nước, nhiệt thoát nhanh khi Mặt Trời lặn. Vùng khô hạn ven biển Nam Trung Bộ cũng có biên độ nhiệt ngày đêm lớn hơn vùng ẩm.
- Xe đỗ ngoài nắng nóng như lò vì kính cho nắng vào, không khí trong xe không thoát ra được — giống nhà kính trồng rau hơn là khí quyển.
Muốn xem số liệu thật: trang của Cơ quan Khí quyển và Đại dương Hoa Kỳ (NOAA) công bố đường cong CO₂ Mauna Loa theo tháng; WMO ra Bản tin khí nhà kính hằng năm, thường vào tháng 10–11.
Câu hỏi thường gặp
Hiệu ứng nhà kính là gì?
Là hiện tượng một số khí trong khí quyển như hơi nước, CO₂, mêtan hấp thụ tia hồng ngoại mặt đất toả ra và phát xạ một phần quay lại, làm bề mặt Trái Đất ấm hơn. Nhờ hiệu ứng tự nhiên này, nhiệt độ trung bình khoảng 15°C thay vì khoảng âm 18°C.
Hiệu ứng nhà kính tốt hay xấu?
Hiệu ứng nhà kính tự nhiên là cần thiết cho sự sống. Điều đáng lo là hiệu ứng nhà kính tăng cường do con người thải thêm khí nhà kính, làm Trái Đất ấm lên nhanh bất thường và kéo theo biến đổi khí hậu.
Khí nhà kính nào gây ấm lên nhiều nhất?
Xét phần tăng thêm do con người, CO₂ đóng góp lớn nhất vì lượng thải ra rất lớn và tồn tại lâu. Mêtan đứng thứ hai: giữ nhiệt mạnh hơn CO₂ khoảng 27–30 lần trong 100 năm nhưng chỉ tồn tại khoảng 12 năm.
Vì sao ruộng lúa thải khí mêtan?
Khi ruộng ngập nước lâu, đất thiếu ôxy, vi khuẩn kỵ khí phân huỷ chất hữu cơ và sinh ra mêtan. Rút nước định kỳ theo kỹ thuật tưới ướt khô xen kẽ là một cách được nghiên cứu để giảm lượng mêtan này.
Hơi nước là khí nhà kính, sao không lo hơi nước?
Lượng hơi nước trong không khí do nhiệt độ quyết định và mưa xuống chỉ sau vài ngày, nên con người không trực tiếp điều khiển được. CO₂ ở lại rất lâu và đặt mức nhiệt nền; khi nó làm không khí ấm lên, hơi nước tăng theo và khuếch đại sự ấm lên.