Trong bầu khí quyển bao quanh Trái Đất, tồn tại những loại khí đặc biệt đóng vai trò như một tấm chăn vô hình, giúp duy trì nhiệt độ bề mặt hành tinh ở mức phù hợp cho sự sống. Những khí này được gọi chung là khí nhà kính. Chúng là thành phần tự nhiên và thiết yếu của khí quyển, nhưng sự gia tăng nồng độ của chúng trong những thập kỷ gần đây đang gây ra những lo ngại sâu sắc trên toàn cầu về biến đổi khí hậu. Hiểu rõ về khí nhà kính, cơ chế hoạt động và nguồn gốc của chúng là bước đầu tiên để nhận thức được tầm quan trọng của việc kiểm soát phát thải.
Giải thích tên gọi “khí nhà kính”
Vậy tại sao lại gọi là khí nhà kính? Tên gọi này xuất phát từ sự tương đồng trong cơ chế hoạt động của các khí này với cách một nhà kính trồng cây giữ ấm bên trong. Ánh sáng mặt trời, chủ yếu ở dạng bức xạ sóng ngắn, có thể dễ dàng xuyên qua bầu khí quyển và lớp kính của nhà kính để làm ấm bề mặt Trái Đất hoặc sàn nhà kính.
Bề mặt sau khi được làm ấm sẽ bức xạ lại nhiệt năng dưới dạng tia hồng ngoại (bức xạ sóng dài). Các phân tử khí nhà kính trong khí quyển (tương tự như lớp kính) có khả năng hấp thụ mạnh mẽ bức xạ hồng ngoại này, ngăn cản nó thoát trở lại không gian. Một phần nhiệt lượng bị giữ lại này sau đó được bức xạ ngược trở lại bề mặt Trái Đất, làm cho lớp không khí gần mặt đất và bề mặt hành tinh ấm lên. Quá trình này được gọi là hiệu ứng nhà kính. Nếu không có hiệu ứng nhà kính tự nhiên này, nhiệt độ trung bình của Trái Đất sẽ lạnh hơn hàng chục độ C, khiến sự sống như chúng ta biết không thể tồn tại.
Hiệu ứng nhà kính tự nhiên: vai trò thiết yếu cho sự sống
Từ giải thích trên, chúng ta có thể thấy rằng ở nồng độ tự nhiên, khí nhà kính không hề xấu. Ngược lại, chúng đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Hơi nước (H2O), carbon dioxide (CO2), methane (CH4), và nitrous oxide (N2O) là những khí nhà kính tự nhiên chính, đã tồn tại trong khí quyển hàng triệu năm. Chúng tạo ra hiệu ứng nhà kính tự nhiên, giúp duy trì nhiệt độ trung bình toàn cầu ở mức khoảng 15°C, thay vì mức -18°C băng giá nếu không có chúng. Do đó, câu hỏi KHK tốt hay xấu phụ thuộc vào nồng độ của chúng. Ở mức độ tự nhiên, chúng là tốt và cần thiết. Tuy nhiên, khi nồng độ khí nhà kính tăng lên quá mức do các hoạt động của con người, hiệu ứng nhà kính bị “cường hóa”, dẫn đến sự nóng lên toàn cầu và các vấn đề môi trường nghiêm trọng khác. Lúc này, khí nhà kính trở thành tác nhân gây hại.
Các loại khí nhà kính chính và nguồn gốc của chúng
Bầu khí quyển chứa nhiều loại khí nhà kính khác nhau, mỗi loại có khả năng giữ nhiệt và thời gian tồn tại trong khí quyển khác nhau. Việc nhận diện các loại khí này và nguồn phát thải của chúng là rất quan trọng để xây dựng các chiến lược giảm thiểu hiệu quả.
Phân loại các khí nhà kính phổ biến
Mặc dù có nhiều loại KNK, các thỏa thuận quốc tế và nỗ lực kiểm kê thường tập trung vào một nhóm các khí chính có đóng góp lớn nhất vào hiệu ứng nhà kính tăng cường. Người ta thường nhắc đến 7 loại khí nhà kính chính cần được kiểm soát theo các quy định quốc tế như Nghị định thư Kyoto và các thỏa thuận tiếp theo.
Các khí này bao gồm:
- Carbon dioxide (CO2) là khí nhà kính phổ biến nhất và đóng góp nhiều nhất vào sự nóng lên toàn cầu do khối lượng phát thải khổng lồ.
- Methane (CH4) có tiềm năng làm nóng mạnh hơn CO2 nhiều lần trong ngắn hạn, mặc dù tồn tại trong khí quyển thời gian ngắn hơn.
- Nitrous oxide (N2O), còn gọi là khí cười, cũng có khả năng giữ nhiệt rất cao và tồn tại lâu dài.
- Bên cạnh ba khí chính này là một nhóm các khí công nghiệp chứa fluor, thường được gọi chung là F-gases, bao gồm: Hydrofluorocarbons (HFCs) thường dùng trong hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí; Perfluorocarbons (PFCs) phát sinh từ các quy trình công nghiệp như sản xuất nhôm và bán dẫn; Sulfur hexafluoride (SF6) được sử dụng trong ngành điện như một chất cách điện; và Nitrogen trifluoride (NF3) cũng dùng trong sản xuất điện tử.
Mặc dù F-gases được phát thải với khối lượng nhỏ hơn nhiều so với CO2, CH4 hay N2O, chúng có tiềm năng làm nóng toàn cầu (Global Warming Potential – GWP) cao hơn hàng nghìn, thậm chí hàng chục nghìn lần so với CO2 và tồn tại rất lâu trong khí quyển.
Nguồn phát thải khí nhà kính từ tự nhiên và con người
Các nguồn phát thải khí nhà kính rất đa dạng, bao gồm cả các quá trình tự nhiên và các hoạt động của con người. Nguồn tự nhiên bao gồm hoạt động núi lửa (phát thải CO2, SO2), sự phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí như ở các vùng đất ngập nước (phát thải CH4), hô hấp của sinh vật (phát thải CO2), và các chu trình tự nhiên của nitơ trong đất và đại dương (phát thải N2O). Những nguồn này duy trì sự cân bằng tự nhiên của hiệu ứng nhà kính.
Tuy nhiên, nguyên nhân gây ra khí nhà kính tăng đột biến trong thời đại công nghiệp chính là các hoạt động của con người. Đây là nguồn gốc của hiệu ứng nhà kính tăng cường và biến đổi khí hậu. Nguồn phát thải nhân tạo chủ yếu bao gồm: Đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí đốt) để sản xuất điện, sưởi ấm, vận hành phương tiện giao thông và trong các quy trình công nghiệp là nguồn phát thải CO2 lớn nhất. Các quá trình công nghiệp khác như sản xuất xi măng, sắt thép cũng giải phóng một lượng đáng kể CO2 và các loại khí nhà kính khác.
Nông nghiệp là nguồn phát thải CH4 chính từ hoạt động chăn nuôi (quá trình tiêu hóa của gia súc nhai lại) và trồng lúa nước, cũng như phát thải N2O từ việc sử dụng phân bón hóa học. Thay đổi mục đích sử dụng đất, đặc biệt là nạn phá rừng để lấy đất nông nghiệp hoặc đô thị hóa, làm giảm khả năng hấp thụ CO2 của thảm thực vật và giải phóng lượng carbon lưu trữ trong rừng vào khí quyển. Quản lý chất thải, đặc biệt là sự phân hủy rác thải hữu cơ tại các bãi chôn lấp trong điều kiện yếm khí, tạo ra CH4. Rò rỉ từ các hệ thống khai thác, vận chuyển và sử dụng nhiên liệu hóa thạch cũng là một nguồn phát thải CH4 đáng kể. Việc sử dụng các loại F-gases trong công nghiệp và tiêu dùng cũng đóng góp vào tổng lượng phát thải khí nhà kính.
Phát thải khí nhà kính và những tác động tiêu cực
Sự gia tăng liên tục nồng độ khí nhà kính trong khí quyển do hoạt động của con người đang gây ra những hậu quả nghiêm trọng và ngày càng rõ rệt trên phạm vi toàn cầu.
Định nghĩa phát thải khí nhà kính
Phát thải khí nhà kính là gì? Đó chính là quá trình giải phóng các loại khí nhà kính như CO2, CH4, N2O, và F-gases vào bầu khí quyển. Quá trình này có thể diễn ra tự nhiên hoặc do tác động của con người như đã phân tích ở trên. Khi tốc độ phát thải khí nhà kính do con người vượt quá khả năng hấp thụ tự nhiên của các bể chứa carbon (như rừng và đại dương), nồng độ các khí này trong khí quyển sẽ tăng lên, dẫn đến sự mất cân bằng năng lượng của Trái Đất. Việc đo lường, báo cáo và kiểm kê lượng phát thải khí nhà kính từ các nguồn khác nhau là hoạt động quan trọng để hiểu rõ quy mô vấn đề và xây dựng các giải pháp ứng phó.
Tác hại của việc gia tăng nồng độ khí nhà kính
Vậy khí nhà kính có hại gì khi nồng độ của chúng tăng cao? Tác động rõ ràng và trực tiếp nhất là sự nóng lên toàn cầu. Nhiệt độ trung bình bề mặt Trái Đất đã tăng đáng kể kể từ thời kỳ tiền công nghiệp, và xu hướng này vẫn đang tiếp diễn. Sự nóng lên này không chỉ đơn thuần là tăng nhiệt độ, mà còn gây ra một loạt các thay đổi sâu sắc trong hệ thống khí hậu, thường được gọi chung là biến đổi khí hậu. Các tác động tiêu cực bao gồm:
- Tăng mực nước biển: Do sự giãn nở nhiệt của nước biển và sự tan chảy của các sông băng và tảng băng ở hai cực, mực nước biển dâng cao, đe dọa các cộng đồng ven biển và hệ sinh thái đất ngập nước.
- Gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan: Tần suất và cường độ của các đợt nắng nóng, hạn hán, lũ lụt, bão mạnh có xu hướng gia tăng ở nhiều khu vực trên thế giới.
- Thay đổi mô hình mưa: Một số khu vực trở nên khô hạn hơn trong khi những khu vực khác lại hứng chịu lượng mưa lớn bất thường, ảnh hưởng đến nông nghiệp, nguồn nước và gây ra lũ lụt, sạt lở đất.
- Axit hóa đại dương: Đại dương hấp thụ một phần lớn lượng CO2 dư thừa, làm thay đổi thành phần hóa học của nước biển, gây hại cho các sinh vật biển có vỏ hoặc xương như san hô, sò, ốc.
- Tác động đến hệ sinh thái và đa dạng sinh học: Nhiều loài thực vật và động vật không kịp thích nghi với sự thay đổi khí hậu nhanh chóng, dẫn đến nguy cơ tuyệt chủng gia tăng, phá vỡ các chuỗi thức ăn và làm suy giảm đa dạng sinh học.
- Ảnh hưởng đến sức khỏe con người: Sóng nhiệt, ô nhiễm không khí liên quan đến biến đổi khí hậu, và sự lây lan của các bệnh truyền nhiễm do véc-tơ (như sốt rét, sốt xuất huyết) đều gia tăng.
- Ảnh hưởng đến nông nghiệp và an ninh lương thực: Thay đổi nhiệt độ, lượng mưa và sự gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan gây khó khăn cho sản xuất nông nghiệp, đe dọa an ninh lương thực toàn cầu.
Rõ ràng, mặc dù khí nhà kính tự nhiên là cần thiết, sự gia tăng mất kiểm soát do phát thải từ hoạt động của con người đang gây ra những tác hại nghiêm trọng và đa chiều, đòi hỏi hành động khẩn cấp và quyết liệt từ cộng đồng quốc tế.
Hướng tới giảm thiểu phát thải khí nhà kính
Nhận thức được những tác động tiêu cực sâu sắc của việc gia tăng nồng độ khí nhà kính, cộng đồng toàn cầu đang nỗ lực tìm cách giảm thiểu phát thải và chuyển đổi sang một nền kinh tế carbon thấp. Điều này đòi hỏi sự thay đổi căn bản trong cách chúng ta sản xuất và tiêu thụ năng lượng, quản lý tài nguyên đất, phát triển công nghiệp và xây dựng lối sống bền vững hơn.
Các giải pháp bao gồm việc chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời và gió, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong mọi lĩnh vực, phát triển giao thông bền vững, áp dụng các phương pháp nông nghiệp thông minh với khí hậu, bảo vệ và phục hồi rừng, cải thiện quản lý chất thải, và đổi mới công nghệ để thu giữ carbon. Giảm thiểu phát thải khí nhà kính không chỉ là trách nhiệm môi trường mà còn là cơ hội để xây dựng một tương lai an toàn, thịnh vượng và bền vững hơn cho tất cả mọi người.
