Khí nhà kính là gì? Các công bố khoa học về Khí nhà kính

Khí nhà kính là gì?

Khí nhà kính (greenhouse gases - GHGs) là những khí có khả năng hấp thụ và phát xạ lại bức xạ hồng ngoại phát ra từ bề mặt Trái Đất sau khi hấp thụ năng lượng từ Mặt Trời. Chính nhờ hiệu ứng nhà kính, Trái Đất giữ được mức nhiệt trung bình phù hợp cho sự sống tồn tại. Tuy nhiên, các hoạt động của con người — đặc biệt là công nghiệp hóa và đô thị hóa — đã làm tăng đáng kể nồng độ các khí này, gây ra sự mất cân bằng năng lượng và dẫn đến hiện tượng nóng lên toàn cầu.

Khí nhà kính không chỉ tồn tại trong khí quyển tự nhiên mà còn phát sinh từ nhiều hoạt động nhân tạo. Một số khí nhà kính tồn tại hàng trăm, thậm chí hàng nghìn năm trong khí quyển, làm cho tác động của chúng kéo dài và tích tụ theo thời gian.

Các loại khí nhà kính chính và nguồn gốc

Hiện nay, các khí nhà kính chính được xác định bao gồm:

• Carbon dioxide (CO₂): Là khí nhà kính phổ biến nhất do con người thải ra. Nguồn chính bao gồm việc đốt nhiên liệu hóa thạch trong sản xuất điện, giao thông vận tải, công nghiệp nặng, cũng như nạn phá rừng làm giảm khả năng hấp thụ CO₂ của hệ sinh thái. CO₂ có thời gian tồn tại trong khí quyển từ 300 đến 1000 năm.
• Methane (CH₄): Dù tồn tại trong thời gian ngắn hơn CO₂ (khoảng 12 năm), CH₄ lại có khả năng giữ nhiệt cao hơn nhiều lần. Nó phát sinh từ các hoạt động nông nghiệp (đặc biệt là hệ tiêu hóa của gia súc), khai thác dầu khí và phân hủy hữu cơ trong các bãi chôn lấp rác thải. Một lượng lớn methane cũng được phát hiện trong các vùng băng vĩnh cửu, có thể thoát ra nếu nhiệt độ toàn cầu tiếp tục tăng.
• Nitrous oxide (N₂O): Xuất hiện từ việc sử dụng phân bón chứa nitơ, quá trình đốt cháy nhiên liệu, và một số quy trình công nghiệp. N₂O có tuổi thọ trong khí quyển khoảng 114 năm và khả năng gây hiệu ứng nhà kính mạnh hơn CO₂ khoảng 265 lần.
• Khí nhà kính tổng hợp: Bao gồm hydrofluorocarbon (HFCs), perfluorocarbon (PFCs), sulfur hexafluoride (SF₆) và nitrogen trifluoride (NF₃). Đây là các khí được sản xuất hoàn toàn nhân tạo, chủ yếu dùng trong làm lạnh, điều hòa không khí, thiết bị điện tử, và các quy trình công nghiệp. Dù chiếm tỷ lệ nhỏ, chúng có GWP (Global Warming Potential) rất cao — một số loại cao gấp hàng ngàn đến hàng chục ngàn lần so với CO₂.

Hiệu ứng nhà kính tự nhiên và tác động của con người

Hiệu ứng nhà kính là hiện tượng tự nhiên thiết yếu, giúp duy trì nhiệt độ bề mặt Trái Đất ở mức trung bình khoảng 15°C. Nếu không có hiện tượng này, nhiệt độ trung bình toàn cầu sẽ chỉ vào khoảng -18°C, khiến Trái Đất trở thành hành tinh băng giá và không thể sinh sống.

Tuy nhiên, từ thế kỷ 19 đến nay, nồng độ khí nhà kính do con người thải ra đã tăng mạnh, dẫn đến hiệu ứng nhà kính tăng cường. Điều này khiến lượng nhiệt bị giữ lại nhiều hơn, làm gia tăng nhiệt độ toàn cầu, dẫn đến những hệ quả nghiêm trọng như:

• Hiện tượng băng tan ở hai cực và các sông băng.
• Nước biển dâng, đe dọa các khu vực ven biển và các đảo quốc thấp.
• Biến đổi khí hậu: thời tiết cực đoan, hạn hán, bão lụt, thay đổi mùa vụ.
• Ảnh hưởng đến đa dạng sinh học và hệ sinh thái tự nhiên.

Công thức và chỉ số đo lường

Để so sánh mức độ ảnh hưởng của các khí nhà kính, người ta sử dụng chỉ số GWP (Global Warming Potential):

$GWP = \frac{\text{Nhiệt lượng giữ lại bởi 1 kg khí trong một khoảng thời gian nhất định}}{\text{Nhiệt lượng giữ lại bởi 1 kg CO_2 trong cùng khoảng thời gian}}$

GWP được tính theo các mốc thời gian 20 năm, 100 năm và 500 năm, trong đó 100 năm là phổ biến nhất:

• CO₂: GWP = 1 (mốc chuẩn để so sánh)
• CH₄: GWP ≈ 28–36 (trong 100 năm)
• N₂O: GWP ≈ 265–298 (trong 100 năm)
• HFC-134a: GWP ≈ 1,300
• SF₆: GWP ≈ 23,500

Nguồn phát thải chính

Phát thải khí nhà kính có thể chia thành ba nhóm lớn dựa theo nguồn:

• Nguồn năng lượng: Gồm sản xuất điện, giao thông vận tải, công nghiệp, đốt than, dầu và khí tự nhiên. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), hơn 70% lượng khí nhà kính toàn cầu đến từ lĩnh vực năng lượng.
• Nông nghiệp, lâm nghiệp và sử dụng đất: Đóng góp đáng kể vào lượng CH₄ và N₂O. Phá rừng để lấy đất canh tác không chỉ tạo ra CO₂ mà còn làm mất "bể chứa carbon" tự nhiên của Trái Đất.
• Chất thải và công nghiệp: Bãi rác và xử lý nước thải tạo ra CH₄, trong khi các quá trình sản xuất công nghiệp như luyện kim, xi măng, và hóa chất thải ra nhiều loại khí nhà kính khác nhau.

Hậu quả của sự gia tăng khí nhà kính

Hậu quả từ việc phát thải khí nhà kính quá mức không chỉ là biến đổi khí hậu. Nó còn kéo theo nhiều vấn đề toàn cầu:

• Suy giảm an ninh lương thực: Mất mùa, giảm sản lượng, thay đổi chu kỳ sinh trưởng cây trồng.
• Khủng hoảng nước: Hạn hán kéo dài, xâm nhập mặn, giảm mực nước ngầm.
• Rủi ro y tế: Nhiệt độ cao làm tăng nguy cơ đột quỵ nhiệt, dịch bệnh lây lan nhanh hơn qua côn trùng.
• Di cư môi trường: Người dân ở các khu vực ven biển, khô hạn có thể phải di dời hàng loạt.

Giải pháp giảm thiểu khí nhà kính

Việc cắt giảm khí nhà kính là yêu cầu cấp thiết để ngăn chặn biến đổi khí hậu vượt khỏi tầm kiểm soát. Các giải pháp bao gồm:

• Chuyển đổi sang năng lượng tái tạo: Điện mặt trời, điện gió, thủy điện, địa nhiệt thay thế nhiên liệu hóa thạch (IRENA - Năng lượng tái tạo).
• Tăng hiệu quả sử dụng năng lượng: Thiết bị tiết kiệm điện, cải tiến công nghệ sản xuất, giảm thất thoát năng lượng.
• Cải tiến nông nghiệp: Sử dụng phân bón hợp lý, canh tác thông minh khí hậu, giảm phát thải từ chăn nuôi.
• Trồng rừng và bảo vệ rừng: Rừng là “bể chứa carbon” tự nhiên hiệu quả nhất.
• Phát triển công nghệ CCS: Công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (Carbon Capture and Storage) đang được nghiên cứu và thử nghiệm để ngăn CO₂ vào khí quyển.

Kết luận

Khí nhà kính đóng vai trò cốt lõi trong hệ sinh thái khí hậu của Trái Đất. Tuy nhiên, tác động của con người đã làm rối loạn cân bằng tự nhiên này, dẫn đến một loạt vấn đề nghiêm trọng. Việc hiểu rõ về khí nhà kính, tác động của chúng và những giải pháp ứng phó là bước đầu quan trọng để cộng đồng quốc tế hành động kịp thời nhằm bảo vệ môi trường sống và tương lai của nhân loại.