Sự thay đổi khí hậu (climate change) là (climate change) là sự biến đổi lâu dài và có ý nghĩa thống kê của các trạng thái khí hậu trung bình hoặc các biến động khí hậu cực đoan trên phạm vi khu vực hoặc toàn cầu qua nhiều thập kỷ hoặc hàng thế kỷ, chủ yếu bắt nguồn từ các hoạt động phát thải khí nhà kính của con người.
1. Cơ sở vật lý của hệ thống khí hậu và hiệu ứng nhà kính
Khí hậu Trái Đất được điều hòa bởi sự cân bằng năng lượng bức xạ tinh vi giữa năng lượng bức xạ sóng ngắn từ Mặt Trời chiếu tới và năng lượng bức xạ hồng ngoại sóng dài phát xạ ngược trở lại không gian vũ trụ. Về mặt nhiệt động lực học, trạng thái cân bằng bức xạ nhiệt của khí quyển được mô tả thông qua phương trình cân bằng năng lượng:
C rac{dT}{dt} = R_{ ext{in}} - R_{ ext{out}} + \Delta F
Trong đó là nhiệt dung hiệu dụng của toàn bộ hệ thống đại dương và khí quyển, là nhiệt độ trung bình bề mặt địa cầu, là bức xạ mặt trời ròng đi vào, là bức xạ hồng ngoại rời khỏi khí quyển, và là lượng cưỡng bức bức xạ ròng (radiative forcing) tính bằng Watt trên mét vuông (W/m²).
Khi nồng độ các khí nhà kính (chủ yếu là carbon dioxide CO2, methane CH4, nitrous oxide N2O và các hợp chất fluorocarbon CFC/HFC) tăng vọt do các hoạt động công nghiệp của con người, khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại của khí quyển gia tăng mạnh mẽ. Điều này ngăn cản nhiệt lượng thoát ra vũ trụ, làm tăng cưỡng bức bức xạ và dẫn đến hiện tượng ấm lên toàn cầu theo công thức độ nhạy khí hậu:
Trong đó là tham số độ nhạy khí hậu cân bằng của Trái Đất (tính bằng độ C trên W/m²).
2. Các bằng chứng thực nghiệm và quan trắc khoa học
Báo cáo đánh giá khoa học lần thứ sáu (AR6) của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) đã khẳng định tính chất chắc chắn không thể bàn cãi của sự biến đổi khí hậu do con người gây ra thông qua hàng loạt dữ liệu quan trắc độc lập:
| Chỉ số quan trắc khí hậu | Dữ liệu ghi nhận từ thời kỳ tiền công nghiệp | Hệ quả môi trường vật lý |
|---|---|---|
| Nồng độ khí CO2 khí quyển | Tăng từ mức 280 ppm thời tiền công nghiệp lên vượt mốc 420 ppm hiện nay. | Tốc độ tích tụ carbon trong khí quyển nhanh nhất trong tám trăm nghìn năm qua của lịch sử lõi băng địa chất. |
| Nhiệt độ bề mặt toàn cầu | Nhiệt độ trung bình toàn cầu đã tăng khoảng một phẩy một độ C so với giai đoạn 1850 - 1900. | Các đợt sóng nhiệt gay gắt cực đoan xuất hiện với tần suất dày đặc hơn và kéo dài nhiều ngày hơn trên các lục địa. |
| Băng tan ở hai cực và sông băng | Diện tích băng biển Bắc Cực mùa hè giảm hơn bốn mươi phần trăm kể từ năm 1979; dải băng Greenland mất hàng trăm tỷ tấn băng mỗi năm. | Làm suy giảm suất phản chiếu albedo của bề mặt cực, kích hoạt vòng phản hồi dương tính khuếch đại sự ấm lên. |
| Mực nước biển dâng | Tăng hơn hai mươi centimet trong thế kỷ qua, tốc độ dâng hiện tại đạt gần bốn milimet mỗi năm. | Xâm nhập mặn sâu vào các đồng bằng ven biển màu mỡ và đe dọa các đảo quốc trũng thấp. |
| Axit hóa đại dương | Độ pH của tầng nước mặt đại dương giảm 0,1 đơn vị (tương ứng độ axit tăng ba mươi phần trăm). | Hòa tan các cấu trúc canxi cacbonat của rạn san hô, sinh vật phù du có vỏ và động vật thân mềm biển. |
3. Tác động sinh thái và kinh tế - xã hội toàn cầu
Biến đổi khí hậu không còn là nguy cơ tương lai mà đang tác động trực tiếp đến an ninh con người và sự ổn định kinh tế:
- An ninh lương thực và nguồn nước: Sự thay đổi của các mô hình hoàn lưu gió mùa và lượng mưa gây ra hạn hán khắc nghiệt kéo dài ở một số khu vực trong khi gây lũ lụt thảm khốc ở nơi khác. Năng suất các loại cây lương thực chủ lực như lúa mì, lúa gạo và ngô sụt giảm rõ rệt tại các vùng nhiệt đới xích đạo.
- Suy thoái đa dạng sinh học: Sự dịch chuyển nhanh chóng của các đới khí hậu vượt quá tốc độ thích nghi và di cư tự nhiên của nhiều loài động thực vật, làm tăng nguy cơ tuyệt chủng hàng loạt. Hiện tượng tẩy trắng rạn san hô diện rộng trên toàn cầu do nhiệt độ nước biển tăng cao là ví dụ điển hình về sự sụp đổ hệ sinh thái.
- Tác động sức khỏe cộng đồng: Gia tăng tỷ lệ tử vong do đột quỵ nhiệt và các bệnh tim mạch trong các đợt nắng nóng kỷ lục. Đồng thời, phạm vi địa lý của các véc-tơ truyền bệnh nhiệt đới (như muỗi Aedes truyền sốt xuất huyết và virus Zika) đang mở rộng nhanh chóng lên các vùng vĩ độ cao và vùng núi cao.
4. Chiến lược ứng phó: Giảm nhẹ và thích ứng khí hậu
Cộng đồng quốc tế thông qua Công ước khung của Liên Hợp Quốc về Biến đổi Khí hậu (UNFCCC) và Thỏa thuận Paris năm 2015 đã đặt mục tiêu giới hạn mức tăng nhiệt độ toàn cầu dưới hai độ C, hướng tới mục tiêu một phẩy năm độ C so với thời kỳ tiền công nghiệp. Để đạt được mục tiêu này, hai nhóm giải pháp mang tính bổ trợ chiến lược cần được triển khai đồng thời:
- Chiến lược giảm nhẹ (Mitigation): Cắt giảm triệt để lượng khí thải nhà kính phát sinh từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch thông qua việc chuyển đổi hệ thống năng lượng sang các nguồn năng lượng tái tạo (điện mặt trời, điện gió, năng lượng sinh học và hạt nhân an toàn); nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng công nghiệp; chấm dứt nạn phá rừng và thúc đẩy công nghệ thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS).
- Chiến lược thích ứng (Adaptation): Tăng cường khả năng chống chịu của hệ thống hạ tầng đô thị và nông thôn trước các hiện tượng thời tiết cực đoan; quy hoạch hệ thống đê điều ven biển chống nước biển dâng; nghiên cứu lai tạo các giống cây trồng biến đổi gen chịu mặn, chịu hạn; xây dựng hệ thống cảnh báo sớm thiên tai dựa trên dữ liệu khí tượng vệ tinh.
5. Mô hình hóa hoàn lưu khí quyển và kịch bản phát thải tương lai
Để dự báo chính xác các biến đổi khí hậu trong các thập kỷ tới, các nhà khoa học sử dụng các mô hình hệ thống Trái Đất kết hợp (Earth System Models - ESMs) tích hợp hoàn lưu khí quyển, động lực học băng tuyết, hóa học tầng bình lưu và chu trình sinh địa hóa biển.
Trong khuôn khổ Dự án So sánh Mô hình Khí hậu Kết hợp (CMIP6), các kịch bản kinh tế - xã hội chung (Shared Socioeconomic Pathways - SSPs) đã được xây dựng:
- Kịch bản phát thải rất thấp (SSP1-1.9): Toàn cầu chuyển dịch thần tốc sang nền kinh tế xanh, đạt mức phát thải ròng bằng không vào giữa thế kỷ, giúp ổn định mức tăng nhiệt độ ở ngưỡng một phẩy năm độ C vào cuối thế kỷ.
- Kịch bản trung bình (SSP2-4.5): Các nỗ lực giảm phát thải diễn ra ở mức vừa phải, nhiệt độ trung bình toàn cầu dự báo sẽ tăng khoảng hai phẩy bảy độ C vào năm 2100.
- Kịch bản phát thải cao (SSP5-8.5): Tiếp tục phụ thuộc nặng nề vào khai thác năng lượng hóa thạch truyền thống, nhiệt độ toàn cầu có thể tăng vọt từ bốn đến năm độ C, dẫn đến những điểm tới hạn không thể đảo ngược (tipping points) như sự tan rã hoàn toàn của băng vĩnh cửu giải phóng lượng khổng lồ khí methane vào khí quyển.
6. Công nghệ thu giữ carbon và chuyển dịch kinh tế xanh
Để đạt được mục tiêu trung hòa carbon và giới hạn mức ấm lên toàn cầu dưới ngưỡng an toàn, việc cắt giảm phát thải thuần túy là chưa đủ mà cần kết hợp với các công nghệ phát thải âm (Negative Emission Technologies). Công nghệ thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon trực tiếp từ khí quyển (Direct Air Capture - DAC) và thu giữ carbon tại các nhà máy nhiệt điện, xi măng (CCS) đang được đầu tư mở rộng trên quy mô thương mại toàn cầu.
Đồng thời, sự chuyển dịch sang các mô hình tài chính xanh, thị trường tín chỉ carbon quốc tế và thuế carbon tạo động lực kinh tế mạnh mẽ thúc đẩy các doanh nghiệp đổi mới công nghệ sạch, biến thách thức của biến đổi khí hậu thành cơ hội vàng để tái cơ cấu toàn diện nền kinh tế toàn cầu theo hướng bền vững và thịnh vượng lâu dài.