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

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

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

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

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

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

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

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

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,

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

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