BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ CO2
Thành phần hóa học của khí quyển
Như đã biết, khí quyển trái đất được hình thành nhờ 2 quá trình: hóa hơi của các vật thể vũ trụ trong khi chúng bị rơi vào trái đất và phun trào khí từ các núi lửa trên trái đất (bốc hơi của lõi trái đất). Sau khi trên trái đất các đại dương được tách ra và sau khi hình thành sinh quyển (động vật, thực vật), khí quyển đã có những thay đổi nhờ sự trao đổi khí với nước (của đại dương), với thực vật, động vật (của sinh quyển) và với các sản phẩm của quá trình phân rã các xác động vật, thực vật trên mặt đất và dưới nước.
Thành phần khí quyển trái đất được tổng hợp như trong bảng sau:
| Thành phần của các loại khí trong khí quyển |
| Các loại khí | Tính theo thể tích, % | Tính theo khối lượng, % |
| Ni tơ N2 | 78,084 | 75,50 |
| Ô xy, O2 | 20,946 | 23,10 |
| Аrgon, Ar | 0,9340 | 1,286 |
| Cac bon nic, CO2 | 0,0407 | ND |
| Nеоn, Ne | 1,82·10-3 | 1,3·10-3 |
| Hеli, He | 4,6·10-4 | 7,2·10-5 |
| Меthan, CH4 | 1,8·10-4 | ND |
| Кripton, Kr | 1,14·10-4 | 2,9·10-4 |
| Hydro, H2 | 5,5·10-5 | 7,6·10-5 |
| Xenon, Xe | 8,7·10-6 | ND |
| Ô xít Nito, N2O | 5·10-5 | 7,7·10-5 |
Ngoài các chất khí nêu trong bảng trên, khí quyển còn chứa các loại chất khác như: Cl2, SO2, NH3, СО, O3, NO2, các hydro cac bon, HCl, HF, HBr, HI, các hơi Hg, I2, Br2, cũng như NO và nhiều khí khác với khối lượng không đáng kể. Trong đó, loại khí hiếm nhất trong khí quyển của trái đất là Radon (Rn).
Việc xác định hàm lượng khí CO2
Hàm lượng CO2 trong khí quyển ở một giai đoạn nào đấy trong quá khứ được xác định trên cơ sở cân bằng của các quá trình hóa địa, gồm: khối lượng vật chất có nguồn gốc hữu cơ trong các đất đá trầm tích, sự phong hóa của đá chứa silic và hoạt động của núi lửa. Trong quá trình hàng chục triệu năm, nếu chu trình carbon bị phá vỡ sẽ dẫn đến sự suy giảm hàm lượng CO2. Nhưng, tốc độ xẩy ra các quá trình này rất thấp, nên việc xác định mối quan hệ giữa phát thải CO2 với biến đổi khí hậu là một bài toán cực kỳ phức tạp.
Phương pháp xác định nồng độ CO2 tin cậy nhất là đo trực tiếp - xác định khối lượng CO2 trong các bong bóng khí nằm trong các mẫu khoan băng ở Nam Cực và Bắc Cực. Theo đó, vào giai đoạn 10.000 năm trước cuộc cách mạng công nghiệp lần 1 (đến giữa thế kỷ XIX), hàm lượng CO2 của khí quyển khoảng 260 ÷ 284 ppm (phần triệu). Kết quả phân tích các mẫu lá cây cho kết quả kém tin cậy hơn (gần 300 ppm). Kết quả nghiên cứu các mẫu khoan băng ở phần phía Đông của Nam cực (nơi tuổi của băng đạt 800.000 năm) cho thấy hàm lượng CO2 thay đổi trong khoảng 180 - 210 ppm trong thời kỳ băng hà, và tăng lên đến 280 ÷ 300 ppm trong thời kỳ ấm lên.
Hình 1: Hàm lượng CO2 trong 550 triệu năm về trước cao hơn hiện tại.
Vì vậy, để xác định thành phần CO2 người ta đã áp dụng phương pháp nghiên cứu khí hậu gián tiếp (xác định tỷ lệ đồng vị của các nguyên tố Bo và Carbon trong một số dạng của trầm tích biển và số lượng lỗ quang hợp trên lá cây, hoặc trên cơ sở phân tích các mẫu khoan băng).
Theo đó, trong 400 ÷ 600 triệu năm về trước, hàm lượng CO2 trong khí quyển trái đất là 6000 ppm (0,6%), cách đây 150 ÷ 200 triệu năm về trước - 3000 ppm (0,3%) và tiếp tục giảm cho đến đầu kỷ Pecma rồi dừng lại.
Nhưng sau đó, cách đây 60 triệu năm lại tiếp tục giảm. Và khi lớp băng ở Nam Cực được hình thành (cách đây 34 triệu năm), hàm lượng CO2 là 760 ppm.
Còn, cách đây 20 triệu năm, hàm lượng CO2 đạt mức 300 ppm (tức là tương đương với hàm lượng trước thời kỳ công nghiệp hóa của loài người).
CO2 và hoạt động của con người
Trong vài trăm năm gần đây, các hoạt động của con người như đốt nhiên liệu có nguồn gốc carbon, trồng cây, phá rừng, chăn nuôi gia súc, vv... đã có ảnh hưởng nhất định đến khí quyển. Nhưng quy luật "tự cân bằng" của tự nhiên đóng vai trò quan trọng hơn nhiều. Một khối lượng lớn khí CO2được thực vật hấp thụ trong quá trình quang hợp và được các đại dương tiêu hóa trong các hoạt động của mình. Và ngược lại, các đại dương cũng là nguồn phát thải vào khí quyển một khối lượng cực kỳ lớn khí CO2, còn các thực vật khi bị thối rữa, hay bị đốt cháy cũng thải vào khí quyển lượng khí CO2 rất lớn. Nguy cơ của Biến đổi khí hậu toàn cầu (nếu có) sẽ phụ thuộc nhiều hơn vào thiên nhiên chứ không phụ thuộc vào con người.
Việc loài người sử dụng nhiên liệu hóa thạch đang được coi là nguyên nhân chính gây Biến đổi khí hậu toàn cầu vì chúng ta chỉ dễ nhận ra những gì xẩy ra ngay trước mắt. Đó là, khi bị đốt cháy (theo các phản ứng hóa học), các nhiên liệu hóa thạch thải ra các khí СО, NO, SO2. Sau đó, các chất khí này tiếp tục tác dụng với ô xy để tạo ra CO2, NO2, SO3, vv... Các chất này lại tiếp tục tác dụng với hơi nước trong khí quyển, tạo ra các trận mưa a xít H2SO4 và HNO3. Còn các hoạt động của tự nhiên, như các đại dương nóng lên/nguội đi, các núi lửa phun trào, các vụ cháy rừng, vv... thì con người không dễ nhận ra.
Ngoài ra, trong hoạt động của mình, con người không chỉ thải CO2 vào khí quyển, mà còn thải trực tiếp vào tầng đối lưu của khí quyển cả một khối lượng bụi khổng lồ. Mỗi 1 km đường ô tô chạy (vận tải) hàng năm thải vào không khí bình quân 2 tấn bụi. Nếu tính được đúng và đủ, lượng bụi loài người thải vào khí quyển còn lớn hơn nhiều lượng thải khí CO2. Như vậy, biến đổi khí hậu có lẽ không phải do đốt nhiên liệu hóa thạch mà do giao thông vận tải.
Đón đọc kỳ tới: "Cú lừa thế kỷ" về phát thải CO2 và biến đổi khí hậu
TS. NGUYỄN THÀNH SƠN
(Sao chép, trích dẫn nội dung từ bài viết này phải ghi rõ "nguồn", hoặc "theo": TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM)