Biến đổi khí hậu: Sự lạnh đi toàn cầu
Wednesday, July 13, 2016 17:40
% of readers think this story is Fact. Add your two cents.
Như được chứng tỏ ở trên, mặt trời đã yên tĩnh một cách khác thường trong nhiều năm nay. Mặt trời mọc vào mỗi buổi sáng và lặn vào mỗi buổi chiều tối. Tuy nhiên, hoạt động mặt trời dao động cùng với nhiệt độ hành tinh chúng ta (xem hình dưới).
 |
| Số vết đen mặt trời (đường màu vàng) và nhiệt độ trung bình (đường màu đỏ) trong 10.000 năm vừa qua |
Hình trên mới chỉ cho thấy mối tương quan giữa hoạt động mặt trời (số vết đen mặt trời) và nhiệt độ bề mặt Trái Đất. Dưới đây, chúng tôi sẽ giải thích làm thế nào sự suy giảm trong hoạt động mặt trời (và sự gia tăng của bụi sao chổi trong khí quyển) gây ra lạnh đi toàn cầu trên Trái Đất.
Theo khoa học chính thống, những dao động rất lớn trong hoạt động mặt trời như được phản ánh bởi số vết đen mặt trời có rất ít tác động lên mức năng lượng sản sinh bởi mặt trời. Thật vậy, bức xạ mặt trời giữ gần như không đổi, chỉ dao động có 0,1% so với hằng số mặt trời. Tuy nhiên, những dữ liệu đó chỉ tính đến độ rọi sáng, nghĩa là bức xạ đo được của mặt trời. Cũng lưu ý rằng độ rọi sáng được đo trong điều kiện thời tiết tốt. Do vậy, nó không tính đến mây trên bầu trời.
Trong khi mặt trời đúng là phát ra bức xạ – tia cực tím, ánh sáng thấy được, tia hồng ngoại, tia gamma, X quang – nó cũng phát ra một lượng khổng lồ các hạt cơ bản thông qua gió mặt trời. Dòng các hạt ion này (chủ yếu là proton và electron, với điện tích dương trên tổng thể) đóng vai trò quan trọng trong hoạt động điện từ của hệ mặt trời, bao gồm cả các tấm lá chắn từ của Trái Đất và mặt trời.
Bây giờ, nếu sự giảm sút nhỏ nhoi trong độ rọi sáng mặt trời do hoạt động mặt trời suy giảm không phải là nguyên nhân sự lạnh đi toàn cầu thì làm thế nào sự suy giảm hoạt động mặt trời dẫn đến lạnh đi toàn cầu? Một yếu tố then chốt có vẻ là sự tạo thành mây.
Mây có cả hiệu ứng làm nóng lên lẫn làm lạnh đi. Mây có hiệu ứng làm lạnh đi bởi vì chúng làm phân tán trở lại vũ trụ khoảng một nửa lượng ánh nắng mặt trời mà lẽ ra sẽ làm ấm Trái Đất (đấy là lý do tại sao những ngày nhiều mây lạnh hơn ngày quang mây). Mây cũng có thể có hiệu ứng làm nóng lên (hiệu ứng nhà kính) thông qua việc giữ lại nhiệt lượng rời khỏi bề mặt Trái Đất (đấy là lý do tại sao những đêm nhiều mây lại ấm hơn đêm nhiều sao).
Tác dụng bức xạ tổng thể của mây (xét về tổng thể mây làm Trái Đất nóng lên hay lạnh đi?) là vấn đề chỉ có phỏng đoán cho đến khi ba vệ tinh chuyên dụng được phóng vào không gian trong những năm 1980 để đo lượng ánh nắng mặt trời đi vào và lượng bức xạ hồng ngoại đi ra.
Kết quả là rõ ràng. Tính tổng thể, mây có hiệu ứng làm lạnh mạnh mẽ. Ví dụ, nếu không có gì thay đổi, loại bỏ tất cả mây khỏi khí quyển sẽ làm nhiệt độ bề mặt Trái Đất tăng lên khoảng 10° C.
Mây được tạo thành từ những giọt nước rất nhỏ treo lơ lửng trong không khí. Để những giọt nước này được hình thành, cần ba yếu tố chính:
1. Nhiệt độ phải hạ xuống đủ thấp (dưới điểm sương) để sự ngưng tụ có thể xảy ra. Trong quá trình ngưng tụ, hơi nước trong khí quyển (nước ở dạng khí) được chuyển thành những giọt nước rất nhỏ.
2. Đồng thời, phải có các hạt bụi nhỏ trong khí quyển để những giọt nước hình thành. Những hạt bụi này được gọi là “hạt nhân ngưng tụ mây”. Nếu không có chúng, ngay cả khi nhiệt độ xuống rất thấp cũng không có sự ngưng tụ, và do đó không có mây. Như đã thảo luận trước đây, Trái Đất trong những năm gần đây có sự gia tăng đáng kể của bụi sao chổi trong khí quyển. Các hạt bụi này đóng vai trò là những hạt nhân ngưng tụ mây tiềm năng. Lưu ý rằng ngay cả khi bụi trong khí quyển không tạo ra mây thì nó cũng đã có hiệu ứng làm lạnh như được mô tả trước đây (hiện tượng tối đi toàn cầu). 410
3. Tia vũ trụ làm tăng tốc sự hình thành mây.
Dưới đây chúng tôi sẽ mô tả quá trình này.Như được đề cập trước đây, từ trường của mặt trời và Trái Đất được duy trì bởi hoạt động của mặt trời. Những trường này đóng vai trò như những tấm khiên từ trường theo nghĩa đen chống lại các tia vũ trụ đi vào Trái Đất. Từ trường của mặt trời (nhật quyển) làm lệch khoảng 50% các tia vũ trụ. So sánh một cách tương đối, từ trường của Trái Đất không hiệu quả lắm trong việc bảo vệ chúng ta khỏi tia vũ trụ. Ngay cả nếu nó biến mất hoàn toàn, số tia vũ trụ đi vào Trái Đất cũng sẽ chỉ tăng lên 3%. Nghĩa là, mặt trời làm hầu hết nhiệm vụ “bảo vệ”.
 |
| Biểu đồ số vết đen mặt trời (đường màu xanh) so với lượng tia vũ trụ (đường màu đỏ) trong khoảng 1958 – 2010. Lưu ý rằng sau năm 2000 (đường màu xanh thẳng đứng), số vết đen mặt trời giảm nhanh chóng trong khi lượng tia vũ trụ tăng mạnh. |
Tia vũ trụ được cấu thành từ các hạt tích điện (hầu hết là proton). Chúng có thể đạt gần đến vận tốc ánh sáng nếu có năng lượng cao. Chúng được tạo ra bởi các vì sao và siêu tân tinh. Mặt trời của chúng ta cũng tạo ra tia vũ trụ (gió mặt trời) nhưng chúng có năng lượng thấp (chỉ vào khoảng 700 km/giây).
Do vậy, khi hoạt động mặt trời suy giảm, gió mặt trời (tia vũ trụ năng lượng thấp) giảm đi (xem hình dưới), nhưng lá chắn từ của mặt trời cũng yếu đi, cho phép một lượng lớn hơn những tia vũ trụ có năng lượng lớn đi vào hệ mặt trời và đến hành tinh của chúng ta. Tương quan tỷ lệ nghịch giữa hoạt động mặt trời và lưu lượng tia vũ trụ đã được chứng tỏ bởi nhiều nhà nghiên cứu.
 |
| Vận tốc trung bình hàng tháng của gió mặt trời. Những đường thẳng đứng đánh dấu các điểm cực tiểu trong hoạt động mặt trời (1845 – 2000). |
Khi đến khí quyển Trái Đất, tia vũ trụ kết hợp và tương tác với các hạt cơ bản trong khí quyển, nhanh chóng tạo ra những hạt di chuyển mới được gọi là “tia vũ trụ thứ cấp”. Đám hỗn độn của những hạt cơ bản này xảy ra chủ yếu trong khoảng 15 đến 25 km trên đầu chúng ta và cuối cùng tạo thành một loại hạt cơ bản duy nhất có thể xuống được đến bề mặt Trái Đất với số lượng lớn mà không bị mất nhiều năng lượng: hạt muon. (Xem hình dưới)
 |
| Minh họa va chạm giữa proton (quả màu xanh lá cây – thành phần chủ yếu của tia vũ trụ) và một phân tử trong khí quyển (khối màu tím – carbon hoặc beryllium) tạo thành muon (quả màu xanh lam). |
Các hạt muon cũng giống như electron, chỉ khác ở khối lượng của chúng: chúng nặng hơn electron 200 lần. Đồng thời, muon có thời gian sống cực kỳ ngắn, và chúng nhanh chóng chuyển hóa thành electron. Tuy nhiên, do tốc độ rất cao của chúng, các hạt muon có đủ thời gian thâm nhập sâu vào bầu khí quyển của chúng ta và reo rắc electron xung quanh suốt dọc quãng đường đi trong bầu khí quyển của chúng.
Trong hình dưới, chúng ta có thể thấy từ trên xuống dưới cách mà tia vũ trụ (mũi tên màu vàng) tạo ra electron (hình tròn màu đỏ) (thông qua muon). Electron đẩy nhanh tốc độ hình thành những cụm phân tử mang điện tích dương (vòng tròn màu xanh lam ngọc) lơ lửng trong khí quyển như bụi, carbon, sulfur dioxide (vòng tròn xanh lá cây), cuối cùng dẫn đến các cụm phân tử bền vững và trung hòa về điện tích (vòng tròn màu xanh lam) đóng vai trò như những hạt nhân ngưng tụ (vòng tròn màu xanh lam sẫm) mà từ đó một giọt nước nhỏ có thể hình thành.
 |
| Các electron là yếu tố chính thúc đẩy sự hợp nhất phân tử để tạo thành hạt nhân ngưng tụ |
Tác dụng thúc đẩy của electron đã được chứng tỏ bằng thực nghiệm nhiều lần trong các buồng tạo mây.
Khi biết rằng nguyên nhân chính của mây là tia vũ trụ và bụi khí quyển, và rằng hai yếu tố này đang trên đà gia tăng vì sự tiến lại gần của Nemesis (gây hiện tượng tiếp đất cho mặt trời và làm giảm hoạt động của nó) cùng đám mây sao chổi đi kèm, chúng ta có thể trông đợi rằng tỷ lệ mây che phủ sẽ gia tăng trong tương lai và đi cùng với nó là hiệu ứng lạnh đi.
Trên thực tế, xu hướng này bắt đầu từ nhiều năm trước. Vào khoảng năm 2000, khi hoạt động mặt trời bắt đầu suy yếu và bụi sao chổi trong vũ trụ bắt đầu gia tăng, tỷ lệ mây che phủ trên tổng thể bắt đầu gia tăng (xem hình dưới).