Biến đổi khí hậu - Một số quan điểm được nói rõ thêm

‘Chuyển đổi năng lượng công bằng’: Tình hình ở Nam Phi, Indonesia và các nguyên tắc Việt Nam cần lưu ý Như chúng ta đều biết, để triển khai thỏa thuận Nhóm đối tác Chuyển đổi Năng lượng Công bằng (Just Energy Transition Partnership - JETP), Việt Nam đã ra mắt Kế hoạch huy động nguồn lực (Resource Mobilisation Plan - RMP) vào cuối năm 2023, nhân dịp COP28 tại UAE. Dưới đây, chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam cập nhật về tình hình triển khai ở Nam Phi, Indonesia và thông tin thêm về cách phân loại, những nguyên tắc chung để lựa chọn dự án tham gia, cũng như các tiêu chí cần phải đáp ứng của JETP để bạn đọc cùng tham khảo.

Văn bản cuối cùng ở COP28 và những hệ lụy đến ngành năng lượng Việt Nam COP28 đã kết thúc ở Dubai (UAE), đa số các quốc gia vui mừng vì có một thỏa thuận mới mạnh mẽ hơn chống lại biến đổi khí hậu. Một số quốc gia (kể cả nước lớn) không hài lòng với thỏa thuận, nhưng đành chấp nhận. Chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam tổng hợp một số thông tin tại hội nghị và nhận định về các ảnh hưởng của văn bản thỏa thuận cuối cùng đến ngành năng lượng Việt Nam.

I. Về dài hạn, tác động của các yếu tố tự nhiên đến biến đổi khí hậu là chủ yếu:

Khí hậu (Climate): Là trạng thái trung bình của thời tiết và có thể dự đoán được. Khí hậu bao gồm các chỉ số trung bình của nhiệt độ, lượng mưa, số ngày nắng và các biến số khác có thể đo được ở một địa điểm cụ thể.

Thời tiết: Là trạng thái khí hậu ở các tầng thấp hơn của khí quyển tại một thời điểm nhất định, ở một địa điểm nhất định. Thời tiết là một hệ động lực phi tuyến hỗn loạn.

Sông băng (glaciers): Là một trong những chỉ số nhạy cảm nhất của biến đổi khí hậu. Chúng tăng kích thước đáng kể trong quá trình khí hậu mát đi (còn gọi là “kỷ băng hà nhỏ”) và giảm kích thước khi khí hậu nóng lên. Sông băng phát triển, tan chảy do sự biến đổi của tự nhiên và dưới tác động của các yếu tố bên ngoài. Ví dụ, vào thế kỷ XX, các sông băng không thể tái tạo đủ băng trong mùa đông để thay thế lượng băng bị mất trong những tháng mùa hè.

Kỷ băng hà (ice ages): Các quá trình khí hậu quan trọng nhất trong vài triệu năm qua là sự nối tiếp của các kỷ băng hà và các kỷ giữa băng hà (interglacial periods) của thời kỳ băng hà (glacial period) hiện nay, đã diễn ra do những thay đổi trong quỹ đạo chuyển động và trục quay của Trái đất.

Sự biến đổi của đại dương (Ocean variability): Ở quy mô thập kỷ, biến đổi khí hậu có thể là kết quả của sự tương tác giữa khí quyển và các đại dương trên thế giới. Nhiều biến động khí hậu, bao gồm dao động Nam El Niño, cũng như dao động Bắc Đại Tây Dương và dao động của Bắc Cực, xảy ra một phần do khả năng lưu trữ năng lượng nhiệt của các đại dương và sự chuyển động của năng lượng này đến các phần khác nhau của đại dương. Ở quy mô dài hơn, sự lưu thông nhiệt muối xảy ra trong các đại dương, đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối lại nhiệt và có thể ảnh hưởng đáng kể đến khí hậu.

Ký ức về khí hậu (Climate memory): Ở một khía cạnh tổng quát hơn, sự biến đổi của hệ thống khí hậu là một dạng trễ - nghĩa là trạng thái hiện tại của khí hậu không chỉ là hệ quả tác động của một số yếu tố nhất định mà còn là toàn bộ lịch sử trạng thái của nó. Ví dụ, trong 10 năm hạn hán, các hồ cạn nước một phần, thực vật chết và diện tích sa mạc tăng lên. Ngược lại, những điều kiện này lại gây ra lượng mưa ít hơn trong những năm sau hạn hán. Do đó, biến đổi khí hậu là một quá trình tự điều chỉnh, vì môi trường phản ứng với các tác động bên ngoài theo một cách nhất định và bằng cách thay đổi, bản thân môi trường có khả năng ảnh hưởng đến khí hậu.

Biến đổi khí hậu: Là những thay đổi theo thời gian của khí hậu của Trái đất nói chung, hoặc từng khu vực riêng lẻ, thể hiện ở độ lệch của các thông số thống kê về thời tiết so với các giá trị dài hạn trong khoảng thời gian từ hàng trăm năm đến hàng triệu năm. Trong thống kê cần tính đến cả thay đổi về thông số thời tiết trung bình và cả thay đổi về tần suất của các hiện tượng thời tiết cực đoan.

Các yếu tố của biến đổi khí hậu: Biến đổi khí hậu là do những thay đổi trong bầu khí quyển Trái đất, các quá trình xảy ra ở các phần khác của Trái đất. Chẳng hạn như đại dương, sông băng và trong thời đại chúng ta, cả những tác động liên quan đến hoạt động của con người. Các quá trình tự nhiên hình thành nên khí hậu gồm:

1. Những thay đổi về kích thước, địa hình, vị trí tương đối của các lục địa và đại dương.

2. Thay đổi độ sáng của Mặt trời.

3. Thay đổi các thông số về quỹ đạo và trục của Trái đất.

4. Những thay đổi về độ trong suốt và thành phần của khí quyển, bao gồm những thay đổi về nồng độ khí nhà kính.

5. Thay đổi độ phản xạ của bề mặt Trái đất, hay suất phản chiếu (albedo).

6. Thay đổi lượng nhiệt có sẵn ở trong lòng các của đại dương.

Trong 6 yếu tố trên, hoạt động của con người chỉ có thể có ảnh hưởng đến nồng độ khí nhà kính trong khí quyển.

Các khí nhà kính từ hoạt động của con người:

- CO2 (Carbon dioxide) - khí nhà kính chính, được tạo ra từ hoạt động đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (than, dầu và khí tự nhiên). Nó cũng được sinh ra từ các quá trình tự nhiên (như hô hấp của động vật và quá trình phân hủy hữu cơ).

- CH4 (Methane) - một khí nhà kính còn mạnh hơn CO2, thường xuất hiện từ các quá trình chế biến hữu cơ, nông nghiệp và sản xuất năng lượng hóa thạch.

- N2O (Nitrous oxide) - xuất hiện chủ yếu từ quá trình đất canh tác, sử dụng phân bón và một số quá trình công nghiệp.

- HFCs (Hydrofluorocarbons) - một loại chất làm lạnh và chất làm mát thường được sử dụng trong công nghiệp và hộ gia đình. Chúng có hiệu ứng nhà kính cao hơn so với CO2.

- PFCs (Perfluorocarbons) - thường được sử dụng trong sản xuất công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất điện tử và những sản phẩm liên quan đến điện.

- SF6 (Sulfur hexafluoride) - một chất cách điện và làm lạnh trong công nghiệp điện tử và điện.

Các khí nhà kính khác:

- O3 (ozone) - được tạo ra chủ yếu thông qua quá trình tự nhiên (chủ yếu trong tầng stratosphere - tầng bình lưu của khí quyển, nơi tác động của tia cực tím (UV-B và UV-C) từ Mặt trời làm cho phân tử O₂ (oxygen) phân ly thành hai nguyên tử O. Các nguyên tử O sau đó kết hợp với phân tử O₂ để tạo thành O₃ và một số hoạt động con người (các hoạt động công nghiệp có thể tạo ra ozone như một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất, hoặc là một chất làm khô trong một số ngành công nghiệp. Ozone cũng được tạo ra trong các quá trình điện hóa và sử dụng trong y tế, chẳng hạn như để làm sạch nước và không khí.

- Hơi nước - được tạo ra từ quá trình bay hơi của nước trong tự nhiên và trong các hoạt động của con người.

Các thành phần này tạo nên lớp bảo vệ nhà kính tự nhiên, giữ nhiệt và duy trì nhiệt độ trung bình của Trái đất.

Hiệu ứng khí nhà kính: Nếu không có hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ không khí trung bình hàng năm trên Trái đất sẽ thấp hơn 39°C so với hiện nay - tức là âm 25°С (!). Như vậy, khí nhà kính không phải là một tội ác tuyệt đối.

Vậy, hiệu ứng nhà kính là gì? Rất đơn giản là tia Mặt trời (dưới dạng sóng có bước rất ngắn) đi vào bề mặt Trái đất qua bầu khí quyển, hành tinh nóng lên và tự bắt đầu tỏa nhiệt, nhưng đây là những tia có sóng dài hơn (phổ hồng ngoại). Một số tia này làm nóng bầu khí quyển và một số phải đi vào không gian, nhưng khí nhà kính không cho phép các sóng có độ dài này truyền qua, do đó nồng độ khí nhà kính càng cao thì nhiệt lượng đi vào không gian càng ít và lượng nhiệt còn tồn lại trong bầu khí quyển càng nhiều.

II. Khí hậu nóng lên rồi lạnh đi đã diễn ra nhiều lần trong 66 triệu năm qua:

Một sự kiện lớn đã diễn ra trong thế giới “khí hậu” được nhiều chuyên gia để ý. Một nhóm các nhà khoa học quốc tế vừa công bố hoàn thành dự án quy mô lớn - CENOGRID. Tạp chí Khoa học có thẩm quyền trình bày đường cong khí hậu tham khảo trong 66 triệu năm qua - từ đầu Đại Tân sinh cho đến ngày nay. Lần đầu tiên, một biểu đồ rất chi tiết về sự thay đổi nhiệt độ trung bình trên hành tinh đã được xây dựng. Theo các chuyên gia: Cần làm rõ cuộc tranh luận về nguyên nhân gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu hiện nay. Trong mọi trường hợp, để làm cho lập trường của các bên hợp lý hơn.

Những sinh vật đơn bào nhỏ nhất - foraminifera đã trở thành công cụ chính để hiểu được những thay đổi thất thường của khí hậu trong hàng chục triệu năm. Đúng hơn là vỏ của các đơn bào, trong đó các nhà khoa học đã nghiên cứu tỷ lệ đồng vị oxy và carbon thay đổi như thế nào. Và những sinh vật đơn bào này đã tiết lộ toàn bộ bức tranh về khí hậu. Chúng đã “kể” về sự tăng giảm của nhiệt độ toàn cầu, về hàm lượng CO2 trong khí quyển và về thành phần của nước biển. Những điều này đã cho thấy tính phổ biến của sông băng trong một thời kỳ địa chất nhất định. Nhưng điều này là không đủ. Các nhà khoa học đã so sánh dữ liệu thu được từ đáy đại dương với các chu kỳ của hành tinh, đặc biệt là với những biến đổi trong quỹ đạo Trái đất.

Trong hơn 66 triệu năm (kỷ Kainozoi), khí hậu toàn cầu đã nhiều lần thay đổi đáng kể [1]. Vào đầu thời kỳ tương đối ấm áp, đến đầu kỷ Paleocen và Eocen (55 triệu năm) trời rất nóng, cuối kỷ Eocen (34 triệu năm) trời ấm trở lại, vào kỷ Oligocene và Miocene (23 triệu năm) trời trở nên lạnh và cuối cùng là ở Pliocene và Pleistocene (2,4 triệu÷11,7 nghìn năm trước) là thời kỳ băng hà.

Chúng ta hiện đang sống trong giai đoạn ôn đới ấm áp của kỷ băng hà (Holocene) này.

Nhiệt độ đỉnh điểm trên Trái đất xảy ra cách đây 55,6÷55,5 triệu năm. Thời kỳ địa ngục này không tồn tại được lâu, chỉ kéo dài 150÷200 nghìn năm. Khi đó nhiệt độ cao hơn hiện nay 14÷16 độ C. Nguyên nhân của sự bất thường này là do sự bùng nổ của núi lửa ở Bắc Đại Tây Dương và thải ra một lượng lớn carbon vào khí quyển. Khi đó hàm lượng của carbon trong khí quyển cao gấp 5÷8 lần so với ngày nay. Các tác giả của nghiên cứu ước tính rằng: Chỉ trong vòng 4.000÷5.000 năm, đại dương đã hấp thụ 14.900.000 triệu tấn carbon từ khí quyển, nhiều hơn 60÷70% so với toàn bộ quá trình trước đó. Điều này đã làm tăng mạnh độ axit của nước và đã gây ra thảm họa môi trường toàn cầu - sự tuyệt chủng của nhiều loài động vật.

III. Biến đổi khí hậu trong 500.000 năm qua không có yếu tố con người:

Sự biến đổi của khí hậu trong 0,5 triệu năm qua thể hiện bằng các chỉ tiêu khí hậu như: Sự thay đổi mực nước biển (màu xanh), nồng độ oxy 18 (18O2) trong nước biển (màu lam), nồng độ CO2 trong băng Nam Cực (màu gạch) được tổng hợp trong đồ thị dưới đây:

Hình 1: Sự biến đổi của khí hậu Trái đất trong 0,5 triệu năm qua.

Đồ thị trên cho thấy: Với sự phân chia của thang thời gian là 20.000 năm, thì đỉnh mực nước biển, nồng độ CO2 và đáy nồng độ 18O2 trùng với cực đại nhiệt độ giữa các kỷ băng hà trên Trái đất.

Sau đây là các yếu tố tự nhiên và tác động của chúng đến biến đổi khí hậu:

(1) Kiến tạo của thạch quyển (Tectonics of the lithosphere):

Sự dịch chuyển các mảng kiến ​​tạo có thể làm thay đổi dần dần khí hậu Trái đất. Các va chạm kiến ​​tạo làm di chuyển các loại đá phản ứng hóa học (như đá bazan và tro núi lửa) làm tăng tốc độ phản ứng “hút” CO2. Carbon dioxide là chất điều hòa chính của khí hậu Trái đất, vì nó ngăn chặn nhiệt lượng cố gắng bốc lên từ hành tinh.

Trong thời gian dài, các chuyển động kiến ​​tạo mảng di chuyển các lục địa, hình thành các đại dương, tạo ra và phá hủy các dãy núi, cũng như tạo ra bề mặt mà khí hậu tồn tại. Nghiên cứu gần đây cho thấy các chuyển động kiến ​​tạo đã làm trầm trọng thêm các điều kiện của kỷ băng hà cuối cùng: Khoảng 3 triệu năm trước, các mảng Bắc và Nam Mỹ va chạm nhau, tạo thành eo đất Panama và đóng kín con đường hòa trộn trực tiếp của vùng biển Đại Tây Dương, Thái Bình Dương.

(2) Bức xạ năng lượng Mặt trời (Solar radiation):

Mặt trời là nguồn nhiệt chính trong hệ thống khí hậu. Năng lượng Mặt trời, được chuyển hóa thành nhiệt trên bề mặt Trái đất, là thành phần không thể thiếu hình thành nên khí hậu Trái đất. Nếu chúng ta xem xét một khoảng thời gian dài, thì trong khuôn khổ này, Mặt trời trở nên sáng hơn và giải phóng nhiều năng lượng hơn khi nó phát triển theo trình tự chính. Sự phát triển chậm chạp này cũng ảnh hưởng đến bầu khí quyển của Trái đất. Người ta tin rằng, trong giai đoạn đầu của lịch sử Trái đất, Mặt trời quá lạnh để nước trên bề mặt Trái đất ở dạng lỏng, dẫn đến cái gọi là “Nghịch lý của Mặt trời non yếu”.

Hình 2: Những thay đổi về hoạt động của Mặt trời trong 6 thế kỷ qua

[Trục tung: bên trái - nồng độ của Beri 10 (10Be), bên phải - số vết đen của Mặt trời].

Những thay đổi trong hoạt động của Mặt trời cũng được quan sát thấy trong khoảng thời gian ngắn hơn (là chu kỳ Mặt trời 11 năm) và các biến cách theo thế kỷ và theo thiên niên kỷ dài hơn. Tuy nhiên, chu kỳ 11 năm xuất hiện và biến mất của vết đen Mặt trời không được theo dõi rõ ràng trong dữ liệu khí hậu. Những thay đổi trong hoạt động của Mặt trời được coi là yếu tố quan trọng trong sự khởi đầu của kỷ băng hà nhỏ, cũng như một số sự kiện nóng lên được quan sát từ năm 1900 đến năm 1950. Bản chất mang tính chu kỳ của hoạt động Mặt trời vẫn chưa được hiểu đầy đủ, nó khác với những thay đổi chậm chạp đi kèm với sự phát triển và già đi của Mặt trời [2].

Từ trường của Mặt trời thay đổi cứ sau 11 năm: Sau một thời gian ngôi sao tăng độ sáng, một thời kỳ mờ dần bắt đầu. Thông thường những biến động như vậy không có tác động mạnh mẽ đến khí hậu Trái đất, nhưng tồn tại những chu kỳ đáng kể hơn.

Hình 3: Hoạt động từ trường của Mặt trời.

Tại hội nghị “Vật lý plasma trong hệ Mặt trời” được tổ chức tại Viện Nghiên cứu Vũ trụ ở Moscow, Yury Nagovitsyn - nhà nghiên cứu tại Đài quan sát Pulkovo cho biết: “Trong nửa thiên niên kỷ, tính chất phản xạ của bầu khí quyển Trái đất đã giảm đi là do sự gia tăng dòng năng lượng Mặt trời đến bề mặt Trái đất. Tất cả điều này có thể góp phần một phần vào tác động của hiện tượng nóng lên toàn cầu”.

Theo ông, sự gia tăng hoạt động của Mặt trời trong 400 năm qua có thể là nguyên nhân một phần gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu trên Trái đất. Ông lưu ý rằng: Sự gia tăng hoạt động của Mặt trời chỉ được quan sát thấy trong 400÷600 năm qua, nhưng đồng thời, trong suốt 3.000 năm, đã ghi nhận xu hướng chung là giảm hoạt động của các ngôi sao và giảm cường độ của từ trường liên hành tinh trong hệ Mặt trời. Vì vậy, để đối phó với vấn đề nóng lên toàn cầu, thì điều rất quan trọng là con người phải xác định được Mặt trời đang ở giai đoạn nào trong hoạt động bức xạ của nó”.

(3) Hoạt động của núi lửa (Volcanism):

Những vụ phun trào núi lửa mạnh mẽ giải phóng các hạt axit sulfuric vào tầng bình lưu, ngăn chặn ánh sáng Mặt trời, làm mát khí hậu. Kết quả là xuất hiện nhiều băng biển hơn, từ đó cũng phản chiếu ánh sáng Mặt trời. Do đó, quá trình làm mát toàn cầu được kéo dài và tăng cường.

Một vụ phun trào núi lửa mạnh có thể ảnh hưởng đến khí hậu, gây ra đợt lạnh kéo dài vài năm. Ví dụ, vụ phun trào núi lửa Ilopango ở El Salvador trong khoảng thời gian từ 539÷540 sau Công Nguyên đã gây ra hiện tượng khí hậu lạnh đi khoảng 2°C, kéo dài 20 năm. Vụ phun trào Pinatubo gần đây ở Philippines vào năm 1991 đã tung một lượng tro bụi lên độ cao 35 km khiến mức bức xạ Mặt trời trung bình giảm 2,5 W/m2 đã làm khí hậu toàn cầu giảm 0,6°C trong 15 tháng.

Ở quy mô thiên niên kỷ, quá trình xác định khí hậu có thể là sự chuyển động chậm từ kỷ băng hà này sang kỷ băng hà tiếp theo. Những vụ phun trào khổng lồ hình thành nên các thành tạo magma (магматические провинции/ igneous provinces) lớn nhất chỉ xảy ra vài lần trong mỗi trăm triệu năm, nhưng chúng ảnh hưởng đến khí hậu trong hàng triệu năm và gây ra sự tuyệt chủng của các loài vật. Ban đầu người ta cho rằng: Nguyên nhân của hiện tượng Trái đất lạnh đi là do bụi núi lửa thải vào khí quyển, vì nó ngăn cản bức xạ Mặt trời tới bề mặt Trái đất. Tuy nhiên, các phép đo cho thấy phần lớn bụi lắng xuống bề mặt Trái đất trong vòng sáu tháng.

Núi lửa là một phần của chu trình địa hóa cacbon (геохимического цикла углерода/geochemical carbon cycle). Trải qua nhiều thời kỳ địa chất, carbon dioxide đã được giải phóng từ bên trong Trái đất vào khí quyển, từ đó trung hòa lượng CO2 đã bị loại bỏ khỏi khí quyển và lượng CO2 bị liên kết bởi các đá trầm tích và bởi các thành phần địa chất khác hấp thụ CO2.

(4) Biến động khí hậu ngắn hạn:

Lượng mưa và nhiệt độ không chỉ bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết theo mùa mà còn bởi các chu kỳ ngắn hạn khác. Ví dụ, hiệu ứng El Niño gây ra những thay đổi trong dòng nước ở vùng nhiệt đới Thái Bình Dương trong khoảng thời gian từ 2÷7 năm. Những biến động như vậy dẫn đến điều kiện thời tiết ấm áp và rất ẩm ướt từ tháng 12 đến tháng 2 dọc theo bờ biển phía Bắc của Peru và Ecuador.

(5) Quỹ đạo trái đất bị dao động:

Khí hậu trái đất đã thay đổi khá thường xuyên. Trước hết, điều này là do những thay đổi trong quỹ đạo của hành tinh: Quỹ đạo “kéo dài ra”, hoặc trở nên tròn hơn (với chu kỳ xấp xỉ 93.000 năm). Ngoài ra, góc nghiêng của trục trái đất so với mặt phẳng quỹ đạo thay đổi với chu kỳ 41.000 năm và hình nón quay thay đổi với chu kỳ 26.000 năm. Sự kết hợp của các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến lượng nhiệt Mặt trời đi vào các vĩ độ cao (Bắc Cực và Nam Cực) và do đó ảnh hưởng đến sự hình thành các sông băng.

4. Các chu kỳ Milankovitch là nguyên nhân dẫn đến biến đổi của khí hậu:

Nhà toán học và địa vật lý người Serbia Milutin Milankovitch cách đây 100 năm đã công bố công trình “Lý thuyết toán học về các hiện tượng nhiệt do bức xạ Mặt trời gây ra”. Theo đó, do sự thay đổi thường xuyên các thông số quỹ đạo của Trái đất (độ lệch tâm, độ nghiêng của trục quay và tuế sai) bề mặt Trái đất được Mặt trời làm nóng theo nhiều cách khác nhau. Kết quả là xảy ra các thời kỳ băng hà được thay thế nhau bằng các thời kỳ ấm hơn và các thời kỳ lạnh hơn. Đây được gọi là chu kỳ Milankovitch và người ta dự báo khí hậu dài hạn dựa trên các chu kỳ Milankhovitch (Milankovitch cycles).

Trong suốt lịch sử của mình, hành tinh Trái đất thường xuyên thay đổi độ lệch tâm của quỹ đạo, cũng như hướng và góc nghiêng của trục, dẫn đến sự phân phối lại bức xạ Mặt trời trên bề mặt Trái đất. Những thay đổi này thường được gọi là “chu kỳ Milankovitch” và có thể dự đoán được với độ chính xác cao. Có 4 chu kỳ Milankovitch [3]:

1. Tuế sai (Прецессия/Precession) là sự quay của trục Trái đất dưới tác dụng của lực hấp dẫn của Mặt trăng và cả (ở mức độ thấp hơn) của Mặt trời. Như Newton đã phát hiện ra trong cuốn Principia của mình, độ dốc của Trái đất ở các cực dẫn đến thực tế là lực hút của các vật thể bên ngoài làm quay trục Trái đất (được mô tả như một hình nón) có chu kỳ (theo dữ liệu hiện đại) xấp xỉ 25.776 năm. Kết quả là biên độ theo mùa của cường độ dòng năng lượng Mặt trời thay đổi theo bán cầu Bắc và Nam của Trái đất.

2. Thế tục (Nutation /Нутация ) - dao động với chu kỳ dài hàng thế kỷ của góc nghiêng của trục Trái đất so với mặt phẳng quỹ đạo của nó có chu kỳ khoảng 41.000 năm.

3. Độ lệch tâm (эксцентриситета/eccentricity) - biến đổi dài hạn của quỹ đạo Trái đất có chu kỳ khoảng 93.000 năm.

4. Điểm cận nhật của quỹ đạo (перигелия/perihelion) Trái đất và nút tăng dần (восходящего узла орбиты/ascending node of orbit) của quỹ đạo có chu kỳ lần lượt là 10.000 và 26.000 năm.

Vì các hiệu ứng được mô tả là định kỳ với nhiều khoảng thời gian, nên các khoảng thời gian khá dài thường xuyên phát sinh khi chúng có tác động tích lũy, củng cố lẫn nhau. Chúng được coi là nguyên nhân chính dẫn đến sự xen kẽ của các chu kỳ băng hà và giữa kỳ băng hà của kỷ băng hà cuối cùng. Chúng cũng giải thích cho cái gọi là “Sự tối ưu của khí hậu Holocene” (Климатический оптимум голоцена/Holocene climate optimum). Sự tuế sai của quỹ đạo Trái đất còn gây ra những thay đổi nhỏ hơn, chẳng hạn như sự tăng giảm định kỳ ở khu vực sa mạc Sahara.

Hình 4: Các thông số quỹ đạo của Trái đất.

A - độ lệch tâm; B - độ nghiêng của trục quay; C - tuế sai (Giáo dục Đại học Thomson, NASA/Mysid, NASA).

Theo Milankovitch: Mỗi tham số quỹ đạo của Trái đất đều có tính chu kỳ riêng. Ví dụ, độ lệch tâm: Quỹ đạo quay của Trái đất quanh Mặt trời thay đổi từ hình tròn sang hình elip hơn sau mỗi 95.125 và 400.000 năm. Trục quay của hành tinh lệch trong khoảng ba độ so với đường hoàng đạo (mặt phẳng quay của Trái đất quanh Mặt trời) có chu kỳ khoảng 41.000 năm một lần. Còn chu kỳ tuế sai (sự quay của trục Trái đất dọc theo hình nón theo kiểu con quay hồi chuyển) trung bình là 26.000 năm. Trong thời gian này, trục trái đất tạo thành một vòng tròn đầy đủ.

Những yếu tố này cùng tạo nên một chu kỳ của các kỷ nguyên khí hậu là 41.000 và 100.000 năm.

Ngoài ra, theo Milankovitch: Sự chênh lệch về lượng ánh sáng Mặt trời ở Bắc bán cầu lên tới 20%.

Hình 5: Tính tuần hoàn của những thay đổi trong các tham số quỹ đạo xác định chu kỳ Milankovitch.

Trong kỷ Pleistocen (từ 2,6 triệu đến 11,7 nghìn năm trước), Trái đất đã trải qua nhiều thời kỳ lạnh giá, khi các sông băng chiếm tới 30% diện tích hành tinh và đạt tới vĩ tuyến 40 ở Bắc bán cầu.

Cực đại băng hà cuối cùng là khoảng 18.000 năm trước, và hiện nay, theo chu kỳ Milankovitch, thời kỳ băng hà Holocene, bắt đầu khoảng 12.000 năm trước, vẫn tiếp tục. Đây chính xác là điều mà những người phản đối giả thuyết về ảnh hưởng của con người đối với khí hậu đề cập đến khi đề cập đến hiện tượng nóng lên toàn cầu. Tuy nhiên, mô hình chi tiết hơn cho thấy những gì đang xảy ra hiện nay không phù hợp với các chu kỳ tự nhiên - cả về sức mạnh cũng như động lực.

Do đó, đánh giá bằng biểu đồ nhiệt độ trung bình hàng năm trên Trái đất, có biệt danh là “cây khí hậu”, mức nóng lên tối đa của Holocene - mức khí hậu tối ưu thời trung cổ - là vào thế kỷ 10-13. Khi đó hành tinh thậm chí còn ấm hơn vào giữa thế kỷ trước. Sau đó, quá trình làm mát chung chậm rãi bắt đầu.

Hình 6: Tái hiện biến đổi khí hậu trên Trái đất trong 2000 năm qua.

Tái hiện biến đổi khí hậu trong 2.000 năm qua dựa trên dữ liệu từ 11 nghiên cứu khác nhau. Để xây dựng biểu đồ, người ta đã sử dụng các phép đo nhiệt độ trực tiếp trong giai đoạn 1902 - 2016 và dữ liệu gián tiếp thu được từ việc phân tích các vòng cây, san hô, lõi băng và các ghi chép lịch sử trong giai đoạn trước năm 1980. Trong giai đoạn hiệu chỉnh (1902 - 1980), cả hai nhóm dữ liệu được trình bày cho thấy sự hội tụ hoàn toàn của chúng.

Chu kỳ Milankovitch mô tả tác động của những thay đổi trong chuyển động của Trái đất đến khí hậu của nó trong hàng chục nghìn năm. Chúng được đặt theo tên của nhà vật lý thiên văn Serbia Milutin Milankovic - người vào năm 1941 đã đưa ra giả định rằng: Những thay đổi tự nhiên và đều đặn về hình dạng quỹ đạo của Trái đất và hướng của trục quay dẫn đến những thay đổi mang tính chu kỳ về lượng bức xạ Mặt trời rơi xuống Trái đất, và những thay đổi này quyết định sự khởi đầu của các kỷ băng hà.

Hình 7: Các chu kỳ Milankovitch sau Công nguyên.

(Số đo trên trục hoành là 1.000 năm sau Công nguyên).

Các chu kỳ Milankovitch phù hợp với mô hình VSOP. Trên đồ thị đã chỉ ra 5 nguyên nhân: Góc nghiêng của trục quay (ε) Độ lệch tâm của quỹ đạo (e) Kinh độ của điểm cận nhật (sin(ϖ)) Hệ số tuế sai (e sin(ϖ)) Lượng ánh nắng trung bình ngày ở phần trên của khí quyển vào ngày hạ chí ở 65° Bắc. Hệ số tuế sai và góc nghiêng trục xác định độ bức xạ tại mỗi vĩ độ. Trầm tích đại dương và băng Nam Cực ghi lại mức độ và nhiệt độ của biển cổ đại: Thay đổi của ô xy 18 (δ18O) trong các foraminifera, sự thay đổi của nhiệt độ theo số liệu phân tích các lõi khoan băng của trạm khoan Phương Đông ở Nam cực. Đường mầu xám dọc hiển thị hiện thời.

Các chu kỳ Milankovitch giải thích những biến động định kỳ của bức xạ Mặt trời: Trong một thời gian dài, cường độ bức xạ Mặt trời chiếu vào Trái đất thay đổi từ 5÷10% giá trị trung bình. Nguyên nhân gây ra chu kỳ Milankovitch là do các tác động sau:

1. Tuế sai Mặt trăng - Mặt trời: Sự quay của trục Trái đất với chu kỳ khoảng 25.765 năm, làm biên độ mùa của cường độ dòng Mặt trời ở bán cầu Bắc và Nam của Trái đất thay đổi.

2. Những biến động dài hạn (gọi là thế tục) về góc nghiêng của trục Trái đất so với mặt phẳng quỹ đạo của nó với chu kỳ khoảng 41.000 năm, gây ra bởi ảnh hưởng nhiễu loạn của các hành tinh khác.

3. Biến động dài hạn về độ lệch tâm của quỹ đạo Trái đất với chu kỳ khoảng 93.000 năm.

4. Chuyển động của điểm cận nhật của quỹ đạo Trái đất và nút tăng dần của quỹ đạo với chu kỳ lần lượt là 10 và 26 nghìn năm.

Vì các hiệu ứng được mô tả là có tính chu kỳ với nhiều thời kỳ, nên thường xuyên xuất hiện các khoảng thời gian khá dài trong đó chúng có tác động tích lũy, củng cố lẫn nhau. Các chu trình Milankovitch được phát triển sâu hơn trong Lý thuyết khí hậu Mặt trời.

Các kỷ nguyên thúc đẩy sự xuất hiện của băng hà: Đây là những kỷ nguyên xảy ra sự kết hợp của các yếu tố:

1. Độ lệch tâm quỹ đạo Trái đất đạt giá trị trung bình và cao.

2. Ngày Trái đất đi qua điểm cận nhật gần với ngày đông chí ở Bắc bán cầu.

Với sự kết hợp này, Trái đất di chuyển dọc theo phần xa của quỹ đạo khi đang là mùa hè ở bán cầu Bắc. Kết quả là, mùa hè ở bán cầu Bắc trở nên dài hơn (khoảng cách giữa ngày xuân phân và mùa thu trở nên dài hơn sáu tháng, do tốc độ quỹ đạo của trái đất khi di chuyển dọc theo phần xa của quỹ đạo hình elip trở nên nhỏ hơn trung bình) và mát hơn (khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời lớn hơn mức trung bình), là yếu tố góp phần vào sự phát triển của băng hà. Milanković đã viết: “Không phải một mùa đông khắc nghiệt, mà một mùa hè mát mẻ góp phần thúc đẩy sự phát triển của sông băng”.

Các kỷ nguyên thúc đẩy sự ấm lên của Trái đất:

Sau khoảng 11.000 năm, thời điểm hạ chí trùng với điểm cận nhật còn độ lệch tâm không có thời thay đổi đáng kể theo thời gian. Hiện nay, mùa hè ở Bắc bán cầu đang trở nên ngắn và nóng hơn, dẫn đến lượng băng bao phủ giảm. Đồng thời, các điều kiện thuận lợi cho quá trình băng hà được thiết lập ở Nam bán cầu. Nhưng hầu như không có vùng đất nào ở vĩ độ ôn đới và cận Nam Cực - nơi mà sông băng có thể phát triển. Trên toàn bộ Trái đất, diện tích sông băng đang bị thu hẹp, suất phản chiếu (sự thay đổi độ phản xạ/альбедо/albedo) của hành tinh đang giảm và nhiệt độ trung bình hàng năm đang tăng lên.

Trong thời đại hiện nay, sự khác biệt giữa ngày đông chí (21 tháng 12) và thời điểm xảy ra điểm cận nhật (3 tháng 1) chỉ là 13 ngày, nhưng độ lệch tâm hiện là 0,0167, nhỏ hơn đáng kể so với mức trung bình (giá trị tối đa 0,0658) và tiếp tục giảm. Liên quan đến vấn đề này, những biến động theo mùa trong tốc độ quỹ đạo của Trái đất và khoảng cách đến Mặt trời là nhỏ, và những thay đổi theo mùa mà chúng tạo ra trong năng lượng Mặt trời đến Trái đất là không đáng kể.

Hình 8: Các thay đổi của nhiệt độ trên Trái đất trong Kỷ Holocene.

Sự thay đổi nhiệt độ trong kỷ Holocene theo sự tái tạo khác nhau (đường màu) và giá trị trung bình của chúng (đường màu đen). Hình nhỏ cho thấy các thay đổi gần đây (2.000 năm qua) [4].

Trái đất hiện đang trải qua thời kỳ nhiệt độ đỉnh cao - thời kỳ giữa các kỷ băng hà - một trong những thời điểm nóng nhất trong 1 triệu năm qua. Đỉnh như vậy có giá trị tương tự có thể được nhìn thấy cách đây 400.000 năm.

Mặc dù thời kỳ giữa các kỷ băng kéo dài từ 10 đến 30 nghìn năm, nhưng thời kỳ khí hậu tối ưu chỉ kéo dài vài thế kỷ. Rất có thể nó đã kết thúc cùng với Sự tối ưu của khí hậu thời Trung cổ.

Quỹ đạo Trái đất dao động khi Mặt trời, Mặt trăng, hay các hành tinh khác thay đổi vị trí so với nó. Những biến động mang tính chu kỳ Milankovitch khiến lượng ánh sáng Mặt trời thay đổi ở các vĩ độ trung bình.

Khoảng 11,7 nghìn năm trước, các chu kỳ Milankovitch đã gây ra kỷ băng hà trên Trái đất, hoặc ngược lại, đã trả lại hành tinh này từ các kỷ băng hà. Khi quỹ đạo Trái đất chao đảo khiến mùa hè phía Bắc trở nên ấm hơn, những tảng băng khổng lồ tan chảy ở Bắc Mỹ, châu Âu và châu Á. Sau đó mùa hè phía Bắc lại trở lạnh và các tảng băng lại mọc lên.

Trong tiến trình nghìn năm, Trái đất đang tiến tới một cực tiểu Mặt trời khác ở phía Bắc. Dù có thải hay không thải CO2 vào khí quyển, có thể nhân loại sẽ bước vào kỷ băng hà mới trong vòng 1,5 nghìn năm tới./.

BIÊN TẬP: TS. NGUYỄN THÀNH SƠN

Tài liệu tham khảo:

1. https://rg.ru/2020/10/06/kak-menialsia-klimat-za-poslednie-66-millionov-let.html

2. https://ria.ru/20200210/1564505269.html?in=t

3. https://ria.ru/20200210/1564505269.html?in=t

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0B0