Trong những thập niên cuối của thế kỷ trước, những chuyên gia về hiện tượng thay đổi khí hậu và nhiều nhà khoa học thuộc những lĩnh vực khác đang liên tục cảnh báo về hiểm họa Trái đất nóng dần lên. Nếu sự ấm lên của Trái đất cứ đều đặn diễn ra sẽ dẫn đến những hậu quả khôn lường cho cuộc sống trên hành tinh này. Gần đây một số nghiên cứu cho thấy sự ấm lên hay nguội đi còn do những vết đen trên Mặt trời. Đó là gì?
Truy tìm vết đen
Một nguyên nhân thường hay được nói đến nhất là sự gia tăng nồng độ các loại khí gây “hiệu ứng nhà kính” (carbon dioxite, CFC...). Những loại khí này cho hầu hết ánh sáng mặt trời xuyên qua, nhưng khi ánh sáng đó đập vào các vật trên mặt đất và các phân tử khí trong bầu khí quyển, chúng sẽ tạo ra tia hồng ngoại (nhiệt) mà phần lớn khó thoát ra khỏi bầu khí quyển chứa những loại khí nói trên làm Trái đất nóng lên.
Tuy nhiên, gần đây các nhà khoa học nghiên cứu Mặt trời đang chỉ ra rằng có một mối liên hệ nào đó giữa sự nóng lên hay nguội đi của bề mặt Trái đất và sự thay đổi của hệ thống các vết đen trên bề mặt Mặt trời - hệ quả của sự biến thiên từ trường của nó. Và không chỉ có mối liên hệ, mà còn có thể nghĩ đến giả thuyết rằng sự thay đổi của hệ thống các vết đen này mới là tác nhân chủ yếu của sự ấm lên toàn cầu.
Thí nghiệm CLOUD, trong hình là Jasper Kirkby, giám đốc thí nghiệm
Nếu đúng như vậy thì mọi cố gắng của con người để ngăn chặn hay làm chậm quá trình ấm lên này là vô vọng? Trái đất sẽ cứ thế nóng dần lên và đến lúc nào đó nó sẽ nguội dần đi để đi vào chu kỳ băng hà (glacial period) hoặc kỷ tiểu băng hà (little ice age), như đã từng xảy ra trong quá khứ, mà gần đây nhất là vào thế kỷ 17. Hiện chúng ta đang ở trong Kỷ băng hà thứ tư.
Việc trả lời câu hỏi “Cái gì là tác nhân chủ yếu của sự ấm lên toàn cầu hiện đang diễn ra?” đương nhiên không hề dễ dàng. Những nghiên cứu và phát biểu gần đây của các nhà khoa học về mối liên hệ của các chu kỳ nóng lên và nguội đi của bề mặt Trái đất với sự biến thiên của từ trường Mặt trời và với các tia vũ trụ mở ra một cách tiếp cận mới.
Khi quan sát bề mặt Mặt trời bằng các loại kính có các bộ lọc đặc biệt, người ta nhận thấy nó sáng không đều nhau. Những vùng mà cường độ ánh sáng thấp nhất được gọi là các vết đen. Đó là những vùng có hoạt động từ trường mạnh nhất, thông qua đó năng lượng từ các vùng sâu bên trong Mặt trời thoát ra bề mặt của nó và bức xạ vào không gian. Những quan sát trong khoảng 250 năm gần đây cho thấy số lượng các vết đen này tăng rồi lại giảm theo chu kỳ khoảng 11 năm, gọi là chu kỳ mặt trời.
Cần chú ý rằng không phải cứ có nhiều vết đen thì bề mặt Mặt trời nguội hơn. Thật ra ngược lại: chính những vết đen đó là vùng từ trường cực mạnh và năng lượng bức xạ từ đó ra không gian nhiều hơn từ những vùng khác. Do đó, vào những thời kỳ có nhiều vết đen, năng lượng bức xạ sẽ lớn hơn và trên mặt đất của chúng ta nhiệt độ sẽ tăng cao. Một trong những thời kỳ như vậy là thời kỳ đã nói đến ở trên: từ đầu thế kỷ 17 đến đầu thế kỷ 18.
Trong thời kỳ này có đến vài thập niên hầu như không có vết đen nào được quan sát thấy. Những thời kỳ như vậy còn được gọi là “đại cực tiểu mặt trời” (grand solar minimum) hay “cực tiểu Maunder” (Maunder minimum).
Ngoài sự thay đổi tuần hoàn của cường độ bức xạ mặt trời với chu kỳ ngắn gần 11 năm, còn có giả thuyết về những chu kỳ dài với biên độ biến thiên lớn hơn. Giả thuyết này cho rằng chu kỳ dài kéo khoảng từ 40.000 đến 100.000 năm.
Một bức ảnh chụp mặt trời vào năm 2007. Trên bề mặt của mặt trời không hề có sự xuất hiện của vết đen
Vai trò của tia vũ trụ
Mặc dù có sự phụ thuộc của nhiệt độ bề mặt Trái đất vào từ trường của Mặt trời, nhưng sự phụ thuộc này không hẳn là nhiệt độ trên Trái đất tăng tỉ lệ với số lượng các vết đen.
Trả lời câu hỏi: “Liệu cực tiểu Maunder tiếp theo có dẫn đến sự lạnh dần trên Trái đất hay không?”, Gerald Meehl, người chỉ đạo một nhóm nhà khoa học của Trung tâm Quốc gia về nghiên cứu khí quyển (NCAR) tại Boulder (Hoa Kỳ), đã khẳng định: “Không!”. Ông cho rằng nó chỉ làm chậm hoặc làm dừng quá trình ấm dần hiện nay trong một khoảng thời gian ngắn, sau đó quá trình ấm dần lại tiếp tục.
Tuy nhiên, có một điều làm chúng ta có thể hi vọng rằng quá trình ấm lên hiện đang xảy ra có thể sắp kết thúc. Kết quả quan sát Mặt trời trong 13 năm gần đây cho thấy số lượng các vết đen đang giảm khá đều đặn và sẽ còn tiếp tục trong mấy năm sắp tới.
Matt Pen, nhà nghiên cứu ở đài quan sát Mặt trời tại Tucson (Hoa Kỳ), cho biết: “Chúng tôi vẫn đang thấy sự yếu đi của từ trường vết đen”. Với xu hướng như vậy, các nhà khoa học dự đoán trạng thái không vết đen sẽ đến vào khoảng năm 2022. Gần đây, người ta nêu ra giả thuyết là độ mạnh của từ trường trong chu trình cực tiểu cho phép ước lượng đỉnh của nó trong chu trình cực đại tiếp theo. Nếu như vậy thì cực đại sắp tới sẽ có giá trị nhỏ hơn ba cực đại trước.
Đồ thị biểu diễn cường độ của từ trường mặt trời từ năm 1967-2009, các chấm màu thể hiện kết quả đo được bởi các thí nghiệm khác nhau. Đường liền màu đen thể hiện kết quả mô phỏng bởi một nhóm các nhà khoa học hợp tác Đức - Hàn. Đồ thị cho thấy chu kỳ hoạt động của từ trường mặt trời vào khoảng 11 năm
Một tác nhân khác đối với biến đổi khí hậu có thể là các tia vũ trụ. Tuy nhiên, nó vẫn có liên quan đến từ trường trên Mặt trời. Tại CERN, các nhà khoa học tiến hành thí nghiệm CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) để phát hiện cơ chế hình thành các đám mây. Thí nghiệm này kiểm tra khâu thứ hai trong tiến trình giả định sau:
Từ trường Mặt trời mạnh lên → Nhiều tia vũ trụ bị chặn lại bên ngoài khí quyển Trái đất → Các đám mây khó hình thành hơn (do có ít “nhân” để hình thành các giọt nước) → Ánh sáng Mặt trời dễ chiếu xuống mặt đất → Mặt đất nóng lên nhiều hơn.
Vì kiểm tra chỉ một khâu (các hạt vũ trụ là tác nhân tạo sương từ hơi nước trong không khí) nên dù thí nghiệm này có thành công vẫn chưa nói lên rằng cả tiến trình chắc chắn xảy ra. Nói cách khác, việc các tia vũ trụ thúc đẩy quá trình ấm lên toàn cầu vẫn còn là giả định.
Trả lời câu hỏi về sự liên quan giữa từ trường Trái đất và số lượng tia vũ trụ tới được bề mặt Trái đất, tiến sĩ Jasper Kirkby, giám đốc của thí nghiệm CLOUD, cho biết: “Mối liên hệ này là hoàn toàn chắc chắn. Chúng ta cũng biết rằng tia vũ trụ ion hóa từng centimet khối của bầu khí quyển Trái đất. Tuy nhiên, không thể khẳng định chắc chắn rằng sự ion hóa này là một trong những tác nhân ảnh hưởng tới khí hậu. Nhưng chúng ta cũng biết mây đóng vai trò rất quan trọng trong việc điều hòa khí hậu địa cầu”.
Ông cũng cho biết thêm: “Nếu mối liên hệ giữa tia vũ trụ và sự hình thành mây trên Trái đất được kiểm chứng, nó cho thấy một nguyên nhân tự nhiên dẫn tới tự ấm lên toàn cầu. Hơn nữa, nó cũng thay đổi hiểu biết của chúng ta về những nguyên nhân bắt nguồn từ hoạt động của loài người trên Trái đất. Chúng ta hiện nay biết quá ít về các khí hiệu ứng nhà kính”.
Sự ấm lên toàn cầu là một quá trình rất phức tạp và do nhiều yếu tố gây ra, khoa học ngày nay vẫn chưa có lời giải đáp thấu đáo cho quá trình này.