Các phân tử bụi giúp hạn chế biến đổi khí hậu?

Từ nhiều thập kỉ nay, các nhà khoa học vẫn tự hỏi rằng, liệu các hạt nhân ngưng tụ mây nhân tạo – những hạt bụi lơ lửng trong khí quyển – có làm tăng độ che phủ mây quanh Trái đất, và từ đó giúp hạn chế sự ấm lên toàn cầu hay không. Các nghiên cứu khoa học tới nay vẫn chưa đạt được tiến triển nào trong việc đi tìm lời giải cho câu hỏi trên.

Hai nhà khoa học đến từ Viện nghiên cứu Khí tượng Max Planck tại Hamburg và Cục quản lý Đại dương & Khí quyển Quốc gia Hoa Kỳ (NOAA) đã công bố trên tờ Nature rằng sự tương tác giữa hạt nhân ngưng tụ mây, mây và mưa phụ thuộc rất lớn vào nhiều yếu tố mà tới nay con người vẫn chưa nghiên cứu kĩ lưỡng. Đồng thời, họ đưa ra một ý tưởng nghiên cứu có thể giúp bổ sung cho những lỗ hổng kiến thức này của nhân loại.

Các khí nhà kính làm nóng bầu khí quyển Trái đất cũng có kẻ thù của chúng: đó là những hạt treo lơ lửng trong bầu khí quyển (hay còn gọi là hạt nhân ngưng tụ mây). Chúng được sinh ra tự nhiên, ví dụ như khi khi gió cuốn bụi trên sa mạc, hay thông qua các hoạt động của con người. Phần lớn các hạt nhân ngưng tụ mây nhân tạo sinh ra từ sulfur dioxit, loại khí xuất hiện khi con người đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch.

Hạt nhân ngưng tụ mây được coi như những máy làm mát khí quyển, bù đắp phần nào cho quá trình khí nhà kính làm Trái đất nóng lên. Các nhà nghiên cứu khí hậu tưởng tượng về cơ chế làm mát này một cách đơn giản như sau: khi hạt nhân ngưng tụ lọt vào các đám mây, chúng hút các phân tử nước và do đó đóng vai trò như hạt nhân hình thành các giọt nước. Càng có nhiều hạt nhân ngưng tụ tồn tại trong mây thì càng có nhiều giọt nước được hình thành. Khi các hạt bụi nhân tạo kết hợp với bụi tự nhiên, số lượng giọt nước lại càng tăng lên. Kết quả là, kích thước trung bình của các hạt giảm đi.

Do các giọt nhỏ không rơi được xuống đất, nên có thể nói hạt nhân ngưng tụ ngăn không cho các đám mây tạo thành mưa và kéo dài “tuổi thọ” của mây. Do đó, lượng che phủ của mây bao quanh bề mặt Trái đất tăng lên. Mây bức xạ các tia mặt trời và khiến chúng quay trở lại không gian vũ trụ, nên trời nhiều mây đồng nghĩa với việc khí quyển hấp thu ít nhiệt hơn so với khi trời quang đãng. Các nhà nghiên cứu khí hậu gọi cơ chế này là “hiệu ứng tuổi đời mây”.

Tuy nhiên, tới nay, con người vẫn chưa thể định lượng mức độ ảnh hưởng của tuổi đời mây đối với khí hậu. Các con số ước tính được đưa ra rất khác nhau: từ không hề gây ảnh hưởng cho tới ảnh hưởng đủ bù đắp mức cacbon dioxit làm tăng nhiệt khí quyển.

Mỗi đám mây đều có đặc điểm riêng. Do vậy, cần tiến hành nghiên cứu những loại mây chịu ảnh hưởng nhiều nhất từ hạt nhân ngưng tụ. (Ảnh: Viện nghiên cứu Khí tượng Max Planck/ Stevens)

Theo Bjorn Stevens đến từ Viện nghiên cứu Khí tượng Max Planck tại Hamburg và Graham Feingold đến từ Phòng thí nghiệm Hệ thống Trái đất thuộc NOAA, sự không rõ ràng này là do những lý giải xung quanh cơ chế làm mát của hạt nhân ngưng tụ mây đã bị đơn giản hóa quá mức. Hai nhà nghiên cứu tiến hành phân tích các bài viết về chủ đề này từ 1970 tới nay. Trong khảo sát của họ về các bài viết, kết quả cho thấy có một số ý kiến đi ngược lại với hiệu ứng tuổi đời mây: ví dụ, một nghiên cứu tại hiện trường được tiến hành vài năm trước công bố rằng mây ở vùng Trade Wind biến thành mưa nhanh hơn, chứ không phải chậm hơn, khi có mặt các hạt hạt nhân ngưng tụ.

Sau khi phân tích xong các tài liệu, Stevens và Feingold đi tới kết luận rằng: “Các đám mây phản ứng với hạt nhân ngưng tụ theo một cách rất phức tạp, và phản ứng này phụ thuộc cực lớn vào dạng loại cũng như trạng thái của mây… Chúng tôi, giới nghiên cứu khí hậu, cần tập trung nhiều hơn vào các hệ thống mây và hiểu rõ hơn về chúng.”

Theo hai nhà nghiên cứu, các quá trình diễn ra trong mây làm trung hòa, thậm chí phủ nhận ảnh hưởng của hạt nhân ngưng tụ mây tới nay vẫn chưa được xem xét. Ví dụ: khi một đám mây tích tương tác với hạt nhân ngưng tụ mây, nó không chuyển hóa thành mưa. Tuy nhiên, điều này cũng để lại những hệ quả nhất định: chất lưu (gồm khí và nước) xuất hiện và bay hơi bên trên đám mây. Không khí phía trên mây được làm mát đi và dễ bị ảnh hưởng bởi việc đám mây tích mở rộng lên phía trên. Mây tích càng cao thì càng dễ xảy ra mưa. Do đó, trong những trường hợp như vậy, hạt nhân ngưng tụ không ngăn cản mây tạo thành mưa.

Stevens và Feingold tin tưởng rằng do những cơ chế đệm như vậy nên tác động làm mát của hạt nhân ngưng tụ mây là rất nhỏ. Tuy nhiên, họ thừa nhận hiệu ứng tuổi đời mây không phải là cách giải thích bất hợp lý về các quá trình gây ra bởi hạt nhân ngưng tụ trong mây. “Tuy nhiên, tất cả các dạng và các trạng thái mây không phải đều giống nhau” Stevens nói. Ông kêu gọi giới khoa học hãy nhìn nhận lại việc nghiên cứu về hạt nhân ngưng tụ mây và liên hệ với nghiên cứu ung thư: “Mọi người từng cho rằng ung thư chỉ có một cơ chế duy nhất. Nhưng ngày nay, chúng ta biết rằng mỗi loại ung thư cần một nghiên cứu độc lập.”

Theo Stevens và Feingold, nghiên cứu trước hết phải xác định được những hệ thống mây chịu ảnh hưởng nhiều nhất từ hạt nhân ngưng tụ. Họ đề xuất bắt đầu với những loại mây phổ biến, ví dụ như các đám mây tích phẳng trên đại dương (mây tích vùng Trade Wind).

Một dự án do hai cơ quan Viện nghiên cứu Khí tượng Max Planck và Viện nghiên cứu Khí tượng & Thủy học Caribbe kết hợp triển khai sẽ bắt đầu theo hướng này. Khảo sát tại hiện trường kéo dài hai năm sẽ bắt đầu được thực hiện trên đảo Barbados nằm trong vùng Trade Wind vào năm 2010. Các nhà nghiên cứu sẽ đặt các thiết bị cảm ứng từ xa trên bờ hứng gió của hòn đảo này. Các phép đo trên mặt đất sẽ bổ sung cho việc đo đạc tiến hành trực tiếp trên các đám mây do phi cơ HALO của Đức tiến hành. Dữ liệu thu được từ chiến dịch đo đạc này giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa các yếu tố: độ che phủ của mây, mưa, các điều kiện khí tượng cục bộ và các hạt nhân ngưng tụ mây.

Tham khảo:

Bjorn Stevens, Graham Feingold. Untangling hạt nhân ngưng tụ mây effects on clouds and precipitation in a buffered system. Nature, October 1st 2009, Volume 461, pages 607 - 613 DOI: 10.1038/nature08281