THAY ĐỔI KHÍ HẬU VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG ĐẾN SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP
Chương 15: HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH
15.1 Tác nhân gây ra hiệu ứng nhà kính
15.2.2 Đặc tính thể tích
Định luật Bughe – Be: sự làm yếu cường độ tương đối của chùm tia đơn sắc khi qua mơi trường hấp thu sẽ tỷ lệ với tích số của mật độ các chất khí nhà kính với chiều dài đường đi của chùm tia sáng trong mơi trường đĩ.
CO2 49%
CH4 19%
CFCs 17%
N2O 5%
Khí khác 10%
Năng lượng 57%
Các khí khác 3%
CFCs 17%
Nông nghiệp 15%
Rừng 8%
Hình 15.5: Tương quan giữa sự thay đổi nhiệt độ (oC) và nồng độ CO2 (ppmv)
Điều này giải thích vì sao khi mật độ các chất khí nhà kính trong không
khí càng cao thì khả năng hấp thu cũng như bức xạ nhiệt của lớp khí đó tới bề mặt đất càng lớn, làm nhiệt độ cũng tăng theo.
Để đánh giá khả năng hấp thu cũng như bức xạ năng lượng của chất khí, người ta dựa vào độ đen(17) của khối khí. Khí có độ đen càng lớn thì có khả năng bức xạ càng cao.
Bảng 15.1: Nguồn gốc của các khí chính gây ra hiệu ứng nhà kính (Lashof và Tirpak, 1990; IPCC, 1995)
Khí Nguồn gốc tự nhiên Từ các hoạt động sống của con người Carbon dioxide
(CO2)
Sinh quyển cả trên cạn/dưới nước.
Sự đốt cháy của các nguyên liệu hóa thạch (than đá, các sản phẩm dầu mỏ);
Sản xuất cement;
Sự chuyển đổi mục đích sử dụng đất.
Methane (CH4)
Các vùng đất ướt tự nhiên;
Mối;
Các đại dương và các hồ nước ngọt.
Nguyên liệu hóa thạch (sản xuất khí tự nhiên, khai thác than đá, công nghiệp dầu mỏ, đốt cháy than đá);
Lên men yếm khí;
Ruộng lúa nước;
Đốt các sinh khối;
Đốt rác thải;
Chất thải của động vật;
Nước thải sinh hoạt.
Nitrous oxide (N2O)
Các đại dương;
Đất nhiệt đới (rừng ẩm, thảo nguyên khô)
Đất ôn đới (rừng, đồng cỏ).
Phân đạm;
Từ các hoạt động công nghiệp (adipic acid/nylon, nitric acid);
Chuyển đổi sử dụng đất (đốt sinh khối, khai hoang, dọn rừng);
Đại gia súc và diện tích đồng cỏ.
Chlorofluorocarbons (CFCs)
Chất bọt dẻo và cứng (rigid and flexible foam);
Chất đẩy trong các loại bình phun (aerosol propellants);
Teflon polymers;
Các dung môi công nghiệp.
17 Độ đen của khối khí là tỷ số giữa lượng nhiệt mà nó hấp thu và tổng lượng nhiệt bức xạ qua lớp khí đó.
Bảng 15.2: Đặc điểm của một số khí chính gây ra hiệu ứng nhà kính (IPCC, 1995)
Đặc điểm CO2 CH4 N2O CFC-11 CFC-12 HCFC-22 Ozone(a)
Nồng độ trong thời kỳ trước Công nghiệp (1750 – 1800)
280 ppmv
700 ppbv
275 ppbv
0 0 0
5 – 15 ppbv
Nồng độ năm 1992 355 ppmv
1.714 ppbv
311 ppbv
280 pptv
503 pptv
105 pptv
30 – 50 ppbv Tốc độ thay đổi
nồng độ hàng năm trong những năm 1980s
1,5 ppmv.yr-1 (0,5%)
13 ppbv.yr
-1
(0,75%) 0,75 ppbv.yr
-1
(0,25%) 9,5 pptv.yr-1 (4%)
18 – 20 pptv.yr-1 (4%)
7 – 8 pptv.yr-1
0,15 ppbv.yr-1 (0,5%)
Đời sống của khí (năm)
0,4%.yr-1 (50 – 200)
0,8%.yr
-1 (12 – 17)
0,25%.y r-1 120
65
4%.yr-1 102
7%.yr-1 13,3
0,1
- GWP (mol) - GWP (kg)
- Tỷ lệ khí nhà kính năm 1980 (%)
1 1 50
21 58 13(b)
206 206 5
12,40 3,97 5,00
15,80 5,75 12,00
2,0 1,8 7,0
Ghi chú:
. HCFC-22: một chất thay thế CFC.
. ppmv: 1 phần triệu theo thể tích (1 part per million by volume).
. ppbv: 1 phần tỷ (ngàn triệu) theo thể tích (1 part per billion by volume).
. pptv: 1 phần triệu triệu theo thể tích (1 part per trillion by volume).
. GWP: sức nóng tiềm tàng của trái đất tương ứng với cùng thể tích của CO2 (mol), hay tương ứng với khối lượng CO2 (kg).
. (a): những số liệu ở đây là những giá trị trung bình gần đúng bởi vì nồng độ O3 rất khác nhau theo không gian và thời gian.
. (b): chỉ đề cập những tác động trực tiếp.
Bảng 15.2 cho thấy tuổi thọ của các chất khí nhà kính biến động rất lớn, từ khoảng 12 – 200 năm, trong đó khí CO2 có tuổi thọ khá cao (50 – 200 năm); có nghĩa là dù không tác động gì thêm nữa, các chất khí nhà kính hiện nay cũng có thể ảnh hưởng đến sự thay đổi khí hậu và ảnh hưởng bất lợi trong vài chục năm nữa.
Chu kỳ đời sống của CO2 phụ thuộc vào tốc độ hấp thu CO2 ở những môi trường khác nhau.
Sơ đồ 15.6: Cơ chế hiệu ứng nhà kính 15.3 Cơ chế của hiệu ứng nhà kính
Trong những thập niên đầu tiên của những năm 1800, các nhà khoa học đã đạt được sự hiểu biết về lý thuyết cơ bản của hiệu ứng nhà kính. Fourier (1824) nhận thấy rằng khí quyển cho phép bức xạ mặt trời đến mặt đất, song không cho nhiệt độ của đất thoát ra; ông so sánh hiện tượng này với trường hợp của một thùng chứa bằng kính đặt dưới ánh nắng mặt trời: “nhiệt bức xạ không rõ”
(“obscure radiative heat”) sẽ bị giữ lại.
Khái niệm: hiện tượng làm tăng nhiệt độ của lớp khí quyển bao quanh trái đất do tác động của các khí nhà kính có trong khí quyển, dẫn đến nhiệt độ trên bề mặt trái đất tăng lên gọi là hiện tượng hiệu ứng nhà kính (Green house effect).
- Các chất khí bức xạ ở đây, về mặt hấp thu và bức xạ, đóng vai trò tương tự như lớp kính giữ nhiệt của các nhà kính.
- Hoạt động bức xạ của các chất khí gây nên hiệu ứng nhà kính trong khí quyển được gọi là tiềm năng làm nóng trái đất (GWP).
Quá trình trao đổi nhiệt giữa các khí nhà kính trong khí quyển với bề mặt đất có thể được khái quát như sau:
- Các chất khí nhà kính hấp thu phần lớn các tia bức xạ mặt trời có bước sóng dài đi qua nó (cho hầu hết các bức xạ sóng ngắn đi qua).
- Khi đến mặt đất, một phần năng lượng bức xạ mặt trời bị hấp thu cho các
quá trình quang hợp của cây xanh, cho các hệ sinh thái và biến thành nhiệt năng; phần còn lại bị phản xạ trở lại dưới dạng năng lượng bước sóng dài và cộng thêm năng lượng bức xạ riêng của bề mặt trái đất (gọi là dòng bức xạ bước sóng dài từ mặt đất Eđ).
- Dòng bức xạ Eđ bị các chất khí nhà kính trong khí quyển hấp thu một phần trước khi thoát ra khỏi không gian.
Lượng nhiệt bị khí quyển hấp thu nhiều hay ít tùy thuộc phần lớn vào hàm lượng các chất khí nhà kính có trong khí quyển.
- Sau khi hấp thu năng lượng từ bức xạ mặt trời và mặt đất, nhiệt độ của các khí nhà kính tăng lên và bức xạ một phần năng lượng này về lại trái đất.