Mục lục bài họcĐang ở d02-b1
The Climate System and the Enhanced Greenhouse Effect
The energy balance
Incoming solar radiation is mainly shortwave and passes through the atmosphere relatively easily. The surface absorbs it and re-emits energy as longwave radiation. Greenhouse gases — water vapour, carbon dioxide, methane, nitrous oxide — absorb this longwave radiation and re-emit it in all directions, including downwards, so more energy is retained in the lower atmosphere. Getting the wavelengths right is essential: greenhouse gases do not block incoming radiation, and a candidate who writes that they do has described a mechanism that would cool the planet.
Natural and enhanced
The natural greenhouse effect predates humans and keeps Earth roughly 33°C warmer than it would otherwise be; without it the planet would be frozen. What drives climate change is the enhanced greenhouse effect, caused by rising concentrations of greenhouse gases. Note also that stratospheric ozone depletion is a separate problem, concerning ultraviolet radiation and CFCs, and confusing the two is a standard error.
Sources, sinks and feedback
Carbon dioxide comes mainly from burning fossil fuels, cement manufacture and land-use change; methane from livestock, rice paddies, landfill and fossil fuel extraction, and it has a far higher warming potential per molecule though a shorter lifetime. Carbon sinks — oceans, forests, soils — absorb part of the emissions. Positive feedback amplifies warming: melting sea ice lowers albedo so more radiation is absorbed; thawing permafrost releases methane; warmer oceans dissolve less CO₂. Negative feedback damps it: more evaporation may increase low cloud cover, which reflects radiation.
Observed and projected consequences
Rising mean temperature, but distributed unevenly and fastest in the Arctic. Sea level rise from thermal expansion of water and from land ice melt. Changed precipitation patterns, with wet regions generally wetter and dry regions drier. More frequent and more intense heatwaves, and greater intensity of tropical storms. Ocean acidification, a separate consequence of dissolved CO₂ rather than of warming, threatens corals and shell-forming organisms.
Cân bằng năng lượng
Bức xạ Mặt Trời tới chủ yếu là sóng ngắn và đi qua khí quyển tương đối dễ. Bề mặt hấp thụ rồi phát lại năng lượng dưới dạng bức xạ sóng dài. Khí nhà kính — hơi nước, cacbon điôxít, mêtan, đinitơ oxit — hấp thụ chính bức xạ sóng dài này và phát lại theo mọi hướng, kể cả xuống dưới, nên năng lượng giữ lại ở tầng khí quyển thấp nhiều hơn. Nói đúng bước sóng là điều bắt buộc: khí nhà kính KHÔNG chặn bức xạ tới, và thí sinh viết như vậy là đã mô tả một cơ chế làm hành tinh LẠNH đi.
Tự nhiên và tăng cường
Hiệu ứng nhà kính tự nhiên có từ trước con người và giữ Trái Đất ấm hơn khoảng 33 độ so với khi không có nó; thiếu nó thì hành tinh đóng băng. Thứ gây biến đổi khí hậu là hiệu ứng nhà kính tăng cường, do nồng độ khí nhà kính tăng lên. Cũng cần nhớ rằng suy giảm tầng ozone ở tầng bình lưu là một vấn đề KHÁC, liên quan tới bức xạ cực tím và các chất CFC; lẫn hai vấn đề này là lỗi tiêu chuẩn.
Nguồn phát thải, bể hấp thụ và phản hồi
Cacbon điôxít chủ yếu từ đốt nhiên liệu hoá thạch, sản xuất xi măng và thay đổi sử dụng đất; mêtan từ chăn nuôi, ruộng lúa, bãi rác và khai thác nhiên liệu hoá thạch, và nó có tiềm năng làm nóng trên mỗi phân tử cao hơn nhiều dù thời gian tồn tại ngắn hơn. Bể cacbon — đại dương, rừng, đất — hấp thụ một phần lượng phát thải. Phản hồi dương khuếch đại sự nóng lên: băng biển tan làm suất phản xạ giảm nên hấp thụ nhiều bức xạ hơn; băng vĩnh cửu tan giải phóng mêtan; đại dương ấm lên hoà tan ít CO₂ hơn. Phản hồi âm làm dịu bớt: bốc hơi nhiều hơn có thể làm tăng mây tầng thấp, vốn phản xạ bức xạ.
Hệ quả đã quan sát và dự báo
Nhiệt độ trung bình tăng, nhưng phân bố không đều và nhanh nhất ở Bắc Cực. Mực nước biển dâng do giãn nở nhiệt của nước và do băng trên lục địa tan. Hình thái mưa thay đổi, với vùng ẩm nhìn chung ẩm hơn và vùng khô khô hơn. Đợt nắng nóng nhiều và gay gắt hơn, bão nhiệt đới mạnh hơn. Axit hoá đại dương là hệ quả riêng của việc CO₂ hoà tan chứ không phải của sự nóng lên, và nó đe doạ san hô cùng các sinh vật tạo vỏ.
Một học sinh viết: "Khí nhà kính giữ nhiệt của Mặt Trời lại trong khí quyển, làm Trái Đất nóng lên. Hiệu ứng nhà kính là nguyên nhân của biến đổi khí hậu." Hãy chỉ ra hai lỗi và viết lại cho đúng.
Lỗi 1 — sai bước sóng. Câu "giữ nhiệt của Mặt Trời lại" ngụ ý khí nhà kính chặn bức xạ TỚI. Nếu đúng vậy thì năng lượng không xuống tới bề mặt được và Trái Đất phải LẠNH đi. Cơ chế thật đi theo hai bước: bức xạ Mặt Trời tới là sóng NGẮN và đi qua khí quyển tương đối dễ; bề mặt hấp thụ rồi phát lại dưới dạng sóng DÀI, và chính bức xạ sóng dài này mới bị khí nhà kính hấp thụ.
Lỗi 2 — thiếu chữ "tăng cường". Hiệu ứng nhà kính tự nhiên đã tồn tại từ trước con người và giữ hành tinh ấm hơn khoảng 33 độ; không có nó thì Trái Đất đóng băng và không có sự sống như hiện nay. Nói hiệu ứng nhà kính gây biến đổi khí hậu là nói sai đối tượng. Thứ gây biến đổi khí hậu là hiệu ứng nhà kính tăng cường — phần tăng thêm do nồng độ khí nhà kính tăng.
Viết lại cho đúng. "Bức xạ Mặt Trời tới chủ yếu là sóng ngắn và đi qua khí quyển tương đối dễ. Bề mặt Trái Đất hấp thụ năng lượng này rồi phát lại dưới dạng bức xạ sóng dài. Khí nhà kính hấp thụ bức xạ sóng dài và phát lại theo mọi hướng, kể cả xuống dưới, nên năng lượng được giữ lại ở tầng khí quyển thấp. Quá trình này là hiệu ứng nhà kính tự nhiên và nó giữ Trái Đất ấm hơn khoảng 33 độ. Việc đốt nhiên liệu hoá thạch làm nồng độ CO₂ tăng, nên lượng bức xạ sóng dài bị giữ lại tăng theo — đó là hiệu ứng nhà kính tăng cường, và nó mới là nguyên nhân của sự nóng lên hiện nay."
Lưu ý thêm để không mất điểm: đừng lẫn với suy giảm tầng ozone. Ozone liên quan tới bức xạ cực tím và các chất CFC; đó là vấn đề khác, và đáng chú ý là nó đã được xử lý khá thành công qua Nghị định thư Montreal.
Giải thích cơ chế phản hồi băng – suất phản xạ ở Bắc Cực, và nói vì sao các vòng phản hồi làm việc dự báo khí hậu trở nên khó.
Cơ chế, theo đúng chuỗi. Băng biển có suất phản xạ rất cao — nó phản xạ khoảng 80 tới 90% bức xạ Mặt Trời chiếu tới. Nước biển hở thì ngược lại, hấp thụ phần lớn. Khi nhiệt độ tăng làm băng biển tan bớt, diện tích nước hở tăng lên, nên vùng đó hấp thụ nhiều bức xạ hơn trước. Điều đó làm nước ấm thêm, làm băng tan thêm — và vòng lặp tiếp tục. Đây là phản hồi dương: kết quả của quá trình quay lại khuếch đại chính nguyên nhân.
Vì sao Bắc Cực nóng nhanh gấp nhiều lần trung bình toàn cầu. Chính vòng phản hồi này là lời giải thích chính, cùng với một vòng thứ hai: băng vĩnh cửu tan giải phóng mêtan và CO₂ vốn bị khoá trong đất đóng băng hàng nghìn năm, làm nồng độ khí nhà kính tăng thêm.
Vì sao phản hồi làm dự báo khó — ba lý do. Thứ nhất, quan hệ giữa phát thải và nhiệt độ trở nên phi tuyến: cùng một lượng phát thải thêm có thể gây mức tăng nhiệt rất khác nhau tuỳ vào việc vòng phản hồi đã kích hoạt tới đâu. Thứ hai, có khả năng tồn tại ngưỡng — điểm mà quá đó vòng phản hồi tự duy trì kể cả khi phát thải dừng lại; vị trí chính xác của các ngưỡng này chưa xác định được. Thứ ba, phản hồi ÂM cũng tồn tại và làm phức tạp thêm: bốc hơi nhiều hơn có thể tăng mây tầng thấp, vốn phản xạ bức xạ và làm mát — nhưng độ lớn của hiệu ứng mây là một trong những nguồn bất định lớn nhất trong các mô hình khí hậu.
Hệ quả cho cách viết bài. Khi đề hỏi về mức độ tin cậy của dự báo khí hậu, đừng nói chung chung "mô hình có thể sai". Hãy nêu đích danh nguồn bất định: độ lớn của phản hồi mây, vị trí các ngưỡng, và tốc độ giải phóng mêtan từ băng vĩnh cửu.
Bẫy 2 — thiếu chữ "tăng cường". Hiệu ứng nhà kính tự nhiên giữ Trái Đất ấm hơn 33 độ và là điều kiện của sự sống; thứ gây biến đổi khí hậu là phần TĂNG THÊM.
Bẫy 3 — lẫn biến đổi khí hậu với suy giảm tầng ozone. Ozone liên quan tới tia cực tím và chất CFC, là vấn đề riêng và đã được xử lý khá tốt qua Nghị định thư Montreal.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Global Climate — Vulnerability and Resilience gồm 14 câu trắc nghiệm và 5 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.