Cân bằng năng lượng của Trái đất và lực bức xạ của biến đổi khí hậu
Đọc bài viết này để tìm hiểu về sự cân bằng năng lượng trên Trái đất và lực bức xạ của biến đổi khí hậu.
Giới thiệu:
Trái đất của chúng ta nhận được bức xạ sóng ngắn từ mặt trời; một phần ba trong số đó được phản ánh và phần còn lại được hấp thụ bởi khí quyển, đại dương, đất liền, băng và biota. Năng lượng được hấp thụ từ bức xạ mặt trời được cân bằng trong thời gian dài bởi bức xạ ngoài trái đất và bầu khí quyển của nó.
Nhưng sự cân bằng giữa năng lượng được hấp thụ và phát ra khi bức xạ hồng ngoại sóng dài có thể thay đổi do nhiều yếu tố tự nhiên như năng lượng mặt trời, sự thay đổi chậm trong quỹ đạo trái đất và các yếu tố nhân tạo gây ra hiệu ứng nhà kính, nóng lên toàn cầu, mùa đông hạt nhân và cạn kiệt tầng ozone và lỗ thủng tầng ozone tại Nam Cực. Sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại thường được gọi là cưỡng bức bức xạ.
Bầu không khí của chúng tôi được chia thành các lớp ngang khác nhau. Mỗi cái được đặc trưng bởi độ dốc của hồ sơ nhiệt độ của nó. Bắt đầu từ bề mặt trái đất, các lớp này được gọi là tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung lưu và tầng đối lưu. Trong tầng đối lưu và nhiệt độ trung bình giảm theo độ cao, trong khi ở tầng bình lưu và tầng đối lưu, nó tăng theo độ cao.
Các độ cao chuyển tiếp phân tách các lớp này được gọi là tầng đối lưu, tầng bình lưu và tầng trung lưu. Hơn 80% khối lượng của khí quyển và tất cả các đám mây hơi nước và lượng mưa xảy ra trong tầng đối lưu. Tại xích đạo có thể là khoảng 18 km nhưng giảm tới 10-12 km ở vĩ độ trung bình và ở cực có thể chỉ khoảng 5-6 km. Ở tầng đối lưu, nhiệt độ thường giảm 5 đến 7 ° C mỗi km.
Khu vực này thường là một nơi rất hỗn loạn vì có những chuyển động thẳng đứng mạnh mẽ dẫn đến sự hòa trộn không khí nhanh chóng và hoàn toàn. Sự pha trộn này cải thiện chất lượng không khí vì nó nhanh chóng làm giảm các chất ô nhiễm khác nhau. Phía trên tầng đối lưu là stratosphese, là một lớp không khí khô ổn định.
Các chất ô nhiễm xâm nhập vào tầng bình lưu có thể tồn tại ở đó trong nhiều năm trước khi được đưa trở lại tầng đối lưu, nơi chúng dễ dàng bị tiêu tan và cuối cùng được loại bỏ bằng cách lắng hoặc kết tủa. Trong tầng bình lưu bức xạ tia cực tím sóng ngắn được hấp thụ bởi ozone (O 3 ) và oxy (O 2 ), do đó không khí được làm nóng. Sự đảo ngược nhiệt độ kết quả gây ra sự ổn định của khu vực này. Tầng đối lưu và tầng bình lưu cùng chiếm khoảng 99, 9% khối lượng của khí quyển.
Sau tầng bình lưu nằm trong tầng trung lưu. Trong khu vực này cũng hòa trộn không khí khá nhanh. Trên mesosphere là tầng nhiệt. Trong nhiệt quyển, sự nóng lên là do sự hấp thụ năng lượng mặt trời bằng oxy nguyên tử. Trong tầng điện ly, một dải dày các hạt tích điện được tìm thấy, được gọi là tầng điện ly. Nó phản xạ sóng vô tuyến trở lại trái đất vì vậy trước khi phát minh ra các vệ tinh, tầng điện ly đặc biệt quan trọng đối với thông tin liên lạc trên toàn thế giới.
Hiệu ứng Nhà Xanh:
Các bức xạ mặt trời sóng ngắn có bước sóng nhỏ hơn 3 sóng m có thể dễ dàng xuyên qua bầu khí quyển, trong khi các bức xạ mặt đất sóng dài phát ra từ bề mặt trái đất (hơn 3 Pha) được hấp thụ một phần bởi số lượng khí có trong khí quyển. Những khí dấu vết này được gọi là khí nhà kính. (GHG).
Các khí nhà kính chính là carbon dioxide (CO 2 ) metan (CH 4 ) nitơ oxit (N 2 O), hơi nước và ozone (O 3 ) có trong tầng đối lưu và tầng bình lưu. Bên cạnh những khí nhà kính tự nhiên này trong những thập kỷ gần đây, chlorofluorocarbons (CFC) và halocarbons khác cũng được thêm vào danh sách, do các hoạt động khác nhau của con người.
Khi bức xạ mặt trời hoặc các tia vũ trụ đi qua bầu khí quyển, chúng bị ảnh hưởng bởi các loại khí và sol khí khác nhau trong không khí. Những khí này có thể cho phép năng lượng bức xạ hoặc tia mặt trời đi qua không bị ảnh hưởng, hoặc tán xạ các tia bởi sự phản xạ hoặc chúng có thể ngăn chặn chúng bằng cách hấp thụ các bức xạ tới này.
Tương tự, các khí này cũng hấp thụ các bức xạ hồng ngoại đi ra (1R) phát ra từ bề mặt trái đất. Hầu hết các bức xạ nhiệt sóng dài phát ra từ trái đất được hấp thụ bởi các khí nhà kính hoạt động phóng xạ. Hơi nước (H 2 O) là một loại khí nhà kính rất quan trọng hấp thụ mạnh các bức xạ nhiệt trong ít hơn 8 Thaym và hơn 18 Pha, cũng như các dải tập trung ở mức 2, 7 Hay.m và 4.3 Nút m.
Giữa 7-12 cửa sổ khí quyển được tìm thấy là một bầu trời tương đối rõ ràng cho các bức xạ ngoài mặt đất. Các bức xạ trong các bước sóng này dễ dàng đi qua khí quyển ngoại trừ một dải hấp thụ nhỏ nhưng khá quan trọng giữa 9, 5 Thaym và 10, 6 Thaym, có liên quan đến ozone. Tất cả các bức xạ mặt trời tới có bước sóng nhỏ hơn 0, 3 daom tức là bức xạ cực tím (UV) được hấp thụ bởi oxy và ozone.
Sự hấp thụ bức xạ UV này xảy ra trong tầng bình lưu, che chắn bề mặt trái đất khỏi các tia cực tím có hại. Khí nhà kính hoạt động phóng xạ hấp thụ bước sóng dài hơn 4 Pha. Do sự hấp thụ này, bầu khí quyển được đốt nóng, sau đó tỏa năng lượng trở lại trái đất và không gian cũng như trong sơ đồ (hình 1). Những khí nhà kính này hoạt động như một tấm chăn nhiệt trên toàn cầu, làm tăng nhiệt độ bề mặt trái đất.
Thuật ngữ ngôi nhà xanh được dựa trên khái niệm nhà kính thông thường làm bằng thủy tinh. Thủy tinh dễ dàng truyền các bức xạ mặt trời sóng ngắn vào ngôi nhà màu xanh lá cây và hấp thụ khoảng tất cả các bức xạ sóng dài bức xạ bên trong ngôi nhà màu xanh lá cây. Bẫy bức xạ này một phần chịu trách nhiệm cho nhiệt độ cao bên trong ngôi nhà xanh. Phần lớn hiệu ứng này chỉ đơn thuần là do giảm sự làm mát đối lưu của không gian bên trong gây ra bởi vỏ bọc. Làm nóng nội thất xe của bạn sau khi đỗ xe dưới ánh nắng mặt trời là một ví dụ đơn giản khác về hiệu ứng nhà kính.
Nếu trái đất không có hiệu ứng nhà xanh tự nhiên, nhiệt độ trung bình của nó sẽ là - 19 ° C. Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng hiệu ứng ngôi nhà xanh là nguyên nhân làm ấm trái đất. Mặc dù hiệu ứng nhà kính là một hiện tượng tự nhiên và có mặt từ thời xa xưa, nhưng sau Cách mạng Công nghiệp hay chúng ta có thể nói rằng từ năm 1950 do công nghiệp hóa nhanh chóng, việc chặt phá rừng để sử dụng đất và tăng lượng phương tiện rất lớn, v.v. Nhà xanh, khí trong môi trường tăng gấp nhiều lần do nhiệt độ trái đất đang tăng với tốc độ nhanh hơn nhiều. Đây là một nguyên nhân chính gây lo ngại cho tất cả các nước phát triển cũng như đang phát triển.
Buộc bức xạ của biến đổi khí hậu:
Mặc dù hiệu ứng nhà kính là một hiện tượng tự nhiên chịu trách nhiệm cho nhiệt độ trái đất cao hơn 34 ° C nếu không có khí hoạt động mạnh trong khí quyển. Hiện tại khá rõ ràng rằng các nguồn phát thải nhân tạo của nhiều loại khí và sol khí đang ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính, dẫn đến sự không chắc chắn trong dự đoán về khí hậu toàn cầu trong tương lai Như thể hiện trong mô hình dòng năng lượng trung bình toàn cầu
Năng lượng mặt trời tới được hấp thụ bởi trái đất và bầu khí quyển của nó là 235 w / m2, được cân bằng bởi 235 w / m2, của bức xạ sóng dài. Nếu vì bất kỳ lý do nào, một lượng năng lượng bổ sung được thêm vào năng lượng bức xạ tới, thì tạm thời sự cân bằng này sẽ bị xáo trộn, theo thời gian, hệ thống khí hậu sẽ điều chỉnh theo sự thay đổi đó bằng cách tăng hoặc giảm nhiệt độ bề mặt trái đất, cho đến khi cân bằng được lấy lại. Về mặt toán học, chúng ta có thể biểu diễn quá trình như sau. Ban đầu, hệ cân bằng có năng lượng mặt trời đến hấp thụ (Qabs) bằng nhau và năng lượng bức xạ đi ra (Qrad)
Khi hệ thống bị nhiễu bởi lực bức xạ, tức là AF (w / m 2 ) đối với năng lượng hấp thụ đến, một trạng thái cân bằng mới sẽ được thiết lập theo thời gian để
ở đây đồng bằng đề cập đến những thay đổi về số lượng năng lượng hấp thụ và tỏa ra. Khi trừ 1 từ 2 cho
Cho đến bây giờ chúng tôi đã mô tả hiệu ứng nhà kính là một hiện tượng tự nhiên do nhiệt độ trung bình của trái đất cao hơn 34 ° C nếu nó không có các khí hoạt động bức xạ trong khí quyển. Khái niệm cưỡng bức bức xạ của biến đổi khí hậu có thể được áp dụng cho sự tích tụ khí nhà kính (GHG) trong khí quyển do sự cân bằng giữa các bức xạ mặt trời tới và bức xạ mặt đất đi ra bị xáo trộn.
Nó cũng có thể được áp dụng cho những thay đổi trong sol khí và các hạt vật chất do các nguồn tự nhiên và nhân tạo, sự suy giảm ôzôn trong tầng bình lưu, sự tích tụ của ozon được tạo ra trong hóa học trong tầng đối lưu và sự biến đổi của bức xạ mặt trời đến khí quyển trái đất.
Do những yếu tố này, cả hai lực lượng tích cực và tiêu cực đều có thể. Buộc tích cực góp phần vào sự nóng lên toàn cầu trong khi buộc tiêu cực góp phần làm mát trái đất. Khí và các hạt vật chất có trong khí quyển có khả năng gây ra cả hiệu ứng cưỡng bức bức xạ trực tiếp và gián tiếp.
Buộc trực tiếp là do các chất trong khí quyển thực sự được phát ra từ một số nguồn. Buộc gián tiếp là những thứ xảy ra khi những chất đó gây ra những thay đổi khí quyển khác ảnh hưởng đến tính chất phóng xạ của khí quyển.
Ví dụ, các sol khí ảnh hưởng trực tiếp đến lực cưỡng bức bằng cách hấp thụ hoặc phản xạ bức xạ mặt trời, trong khi chúng cũng gây ra hiệu ứng gián tiếp bằng cách tạo ra những thay đổi trong suất phản chiếu của các đám mây. Tương tự halocarbons như chlorofluorocarbons (CFC) cũng tác động trực tiếp và gián tiếp cả hai. Tác động trực tiếp của halocarbons là sự gia tăng lực bức xạ bởi vì các khí này, tức là carbon cộng với flo, clo và / hoặc brom hấp thụ các bức xạ mặt đất sóng lớn từ trái đất. Chúng cũng gây ra hiệu ứng gián tiếp bằng cách phá hủy ozone (O 3 ) trong tầng bình lưu.
Ôzôn được hấp thụ trong cửa sổ bức xạ khí quyển giữa trưa, do đó sự phá hủy ôzôn mở cửa sổ và cho phép trái đất dễ dàng làm lạnh hơn nên chúng ta có thể nói rằng tác dụng trực tiếp của halocarbons góp phần vào sự nóng lên toàn cầu trong đó tác dụng gián tiếp phá hủy ôzôn giúp làm mát hành tinh. Trong bảng được đưa ra dưới đây tóm tắt các ước tính hiện tại về lực bức xạ được đưa ra do tác động trực tiếp và gián tiếp của khí nhà kính, sol khí và các hạt vật chất và bức xạ mặt trời.
Sự đóng góp của halocarbons được đơn giản hóa trong hình này vì hiệu ứng làm mát gián tiếp của chúng có liên quan đến phá hủy ozone không được bao gồm trong dữ liệu. Nếu những hiệu ứng gián tiếp này được bao gồm thì tổng lực buộc của halocarbons thực sự trở thành ít hơn 11%. Bây giờ chúng ta sẽ thảo luận về các khí nhà kính chính này một cách chi tiết.
Carbon Dioxide (CO 2 ):
Nó là một loại khí nhà kính lớn với tỷ lệ cao nhất, tức là 50-60% và chiếm gần hai phần ba lực lượng bức xạ hiện tại. Các phép đo chính xác và trực tiếp đầu tiên về carbon dioxide trong khí quyển bắt đầu vào năm 1957 tại Nam Cực và năm 1958 tại Monaloa, Hawaii.
Nồng độ CO 2 tại thời điểm đó là khoảng 315 ppm và tăng gần như với tốc độ 1 ppm mỗi năm cho đến giữa năm tám mươi và bây giờ nó đang tăng với tốc độ khoảng 1, 6 ppm / năm. CO 2 được thực vật lấy từ khí quyển trong quá trình quang hợp như trong phương trình này
Vào mùa xuân và mùa hè tăng trưởng của cây là tối đa. Mức CO 2 giảm xuống và đạt đến điểm thấp nhất vào khoảng tháng 10 ở Bắc bán cầu. Trong hô hấp, quá trình sinh vật sử dụng để có được năng lượng, phương trình trên bị đảo ngược. Trong hô hấp, các phân tử hữu cơ phức tạp bị phá vỡ trả lại carbon cho khí quyển.
Trong những tháng mùa thu và mùa đông, tốc độ hô hấp vượt quá tốc độ quang hợp. Có một sự thay thế thực sự của carbon vào khí quyển dẫn đến nồng độ CO 2 tối đa ở các bán cầu bắc vào khoảng tháng Năm. Do đó, carbon di chuyển liên tục từ khí quyển vào chuỗi thức ăn (trong quang hợp) và trở lại khí quyển (trong hô hấp).
Phản ứng hô hấp như sau:
Nồng độ CO 2 cao hơn gần 30% so với trước cuộc cách mạng công nghiệp.
Mêtan (CH 4 ):
Tích lũy khí mêtan trong khí quyển chiếm 0, 47w / m 2 lực bức xạ, chiếm 19% tổng lượng cưỡng bức nhà xanh trực tiếp. Trong thời kỳ tiền công nghiệp, nồng độ khí mêtan trong khí quyển là khoảng 700 phần tỷ (ppb) trong hàng trăm năm, nhưng vào những năm 1800. nồng độ của nó tăng nhanh. Năm 1992, nó đạt 1714 ppb, gấp gần hai lần rưỡi so với mức trước thời tiền sử.
Khí mê-tan là một loại khí tự nhiên xuất hiện trong khí quyển nhưng nồng độ của nó đang tăng nhanh do các hoạt động của con người. Nguồn khí mêtan tự nhiên là vùng đất ngập nước và đại dương giải phóng 160 triệu tấn khí mêtan mỗi năm trong khi nguồn nhân tạo chiếm khoảng 375 triệu tấn khí thải khí mêtan. Khoảng 50% nhân tạo, khí thải CH4 là kết quả của việc sản xuất thực phẩm của con người và khoảng 27% là do sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
Khi thực phẩm và sản xuất năng lượng tăng lên để đáp ứng nhu cầu phát thải khí metan dân số ngày càng tăng sẽ tiếp tục là một phần đáng kể trong tổng lực bức xạ. Biểu đồ thanh bên dưới (Hình 3) mô tả phần trăm đóng góp của các nguồn phát thải khí mê-tan khác nhau.
Khí mê-tan có cả tác động trực tiếp và gián tiếp lên lực bức xạ. Vì CH 4 có thời gian tồn tại lâu hơn trong khí quyển, nó tiếp tục hấp thụ bức xạ hồng ngoại trong thời gian dài hơn, làm tăng tiềm năng nóng lên toàn cầu của nó. Cũng có lo ngại về khả năng do sự nóng lên toàn cầu của một lượng lớn khí mê-tan hiện đang bị đóng băng trong vùng băng vĩnh cửu ở các vùng xa xôi trên thế giới có thể được giải phóng và có thể cho phép phân hủy yếm khí các chất hữu cơ được đông lạnh trong băng vĩnh cửu do đó tạo ra nhiều khí mê-tan hơn. Sự nóng lên do tăng giải phóng khí mêtan có thể thêm vào sự nóng lên ban đầu.
Nitơ oxit:
Đó là một loại khí nhà kính tự nhiên khác, đang gia tăng sự tập trung do các hoạt động của con người. Trong thời kỳ tiền công nghiệp, nồng độ của nó là 275 ppb. hiện tại là 312 ppb cho thấy mức tăng 13%. Oxit nitơ được giải phóng vào khí quyển trong quá trình nitrat hóa chu trình nitơ.
Oxit nitơ chiếm 6% lực bức xạ. Các nguồn N2O tự nhiên giải phóng khoảng 9 triệu tấn nitơ trong khí quyển mỗi năm, với phần lớn đến từ đại dương và đất rừng ẩm ướt. Các nguồn nhân tạo đóng góp khoảng 40% tổng lượng khí thải N 2 O, tức là 5, 7 triệu tấn mỗi năm (IPCC, 1995), chủ yếu là do nông nghiệp nhiệt đới.
Chuyển đổi đất lâm nghiệp sang đồng cỏ và sử dụng phân bón nitơ trên đất trồng trọt là nguồn phát thải N 2 O chính. Các nguồn khác là đốt cháy nhiên liệu chứa N 2, bộ chuyển đổi xúc tác 3 chiều trong xe hơi và nhiều quy trình công nghiệp như sản xuất nylon. N 2 O cũng có tuổi thọ khí quyển dài ước tính khoảng 120yrs, điều đó có nghĩa là nhiễu loạn trong chu kỳ tự nhiên của nó sẽ có tác động lâu dài. Nó đang dần xuống cấp trong tầng bình lưu do quá trình quang phân.
Halocarbons:
Đây là những phân tử dựa trên carbon có clo, flo hoặc brom trong đó. Đây là những khí nhà kính mạnh mẽ. Đây là những môi trường cũng khá quan trọng vì chúng góp phần vào sự nóng lên toàn cầu và cũng do sự hiện diện của các nguyên tử clo và brom tìm đường vào tầng bình lưu và có khả năng phá hủy ozone trong lớp đó. Halocarbons bao gồm chlorofluorocarbons. (CFC) và hydro chlorofluorocarbons (HCFC).
CFC là không độc hại, không phản ứng và không dễ cháy và không hòa tan trong nước. Do bản chất trơ của chúng, chúng không bị phá hủy bởi các phản ứng hóa học và không bị loại bỏ khỏi tầng đối lưu bởi những cơn mưa. Vì vậy, họ có thời gian sống trong khí quyển dài. Chúng chỉ có thể được loại bỏ bằng phương pháp quang phân, tức là sự phá vỡ bởi các bức xạ mặt trời sóng ngắn, diễn ra khi các phân tử chạm vào tầng bình lưu.
Nhưng clo được giải phóng bằng quá trình quang phân CFC phá hủy tầng ozone tầng bình lưu. Để ngăn chặn sự suy giảm tầng ozone tầng bình lưu này đang được giới thiệu thay cho CFC. Việc bổ sung hydro phá vỡ tính trơ của chúng để chúng bị phá hủy bởi các phản ứng hóa học trong tầng đối lưu trước khi bị trôi dạt vào tầng bình lưu. Nhưng họ vẫn có tiềm năng âm thanh để
làm suy giảm tầng ozone. Hydro fluorocarbons (HFC) không có clo nên chúng thậm chí còn tốt hơn HCFC.
Halon chứa bromine cũng là một yếu tố phá hủy ozone. Chúng là các phân tử rất ổn định và không bị phân hủy trong tầng đối lưu, vì vậy chúng chỉ giải phóng brom đó sau khi đi vào tầng bình lưu và bị phá vỡ bởi quá trình quang phân. Chúng được sử dụng trong bình chữa cháy.
Ozone (O 3 ):
Ozone có dải hấp thụ mạnh ở 9 pha, tức là ở giữa cửa sổ khí quyển làm cho nó trở thành một loại khí nhà kính quan trọng Nó là một loại khí chính trong sương mù quang hóa vì việc sản xuất khói có liên quan đến công nghiệp hóa lớn nên sự tập trung của nó nhiều hơn ở các nước phát triển tức là ở bắc bán cầu hơn ở nam bán cầu.
Nồng độ của chúng cũng thay đổi theo mùa với nồng độ cao hơn vào mùa hè khi các tháng mùa hè tạo năng lượng cho sự hình thành ôzôn Buộc bức xạ của tầng đối lưu cũng không chắc chắn nằm trong khoảng 0, 2-0, 6 w / m 2 . Nồng độ ozone trong tầng bình lưu đang giảm do các cuộc tấn công của clo và brom được giải phóng bởi các CFC và halon tiếp xúc với tia cực tím.
Theo một ước tính, sự mất mát trong tầng ozone tầng bình lưu đã buộc âm tính trung bình trên toàn cầu là khoảng0, 1 w / m2 với hệ số 2 là không chắc chắn. Sự suy giảm tầng ozone này gián tiếp là kết quả của việc sử dụng CFC và halon. Vì vậy, sự ép buộc tiêu cực này có xu hướng bù đắp một số lực lượng dương gây ra bởi sự phát thải của halocarbons. Vì sau khi Nghị định thư Montreal phát thải CFC và halon vào khí quyển bị kìm hãm, nên người ta hy vọng rằng ozone sẽ bắt đầu phục hồi trong những năm tới và sự ép buộc tiêu cực này sẽ giảm đi.
Theo cách này, chúng ta thấy rằng các loại khí phóng xạ của các loại khí nhà kính này ảnh hưởng đến nhiệt độ và khí hậu toàn cầu. Buộc dương làm tăng nhiệt độ trong khi cưỡng bức âm giảm như nhau. Như chúng ta đã thảo luận về những sự ép buộc này bên cạnh hiện tượng tự nhiên cũng do các hoạt động của con người gây ra, vì vậy chúng ta phải suy nghĩ kỹ trước khi sử dụng công nghệ này, góp phần làm tăng khí nhà kính và sự nóng lên toàn cầu dẫn đến thay đổi khí hậu.
Khí nhà kính và khí hậu toàn cầu:
Sự gia tăng nồng độ CO 2 được đo tại Đài thiên văn Maunalao ở Hawaii năm 1958 là 315 ppm đến 345 ppm năm 1985 chủ yếu là do hai hoạt động chính của con người là đốt nhiên liệu hóa thạch với tốc độ đáng báo động và phá hủy lớp phủ rừng được coi là CO 2 bồn rửa của hành tinh. Tiêu thụ than và dầu đã tăng gấp nhiều lần trong những năm qua như được mô tả trong hình (19) Tăng CO 2, mức độ có tác dụng ngay lập tức đối với sự gia tăng của nhiệt độ toàn cầu. Bên cạnh đó mức độ CO 2 của khí nhà kính (GHG) cũng tăng lên trong những năm qua như chúng ta đã thảo luận trước đó.
Theo báo cáo của NASA, CFC tăng khoảng 5% mỗi năm trong khi tăng mêtan là khoảng 1% mỗi năm. Nếu sự gia tăng GHG diễn ra ở tốc độ hiện tại thì điểm nhân đôi của mỗi loại khí này sẽ tạo ra hiệu ứng nhà kính sẽ đến một lúc nào đó vào năm 2030. Mặc dù tác động của GHG đối với khí hậu là chậm và không thể nhận ra ngay lập tức nhưng về lâu dài tác động đến biến đổi khí hậu trở nên đáng báo động và không thể đảo ngược. Tỷ lệ phát thải khí nhà kính của 12 quốc gia lớn được đưa ra trong hình (hình 5)
Thật thú vị khi lưu ý rằng trong phát thải GHG, các nước phát triển là những người đóng góp chính và đóng góp của các nước đang phát triển chỉ là 15%. trong thời kỳ công nghiệp mặc dù khoảng 75% dân số thế giới đang phát triển các nước thế giới thứ ba. Cho đến gần đây, hầu hết các khí nhà kính đã được phát ra và loại bỏ khỏi tầng đối lưu bởi các chu trình hóa sinh chính của Trái đất mà không có sự can thiệp từ các hoạt động của con người, nhưng sau cuộc cách mạng công nghiệp, đặc biệt là từ năm 1950, chúng ta đã đưa một lượng lớn khí nhà kính vào khí quyển. Hiện nay có một mối lo ngại ngày càng tăng là những GHG này có thể tăng cường hiệu ứng nhà xanh tự nhiên và dẫn đến sự nóng lên toàn cầu của hành tinh.
Các tác động có thể có của sự nóng lên toàn cầu như sau:
(i) Mực nước biển dâng:
Do sự mở rộng nhiệt toàn cầu của biển, băng tan trên núi, băng tan ở Greenland và tan băng ở Nam Cực sẽ xảy ra do đó sẽ dẫn đến mực nước biển dâng cao.
(ii) Năng suất cây trồng:
Dự kiến do sự gia tăng năng suất cây trồng ở mức CO2 sẽ được tăng lên mặc dù các yếu tố khác có thể làm giảm các hiệu ứng này.
(iii) Sức khỏe con người:
Trong những thập kỷ tới khi toàn cầu trở nên ấm hơn, nhiều người sẽ có khả năng bị ảnh hưởng bởi các bệnh nhiệt đới.
(iv) Cân bằng nước:
Mặc dù mực nước biển dâng cao trong tương lai, thế giới ấm hơn sẽ có khủng hoảng nước ở một số nơi trong khi các phần khác sẽ ẩm ướt hơn ngày nay. Theo cách này, sự cân bằng nước sẽ bị xáo trộn. Các tác động tổng thể được mô tả dưới đây (hình 6).
Vấn đề suy giảm và phóng xạ ôzôn:
Khí ozon xảy ra trong khí quyển với số lượng nhỏ. Nó là một loại khí có mùi hăng màu xanh. Trên mặt đất trung bình mỗi centimet không khí chứa khoảng 10 -19 phân tử khí trong đó nồng độ ozone gần 0, 1 ppm. Gần 90% ozone trong khí quyển nằm trong tầng bình lưu. Ozone liên tục được sản xuất và phá hủy trong tầng bình lưu. Nhưng nhiều loại khí vi lượng gây ô nhiễm như NO, NO 2, CI, v.v ... có thể dễ dàng phản ứng với Ozone đi đến tầng bình lưu và phản ứng với ozone để tạo ra oxy. Điều này thường được gọi là sự suy giảm Ozone của '.
Do sự suy giảm tầng ozone trong tầng bình lưu, các tia cực tím từ mặt trời dễ dàng đến trái đất, vì tầng ozone hoạt động như một lá chắn bảo vệ. Những bức xạ tia cực tím này có tác động có hại đến sức khỏe của chúng ta, đối với hệ sinh thái của chúng ta, đối với hệ thủy sinh và thực vật v.v ... Theo một ước tính trong giai đoạn 1969-1988 đã có sự suy giảm ôzôn 3-5 đến 5% ở bán cầu bắc.
Thông thường có 3 cách suy giảm tầng ozone chính trong tầng bình lưu. Đó là:
(i) Hệ thống hydro
(ii) Hệ thống nitơ và
(iii) Hệ thống clo
(i) Hệ thống hydro (hệ thống OH):
Hệ thống này chỉ phá hủy 10% ozone.
Phản ứng được nhìn thấy trên 40 km trên lớp vỏ trái đất Nó như sau :
OH cũng có thể được hình thành do quá trình oxy hóa metan
(ii) Hệ thống nitơ (Hệ thống N 2 O):
60% phá hủy ozone xảy ra thông qua hệ thống này. N 2 O được tạo ra trong đại dương và đất do tác động của vi khuẩn của vi sinh vật khuếch tán lên trên trong tầng bình lưu và ở đó nó phản ứng với '0 khi có ánh sáng để tạo ra NO sau đó phá hủy O 3 .
Các phản ứng của quá trình này như sau:
(iii) Hệ thống clo (Hệ thống CFCI 3 hoặc CF 2 CI 2 ):
Mặc dù clo trung tính phá hủy rất ít ozone nhưng chlorofluorocarbons (CFCl s ) và halocarbons khác là chất phá hủy ozone chính. Các hợp chất này vẫn trơ trong tầng đối lưu nhưng bị phân ly thành tầng bình lưu.
Các phản ứng như sau:
Theo cách này, chúng ta thấy rằng các quá trình này dẫn đến sự suy giảm tầng ozone trong tầng bình lưu. Vào cuối những năm 1980, các phép đo từ vệ tinh và bóng bay mô tả rằng khu vực cạn kiệt O 3 kéo dài trong toàn bộ Nam Cực. Sự suy giảm tập trung chủ yếu trong khoảng từ 12 đến 14km theo độ cao - trải dài phần lớn tầng bình lưu ở các vĩ độ này.
Lỗ thủng tầng ozone này phát triển mỗi năm vào tháng Tám và tháng Chín. Điều gì gây ra lỗ thủng tầng ozone là một câu hỏi gây tranh cãi. Nhưng sự đồng thuận phổ biến là một chuỗi các giai đoạn chịu trách nhiệm cho hiệu quả peculuar mà clo phá hủy ozone trên Nam Cực. Sự suy giảm ôzôn là một nguyên nhân chính gây lo ngại do vai trò của nó là bộ lọc bức xạ cực tím của mặt trời. Dải bức xạ cực tím có nhãn UV-C (2.0 x 2.9 x10 -7nm ) bị loại bỏ bởi khí quyển.
Dải UV-C này gây chết cho vi sinh vật và có thể phá hủy cả axit nucleic và protein. Bảo vệ khỏi UV-C hoàn toàn do sự hấp thụ của nó bằng ozone. Một dải bức xạ UV trong khoảng 2, 9 × 10 -7nm và 3, 2 × 10 -7 là một dải quan trọng hơn được gọi là 'Bức xạ UV hoạt tính sinh học hoặc UV-B. ban nhạc. Bức xạ UV-B có tác hại đối với con người cũng như thực vật và động vật. Bây giờ chúng ta sẽ thảo luận về tác hại của UV-B đối với con người, thực vật và động vật và đối với môi trường của chúng ta một cách chi tiết.
(i) Về sức khỏe con người:
Tác hại nhất là tỷ lệ mắc ung thư da tăng lên do bức xạ UV-B. Hai bằng chứng ủng hộ điều này là: (i) ung thư da chủ yếu là bệnh của người da trắng và sắc tố đen melanin được biết đến là bộ lọc UV-B hiệu quả. Bằng chứng thứ hai là từ dịch tễ học, tức là nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến sự xuất hiện của bệnh trong dân số loài người. Ung thư hắc tố một dạng ung thư da đặc biệt được báo cáo ở nhiều khu vực có tỷ lệ tử vong cao.
Nó ảnh hưởng đến những người trẻ tuổi mặc dù các dạng ung thư da khác chủ yếu xảy ra ở những người tương đối lớn tuổi. Những bệnh ung thư gây đau khổ nhưng thường được điều trị thành công. Sự xuất hiện của khối u ác tính đang gia tăng trong vài thập kỷ qua ở tất cả các quần thể da trắng. Các nghiên cứu cho thấy khối u ác tính có liên quan đến phơi nhiễm cao với UV-B.
Theo một nghiên cứu được thực hiện bởi EPA cứ giảm 1% cột ozone có thể dẫn đến tăng 3% tỷ lệ mắc ung thư da không phải khối u ác tính. Tiếp xúc với bức xạ cực tím có hoạt tính sinh học (UV-B) cũng có thể có tác động có hại trực tiếp đến cơ thể con người vì những bức xạ này có xu hướng ức chế hệ thống miễn dịch của cơ thể. Bức xạ UV-B cũng gây hại cho mắt của chúng ta.
(ii) Trên thực vật trên cạn:
Hầu hết các loài thực vật trên mặt đất đều thích nghi với mức độ bức xạ nhìn thấy hiện tại và người ta biết rất ít về ảnh hưởng của bức xạ UV-B ở thực vật. Hầu hết các nghiên cứu về ảnh hưởng của bức xạ UV-B tăng đều tập trung vào cây trồng và hơn 300 loài đã được kiểm tra cho đến nay, khoảng 2/3 trong số đó cho thấy độ nhạy đối với bức xạ mặc dù mức độ nhạy cảm đối với các loài khác nhau và thậm chí cả người trồng khác nhau của cùng một loài khác nhau đáng kể.
Các triệu chứng nhạy cảm làm giảm sự phát triển của cây, lá nhỏ hơn, giảm hiệu quả quang hợp và giảm năng suất hạt và quả. Trong một số trường hợp, những thay đổi trong thành phần hóa học của thực vật cũng được nhìn thấy, ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm của chúng. Mặc dù có ít dữ liệu về tác động của bức xạ UV-B đối với thảm thực vật rừng nhưng chúng cho thấy rằng mức độ UV-B tăng cũng có thể ảnh hưởng đến năng suất của rừng.
Cũng có ý kiến cho rằng giảm sự phát triển của thực vật gây ra bởi bức xạ tia cực tím có hoạt tính sinh học (UV-B) có thể làm đảo lộn sự cân bằng tinh tế được tìm thấy trong các hệ sinh thái tự nhiên, do đó sự phân bố và sự phong phú của thực vật có thể bị ảnh hưởng.
(iii) Về hệ sinh thái biển:
Sự sống trong các đại dương cũng dễ bị tổn thương bởi bức xạ UV. Có bằng chứng cho thấy bức xạ UV-B mặt trời xung quanh cũng là một yếu tố hạn chế quan trọng trong hệ sinh thái biển, mặc dù nó không phải là yếu tố quan trọng như ánh sáng nhìn thấy hoặc nhiệt độ của mức độ dinh dưỡng. Tác động của bức xạ UV-B tăng cường phụ thuộc vào độ sâu mà nó xuyên qua. Ở vùng nước trong vắt là hơn 20m nhưng ở vùng nước không rõ ràng chỉ có 5m.
Bức xạ UV-B tăng cường đã cho thấy làm hỏng nhiều loài sinh vật dưới nước nhỏ, động vật phù du, cua ấu trùng và tôm và cá con. Trong sự giảm quang hợp của thực vật phù du được quan sát thấy do bức xạ UV.
(iv) Về khí hậu:
Mối quan tâm chính của chúng tôi liên quan đến vai trò chính của Ozone trong nhiệt độ khí quyển. Với vòng ozone sáng tạo và phá hủy, có sự hấp thụ toàn bộ bức xạ mặt trời, cuối cùng được giải phóng dưới dạng nhiệt trong tầng bình lưu. Điều này làm ấm tầng bình lưu và tạo ra sự đảo ngược nhiệt độ ở vùng nhiệt đới, lây nhiễm sẽ không có tầng bình lưu nếu không có tầng ozone. Do đó, sự suy giảm trong tầng ozone tầng bình lưu sẽ làm mát khu vực này và thay đổi cấu trúc nhiệt độ của tầng bình lưu đến một mức độ nào đó.
Bức xạ khí quyển và mùa đông hạt nhân:
Các hạt vật chất và sol khí gây ảnh hưởng đến khí hậu bằng cách làm gián đoạn dòng bức xạ mặt trời trong hệ thống khí quyển của trái đất. Sự suy giảm hoặc giảm bức xạ mặt trời này gây ra do sự hiện diện của các hạt vật chất và sol khí trong khí quyển là một dấu hiệu của độ đục của khí quyển, một tính chất có liên quan đến bụi bẩn hoặc bụi bẩn của khí quyển.
Khi bức xạ tấn công một sol khí trong khí quyển, thì nếu hạt trong suốt về mặt quang học hơn năng lượng bức xạ đi qua nó không bị thay đổi và không có sự thay đổi nào xảy ra trong sự cân bằng năng lượng của khí quyển. Thông thường, bức xạ được phản xạ, tán xạ hoặc hấp thụ và tỷ lệ phản xạ, tán xạ hoặc hấp thụ sẽ phụ thuộc vào 'kích thước, màu sắc và nồng độ của các hạt trong khí quyển và cả bản chất của bức xạ. Vật chất hạt hoặc aerosol, tán xạ hoặc phản xạ bức xạ, làm tăng suất phản chiếu của khí quyển và giảm lượng bức xạ mặt trời đến bề mặt trái đất.
Các sol khí hoặc các hạt vật chất hấp thụ bức xạ có tác dụng ngược lại và chúng làm tăng lượng bức xạ mặt trời tới. Mỗi quá trình này có khả năng thay đổi ngân sách năng lượng của trái đất thông qua khả năng thay đổi đường đi của bức xạ trong khí quyển. Ngoài việc làm gián đoạn dòng bức xạ mặt trời tới, sự hiện diện của các sol khí cũng có ảnh hưởng đến bức xạ trên mặt đất.
Bề mặt trái đất ở mức năng lượng thấp hơn tỏa năng lượng ở đầu hồng ngoại của quang phổ. Các hạt vật chất và sol khí như bồ hóng, cát và bụi phát tán vào lớp ranh giới hấp thụ bức xạ hồng ngoại dễ dàng đặc biệt nếu chúng có đường kính lớn hơn 1 um và do nhiệt độ hấp thụ trong tầng đối lưu có xu hướng tăng. Khối lượng lớn vật chất hạt được giải phóng trong môi trường thông qua các quá trình tự nhiên như phun trào núi lửa.
Các hạt vật chất được giải phóng được mang đi từ các vị trí nguồn bởi áp lực gió và không khí của tuần hoàn khí quyển đến những nơi xa. Các hoạt động của con người chỉ tạo ra 15- 20% vật chất hạt và nguồn gốc của vấn đề đó là chiến tranh, ví dụ như trong cuộc chiến vùng Vịnh năm 1991, hơn 600 giếng dầu đã bị lực lượng Iraq đốt cháy. Những giếng này tiếp tục cháy trong nhiều tháng.
Trong thời gian đó lượng khói khổng lồ, SO 2, CO 2, hydrocarbon không cháy và nitrat được giải phóng trong môi trường. Hầu hết vấn đề này vẫn nằm ở nửa dưới của tầng đối lưu trong độ cao 5 km tính từ bề mặt trái đất. Trong khoảng thời gian năm mươi năm qua, bất chấp các thỏa thuận giữa các siêu cường nhằm hạn chế việc sử dụng vũ khí hạt nhân sử dụng chúng vẫn tiếp tục ở hầu hết các quốc gia.
Các bức xạ rơi ra và ion hóa từ những vũ khí này đang gây ô nhiễm bầu khí quyển với tốc độ đáng báo động. Giờ đây, một khả năng mới của mùa đông hạt nhân cũng được thêm vào trong trận chiến tối cao hiện đại này, có lẽ là đòn cuối cùng cho bất kỳ ai sống sót sau trao đổi hạt nhân. Giả thuyết mùa đông hạt nhân dựa trên giả định rằng khói và bụi thải ra trong khí quyển trong chiến tranh hạt nhân sẽ làm tăng độ đục của khí quyển đến một mức độ cao của bức xạ mặt trời tới sẽ bị ngăn không khí đến bề mặt trái đất và bề mặt trái đất. Vì vậy, nhiệt độ của trái đất sẽ giảm mạnh.
Có khả năng thảm thực vật của các vùng nhiệt đới sẽ chịu thiệt hại đáng kể. Cây nhiệt đới phát triển mạnh ở nhiệt độ tinh tế nhẹ. Chúng dễ bị giảm nhiệt độ vừa phải và không thể phát triển khả năng chống lạnh như thực vật ôn đới. Ở nhiệt độ thấp và điều kiện ánh sáng thấp của mùa đông hạt nhân, chúng có thể biến mất ở những khu vực này. Bên cạnh thiệt hại cho thảm thực vật trong hệ sinh thái tự nhiên, cây trồng cũng sẽ bị thiệt hại.
Các loại cây trồng nhiệt đới như lúa, ngô, chuối, v.v. thường bị hư hại do nhiệt độ giảm xuống 7-10 ° C thậm chí trong vài ngày và làm lạnh vừa phải sẽ đủ để gây ra mất mùa. Chúng ta đang phải đối mặt với vấn đề thiếu hụt mùa màng sẽ trở nên trầm trọng hơn bởi mùa đông hạt nhân.
Ngoài những ảnh hưởng khí quyển của nhiệt độ thấp, mức độ ánh sáng thấp và bão dữ dội, chúng ta cũng sẽ phải đối mặt với bụi phóng xạ tiếp tục, mức độ ô nhiễm không khí độc hại cao và tăng bức xạ cực tím. Tất cả những tác động này cùng với việc thiếu thực phẩm và nước uống sẽ khiến cuộc sống trở nên căng thẳng và nguy hiểm. Vì vậy, để cứu tương lai của chúng ta và cuộc sống của các thế hệ sắp tới, điều cần thiết là phải thực hiện các bước cần thiết để kiềm chế chiến tranh và thúc đẩy hòa bình thế giới không chỉ vì lợi ích của nhân loại mà còn bảo vệ môi trường của chúng ta.
Bức xạ và sự nóng lên toàn cầu:
Hệ thống khí hậu của chúng tôi bao gồm khí quyển, thủy quyển thạch quyển và sinh quyển. Tất cả đều liên quan và xáo trộn trong một ảnh hưởng đến nhau. Trong khí quyển CO 2 và hơi nước hấp thụ mạnh bức xạ hồng ngoại (ở bước sóng 14000 đến 25000nm) và ngăn chặn hiệu quả một phần lớn các bức xạ phát ra từ trái đất.
Do đó, bức xạ được hấp thụ bởi CO 2 và hơi nước, tức là H 2 O được phát ra một phần trên bề mặt trái đất gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu. Muội than hoặc muội than hấp thụ bức xạ mặt trời trực tiếp và làm nóng 15-30% trái đất. Ủy ban quốc tế về biến đổi khí hậu (IPCC) trong báo cáo đánh giá đầu tiên của họ đã kết luận rằng nhiệt độ thấp hơn của trái đất sẽ tăng trung bình từ 2 ° C đến 6 ° C vào cuối thế kỷ tới, sẽ gây ra hậu quả rất tai hại.
Chúng ta đã quan sát trong thế kỷ vừa qua rằng thập kỷ chín mươi là ấm nhất ở bán cầu bắc. Sự thay đổi bức xạ và hoạt động của núi lửa được coi là nguyên nhân chính của những năm nóng của những năm 1990, đặc biệt là những năm 1990, 1994, 1997 và 1998. Năm 1998, Châu Âu và Nhật Bản đã trải qua cái nóng thiêu đốt. Ở Luân Đôn, đó là mùa hè khô nhất trong 300 năm và Đức trải qua mùa hè nóng nhất từ trước đến nay.
Ở Nhật Bản, hạn hán rất nghiêm trọng, hàng ngàn nhà máy đã bị đóng cửa ở đó. Do sự gia tăng nhiệt độ, băng ở các cực tan chảy nhanh chóng dẫn đến mực nước biển tăng. Trong khí hậu ấm áp tuyết và băng bao phủ của trái đất có xu hướng giảm. Vì tuyết và băng là những vật phản xạ tốt của bức xạ tới, do đó, việc giảm tuyết và băng sẽ làm tăng sự hấp thụ bức xạ và tăng cường sự nóng lên của trái đất. Khi nhiệt độ tăng, đất trở nên khô và bụi và các hạt vật chất dễ dàng đi vào khí quyển.
IPCC tuyên bố rằng vào năm 2100 sau Công nguyên, mực nước biển sẽ tăng 30-110cm nếu mô hình tiêu thụ năng lượng hiện tại của chúng ta tiếp tục như vậy. Mực nước biển dâng sẽ có tác động nghiêm trọng. Nhiều khu vực đông dân cư có thể bị ngập lụt, xói mòn nghiêm trọng các khu vực ven biển có thể xảy ra, xâm nhập nước mặn ở các vùng đất sẽ làm mặn nhiều nước ngầm và hơn 30% đất trồng trọt sẽ mất năng suất. Có khả năng ở Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương, nhiều hòn đảo xinh đẹp như Maldives, đảo Marshall, Tonga, Tavalu v.v ... sẽ bị xóa sổ. Nhiều khu vực ven biển thấp sẽ bị đe dọa.
Các tác động khác bao gồm làm chậm lưu thông thermohaline, làm suy giảm tầng ozone, bão mạnh, hạ thấp độ pH của nước biển và lây lan các bệnh nhiễm trùng và bệnh như sốt xuất huyết, bệnh dịch hạch, nhiễm virus và nhiều bệnh do vi khuẩn khác ở người. Bên cạnh đó sẽ có nguy cơ tuyệt chủng của nhiều loài thực vật và động vật.
Sự nóng lên toàn cầu sẽ khiến nhiệt độ ấm hơn ở một số vùng và cả khô hạn ở một số khu vực, do đó sẽ có những sự sai lệch vượt quá tầm kiểm soát của bất kỳ xã hội hiện đại nào. Không có lục địa nào được tránh khỏi các tác động bất lợi của sự nóng lên toàn cầu.
Một số tác động của sự nóng lên toàn cầu trong hai thập kỷ trước được phản ánh dưới dạng các hậu quả sau:
1. Mực nước biển trung bình đã tăng 15 cm.
2. Tại Nam Cực băng tan đã làm giảm dân số Adelie Penguins xuống một phần ba trong 25 năm qua.
3. Úc đã trải qua đợt hạn hán tồi tệ nhất vào năm 2003, đó là do hiệu ứng Elnino tức là sự nóng lên của Thái Bình Dương xích đạo.
4. New York đã trải qua tháng 7 khô nhất vào năm 1999 với nhiệt độ tăng trên 35 ° C trong gần 15 ngày.
5. Ở Tây Tạng, nhiệt độ những ngày ấm nhất được ghi nhận vào tháng 6 năm 1998, tại Lhasa với nhiệt độ vượt quá 25 ° C trong gần như cả tháng.
6. Ở Tây Ban Nha năm 2006, hạn hán nghiêm trọng đã xảy ra và hơn 306.000 rừng bị cháy trong ngọn lửa
7. Theo báo cáo của Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (UNEP), Bắc cực Permafrost đang tan chảy do sự nóng lên toàn cầu và giải phóng carbon và metan bị khóa trong đó.
8. Sông băng ở dãy Himalaya đang rút đi với tốc độ đáng báo động. Đây là nguồn gốc của hầu hết các con sông của Bắc Ấn Độ. Sông băng Gangotri là một nguồn chính của Ganga hùng mạnh, và các nhánh của Ganga tạo thành huyết mạch của hàng trăm triệu người sống trong lưu vực Gangetic. Theo một báo cáo của Ủy ban Quốc tế về Tuyết và Băng, sông băng Gangotri đang rút dần 20-30 mét mỗi năm và đã mất khoảng một phần ba chiều dài 13 km. Làm khô sông băng này có nghĩa là làm khô Ganga sẽ gây hậu quả tàn khốc cho người dân lưu vực sông Hằng.
