Sự nóng lên toàn cầu và tia vũ trụ Mặc dù sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu có tác động lớn và sâu sắc đến sự sống của muôn loài trên hành tinh, nhưng xét trong khoảng thời gian hàng thế kỷ thì hiện tượng đó không có gì đặc biệt: trong ba thiên niên kỷ vừa qua biến động nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất đã nhiều lần đạt đến mức thăng giáng như vậy (0,74 ± 0,18°C). Trongthế kỷ trước, Trái đất của chúng ta đã phải hứngchịu nhiều sự thay đổi bất thườngvề thời tiết dotình trạng nónglên toàncầugây ra.Nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất đã tăng 0,74± 0,18°C.Đó là thực tế không chối cãiđược. Tất cả các phép đo sử dụng nhiều phương pháp và công cụ khácnhauđều khẳng định điều đó. Trongthế kỷ haimươi, sự nónglên toàn cầu đã làm cho băng ở các địa cực cũng như trêncác dòng sông tan chảy nhanh chóng dẫn đến mực nướcbiểntăngkhoảng 17 cm.Biến đổi khí hậu chắc chắn sẽ kéo theo nhiều hậuquả về kinh tế cũng như xã hội. Ngườidânở nhữngnơi bị ảnh hưởngnặng nề nhất đang thực sự lo lắngcho tương laivà vậnmệnh củamình.Điều đáng tiếc là cho đến naychúng ta vẫn chưa hiểu rõcơ chế chi phối sự biến đổi khí hậu, dođó công việc dự báo trong lĩnhvực này thường xuyên mắc phải saisố lớn. Hình 1.Nhiệt độ trái đất(hình trên bên trái), mực nước biển (hình trên bên phải) và hàmlượng các khí gây hiệu ứngnhà kính (hình giữa bên trái)tăngtheothời gian trong thế kỷ 20. Sự gia tăng nhiệt độ trái đất tươngquan với biến đổi chukỳ mặttrời rõ ràng hơnso với sự giatăng nồng độ CO2trong khôngkhí (hình giữa bên phải). Các giai đoạnnhiệt độ trái đấttăngtrong ba nghìn năm gần đây cũng tương đương như sự gia tăng nhiệt độ trong thế kỷ 20 (hình dưới). Đâu là nguyên nhân chính? Trongnhiều thập niên qua, người ta cho rằngsự gia tăng hàm lượngcác khí gây hiệu ứng nhàkính từ thời đạicôngnghiệp chođến nay là nguyên nhânchính làm cho Trái đất nónglên.Mặc dù khí cacbonic chỉ đóng góp khoảng 20%vào hiệu ứngnhà kính (hơi nước đóng góp hơn 50%)nhưng nólà yếu tố gây nên hiện tượng tăng nhiệt độ toàn cầu: lượng CO2thải vào khôngkhí tăng thêmmộtphần ba trong nửa sau thế kỷ XX. Như vậy, cũng như sự gia tăng nhiệt độ trái đất,sự gia tăng lượngkhí cacbonic trong khí quyển là điều khôngthể phủ nhận. Một vấn đề quantrọng cần phải chúý làta chưa thể xácđịnhđược chínhxácmức độ liênhệ giữa sự gia tăng nồngđộ khí cacbonic trong khí quyển và sự gia tăng nhiệt độ củaTrái đất. Mứcđộ gia tăng nhiệt độ toàncầu trong thế kỷ qua vẫn nằmtrong khoảngthăng giáng nhiệt độ quan sát được trong các thời kỳ trước thời đại công nghiệp. Đánh giá ảnh hưởng của lượngCO2 phát thải vào bầu khí quyển lên khí hậu trái đất rất khó. Những hiệu ứng sơ cấp (độ truyền qua của khí quyển) càng dễ dàngđánh giá bao nhiêu thì những hiệu ứngthứ cấp (hiệuứng phảnhồi) lại phức tạp, khóhiểu vàkhó nhận biết bấy nhiêu. Một ví dụ về hiệu ứng phản hồi: khinhiệt độ bề mặt trái đất tăng lên 1oCthì lượng nước bốchơitừ cácđại dươngsẽ nhiều hơn,sẽ có nhiều mây hơnvà nhiệt độ sẽ giảm.Có nhiều yếutố phảnhồiphải tính đếnnhư các loại mây khác nhau cótác động khácnhau, sự tồn tại của hệ thực vật, v.v Khi tínhđến tất cả các hiệu ứng đó thì việc đánhgiá trở nên rất phức tạp chứ không đơn giảnlà tăng lượngCO2 thì nhiệt độ sẽ tăng. Vấn đề ở chỗ mức độ ảnh hưởng củacác hiệu ứng thứ cấp này cóthể tương đươngvới hiệu ứng sơ cấp. Chođến nayvẫn chưa có bằngchứng trực tiếp nào chứng minhlượngkhícacbonic thải vào khí quyển từ thời đại công nghiệp là nguyên nhân chínhgây ra sự nónglên toàn cầu trong thế kỷ XX, nhưngcũng khôngtồn tại bằng chứng nào phủ nhận điều đó. Quacác nghiên cứu về khí hậu trong các thế kỷ trước thế kỷ XX, người ta tìm ra mối tương quanlớn giữa hoạt động của Mặt trời và nhiệt độ của Trái đất. Rõ ràng,biếnđổi về độ sáng của Mặt trờikhôngthể tạo nên mối tương quan này vì sự biến đổi đó rất nhỏ. Trên thực tế, để đánhgiá mức độ hoạt động của Mặt trời người Vẫn chưacó bằngchứng trực tiếp nào chứng minhlượng khí cacbonic thải vào khí quyển từ thời đại công nghiệp lànguyên nhânchính gây ra sự nónglên toàn cầu, nhưng cũng khôngtồn tại bằng chứng nào phủ nhận điều đó ta sử dụng một thôngsố hết sức quantrọng làsố lượngvết đenmặt trời – cáckhu vực tốitrênbề mặt mặt trời do nhiệt độ ở đó thấp hơnso với cácvùng xungquanh do sự biến đổi từ trườngmạnh trên Mặt trời gâyra. Số lượng các vết đen daođộng theo chukỳ 11 năm (chu kỳ mặttrời).Tuynhiên, dường như tia vũ trụ lại có thể đưa ra lời giải thích phùhợp cho mốiliên hệ này. Sự phát xạ từ Mặt trời (gió mặt trời vàcác tai lửa) biến đổi rất mạnh trongsuốt chukỳ mặt trời nhưng năng lượng của chúngkhôngđủ để vượtqua lá chắn dotừ trường trái đấttạonên, vàdođó khôngthể đóngvaitrò trực tiếp chi phối khí hậu trái đất. Mặc dù vậy, chúng lại mang theo từ trườngmạnh hơn nhiều sovới từ trườngcủa lưỡng2,7 vàphổ năng lượng của chúngbị cắttại các vùngnăng lượng thấp bởi hiệu ứng chắn do từ trường trái đất gây ra. Dođó, chỉ nhữngtia vũ trụ có năng lượng đủ lớn mới có khả năng đi sâu vàobêntrong bầu khí quyển. Ngưỡng cắt nàythay đổitheovĩ độ, đạt giá trị cựcđại 17 GeV tại Việt Namvà khoảng 4 GeV ở châu Âu và Bắc Mỹ. Hoạt độngcủaMặttrời thay đổi sẽ trực tiếp dẫn đếnsự thăng giángngưỡng cắtnăng lượng tiavũ trụ, kết quả là luôntồntại một mối tương quan giữatỷ lệ các tiavũ trụ đo được trên mặt đất vàmức độ hoạt độngcủa Mặt trời. Vậy các tia vũ trụ ảnh hưởngđếnkhí hậutrái đất như thế nào?cực từ mặt trời, làmảnhhưởngđến từ trường trong Thái dương hệ và do đó ảnh hưởngđến quỹ đạo của các tia vũ trụ tới Trái đất. Tia vũ trụ,thànhphần chủ yếu là proton, có phân bố năng lượngtuân theo quyluật hàmmũ ~E Vai trò của tia vũ trụ? Hình 2.Mức độ hoạt độngcủaMặt trờitrong bốn thế kỷ gần đây. Chu kỳ hoạt động của Mặt trời trung bìnhlà 11 nămnhưng có hai thời kỳ (Cực tiểu Maunder và Cực tiểu Dalton) hoạt độngbiến đổi khá chậm chưa rõ nguyên nhân(hìnhtrên). Mối tương quangiữa thông lượngtiavũ trụ với thănggiáng nhiệtđộ (hình dưới bên phải) và với lớpmây tầng thấp (hình dưới bêntrái). Nghiêncứu quá trìnhhìnhthành mây trong khí quyển giúp chúng ta cócái nhìn tổng quan về vaitrò của tia vũ trụ đối với khíhậutrái đất. Khi tia vũ trụ đi vàobầu khí quyển chúngtương tác với cácnguyên tử, phân tử vàtạora vô số các hạt tích điện thứ cấp – hiện tượngnày được gọilà mưa ràokhí quyển. Các hạt này tác động đến gầnnhư toàn bộ quátrình ionhóa trong khí quyển. Sự hìnhthànhmây chính là sự ngưng tụ một phần hơi nước có trong khíquyển ở điều kiệnnhiệt độ và áp suất thích hợp.Quá trình ngưng tụ muốnxảy ra nhanhchóng vàthuận lợithìtrong khôngkhí cần phải có các hạtnhân ngưngtụ để cácphân tử nướcbámvào. Trong thực tế, các phân tử hoạt động vàcác gốctự do (kíchthước cỡ 10−9m -nanomet) nhóm lại với nhau tạo thành cáchạt nhân ngưngtụ. Ở giai đoạn đầu chúnglớn dần lên (đường kính cỡ hàng chục nanomet)chủ yếudo sự bồi đắp từ các phân tử khác và quá trình phát triển sauđó lại nhờ sự kết tụ để tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn(đường kính cỡ hàngtrăm nanomet đến micromet - 10−6m).Khi chúng đạt đếnkíchthước này, các phân tử nước tiếp tục bám vào và giọt nước được hình thành,quá trình này cứ tiếp diễn cho đến khi cácgiọt nước đạt đếnđường kính từ 10 đến100 micromet:chúng tạo thành những đámmây. Nếu tiếp tục phát triển để đạt tới đường kính khoảng 1-2mm, chúng sẽ rơi xuống mặt đất vàtạo thànhmưa. Như vậy, tất cả các giai đoạncủa quá trình hìnhthành mây đều được đặctrưng bởi hiện tượngbồi đắp.Quá trìnhion hóa do tia vũ trụ gây ratrong khôngkhí bổ sung lực húttĩnh điệncó cườngđộ lớn hơn nhiều sovớilựctương tácgiữacác phân tử (lực VanDerWaals)giúp choquá trình bồi đắp diễn ra thuận lợi hơn. Thật đáng tiếc kiến thứcvề các hiện tượng nêu trên còn hạn chế không chophép chúng ta đánh giáchính xácvaitrò của tia vũ trụ trong quátrình hình thành mây.Hiện nay, trên thế giới nhiều thínghiệm đangđược tiến hành nhằm tìm hiểu cơ chế chi phối khí hậutrái đất. Nếu xác địnhđược rằng,sự giatăng hoạt động của Mặt trời làm cho thông lượngtia vũ trụ có nguồn gốc Thiên hà đến Tráiđất giảm, dẫn đến lớp mây tầngthấp giảm thì mối tương quan của nó với sự giatăng nhiệt độ trái đất sẽ được chứng minh. Nhưng với những kiếnthức hiện nay,không cócơ sở nào cho phép khẳng địnhđiều đó. Cần thêm nhiều thời gian Gần đây, sự nónglên toàn cầu đã trở thành một vấn đề chính trị mang tính thời sự hàng đầu. Songcác cuộc tranhluận bắtnguồn từ chủ đề nóng bỏng nàythường diễn ratrong không khí tranh cãi căng thẳngkhông có lợi cho thảo luận khoahọc, chúng thườngxuyên bị ảnhhưởng bởi mâu thuẫn về lợi ích tài chính, kinh tế - xã hội củacác quốc gia. Tuy vậy, hơn bốn mươinăm saunhững lời cảnhbáođầu tiên của Câulạc bộ Rome một kết quả đángkhích lệ đã đạt đượclà người dântrên hành tinh đangdần nhận thức được sự bấtổn trong việccân bằng cácđiều kiệncho phép loài người tồn tại. Rõ ràng,cần phải mấtthêm nhiều thời giannữa con người mớicó thể nhậnthức đượctường tậntoàn bộ hệ thống khíhậu trên Trái đất. . Sự nóng lên toàn cầu và tia vũ trụ Mặc dù sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu có tác động lớn và sâu sắc đến sự sống của muôn loài trên hành tinh, nhưng. ảnh hưởngđến quỹ đạo của các tia vũ trụ tới Trái đất. Tia vũ trụ, thànhphần chủ yếu là proton, có phân bố năng lượngtuân theo quyluật hàmmũ ~E Vai trò của tia vũ trụ? Hình 2.Mức độ hoạt độngcủaMặt. Namvà khoảng 4 GeV ở châu Âu và Bắc Mỹ. Hoạt độngcủaMặttrời thay đổi sẽ trực tiếp dẫn đếnsự thăng giángngưỡng cắtnăng lượng tiavũ trụ, kết quả là luôntồntại một mối tương quan giữatỷ lệ các tiavũ