Cội nguồn lịch sử của ý tưởng biến đổi khí hậu từ thế kỷ 19

Vào những năm 1890, nhà hóa học người Thụy Điển Svante Arrhenius từng phỏng đoán rằng các hoạt động công nghiệp quy mô lớn có thể khiến quê hương lạnh giá của ông ấm lên đôi chút. Bằng các phép tính thủ công kéo dài nhiều tháng, ông đã đưa ra những dự đoán tiên phong về cách khí thải từ nhà máy ảnh hưởng đến nhiệt độ toàn cầu, đặt nền móng cho hiểu biết lịch sử về khí hậu. [1]

Những suy nghĩ này không xuất hiện trong chân không mà dựa trên chuỗi phát hiện kéo dài nhiều thế kỷ từ địa chất học, vật lý học và hóa học. Việc tìm hiểu cách bầu khí quyển tương tác với nhiệt lượng đã thu hút sự chú ý của nhiều thế hệ nhà khoa học trước khi ý định định lượng hiệu ứng này thành hình. [1]

Câu hỏi ban đầu của Joseph Fourier về nhiệt độ hành tinh

Vào đầu thế kỷ 19, nhà toán học người Pháp Joseph Fourier đã đặt ra câu hỏi cơ bản về yếu tố quyết định nhiệt độ bề mặt Trái Đất. Các tính toán của ông cho thấy năng lượng mặt trời nhận được và bức xạ hồng ngoại phản xạ lại từ bề mặt lẽ ra phải khiến hành tinh lạnh hơn nhiều so với thực tế. [1]

Điều này gợi ý cho Fourier rằng bầu khí quyển có khả năng giữ lại nhiệt lượng, dù thời điểm đó ông chưa thể xác định chính xác cơ chế vật lý mà các tầng khí quyển sử dụng để giữ lại bức xạ hồng ngoại. [1]

Bước tiến nghiệm pháp của John Tyndall với các loại khí

Vào năm 1859, nhà vật lý John Tyndall đã tiến hành các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm tại Luân Đôn để kiểm tra khả năng hấp thụ nhiệt của các chất khí khác nhau. Ông chế tạo một thiết bị đo lường tỉ mỉ để theo dõi mức độ bức xạ nhiệt bị hấp thụ khi đi qua các mẫu khí. [1]

Kết quả thực nghiệm cho thấy các khí phổ biến như oxy, nitơ và hydro hoàn toàn cho bức xạ hồng ngoại đi qua, trong khi hơi nước, carbon dioxide và mêtan lại giữ lại loại bức xạ này. Qua đó, Tyndall xác định hơi nước là khí nhà kính chủ đạo chi phối phần lớn hiệu ứng giữ nhiệt của bầu khí quyển. [1]

Vai trò của carbon dioxide như một nút điều khiển khí hậu

Khác với hơi nước có chu trình tuần hoàn nhanh phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết và nhiệt độ ngắn hạn, carbon dioxide tồn tại trong bầu khí quyển suốt nhiều thế kỷ. Sự ổn định này giúp chất khí này duy trì sự hiện diện bền bỉ mà không bị biến động theo các hiện tượng thời tiết hàng ngày. [1]

Việc tăng hoặc giảm nồng độ carbon dioxide sẽ tác động trực tiếp đến nhiệt độ tổng thể, từ đó làm thay đổi lượng hơi nước trong không khí và tạo ra một vòng lặp phản hồi. Chính cơ chế này biến carbon dioxide thành một dạng nút điều khiển nhiệt độ của toàn bộ hệ thống khí hậu Trái Đất. [1]

Những tính toán đột phá của Svante Arrhenius

Vào giữa những năm 1890, Arrhenius đã dành nhiều tháng để thực hiện các phép tính thủ công vô cùng tỉ mỉ bằng giấy và bút nhằm tìm hiểu nguyên nhân sâu xa của các kỷ băng hà cổ đại. Dù chỉ dựa trên những công cụ thô sơ thời bấy giờ, ông đã kết luận rằng sự sụt giảm đáng kể lượng carbon dioxide có thể châm ngòi cho một kỷ băng hà mới. [1]

Bên cạnh đó, ông cũng tính toán rằng việc gấp đôi nồng độ carbon dioxide trong khí quyển sẽ làm tăng nhiệt độ bề mặt Trái Đất từ 11°F đến 14.5°F. Con số này tuy được thực hiện bằng tay với các công cụ hạn chế nhưng vẫn có độ tương đồng nhất định với các hướng tiếp cận định lượng về sau. [1]

Sự lãng quên lịch sử và góc nhìn lạc quan ban đầu

Vào thời điểm công bố nghiên cứu vào năm 1896, Arrhenius không hề tỏ ra lo lắng trước viễn cảnh ấm lên toàn cầu mà thậm chí còn nhìn nhận theo hướng tích cực. Trong một cuốn sách xuất bản năm 1908, ông cho rằng các vùng đất lạnh giá sẽ hưởng lợi nhờ mùa màng bội thu và khí hậu ôn hòa hơn cho sự phát triển của nhân loại. [1]

Tuy nhiên, công trình của ông nhanh chóng chìm vào quên lãng trong hơn nửa thế kỷ. Phần lớn cộng đồng khoa học khi đó tin rằng các hoạt động của con người không đủ sức mạnh để tạo ra bất kỳ tác động đáng kể nào lên một hệ thống khổng lồ và ổn định như khí hậu Trái Đất. [1]

Sự nhìn nhận lại từ các đo đạc hiện đại

Phải đến giai đoạn sau của thế kỷ 20, khi các nhà khoa học bắt đầu tiến hành đo đạc trực tiếp nồng độ carbon dioxide trong khí quyển, họ mới nhận ra mức độ tăng lên đều đặn qua từng năm. Sự gia tăng liên tục này đã khiến những ý tưởng tiên phong của Arrhenius từ thế kỷ 19 được nhìn nhận lại dưới ánh sáng mới. [1]

Phạm vi giới hạn của các tài liệu lịch sử

Những thông tin về quá trình nghiên cứu của Arrhenius và các nhà khoa học tiền bối phản ánh các bước đi đầu tiên của ngành khí tượng học lịch sử. Các tài liệu này ghi nhận nỗ lực định lượng ban đầu nhưng không phản ánh toàn bộ các biến số phức tạp của hệ thống khí hậu hiện đại ngày nay. [1]