Eunice Foote và Guy Callendar đã sớm nhận ra vai trò của CO2 như thế nào?
Năm 1856, Eunice Foote đặt hai ống thủy tinh chứa khí trong những điều kiện khác nhau rồi theo dõi nhiệt độ. Thí nghiệm đơn giản ấy cho thấy ống chứa CO2 nóng lên rõ hơn, gợi ý rằng nếu lượng khí này trong khí quyển tăng, Trái Đất cũng có thể ấm hơn. Hơn tám thập niên sau, Guy Callendar đi một bước khác: ông đối chiếu hồ sơ CO2, nhiệt độ và việc đốt nhiên liệu để lập luận rằng sự ấm lên đã diễn ra và có liên quan đến hoạt động của con người. Hai công trình chưa tạo thành khoa học khí hậu hiện đại, nhưng chúng đã sớm nối ba mắt xích quan trọng: CO2, nhiệt độ và nhiên liệu hóa thạch. [1]
Hai ống thủy tinh có thể cho biết điều gì?
Foote dùng một cặp ống thủy tinh, nhiệt kế và ánh nắng. Trước hết, bà cho không khí thường vào hai ống, đặt một ống dưới nắng và một ống trong bóng râm để so sánh. Sau đó, bà lặp lại cách làm với một số thành phần khí khác, gồm hơi nước, hydro, oxy và CO2. Trong bố trí này, CO2 thể hiện khả năng giữ nhiệt từ ánh sáng Mặt Trời mạnh nhất. Điều quan sát được là chênh lệch nhiệt độ trong các ống; từ đó Foote diễn giải rằng khí quyển có nhiều CO2 hơn có thể khiến khí hậu nóng hơn. [1]
Giá trị của thí nghiệm nằm ở câu hỏi mà nó đặt ra, không phải ở việc mô phỏng hoàn chỉnh khí quyển. Một ống thủy tinh nhỏ khác Trái Đất về kích thước, chuyển động không khí và nhiều quá trình trao đổi nhiệt. Dù vậy, cách so sánh các khí trong điều kiện tương tự đã cô lập được một yếu tố cần chú ý: thành phần khí có ảnh hưởng đến nhiệt độ. Foote đã chuyển một hiện tượng trong dụng cụ đơn giản thành giả thuyết về khí hậu ở quy mô hành tinh. [1]
Vì sao phát hiện của Foote gần như biến mất?
Foote có nền tảng khác thường đối với một phụ nữ Mỹ cùng thời. Khi còn trẻ, bà học tại Troy Female Seminary, nơi cho nữ sinh tiếp cận các môn dự bị đại học và thực hành hóa học. Bà cũng tham gia hội nghị về quyền phụ nữ tại Seneca Falls năm 1848. Tuy nhiên, khoa học chuyên nghiệp khi ấy vẫn do nam giới chi phối, còn Foote bị xem là người nghiệp dư. Tại cuộc họp năm 1856 của Hiệp hội Vì sự tiến bộ của khoa học Hoa Kỳ, Joseph Henry trình bày công trình thay bà; bài của bà cũng không xuất hiện trong kỷ yếu cuộc họp. [1]
Ba năm sau, John Tyndall công bố các phép đo trong phòng thí nghiệm về sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của CO2. Công trình này làm rõ một phần cơ chế hiệu ứng nhà kính: bề mặt Trái Đất được Mặt Trời làm ấm, phát năng lượng dưới dạng bức xạ hồng ngoại, rồi CO2 trong khí quyển hấp thụ một phần năng lượng ấy. Tyndall không dẫn công trình của Foote và lâu nay thường được ghi nhận là người khám phá vai trò của CO2. Đến năm 2011, Raymond Sorenson tìm thấy bài của Foote trong một ấn phẩm khoa học cũ, đưa đóng góp sớm của bà trở lại lịch sử. [1]
Callendar đã nối CO2 với hoạt động con người ra sao?
Foote chủ yếu chỉ ra một khả năng vật lý; Callendar cố tìm dấu hiệu của khả năng ấy trong thế giới thực. Là một kỹ sư hơi nước người Anh, ông nghiên cứu khí hậu ngoài công việc chính. Nền tảng về khí tượng học, vật lý nhiệt và quang phổ hồng ngoại giúp ông tiếp cận vấn đề từ nhiều phía. Ông thu thập các hồ sơ cũ về nhiệt độ và CO2 ở nhiều nơi, đồng thời xem xét lượng than được sử dụng cùng những quá trình tự nhiên có thể hấp thụ hoặc lưu trữ CO2. [1]
Trong công trình công bố năm 1938, Callendar tính toán rằng nhiệt độ toàn cầu đã tăng trong khoảng 50 năm và mức tăng ấy đi cùng sự gia tăng CO2 trong khí quyển. Ông quy phần CO2 tăng thêm cho việc con người đốt nhiên liệu. Lập luận này gồm nhiều bước hơn một phép đo đơn lẻ: đốt nhiên liệu đưa CO2 vào không khí; hồ sơ khí quyển cho thấy CO2 tăng; còn chuỗi nhiệt độ cho thấy hành tinh ấm lên trong cùng giai đoạn. Sự tương ứng chưa tự nó chứng minh toàn bộ quan hệ nhân quả, nhưng khi đặt cạnh cơ chế hấp thụ nhiệt của CO2, nó tạo thành một cách giải thích có cơ sở vật lý. [1]
Vì sao lập luận năm 1938 vẫn bị hoài nghi?
Nhiều người cùng thời khó tin rằng hoạt động của con người có thể tác động đến cả hành tinh. Các chuyên gia cũng phản đối khi Callendar, một kỹ sư làm nghiên cứu tại nhà thay vì một nhà khí tượng thuộc đại học danh tiếng, bước qua ranh giới của nhiều ngành để xây dựng kết luận rộng. Một thành viên của Royal Meteorological Society cho rằng mối liên hệ giữa CO2 và nhiệt độ có thể chỉ là trùng hợp. Callendar đáp lại bằng thêm sáu bài trong hai năm 1938 và 1939, nhưng quan điểm của ông vẫn ít ảnh hưởng vào thời điểm đó. [1]
Sự hoài nghi không hoàn toàn đồng nghĩa với việc mọi chi tiết của Callendar đều sai, cũng như việc kết luận chính được công nhận về sau không khiến mọi phép tính ban đầu trở nên hoàn hảo. Các đánh giá công bố năm 2013 và 2016 nhận thấy nghiên cứu của ông có sai sót và khoảng trống, nhưng những kết quả chủ đạo vẫn đứng vững. Bài viết năm 1938 hiện được xem là một công trình kinh điển vì đã kết hợp dữ liệu nhiệt độ, CO2, hoạt động đốt nhiên liệu và kiến thức vật lý thành hình hài sớm của cách giải thích khí hậu hiện đại. [1]
Hai con đường đã gặp nhau ở đâu?
Foote và Callendar không làm cùng một loại công việc. Foote hỏi một loại khí có thể làm thay đổi nhiệt độ hay không và dùng thí nghiệm đối chứng để tìm dấu hiệu. Callendar hỏi dấu hiệu ấy có xuất hiện trong hồ sơ toàn cầu hay không và hoạt động nào có thể làm nồng độ khí thay đổi. Một người đi từ vật liệu trong ống đến giả thuyết về khí quyển; người kia đi từ những chuỗi số liệu rời rạc đến một lời giải thích chung. Đặt cạnh nhau, hai cách tiếp cận cho thấy khoa học khí hậu cần cả hiểu biết về cơ chế lẫn quan sát kéo dài theo thời gian. [1]
Hoàn cảnh của họ cũng cho thấy sự ghi nhận khoa học không chỉ phụ thuộc vào chất lượng một ý tưởng. Foote chịu sự phân biệt giới tính đến mức không được tự trình bày công trình và gần như bị xóa khỏi câu chuyện lịch sử. Callendar có thể công bố và tranh luận, nhưng vị thế kỹ sư ngoài giới học thuật khiến lập luận của ông thiếu sức nặng ban đầu. Điều đáng nhớ không phải là hình ảnh hai cá nhân đơn độc đã giải quyết xong biến đổi khí hậu, mà là việc những câu hỏi đúng đôi khi xuất hiện trước khi cộng đồng khoa học có đủ dữ liệu, công cụ và sự cởi mở để nhận ra tầm quan trọng của chúng. [1]