Khí nhà kính là các chất khí tồn tại trong khí quyển, có khả năng hấp thụ và giữ lại bức xạ nhiệt từ bề mặt Trái Đất. Chúng đóng vai trò như một tấm chắn tự nhiên giúp duy trì nhiệt độ phù hợp cho sự sống, nhưng nồng độ tăng cao do hoạt động con người đang làm Trái Đất nóng lên nhanh chóng.

Khí nhà kính là gì và cơ chế giữ nhiệt tự nhiên

Khí nhà kính là các chất khí có đặc tính hấp thụ và phát lại năng lượng bức xạ hồng ngoại. Khi ánh sáng mặt trời chiếu xuống, bề mặt Trái Đất hấp thụ một phần và phản xạ năng lượng dưới dạng nhiệt. Lớp khí nhà kính trong khí quyển sẽ giữ lại phần nhiệt này, ngăn không cho nó thoát thẳng ra ngoài vũ trụ. Cơ chế này giống như một lớp kính bao bọc hành tinh.

Theo dữ liệu khoa học, nếu không có lớp khí này, nhiệt độ trung bình bề mặt Trái Đất sẽ chỉ khoảng -18 độ C. Nhờ sự hiện diện của hơi nước, carbon dioxide (CO2), metan và các khí khác, nhiệt độ thực tế được duy trì ở mức 15 độ C, tạo điều kiện lý tưởng cho sự sống phát triển. Hơi nước và mây đóng vai trò lớn nhất (chiếm 36–72%), CO2 chiếm 9–26%, metan và dinitơ monoxide chiếm 4–8%, còn ozon chiếm 3–7%.

Nồng độ khí trong khí quyển luôn được cân bằng giữa nguồn phát thải tự nhiên và nhân tạo với các "bể chìm" hấp thụ. Tỷ lệ khí còn lưu lại trong không khí sau một chu kỳ xác định gọi là "phần trong không khí". Tính đến năm 2006, phần CO2 trong không khí hàng năm là khoảng 0,45, với tốc độ tăng tỷ lệ 0,25 ± 0,21% mỗi năm trong giai đoạn 1959–2006.

Phân biệt khí nhà kính và hiện tượng nhà kính

Hiện tượng nhà kính là quá trình vật lý tự nhiên giúp điều hòa nhiệt độ Trái Đất, còn khí nhà kính là các thành phần vật chất trực tiếp tham gia vào quá trình đó. Bản thân hiện tượng nhà kính không hề tiêu cực; vấn đề chỉ nảy sinh khi con người làm mất cân bằng nồng độ khí thông qua hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và đốt nhiên liệu hóa thạch.

Khi nồng độ khí tăng, hiệu ứng nhà kính trở nên mạnh mẽ hơn mức tự nhiên, dẫn đến nóng lên toàn cầu. Một số khí như metan hay carbon monoxide không trực tiếp giữ nhiệt lâu dài mà phân hủy trong khí quyển tạo ra khí nhà kính khác. Ví dụ, methan bị oxy hóa thành CO2 nhờ phản ứng với gốc hydroxyl (OH). Quá trình này vừa làm giảm khả năng hấp thụ nhiệt của chính metan, vừa kéo dài thời gian tồn tại của nó trong khí quyển, làm tăng tác động bức xạ tổng thể.

Các loại khí nhà kính chính và nguồn gốc phát sinh

Các khí nhà kính được chia thành nhóm tự nhiên và nhóm công nghiệp, mỗi loại có nguồn gốc và khả năng giữ nhiệt khác nhau. Carbon dioxide (CO2) là khí phổ biến nhất, chiếm khoảng 76% tổng lượng phát thải, sinh ra từ đốt nhiên liệu hóa thạch, sản xuất xi măng và phá rừng. CO2 có thể tồn tại trong khí quyển hàng nghìn năm.

Metan (CH4) đứng thứ hai về lượng phát thải nhưng có tiềm năng gây nóng lên cao hơn CO2 từ 25 đến 84 lần tùy khung thời gian. Metan chủ yếu đến từ chăn nuôi gia súc, canh tác lúa ngập nước, bãi chôn lấp rác và khai thác dầu khí, với thời gian tồn tại khoảng 10–12 năm. Nitơ oxit (N2O) có tiềm năng gây nóng lên cao gấp 298 lần CO2, tồn tại khoảng 120 năm, phát sinh chủ yếu từ phân bón nitơ và xử lý nước thải.

Nhóm khí công nghiệp bao gồm HFCs, PFCs, CFCs, SF6 và NF3. Các khí này không xuất hiện tự nhiên nhưng có khả năng giữ nhiệt cao hơn CO2 từ 1.000 đến 23.900 lần. SF6 là khí mạnh nhất (cao gấp 22.800 lần CO2, tồn tại đến 3.200 năm), dùng trong thiết bị điện cao thế. CFCs từng gây suy giảm tầng ozone và nay bị kiểm soát chặt. HFCs và PFCs có tiềm năng nóng lên rất cao, dùng trong điều hòa không khí, tủ lạnh và sản xuất bán dẫn.

Tác động khi nồng độ khí tăng vượt ngưỡng an toàn

Ở mức cân bằng, khí nhà kính là yếu tố sống còn duy trì sự sống. Tuy nhiên, hoạt động công nghiệp kể từ Cách mạng công nghiệp đã làm tăng 45% nồng độ CO2 trong khí quyển, từ 280 ppm (năm 1750) lên 415 ppm (năm 2019). Lần cuối cùng nồng độ này đạt mức cao như vậy là hơn 3 triệu năm trước.

Sự gia tăng này khiến hiệu ứng nhà kính vượt quá ngưỡng an toàn, kéo theo chuỗi hậu quả: thời tiết cực đoan (bão, lũ, hạn hán, cháy rừng) gia tăng tần suất và cường độ; mực nước biển dâng do băng tan đe dọa vùng ven biển; hệ sinh thái mất cân bằng, đẩy nhiều loài vào nguy cơ tuyệt chủng. Các nhà khoa học IPCC cảnh báo mức nóng lên 2°C sẽ bị vượt qua trong thế kỷ 21 nếu không giảm phát thải nhanh chóng.

Trước áp lực này, nhiều quốc gia và doanh nghiệp đang chuyển sang kiểm kê khí nhà kính, cam kết cắt giảm phát thải và chuyển dịch sang năng lượng tái tạo để phục hồi cân bằng khí quyển.