Năm vừa qua sẽ đi vào lịch sử nhờ việc khí quyển hành tinh phá vỡ một kỷ lục đáng kinh ngạc: 400 ppm CO₂ (parts per million, tức 400 phân tử CO₂ trong 1 triệu phân tử khí). Lần cuối không khí trên hành tinh giàu CO₂ như vậy là vào nhiều triệu năm trước, trước khi những tổ tiên đầu tiên của loài người sử dụng công cụ bằng đá; vào thời điểm đó, thế giới đã nóng lên vài độ, và băng tan đã đẩy mực nước biển dâng cao hàng chục mét.

“Chúng ta đang ở trong một thời đại mới”, giám đốc chương trình CO₂ của Viện Hải Dương Học Scripps ở San Diego, Ralph Keeling1, phát biểu. “Và nó đang diễn biến khá nhanh. Chúng ta sẽ sớm chạm mức 410.”

Không có ma thuật gì đặc biệt về số 400 cả. Nhưng đối với những nhà khoa học và người ủng hộ môi trường đang vật lộn với mối nguy vô hình của sự gia tăng mức carbon dioxide trong khí quyển, thì mục tiêu này tượng trưng cho một ranh giới nguy hiểm của biến đổi khí hậu.

Khi các nhà khoa học (đặc biệt là cha của Ralph Keeling2) bắt đầu tính toán CO₂ trong khí quyển một cách nhất quán lần đầu tiên vào năm 1958 tại đài thiên văn đỉnh Mauna Loa ban sơ ở Hawaii, mức CO₂ đạt 316 ppm, chỉ cao hơn mức cao hơn mức của thời kỳ tiền công nghiệp là 280 ppm một ít. Con số 400 lúc bấy giờ đơn giản là một con số lớn, tròn trĩnh chỉ lờ mờ xuất hiện trong tương lai của chúng ta.

Nhưng khi con người tiếp tục đào lấy carbon khỏi lòng đất để đốt làm nhiên liệu, mức CO₂ ngày càng tiến nhanh hơn đến mục tiêu đó. Tháng 05/2013, vào thời điểm CO₂ đạt mức tối đa thông thường hàng năm, nồng độ trong không khí đã vượt ngưỡng 400 ppm trong một thời gian ngắn lần đầu tiên sau nhiều triệu năm. Vào năm 2014, nồng độ trong không khí đã giữ trên mức 400 trong suốt tháng Tư. Năm 2015, nồng độ trung bình năm đã vượt 400 ppm. Và vào tháng 09/2016, mức thấp thông thường hàng năm lần đầu tiên đã lướt qua con số 400 ppm, giữ nồng độ CO₂ trong không khí phía trên ranh giới tượng trưng đó trong cả năm.

Nhiệt độ toàn cầu cũng gia tăng song song, với năm 2016 được ghi nhận là năm nóng nhất kể từ thời điểm năm 1880: nóng hơn 1,1 độ C (2 độ F) so với thời kỳ tiền công nghiệp. Trong khi đó Thỏa thuận chung Paris (Paris Agreement)3 năm 2015, thỏa thuận quốc tế mới nhất về khí hậu đang nhắm đến việc giữ nhiệt độ toàn cầu gia tăng dưới 2 độ C, và hy vọng có thể giới hạn ở mức 1,5 độ.

Với tốc độ gia tăng như hiện tại, mức CO₂ sẽ chạm mốc 500 ppm trong 50 năm nữa, đặt chúng ta vào con đường hướng đến sự gia tăng nhiệt độ có thể hơn 3 độ C (5,4 độ F) – một mức mà theo các nhà khoa học khí hậu có thể gây ra những đợt thời tiết cực đoan và nước biển dâng nguy hiểm cho các nguồn cung ứng lương thực toàn cầu, tạo nên những cuộc di cư hàng loạt, và thậm chí phá hủy cánh rừng nhiệt đới Amazon bằng hạn hán và cháy rừng.

Mỗi cột mốc lại cho các nhà khoa học và nhà hoạt động môi trường một lý do để khẳng định lại lo lắng của họ về những gì con người đang gây ra cho khí hậu. Và như Trưởng dự án của sứ mệnh vệ tinh OCO-24, và ngay cả một trạm quan trắc ở vùng Nam Cực hẻo lánh và trong lành, đều vượt mức 400 ppm vào năm 2016. OCO-2 của NASA cho thấy nồng độ CO₂ của hành tinh dao động quanh mức 400 ppm, với sự khác biệt giữa các nơi, chủ yếu do sự tuần hoàn khí quyển.

CÁI NHÌN DÀI HẠN

Nếu quan sát tổng thể lịch sử Trái Đất như một bức tranh lớn, 400 ppm chỉ là một con số nằm ở ngưỡng thấp đến trung bình.

Vào khoảng 500 triệu năm trước, khi số lượng sinh vật sống trong đại dương bùng nổ và những sinh vật sống trên đất liền đầu tiên xuất hiện, bầu khí quyển cổ đại có nồng độ carbon dioxide lên đến 7.000 ppm. Trái Đất thời đó rất khác với ngày nay: Mặt Trời lạnh hơn, hành tinh của chúng ta đang ở trong một giai đoạn khác của chu kỳ quỹ đạo, và các lục địa cũng gắn kết với nhau theo cách khác, tạo ra sự thay đổi của các dòng biển và lượng băng trên đất liền. Trái Đất có thể đã từng nóng hơn ngày nay tới 10 độ C (18°F), nhưng vẫn có thể xem là lạnh đến kinh ngạc nếu xét theo mức khí nhà kính đó; mối liên hệ giữa CO2 và nhiệt độ không phải lúc nào cũng dễ để hiểu được. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã khẳng định rằng CO2 thật sự là một yếu tố thúc đẩy quan trọng đối với trạng thái nhiệt độ của hành tinh trong 500 triệu năm qua, ví dụ như khi nồng độ CO2 trong khí quyển thấp, các thềm băng lục địa hình thành và mức nước biển giảm xuống.

Nhờ các hiện tượng kiến tạo hoạt động trong thời gian dài như dịch chuyển mảng, tạo sơn, và sự phong hóa đá hấp thụ CO₂, nồng độ CO₂ trong khí quyển nhìn chung giảm khoảng 13 ppm mỗi một triệu năm, với một vài biến động lớn. Ví dụ, khi các loài thực vật lớn tiến hóa và trở nên phổ biến vào khoảng 350 triệu năm trước, rễ của chúng đã đâm xuyên vào đất và tăng tốc các quá trình phong hóa, giữ CO₂ trong các loại đá như đá vôi. Điều này có lẽ đã dẫn đến việc lượng CO₂ trong khí quyển sụt giảm mạnh và tạo ra một thời kỳ băng hà vào 300 triệu năm trước. Thời kỳ này được nối tiếp bằng một giai đoạn hoạt động núi lửa dữ dội khi các siêu lục địa tách giãn, thải ra lượng CO₂ đủ để tăng nồng độ trong khí quyển lên gấp đôi.

Lần cuối cùng Trái Đất có nồng độ CO₂ đạt 300 đến 400 ppm là vào giữa kỷ Pilocene, khoảng 3 triệu năm trước – đủ gần để Trái Đất không khác nhiều so với ngày nay. Vào thời đó, nhiệt độ cao hơn khoảng 2 đến 3 độ C (3.6 đến 5.6 độ F) so với thời kỳ tiền công nghiệp (mặc dù ở vùng cực Bắc nóng hơn đến 10 độ C), và mực nước biển cao hơn khoảng 15 – 25 mét. Các khu rừng phát triển ở vùng phía Bắc Canada ngày nay và đồng cỏ xuất hiện ở khắp nơi; vùng Sahara có lẽ đã có thực vật bao phủ. Homo habillis (hay “người khéo léo”), những sinh vật đầu tiên trong dòng Homo và có lẽ là những người đầu tiên sử dụng công cụ đá, đã trải nghiệm kiểu khí hậu này vào thời điểm họ xuất hiện 2.8 triệu năm trước. (Homo sapiens không xuất hiện cho tới 400,000 năm trước.)

Để tìm thấy một thời điểm mà khí quyển luôn có mức CO₂ trên 400 ppm, bạn phải nhìn xa hơn vào quá khứ, đến thời kỳ ấm của kỷ Miocene, khoảng 16 triệu năm trước, hoặc vào đầu kỷ Oligocene, khoảng 25 triệu năm trước, khi Trái Đất là một nơi rất khác và khí hậu hoàn toàn khác với ngày nay.

Có nhiều tranh cãi cả về nhiệt độ và mức CO₂ vào thời điểm hàng triệu năm về trước. Tuy nhiên, các bằng chứng trong khoảng thời gian 800.000 năm trở lại đây thì chắc chắn hơn khi các lõi băng cho thấy nồng độ CO₂ nằm trong khoảng 180 và 290 ppm, dao động quanh mức 280 ppm trong khoảng 10.000 năm trước khi các mạng công nghiệp bắt đầu. (Đã có 8 chu kỳ băng hà xảy ra trong 800.000 năm đó, chủ yếu do các biến động của quỹ đạo Trái Đất diễn ra theo các chu kỳ 41.000 và 100.000 năm). Đây là tiêu chuẩn mà các nhà khoa học dùng để so sánh với mức tăng CO₂ chưa từng có tiền lệ hiện nay.

Điều đáng sợ là sự gia tăng CO₂ vào thời điểm hiện tại đang tăng tốc ở một tốc độ bất thường. Vào cuối những năm 1950, tốc độ gia tăng trung bình hằng năm là 0,7 ppm mỗi năm; từ 2005 – 2014 là 2,1 ppm mỗi năm.

Nồng độ carbon dioxide thời cổ đại gợi ý rằng thường cần nhiều thời gian nồng độ CO₂ trong khí quyển mới có thể gia tăng; mặc dù các nhà nghiên cứu không thể thấy điều gì đã xảy ra trong thời gian ngắn cỡ vài thập niên trong quá khứ, nhưng mức thay đổi nhanh nhất họ quan sát được cũng vẫn còn chậm hơn nhiều so với những gì diễn ra hiện nay. Dana Yoyer, một nhà khí hậu học tại đại học Wesleyan, phát biểu rằng những thay đổi này thường liên quan với những sự kiện quan trọng như tuyệt chủng hàng loạt. Ví dụ, vào đợt tuyệt chủng cuối kỷ Trias 200 triệu năm trước, nồng độ CO₂ đã tăng vọt từ khoảng 1.300 ppm đến 3.500 ppm do các đợt phun trào núi lửa khổng lồ tại nơi mà ngày nay là trung Đại Tây Dương. Sự kiện này đã diễn ra trong khoảng 1.000 đến 20.000 năm. Ngày nay chúng ta có thể thay đổi bầu khí quyển ở mức hàng ngàn ppm chỉ trong vài trăm năm. Và theo Keeling thì không có bất kì điều gì tương tự được ghi nhận từ các lõi băng.

CÁC KỊCH BẢN TƯƠNG LAI

Dù hiện giờ 400 có vẻ là một con số lớn và đáng sợ, nồng độ CO₂ có thể dễ dàng vượt mức 500 ppm trong vài thập niên tới, và thậm chí là 2.000 trong năm 2250, nếu phát thải CO₂ không được kiểm soát.

Dự báo mức CO₂ tương lai trong khí quyển là một công việc phức tạp; kể cả khi chúng ta biết điều gì sẽ diễn ra đối với phát thải gây ra bởi con người, thứ vốn phụ thuộc vào các chính sách quốc tế và sự phát triển công nghệ, hệ thống các nguồn phát thải và bể lắng tự nhiên trên hành tinh rất lớn và đều kết nối với nhau. Một số thực vật phát triển nhanh trong một thế giới giàu carbon; việc phá rừng loại một số thực vật ra khỏi phương trình; đại dương chứa lượng CO₂ khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ và các dòng hải lưu.

Nếu bạn chỉ nhìn dưới góc độ thuần túy toán học về hướng phát triển của đường cong Keeling và bỏ qua hoàn toàn những câu hỏi về việc xã hội có thể làm để giảm phát thải, và những gì hành tinh có thể làm để hấp thụ chúng, thì mức nồng độ sẽ vượt ngưỡng 500 ppm vào khoảng năm 2050.

Báo cáo mới nhất từ năm 2013 của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu (Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC)5 đã đưa ra một dự đoán thực tế hơn về những gì có thể xảy ra cũng như hệ quả lên nhiệt độ.

Trong kịch bản6 bi quan nhất của IPCC, khi dân số bùng nổ, công nghệ trì trệ, còn phát thải tiếp tục gia tăng, thì nồng độ CO₂ trong khí quyển sẽ đạt mức 2.000 ppm vào khoảng năm 2250. (Tất cả các kịch bản của IPCC đều ước tính tác động của nhân loại đến khí quyển sẽ ổn định vào năm 2300). Kịch bản đó cho ta một bầu khí quyển lần cuối xuất hiện vào kỷ Jura, khi khủng long còn đi lang thang, và có thể khiến cho nhiệt độ tăng thêm 9 độ C (một con số chết chóc, vì chỉ cần tăng thêm 1 độ C cũng đã gây ra hàng loạt những ảnh hưởng lớn).

Với kịch bản ít bi quan thứ nhì, phát thải đạt đỉnh điểm vào khoảng năm 2080 rồi giảm dần, khiến nồng độ CO₂ trong khí quyển đạt mức 700 ppm và nhiệt độ gia tăng hơn 3 độ C.

Còn trong kịch bản lạc quan nhất, phát thải đạt đỉnh điểm vào thời điểm hiện tại (2010 – 2020) rồi sẽ bắt đầu giảm, và vào năm 2070 lượng carbon con người hấp thu lại nhiều hơn lượng thải ra, và nồng độ trong khí quyển sẽ xuống dưới 400 ppm vào khoảng giữa năm 2100 và 2200, và sự gia tăng nhiệt độ giữ ở mức dưới 1 độ C trong một khoảng thời gian dài.

GIẢM TỐC

Nếu phát thải do con người tạo ra đột ngột xuống mức 0 một cách thần kỳ vào ngày mai, nồng độ CO₂ trong khí quyển sẽ sẽ bắt đầu ổn định ngay lập tức – nhưng theo như Keeling thì cũng phải mất cả thập niên để phát hiện sự giảm tốc so với chu kỳ carbon tự nhiên.

Keeling cho rằng kể cả với mức phát thải bằng 0, việc trở về mức nồng độ 280 ppm như thời kỳ tiền công nghiệp cũng là “một kế hoạch 10.000 năm.  Nồng độ CO₂ lúc đầu sẽ giảm xuống tương đối nhanh nhờ lớp đại dương bề mặt hấp thụ những khối carbon thừa trong không khí (quá trình này cần hàng trăm năm); sau đó một số phần carbon trong khí quyển theo cách riêng sẽ lắng xuống tầng đại dương sâu hơn (trong khoảng 1.000 năm); rồi chu trình carbon của hành tinh – ví dụ như sự phong hóa của đá – sẽ hấp thu hầu hết phần còn lại trong khoảng 10.000 năm.

Kịch bản đó cho ta một bầu khí quyển lần cuối xuất hiện vào kỷ Jura, khi khủng long còn đi lang thang, và có thể khiến cho nhiệt độ tăng thêm 9 độ C

Thật đáng khích lệ khi thấy từ năm 2014, tổng lượng phát thải về cơ bản đã ổn định dù nền kinh tế thế giới vẫn tiếp tục phát triển, chủ yếu là nhờ việc giảm thiểu hoạt động đốt than đá tại Trung Quốc. Nhưng việc phát thải ổn định khác xa hoàn toàn so với việc giảm phát thải, phát thải bằng 0, hay kể cả “mức phát thải âm” (khi con người sử dụng công nghệ để rút đi nhiều CO₂ hơn so với lượng phát thải).

Dự án Carbon Toàn cầu phi lợi nhuận ước tính rằng khuynh hướng phát thải hiện tại có thể đáp ứng các cam kết quốc gia trong Thỏa thuận chung Paris cho tới năm 2030, nhưng không đáp ứng được mục tiêu dài hạn về ổn định hệ thống khí quyển dưới mức 2 độ C và trên mức thời kỳ tiền công nghiệp. Điều này đặt chúng ta vào vùng giữa trong các dự đoán của IPCC; ngay bây giờ chúng ta khó biết được mình đang đi theo con đường nào, mặc dù kịch bản lạc quan nhất – với mức phát thải giảm đáng kể trong vài năm nữa – có lẽ là ngoài tầm với.

“Nếu nhân loại muốn giữ lại một hành tinh giống như nơi nền văn minh đã phát triển và nơi sự sống trên Trái Đất đã thích nghi… thì CO₂ cần phải được giảm thiểu… xuống ít nhất là 350 ppm,” ông James Hansen, cố vấn khí hậu học tại Đại học Columbia phát biểu. Chúng ta đã bỏ lỡ mục tiêu ấy vào năm 1990, và cần phải có một nỗ lực phi thường mới có thể giúp chúng ta đảo ngược điều đó.