Đường cong Keeling là đồ thị nồng độ CO₂ trong không khí đo liên tục tại đài quan sát Mauna Loa (Hawaii) từ năm 1958, do nhà khoa học Charles David Keeling khởi xướng. Nó cho thấy hai điều rõ ràng: CO₂ tăng đều từ khoảng 315 ppm năm 1958 lên khoảng 420–425 ppm (tính tới 2024), và mỗi năm đồ thị lại lên xuống theo hình răng cưa do cây cối Bắc bán cầu "hít" CO₂ vào mùa hè và "thở" ra vào mùa đông.
Charles David Keeling và một câu hỏi tưởng đã có lời đáp
Giữa thập niên 1950, người ta đã biết không khí có khoảng 0,03% CO₂, nhưng các phép đo rất lộn xộn. Số liệu đo ở các thành phố, cánh đồng khác nhau chênh lệch lớn, đến mức nhiều nhà khoa học cho rằng nồng độ CO₂ thay đổi lung tung theo nơi chốn và không thể nói đến một "mức nền" chung cho cả hành tinh.
Charles David Keeling (1928–2005), khi đó là một nhà hoá học trẻ ở Viện Công nghệ California (Caltech), tự chế tạo thiết bị đo CO₂ chính xác hơn hẳn các phương pháp đương thời và đi lấy mẫu không khí ở rừng, núi vùng California. Ông nhận ra rằng ở những nơi xa nguồn phát thải, buổi chiều khi không khí xáo trộn tốt, nồng độ CO₂ gần như giống nhau, khoảng 310 ppm. Nghĩa là thật sự có một mức nền toàn cầu.
Năm 1956, Roger Revelle, giám đốc Viện Hải dương học Scripps, mời Keeling về Scripps tham gia chương trình đo đạc nhân Năm Địa vật lý Quốc tế 1957–1958. Revelle và Hans Suess vừa công bố một bài báo năm 1957 gợi ý rằng đại dương có thể không hút hết CO₂ do con người thải ra như nhiều người vẫn nghĩ. Câu hỏi cần trả lời là: CO₂ trong khí quyển có đang tăng không?
Vì sao lại chọn Mauna Loa
Mauna Loa là một núi lửa hình khiên khổng lồ trên đảo Hawaii, giữa Thái Bình Dương. Trạm đo đặt ở độ cao khoảng 3.400 m, trên sườn núi trơ đá, xa các lục địa hàng nghìn km. Ở độ cao này, trạm thường nằm trên lớp nghịch nhiệt, phía trên lớp không khí sát mặt biển, nên không khí ít bị ảnh hưởng bởi cây cối, đô thị địa phương.
Keeling bắt đầu đo liên tục ở Mauna Loa từ tháng 3 năm 1958, cùng lúc với các phép đo ở Nam Cực. Số đo đầu tiên vào khoảng 313 ppm. Bản thân núi lửa có phát khí CO₂ từ các khe nứt, nhưng nhóm đo đã xây dựng quy trình lọc: khi gió thổi từ phía miệng núi lửa xuống, số liệu bị nhiễu sẽ được nhận ra và loại bỏ.
Đọc đường cong: hai nét chính
Đường đi lên
Sau vài năm đo, xu hướng tăng đã rõ. Mức trung bình năm từ khoảng 315 ppm (1958–1959) lên khoảng 340 ppm (1980), 370 ppm (2000), 400 ppm (số đo trung bình ngày ở Mauna Loa lần đầu vượt mốc này vào tháng 5/2013) và khoảng 420–425 ppm vào năm 2024. Mức tiền công nghiệp, đo được qua bọt khí trong lõi băng, khoảng 280 ppm.
| Năm | CO₂ gần đúng tại Mauna Loa | Tốc độ tăng điển hình thời đó |
|---|---|---|
| Tiền công nghiệp (trước ~1750) | ~280 ppm (lõi băng) | — |
| 1958–1959 | ~315 ppm | dưới 1 ppm/năm |
| 1980 | ~340 ppm | ~1,5 ppm/năm |
| 2000 | ~370 ppm | ~1,5–2 ppm/năm |
| 2013 | trung bình ngày lần đầu vượt 400 ppm | ~2 ppm/năm |
| 2024 | ~420–425 ppm | ~2–3 ppm/năm, có năm hơn 3 ppm |
Điều đáng chú ý không chỉ là CO₂ tăng, mà tốc độ tăng cũng tăng dần qua các thập kỷ. Tốc độ mỗi năm còn dao động theo hiện tượng El Niño: những năm El Niño mạnh, rừng nhiệt đới khô hạn, cháy nhiều hơn và hút ít CO₂ hơn, nên mức tăng năm đó cao hơn.
Răng cưa hằng năm
Nhìn gần, đường cong có hình răng cưa đều đặn. Ở Mauna Loa, CO₂ cao nhất vào khoảng tháng 5 và thấp nhất vào khoảng tháng 9–10, chênh lệch khoảng 6 ppm. Đây là "nhịp thở" của sinh quyển Bắc bán cầu, nơi có phần lớn diện tích đất liền và rừng. Mùa xuân – hạ, cây cối ra lá và quang hợp mạnh, hút CO₂; mùa thu – đông, lá rụng, vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ, CO₂ trả lại không khí. Ở các trạm vùng cực bắc như Alaska, biên độ lớn hơn nhiều; ở Nam Cực, gần như không thấy răng cưa.
Làm sao biết CO₂ tăng là do con người
Đường cong Keeling cho thấy CO₂ tăng, nhưng bằng chứng về nguồn gốc đến từ nhiều phép đo song song:
- Đồng vị carbon: nhiên liệu hoá thạch có nguồn gốc thực vật cổ, nghèo đồng vị carbon-13 và hoàn toàn không còn carbon-14 (đã phân rã hết). Tỷ lệ carbon-13 trong CO₂ khí quyển đang giảm dần, đúng như dự đoán nếu CO₂ thêm vào đến từ than, dầu, khí. Hiện tượng carbon-14 bị "pha loãng" gọi là hiệu ứng Suess.
- Oxy giảm: từ cuối thập niên 1980, Ralph Keeling, con trai Charles Keeling, đo được lượng oxy trong không khí giảm rất nhẹ, đúng mức tiêu thụ khi đốt nhiên liệu.
- Cân đối khối lượng: lượng CO₂ con người thải ra mỗi năm (tính từ thống kê nhiên liệu) lớn hơn lượng tăng thêm trong khí quyển. Khoảng một nửa được đại dương và đất liền hút, nửa còn lại ở lại không khí.
- Chênh lệch Bắc – Nam: Bắc bán cầu, nơi phát thải nhiều nhất, có CO₂ cao hơn Nam bán cầu một chút, và khoảng chênh này lớn dần theo phát thải.
Chương trình đo đã sống sót như thế nào
Duy trì một phép đo liên tục suốt hơn 65 năm không dễ. Ngay trong thập niên 1960, chương trình đã có lúc bị gián đoạn vì thiếu kinh phí, để lại một khoảng trống nhỏ trong dữ liệu. Keeling nhiều lần phải tranh luận để giữ chương trình, vì các nhà tài trợ cho rằng đã đo đủ, "biết rồi". Ông khẳng định giá trị nằm ở chính độ dài và tính liên tục của chuỗi số.
Từ năm 1974, Cơ quan Khí quyển và Đại dương Mỹ (NOAA) bắt đầu chương trình đo độc lập song song tại Mauna Loa, giúp kiểm chéo. Sau khi Charles Keeling qua đời năm 2005, Ralph Keeling tiếp tục chương trình ở Scripps.
Cuối tháng 11 năm 2022, Mauna Loa phun trào, dòng dung nham cắt đường điện và đường vào trạm. Các phép đo tạm thời chuyển sang đỉnh Maunakea gần đó từ tháng 12/2022 để chuỗi số liệu không bị đứt, sau đó dần được khôi phục ở Mauna Loa.
Mauna Loa chỉ là một trạm trong mạng lưới
Ngày nay CO₂ được đo ở hàng trăm điểm trên thế giới, gồm trạm mặt đất, máy bay, tàu biển và vệ tinh (như OCO-2 của NASA phóng năm 2014). Trung bình toàn cầu do NOAA tính từ nhiều trạm nền biển có giá trị hơi khác số Mauna Loa, nhưng cùng xu hướng. Mauna Loa được nhắc nhiều vì đây là chuỗi đo liên tục dài nhất.
Góc nhìn hôm nay: xem đường cong ở đâu
Viện Scripps có trang cập nhật số đo hằng ngày, gọi là "Keeling Curve". NOAA Global Monitoring Laboratory công bố số trung bình tháng và năm cho Mauna Loa và toàn cầu, có thể tải bảng về tự vẽ đồ thị bằng bảng tính. Đây là một bài tập rất hay cho học sinh: vẽ số liệu tháng, tự thấy răng cưa mùa, rồi tính tốc độ tăng mỗi thập kỷ.
Năm 2015, đường cong Keeling được Hội Hoá học Mỹ công nhận là một "Mốc lịch sử Hoá học Quốc gia". Câu chuyện về Keeling và Revelle cũng được kể chi tiết trong cuốn The Discovery of Global Warming của nhà sử học khoa học Spencer Weart, có bản đọc miễn phí trên mạng.
Câu hỏi thường gặp
Đường cong Keeling là gì?
Đường cong Keeling là đồ thị nồng độ CO₂ trong không khí đo liên tục tại Mauna Loa, Hawaii, từ năm 1958. Nó mang tên Charles David Keeling, người khởi xướng phép đo, và là chuỗi số liệu CO₂ trực tiếp dài nhất thế giới.
Vì sao đo CO₂ ở Mauna Loa?
Trạm nằm ở độ cao khoảng 3.400 m trên một hòn đảo giữa Thái Bình Dương, xa lục địa và nguồn phát thải lớn, thường nằm trên lớp nghịch nhiệt. Nhờ vậy không khí ở đây đại diện tốt cho mức nền của Bắc bán cầu.
Vì sao đường cong Keeling có hình răng cưa?
Do nhịp quang hợp của cây cối Bắc bán cầu. Mùa xuân – hạ cây hút CO₂ nên nồng độ giảm, thấp nhất khoảng tháng 9–10; mùa thu – đông lá rụng và phân huỷ, CO₂ tăng lại, cao nhất khoảng tháng 5. Biên độ ở Mauna Loa khoảng 6 ppm.
Nồng độ CO₂ hiện nay là bao nhiêu?
Trung bình năm tại Mauna Loa và trung bình toàn cầu khoảng 420–425 ppm tính tới năm 2024, so với khoảng 315 ppm năm 1958 và khoảng 280 ppm thời tiền công nghiệp. Số mới nhất có thể xem trên trang của NOAA hoặc Viện Scripps.
Núi lửa Mauna Loa có làm sai số đo CO₂ không?
Núi lửa có phát CO₂, nhưng khi gió đưa khí núi lửa tới trạm, số đo tăng vọt bất thường và được nhận ra, loại khỏi dữ liệu. Kết quả Mauna Loa cũng khớp với các trạm khác trên thế giới, như Nam Cực và các trạm nền biển.
