Sol khí là gì: hạt lơ lửng làm mát hay làm ấm Trái Đất

Sol khí (aerosol) là các hạt rắn hoặc giọt lỏng rất nhỏ lơ lửng trong không khí: muối biển, bụi sa mạc, khói cháy rừng, sulfate từ núi lửa và nhà máy, muội than. Phần lớn sol khí làm mát Trái Đất vì phản xạ ánh nắng và làm mây sáng hơn. Riêng muội than (carbon đen) hấp thụ ánh sáng nên làm ấm. Theo IPCC AR6, tác dụng ròng của sol khí do con người là làm mát, che bớt một phần sự nóng lên do khí nhà kính, nhưng đây cũng là mảng bất định lớn nhất trong khoa học khí hậu.

Sol khí là gì, to cỡ nào

Từ "sol khí" chỉ hỗn hợp hạt nhỏ và không khí chứa chúng. Kích thước trải từ vài phần nghìn micromet (cụm phân tử mới hình thành) đến vài chục micromet (hạt bụi thô, giọt nước biển). Để so sánh, sợi tóc người dày khoảng 50–70 micromet. Hạt bụi mịn PM2.5 mà bản tin môi trường hay nhắc chính là sol khí có đường kính từ 2,5 micromet trở xuống.

Sol khí chia làm hai nhóm theo cách sinh ra:

• Sơ cấp: phát thẳng vào không khí dưới dạng hạt. Ví dụ: muối biển từ sóng vỡ, bụi đất bị gió cuốn, tro núi lửa, muội than từ khói, phấn hoa.
• Thứ cấp: hình thành trong không khí từ khí. SO₂ bị oxy hoá thành sulfate, NOx thành nitrat, amoniac kết hợp thành muối amoni, các hợp chất hữu cơ bay hơi từ cây cối và xăng dầu ngưng tụ thành hạt hữu cơ.

Nguồn sol khí tự nhiên và do con người

Một điều thú vị: sinh vật phù du ở biển thải ra dimethyl sulfide (DMS), chính là chất tạo mùi "biển". Trong không khí, DMS biến thành hạt sulfate làm mầm cho mây trên đại dương. Năm 1987, một nhóm khoa học (Charlson, Lovelock, Andreae và Warren) đề xuất giả thuyết rằng mối liên hệ này có thể đóng vai trò điều hoà khí hậu. Giả thuyết đó, gọi là giả thuyết CLAW, gây tranh luận nhiều năm và các nghiên cứu sau cho thấy cơ chế phức tạp hơn nhiều so với một "bộ điều nhiệt sinh học" đơn giản.

Sol khí làm mát bằng hai cách

Tác động trực tiếp: phản xạ ánh nắng

Hạt sulfate, muối biển và nhiều sol khí khác tán xạ ánh sáng Mặt Trời, một phần trở ngược lên vũ trụ. Ít năng lượng tới mặt đất hơn thì mặt đất mát hơn. Hiện tượng trời "mờ đục" vào những ngày ô nhiễm nặng là biểu hiện trực tiếp của điều này.

Tác động gián tiếp: mây sáng hơn, sống lâu hơn

Mỗi giọt mây cần một hạt nhân để ngưng tụ. Khi có nhiều sol khí hơn, cùng một lượng hơi nước được chia ra cho nhiều hạt nhân hơn, tạo ra nhiều giọt nhỏ hơn. Mây nhiều giọt nhỏ phản xạ ánh sáng tốt hơn mây ít giọt lớn, nên trông trắng sáng hơn. Hiệu ứng này mang tên nhà khoa học Sean Twomey, người mô tả nó vào thập niên 1970. Giọt nhỏ cũng khó va nhau thành hạt mưa, nên mây có thể tồn tại lâu hơn.

Ví dụ đẹp nhất là "vệt tàu" (ship tracks): trên ảnh vệ tinh vùng biển có mây tầng thấp, có thể thấy những đường mây sáng dài hàng trăm km bám theo đường đi của tàu biển, nơi khói tàu cung cấp thêm hạt nhân ngưng tụ.

Muội than: sol khí làm ấm

Muội than là hạt carbon đen sinh ra khi đốt không hoàn toàn. Nó hấp thụ ánh sáng thay vì phản xạ, nên làm nóng lớp không khí chứa nó. Khi rơi xuống tuyết, băng, muội than làm bề mặt tối đi, hấp thụ nhiều nắng hơn, tan nhanh hơn. Vùng núi cao châu Á và Bắc Cực là những nơi được nghiên cứu nhiều về hiện tượng này. Muội than cũng là thành phần độc của bụi mịn, nên giảm muội than vừa có lợi cho sức khoẻ vừa giảm tác động làm ấm.

Bao nhiêu nóng lên đang bị "che"

Theo IPCC AR6 (2021), tổng tác động của sol khí do con người từ năm 1750 đến 2019 tương đương cưỡng bức bức xạ khoảng −1,1 W/m², với khoảng bất định rộng, từ khoảng −1,7 đến −0,4 W/m². Để so sánh, riêng CO₂ là khoảng +2,2 W/m². Nghĩa là sol khí đã bù trừ một phần đáng kể tác dụng làm ấm của khí nhà kính.

Khoảng bất định lớn chủ yếu đến từ tác động lên mây, rất khó đo và mô phỏng. Đây là một trong những lý do các ước tính độ nhạy khí hậu từng có khoảng dao động rộng.

Khi bầu trời được làm sạch

Sol khí chỉ tồn tại trong tầng đối lưu khoảng một tuần trước khi bị mưa rửa trôi hoặc lắng xuống. Vì vậy khi phát thải giảm, lượng sol khí giảm rất nhanh. Điều này tạo ra một tình huống ngược đời: làm sạch không khí, vốn rất có lợi cho sức khoẻ, lại làm lộ thêm phần nóng lên trước đây bị che khuất.

Một ví dụ đang được nghiên cứu: từ ngày 1/1/2020, Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) giới hạn hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu tàu biển từ 3,5% xuống 0,5%. Lượng sulfate trên các tuyến hàng hải giảm mạnh, vệt tàu trên ảnh vệ tinh thưa hẳn. Nhiều nhóm khoa học đã công bố ước tính về việc thay đổi này góp phần bao nhiêu vào nhiệt độ cao bất thường những năm 2023–2024; các con số còn khác nhau và đang được tranh luận.

Ở chiều ngược lại, ở độ cao tầng bình lưu, sol khí sulfate từ những vụ núi lửa lớn có thể tồn tại một đến hai năm, đủ làm mát cả hành tinh. Vụ Pinatubo (Philippines) tháng 6/1991 làm nhiệt độ toàn cầu giảm khoảng 0,5 °C trong khoảng một đến hai năm sau đó.

Sol khí, mưa và gió mùa

Sol khí không chỉ ảnh hưởng nhiệt độ mà còn tác động đến mưa. Vì làm mát bề mặt và thay đổi chênh lệch nhiệt giữa đất liền và biển, sol khí có thể làm yếu hoàn lưu gió mùa. Nhiều nghiên cứu liên hệ lượng sol khí cao ở Bắc bán cầu trong nửa cuối thế kỷ 20 với hạn hán kéo dài ở vùng Sahel châu Phi thập niên 1970–1980. Tác động của sol khí lên gió mùa châu Á cũng là đề tài nghiên cứu sôi nổi, kết quả còn chưa thống nhất.

Góc nhìn hôm nay

Muốn nhìn tận mắt sol khí trên toàn cầu, trang NASA Worldview cho phép xem bản đồ độ dày quang học sol khí (aerosol optical depth) từ vệ tinh gần như hằng ngày: thấy rõ bụi Sahara bay qua Đại Tây Dương, khói cháy rừng, khói mù vùng đồng bằng. Mạng AERONET của NASA có hàng trăm trạm đo sol khí mặt đất trên thế giới, dữ liệu mở.

Ở góc sức khoẻ, sol khí chính là bụi mịn. Khi chất lượng không khí xấu, nên theo khuyến cáo của Bộ Y tế và cơ quan môi trường địa phương về việc hạn chế hoạt động ngoài trời.