Tầng bình lưu bốc khói: cháy rừng ở Úc gây hại cho toàn bộ hành tinh

Mùa hè nóng năm 2019

Kể từ đầu thế kỷ 20, nhiệt độ không khí ở Úc đã tăng khoảng 1 độ C. Nhiệt độ ấm lên mạnh hơn chỉ ở Bắc Cực. Nhưng về nguyên tắc, đại lục phía nam, với đặc điểm khí hậu là nóng, hạn hán thường xảy ra ở đó, và cháy rừng hàng năm là điều thường xẩy ra.

Mô hình hóa tình hình cho thấy: khí hậu càng nóng, các đám cháy tự nhiên càng thường xuyên và mạnh hơn trên khắp thế giới. Úc nằm trong vùng nguy cơ. Thảm họa hiện nay xảy ra sau một năm nóng kỷ lục, với những đợt nắng nóng kéo dài, hạn hán và thiếu mưa.

Lần này tình hình tồi tệ hơn nhiều so với năm 2009, khi không khí ở Melbourne nóng lên tới 46,4 độ. Ngày Chủ nhật đó - ngày 7 tháng 2 (ở bán cầu nam vào thời điểm đó mùa hè) - được gọi là “chủ nhật đen”: thành phố bao phủ trong làn khói dày đặc.

Hỏa hoạn hiện nay đã phá hủy hàng trăm hộ gia đình, phá hủy toàn bộ quần thể động vật hoang dã, gấu túi mất một phần môi trường sống nguyên thủy, có thương vong về người. Thiệt hại kinh tế từ thảm họa là rất lớn, đặc biệt  nếu tính đến ảnh hưởng gián tiếp đối với sức khỏe con người và môi trường.

Như các nhà khoa học tại Đại học Monash ở Melbourne đã viết, trong các vụ cháy rừng, gia tăng nguy cơ khiến các bệnh về phổi, hen suyễn và nhiễm trùng đường hô hấp thêm trầm trọng. Có thể có mối liên quan với sự gia tăng số lượng bệnh tim mạch và mắt, rối loạn tâm thần và các biến chứng khi sinh con. Mối nguy hiểm trực tiếp đến từ việc hít phải các hạt bồ hóng siêu mịn có kích thước 2,5 và 10 micromet,  trong khi vẫn chưa thiết lập được việc bảo vệ hiệu quả chống lại những điều đó.

Tầng bình lưu bị hun nóng lên

Không khí từ tầng khí quyển thấp hơn không xâm nhập vào tầng bình lưu do tầng đối lưu, nơi tthang nhiệt độ quá dốc. Chỉ trong những lần núi lửa phun trào mạnh, cột tro mới có thể vượt qua rào chắn và chạm tới tầng thấp hơn của tầng bình lưu ở độ cao từ 11 đến 25 km. Ở đó, hạt bụi được trộn lẫn vào nhau và lan rộng trên toàn cầu.

Trong một thời gian dài, người ta tin rằng bồ hóng từ các vụ cháy rừng không vượt qua vùng nhiệt đới và lưu thông ở nơi nào đó thấp, gần nguồn phát thải. Vào cuối thế kỷ 20, đủ các sự kiện tích lũy để bác bỏ quan điểm này. Một trong số đó là vụ cháy ở Úc năm 2009.

Các nhà khoa học từ Đại học La Trobe (Melbourne), khi  phân tích dữ liệu của vệ tinh Thụy Điển "Odin", đã cho thấy cột khói  tăng lên độ cao 17-19 km mỗi tuần sau khi bắt đầu đám cháy. Các sản phẩm đốt cháy lưu thông trên khắp hành tinh ở vĩ độ của vùng nhiệt đới trong sáu tuần.

Các nhà khoa học giải thích hiện tượng này bằng thực tế  cháy rừng là  nguồn gốc ngọn lửa mở, từ đó, giống như từ lò lửa,  khối khói khổng lồ bốc lên. Ở đó, nó nguội đi và, thậm chí còn bốc lên cao hơn, tạo thành đám mây -  được gọi là pyrocumulation (PyroCb). Nó tiếp tục tăng độ cao do dòng chảy đối lưu bên trong và biến thành mây  mang tia sét. Trong khi đó, mưa có thể không  xuất hiện, còn tia chớp gây ra những đám cháy mới.

Các đám mây hình chóp đặc biệt mạnh mẽ có thể xâm nhập vào tầng bình lưu và tỏa ra khắp bán cầu. Ví dụ, các nhà khoa học từ Tomsk đã phát hiện ở Siberia dấu vết của các vụ cháy rừng hoành hành ở Canada vào tháng 6 năm 1991. Trong đó, họ đã được giúp đỡ bởi dữ liệu từ các máy bay - thiết bị laser phân tích thành phần của không khí. Kỳ lạ là những đám mây muội từ những đám cháy này đã đạt đến tầng bình lưu của châu Âu thậm chí còn sớm hơn cả khí dung từ vụ phun trào núi lửa Pinatubo ở Philippines. Đáng nói là  cột phun trào của nó (cột vật liệu pyroclastic) đạt  đến 21 km.

Năm 2002,nhóm tác giả của bài báo viết, ở Hoa Kỳ, đã quan sát thấy  17 đám mây hình thành từ các đám cháy, một số trong đó đạt đến tầng bình lưu thấp hơn.

Di sản của chiến tranh hạt nhân

Các đám mây hình thành đưa vào mô hình hóa khí hậu trái đất một yếu tố không rõ ràng. Về vấn đề này, các nhà khoa học từ Hoa Kỳ đề nghị dùng mô phỏng máy tính được thiết kế để mô tả chiến tranh hạt nhân.

Để làm ví dụ, họ đã lấy những vụ cháy rừng vào ngày 12 tháng 8 năm 2017 tại Bắc Mỹ. Theo dữ liệu vệ tinh, vào ngày này,  cột khói đã tăng 12 km và trong một vài tuần, lớp khí dung của các sản phẩm đốt cháy được phát hiện đã ở độ cao 23 km. Trong những tháng tiếp theo, khói lan khắp Bắc bán cầu trong tầng bình lưu.

Muội khói bao gồm carbon hữu cơ và đen - dư lượng đốt cháy sinh khối không hoàn toàn. Những hạt này có khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời và làm nóng không khí. Càng nhiều carbon đen trong đám mây, nó càng bốc lên cao và nhanh hơn, nó bị loại bỏ khỏi tầng bình lưu chậm hơn.

Mô hình hóa các vụ cháy thành phố do vụ nổ hạt nhân cho thấy carbon đen làm nóng không khí, mang theo một lượng lớn hơi nước và phá hủy tầng ozone trong tầng bình lưu. Cháy rừng nghiêm trọng dường như kích hoạt cơ chế tương tự. Trong mọi trường hợp, vào tháng 8 năm 2017, đã phát hiện sự bất thường của ozone và hơi nước trong tầng bình lưu. Các nhà khoa học cho rằng điều này liên quan đến cháy rừng.

Không  loại trừ muội than từ các vụ cháy rừng, tồn tại trong tầng bình lưu trong vòng 8 tháng trở lên, ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu. Một mặt, nó có thể làm mát không khí bằng cách tán xạ bức xạ mặt trời, giống như kết quả của các vụ phun trào núi lửa. Mặt khác, một lượng lớn CO2 - khí nhà kính mạnh nhất - xâm nhập vào khí quyển. Tất nhiên, nó đi vào chu trình carbon tự nhiên trên hành tinh và  theo thời gian sẽ được hấp thụ bởi sinh khối mà nó mang theo. Tuy nhiên, có những dấu hiệu cho thấy sự cân bằng tự nhiên này có thể bị lung lay, và quá nhiều số lượng vụ cháy, hạn hán và thiếu mưa trên toàn thế giới sẽ khiến các khu rừng không phát triển nhanh như trước. Và sự dư thừa khí nhà kính trong khí quyển khiến không khí nóng lên nhiều hơn.