Năm 2023, nồng độ carbon dioxide trung bình toàn cầu trong khí quyển đạt mức kỷ lục mới: 419.3 phần triệu (ppm). Số liệu này được công bố trong báo cáo thường niên của Phòng Thí Nghiệm Giám Sát Toàn Cầu NOAA. Đáng lo ngại hơn, mức tăng giữa năm 2022 và 2023 là 2.8 ppm, đánh dấu năm thứ 12 liên tiếp nồng độ CO2 trong khí quyển tăng hơn 2 ppm. Tại Đài Quan Sát Mauna Loa ở Hawaii, nơi ghi nhận dữ liệu CO2 hiện đại bắt đầu từ năm 1958, nồng độ CO2 trung bình năm 2023 là 421.08 ppm.
Nguồn gốc của các phép đo carbon dioxide trong khí quyển hiện đại bắt đầu tại Đài Quan Sát Mauna Loa ở Hawaii. Biểu đồ này thể hiện nồng độ carbon dioxide trung bình hàng tháng kể từ năm 1958, đo bằng phần triệu (ppm). Chu kỳ theo mùa với đỉnh và đáy (các đỉnh và thung lũng nhỏ) được thúc đẩy bởi sự phát triển của thảm thực vật vào mùa hè ở Bắc Bán Cầu, làm giảm nồng độ carbon dioxide trong khí quyển, và sự phân hủy vào mùa đông, làm tăng nồng độ này. Xu hướng dài hạn của việc tăng nồng độ carbon dioxide được thúc đẩy bởi các hoạt động của con người. Tại Mauna Loa, giá trị hàng tháng cao nhất mỗi năm xảy ra vào tháng Năm. Vào tháng 5 năm 2023, carbon dioxide đạt mức 424 ppm—một kỷ lục mới. Ảnh của NOAA Climate.gov, dựa trên dữ liệu trung bình hàng tháng từ Phòng Thí Nghiệm Giám Sát Toàn Cầu NOAA.
Nồng độ carbon dioxide tăng chủ yếu do việc đốt nhiên liệu hóa thạch để tạo ra năng lượng. Các nhiên liệu hóa thạch như than đá và dầu mỏ chứa carbon mà thực vật đã hấp thụ từ khí quyển thông qua quá trình quang hợp trong hàng triệu năm. Giờ đây, chúng ta đang trả lại lượng carbon đó vào khí quyển chỉ trong vài trăm năm. Từ giữa thế kỷ 20, lượng khí thải hàng năm từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch đã tăng lên qua mỗi thập kỷ, từ gần 11 tỷ tấn carbon dioxide mỗi năm vào những năm 1960 lên ước tính 36.6 tỷ tấn vào năm 2023, theo Global Carbon Budget 2023.
Các chuyên gia về chu trình carbon ước tính rằng các “bể chứa” tự nhiên – các quá trình loại bỏ carbon khỏi khí quyển – trên đất liền và trong đại dương đã hấp thụ khoảng một nửa lượng carbon dioxide mà chúng ta thải ra mỗi năm trong thập kỷ 2011-2020. Tuy nhiên, vì chúng ta đưa nhiều carbon dioxide vào khí quyển hơn mức mà các bể chứa tự nhiên có thể loại bỏ, tổng lượng carbon dioxide trong khí quyển tăng lên mỗi năm.
Khi càng lên cao trong khí quyển, sự mất cân bằng giữa lượng CO2 thải ra và lượng được hấp thụ càng trở nên rõ rệt. Trong những năm 1960, tốc độ tăng trưởng toàn cầu của carbon dioxide trong khí quyển là khoảng 0.8± 0.1 ppm mỗi năm. Trong nửa thế kỷ tiếp theo, tốc độ tăng trưởng hàng năm đã tăng gấp ba lần, đạt 2.4 ppm mỗi năm trong những năm 2010. Tốc độ tăng hàng năm của carbon dioxide trong khí quyển trong 60 năm qua nhanh hơn khoảng 100 lần so với mức tăng tự nhiên trước đây, chẳng hạn như những mức tăng xảy ra vào cuối kỷ băng hà cuối cùng cách đây 11,000-17,000 năm.
Biểu đồ cho thấy lượng carbon dioxide trong khí quyển (đường màu xanh lam) đã tăng cùng với lượng khí thải do con người gây ra (đường màu xám) kể từ khi bắt đầu cuộc Cách mạng Công nghiệp năm 1750. Lượng khí thải tăng chậm lên khoảng 5 gigaton – một gigaton tương đương một tỷ tấn – mỗi năm vào giữa thế kỷ 20 trước khi tăng vọt lên hơn 35 tỷ tấn mỗi năm vào cuối thế kỷ. Đồ thị NOAA Climate.gov, được điều chỉnh từ bản gốc của Tiến sĩ Howard Diamond (NOAA ARL). Dữ liệu CO2 trong khí quyển từ NOAA và ETHZ. Dữ liệu về lượng khí thải CO2 từ Our World in Data và Global Carbon Project.
Tại Sao Carbon Dioxide Lại Quan Trọng?
Carbon dioxide là khí nhà kính quan trọng nhất của Trái Đất: một loại khí hấp thụ và bức xạ nhiệt. Không giống như oxy hoặc nitơ (chiếm phần lớn khí quyển của chúng ta), khí nhà kính hấp thụ nhiệt bức xạ từ bề mặt Trái Đất và phát lại theo mọi hướng – kể cả trở lại bề mặt Trái Đất. Nếu không có carbon dioxide, hiệu ứng nhà kính tự nhiên của Trái Đất sẽ quá yếu để giữ nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu trên mức đóng băng. Bằng cách thêm nhiều carbon dioxide vào khí quyển, con người đang tăng cường hiệu ứng nhà kính tự nhiên, khiến nhiệt độ toàn cầu tăng lên. Theo quan sát của Phòng Thí Nghiệm Giám Sát Toàn Cầu NOAA, chỉ riêng carbon dioxide đã chịu trách nhiệm cho khoảng hai phần ba tổng ảnh hưởng làm nóng của tất cả các khí nhà kính do con người tạo ra vào năm 2021.
Một lý do khác khiến carbon dioxide quan trọng trong hệ thống Trái Đất là nó hòa tan vào đại dương giống như bọt trong lon soda. Nó phản ứng với các phân tử nước, tạo ra axit carbonic và làm giảm độ pH của đại dương (tăng độ axit). Kể từ khi bắt đầu cuộc Cách mạng Công nghiệp, độ pH của nước bề mặt đại dương đã giảm từ 8.21 xuống 8.10. Sự sụt giảm độ pH này được gọi là axit hóa đại dương. Hậu quả của việc này vô cùng nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái biển.
(Bên trái) Vỏ ốc biển khỏe mạnh có lớp vỏ trong suốt với các đường gân nhẵn. (Bên phải) Một lớp vỏ tiếp xúc với nước ăn mòn và có tính axit cao trở nên đục, thô ráp và có nhiều “nút thắt” và điểm yếu. Ảnh của Nina Bednarsek, NOAA PMEL.
Carbon Dioxide Trong Quá Khứ và Tương Lai
Sự gia tăng tự nhiên của nồng độ carbon dioxide đã định kỳ làm ấm nhiệt độ Trái Đất trong các chu kỳ kỷ băng hà trong hơn một triệu năm qua. Các giai đoạn ấm áp (gian băng) bắt đầu với sự gia tăng nhỏ về ánh sáng mặt trời chiếu vào Bắc Bán Cầu do sự thay đổi trong quỹ đạo của Trái Đất quanh Mặt Trời và trục quay của nó. (Để biết thêm chi tiết, hãy xem phần “Chu kỳ Milankovitch và kỷ băng hà” trong bài viết Biến đổi khí hậu: ánh sáng mặt trời chiếu vào của chúng tôi.) Lượng ánh sáng mặt trời tăng thêm một chút đó đã gây ra một chút ấm lên. Khi các đại dương ấm lên, chúng thải ra carbon dioxide – giống như một lon soda bị xì hơi trong cái nóng của một ngày hè. Lượng carbon dioxide tăng thêm trong khí quyển đã khuếch đại đáng kể sự ấm lên ban đầu do mặt trời gây ra.
Dựa trên các bong bóng khí bị mắc kẹt trong lõi băng dày hàng dặm và các bằng chứng cổ khí hậu khác, chúng ta biết rằng trong các chu kỳ kỷ băng hà của khoảng một triệu năm qua, carbon dioxide trong khí quyển chưa bao giờ vượt quá 300 ppm. Trước khi cuộc Cách mạng Công nghiệp bắt đầu vào giữa những năm 1700, carbon dioxide trong khí quyển là 280 ppm hoặc ít hơn.
Carbon dioxide (CO2) trong khí quyển tính bằng phần triệu (ppm) trong 800,000 năm qua dựa trên dữ liệu lõi băng (đường màu tím nhạt) so với nồng độ năm 2022 (chấm màu tím sáng). Các đỉnh và thung lũng trong đường biểu thị các kỷ băng hà (CO2 thấp) và các gian băng ấm hơn (CO2 cao hơn). Trong suốt thời gian đó, CO2 chưa bao giờ cao hơn 300 ppm (chấm màu tím nhạt, giữa 300,000 và 400,000 năm trước). Sự gia tăng trong 60 năm qua nhanh hơn 100 lần so với sự gia tăng tự nhiên trước đó. Trên thực tế, trên thang thời gian địa chất, sự gia tăng từ cuối kỷ băng hà cuối cùng đến hiện tại (đường màu tím nét đứt) trông gần như tức thời. Đồ thị của NOAA Climate.gov dựa trên dữ liệu từ Lüthi, et al., 2008, thông qua Chương trình Cổ khí hậu NCEI của NOAA.
Vào thời điểm các quan sát liên tục bắt đầu tại Đài Quan Sát Núi Lửa Mauna Loa năm 1958, carbon dioxide trong khí quyển toàn cầu đã là 315 ppm. Nồng độ carbon dioxide ngày nay cao hơn bất kỳ thời điểm nào trong lịch sử loài người. Trên thực tế, lần cuối cùng lượng carbon dioxide trong khí quyển cao như vậy là khoảng 3 triệu năm trước, trong Thời Kỳ Ấm Áp Giữa Pliocene, khi nhiệt độ bề mặt toàn cầu ấm hơn 2.5–4 độ C (4.5–7.2 độ F) so với thời kỳ tiền công nghiệp. Mực nước biển cao hơn ít nhất 16 feet so với năm 1900 và có thể cao hơn tới 82 feet.
Nếu nhu cầu năng lượng toàn cầu tiếp tục tăng nhanh và chúng ta đáp ứng nó chủ yếu bằng nhiên liệu hóa thạch, lượng khí thải carbon dioxide do con người tạo ra có thể đạt 75 tỷ tấn mỗi năm hoặc hơn vào cuối thế kỷ này. Carbon dioxide trong khí quyển có thể là 800 ppm trở lên – điều kiện chưa từng thấy trên Trái Đất trong gần 50 triệu năm. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giảm khí thải nhà kính để bảo vệ hành tinh của chúng ta.
Các kịch bản phát triển kinh tế xã hội có thể xảy ra trong tương lai đối với lượng khí thải carbon dioxide hàng năm (bên trái) và nồng độ carbon dioxide trong khí quyển tương ứng (bên phải) đến cuối thế kỷ. Một kịch bản phát triển kinh tế xã hội chung là một tập hợp các giả định nhất quán về tăng trưởng dân số trong tương lai, hoạt động kinh tế toàn cầu và khu vực và tiến bộ công nghệ. Các mô hình sử dụng các kịch bản này để dự đoán một loạt các lượng khí thải carbon dioxide có thể xảy ra trong tương lai; để đơn giản, hình ảnh chỉ hiển thị giá trị trung bình. Đồ họa NOAA Climate.gov được điều chỉnh từ hình TS.4 trong Báo cáo Đánh giá lần thứ sáu của IPCC Tóm tắt kỹ thuật.
Thông Tin Thêm Về Carbon Dioxide
Quan sát carbon dioxide của NOAA
Lượng khí thải carbon dioxide theo quốc gia theo thời gian
So sánh các khí nhà kính theo tiềm năng làm nóng lên toàn cầu của chúng
Tài Liệu Tham Khảo
Collins, M., R. Knutti, J. Arblaster, J.-L. Dufresne, T. Fichefet, P. Friedlingstein, X. Gao, W.J. Gutowski, T. Johns, G. Krinner, M. Shongwe, C. Tebaldi, A.J. Weaver và M. Wehner, 2013: Biến đổi khí hậu dài hạn: Dự báo, Cam kết và Không thể đảo ngược. Trong: Biến đổi khí hậu 2013: Cơ sở Khoa học Vật lý. Đóng góp của Nhóm Công tác I cho Báo cáo Đánh giá lần thứ năm của Ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex và P.M. Midgley (chủ biên.)]. Nhà xuất bản Đại học Cambridge, Cambridge, Vương quốc Anh và New York, NY, Hoa Kỳ.
Friedlingstein, P., O’Sullivan, M., Jones, M. W., Andrew, R. M., Gregor, L., Hauck, J., Le Quéré, C., Luijkx, I. T., Olsen, A., Peters, G. P., Peters, W., Pongratz, J., Schwingshackl, C., Sitch, S., Canadell, J. G., Ciais, P., Jackson, R. B., Alin, S. R., Alkama, R., … Zheng, B. (2022). Ngân sách Carbon Toàn cầu 2022. Dữ liệu Khoa học Hệ thống Trái Đất, 14(11), 4811–4900. https://doi.org/10.5194/essd-14-4811-2022
Lan, X., B. D. Hall, G. Dutton, J. Mühle, J. W. Elkins, và I. J. Vimont. (2022). Các khí nhà kính tồn tại lâu dài [trong Tình trạng Khí hậu năm 2021, Chương 2: Khí hậu Toàn cầu]. Bản tin của Hiệp hội Khí tượng Hoa Kỳ, 103 (8), S81-S84. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-22-0092.1.
Lüthi, D., M. Le Floch, B. Bereiter, T. Blunier, J.-M. Barnola, U. Siegenthaler, D. Raynaud, J. Jouzel, H. Fischer, K. Kawamura, và T.F. Stocker. (2008). Bản ghi nồng độ carbon dioxide độ phân giải cao 650,000-800,000 năm trước. Nature, Tập. 453, tr. 379-382. doi:10.1038/nature06949.
Woods Hole Oceanographic Institution. (2015). Giới thiệu về axit hóa đại dương. Truy cập ngày 4 tháng 10 năm 2017.
Lindsey, R. (2009). Khí hậu và ngân sách năng lượng của Trái Đất. Truy cập ngày 4 tháng 10 năm 2017.
