Thứ Bảy, 4 tháng 5, 2013

Vai trò của khí nhà kính trong khí quyển của chúng ta là gì?

Theo tính toán nếu trong khí quyển không tồn tại khí nhà kính (KNK) thì nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất sẽ là âm (-) 18 độ C. Sẽ rất khó để tồn tại sự sống trên trái đất như hiện nay



Nhiệt độ trên bề mặt trái đất được tạo nên do sự cân bằng giữa năng lượng đến bề mặt trái đất từ mặt trời và năng lượng bức xạ của trái đất vào không gian. Năng lượng mặt trời chủ yếu là từ các tia sóng ngắn dễ dàng xuyên qua khí quyển đi xuống bề mặt trái đất. Trong khi đó, bức xạ ngược lại khí quyển của trái đất có bước sóng dài, có năng lượng thấp và bị một số chất khí trong khí quyển giữ lại. Các khí trong khí quyển hấp thụ bức xạ sóng dài trong khí quyển là khí CO2, hơi nước, khí mêtan, khí CFC, bụi v.v. Làm cho nhiệt độ trung bình của bề mặt trái đất theo đo đạc thực tế là khoảng +15oC. Vậy làm thế nào để tính nhiệt độ bề mặt trái đất và chứng minh tồn tại KNK trong khí quyển sẽ làm nhiệt độ tăng?

Để trả lời câu hỏi trên, chúng ta tiến hành tính toán nhiệt độ trung bình của bề mặt trái đất khi không tồn tại KNK trong khí quyển như sau:

- Theo định luật thứ I nhiệt động lực học (Định luật bảo toàn năng lượng): Theo đó thì năng lượng (hoặc đại lượng tương đương của nó là khối lượng tương đối tính) không thể tự nhiên sinh ra hoặc mất đi. Trong toàn vũ trụ, tổng năng lượng không đổi, nó chỉ có thể chuyển từ hệ này sang hệ khác. Người ta không thể "tạo ra" năng lượng, người ta chỉ "chuyển dạng" năng lượng mà thôi. Tức là Ehấp thụ bằng Ephát xạ (năng lượng trái đất phát xạ): dQ=dU  (1)

- Theo định luật bức xạ Stefan- Boltzmann: Bức xạ của 1 vật đen thì phụ thuộc vào nhiệt độ vật đen bức xạ EE = σTe4 (2),với mục tiêu là cân bằng nhiệt trên trái đất.

trong đó σ = 5.67 x 10-8 W m-2 K-4

              Te: là nhiệt độ bề mặt trái đất

Năng lượng hấp thụ (3):  




trong đó: S0 hằng số mặt trời:1.267 W/m2

                αalbedo của trái đất (0.3)

Theo phương trình (1) Ehấp thụ bằng Ephát xạ nghĩa là EE = EA, nghĩa là phương trình (2) = phương trình (3). Sau đó rút tham số Te ra, ta được phương trình (4) sau đây :

                    


(4) 


 

Theo tính toán thì nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất là âm (-) 18oC. Tuy nhiên theo đo đạc thực tế thì nhiệt độ trung bình bề mặt trái đất là 15oC. Vậy tại sao có sự khác biệt giữa lý thuyết và thực tế này?

Có thể giải thích sự khác nhau 33oC là do hiệu ứng nhà kính (nghĩa là tồn tại KNK trong khí quyển). Vì theo lý thuyết tính toán thì chúng ta không tính đến có sự tồn tại KNK trong khí quyển. Vậy KNK có lợi hay có hại cho sự sống của chúng ta?

 

Theo phân tích ở trên có thể nói KNK không phải là khí hoàn toàn có hại cho chúng ta, chúng giúp duy trì sự sống trên trái đất. Tuy nhiên câu hỏi đặt ra ở đây là với nồng độ KNK bao nhiêu thì sẽ có lợi cho sự sống của chúng ta? Nồng độ KNK bao nhiêu thì sẽ có hại cho hành tinh chúng ta? Và nếu nồng độ KNK trong khí quyển tăng lên thì sẽ gây nên hiện tượng gì?

Để trả lời các câu hỏi trên, xin mời quý độc giả theo dõi bài kế tiếp của chuyên mục này.

0 nhận xét:

Đăng nhận xét