Ảnh minh họa một cột khói khổng lồ bốc lên từ mặt đất; một thung lũng rộng lớn đang bốc cháy; và hình ảnh vệ tinh về một cột khói khổng lồ bốc lên từ đại dương.

Núi lửa và cháy rừng có thể phun hàng triệu tấn khí và các hạt bụi vào không khí, ảnh hưởng đến nhiệt độ trên phạm vi toàn cầu. Các nhà khoa học tại MIT hiện đã tìm ra cách để giảm thiểu nhiễu loạn và xác định tín hiệu cụ thể của các vụ cháy rừng và phun trào núi lửa, bao gồm cả ảnh hưởng của chúng đến nhiệt độ khí quyển toàn cầu của Trái đất.

Trong một nghiên cứu được công bố tuần này trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences, các nhà nghiên cứu báo cáo rằng, họ đã phát hiện ra những thay đổi có ý nghĩa thống kê về nhiệt độ khí quyển toàn cầu do ba sự kiện tự nhiên lớn gây ra: vụ phun trào núi Pinatubo năm 1991, các vụ cháy rừng ở Úc năm 2019-2020 và vụ phun trào núi lửa dưới nước Hunga Tonga ở Nam Thái Bình Dương năm 2022.

Mặc dù chi tiết của mỗi sự kiện khác nhau, nhưng cả ba sự kiện đều dường như ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ ở tầng bình lưu. Tầng bình lưu nằm phía trên tầng đối lưu, là lớp thấp nhất của khí quyển, gần mặt đất nhất, nơi hiện tượng nóng lên toàn cầu đã tăng tốc trong những năm gần đây. Trong nghiên cứu mới, núi lửa Pinatubo cho thấy mô hình kinh điển về sự nóng lên của tầng bình lưu đi kèm với sự lạnh đi của tầng đối lưu. Các vụ cháy rừng ở Úc và vụ phun trào núi lửa Hunga Tonga cũng cho thấy sự nóng lên hoặc lạnh đi đáng kể ở tầng bình lưu, nhưng chúng không tạo ra tín hiệu mạnh mẽ, có thể phát hiện được trên toàn cầu ở tầng đối lưu trong hai năm đầu tiên sau mỗi sự kiện. Hiểu biết mới này sẽ giúp các nhà khoa học xác định rõ hơn tác động của khí thải do con người gây ra đối với sự thay đổi nhiệt độ toàn cầu.

“Hiểu được phản ứng của khí hậu đối với các tác động tự nhiên là điều cần thiết để chúng ta có thể giải thích sự biến đổi khí hậu do con người gây ra,” tác giả nghiên cứu Yaowei Li, cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ và hiện là nhà khoa học thỉnh giảng tại Khoa Khoa học Trái đất, Khí quyển và Hành tinh (EAPS) của MIT, cho biết. “Không giống như hiện tượng làm mát tầng đối lưu và bề mặt toàn cầu do núi lửa Pinatubo gây ra, kết quả nghiên cứu của chúng tôi cũng chỉ ra rằng các vụ cháy rừng ở Úc và vụ phun trào núi lửa Hunga Tonga có thể không đóng vai trò trong việc đẩy nhanh sự nóng lên bề mặt toàn cầu trong những năm gần đây. Vì vậy, chắc chắn phải có những yếu tố khác.”

Những sự kiện phi thường

Những năm gần đây liên tiếp lập kỷ lục về nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu. Mới đây, Tổ chức Khí tượng Thế giới đã xác nhận, các năm từ 2023 đến 2025 là ba năm nóng nhất từng được ghi nhận và 11 năm qua là 11 năm nóng nhất từ ​​trước đến nay. Thế giới đang ấm lên, chủ yếu là do các hoạt động của con người đã thải ra một lượng lớn khí nhà kính vào khí quyển trong nhiều thế kỷ.

Ngoài khí nhà kính, bầu khí quyển còn phải hứng chịu nhiều loại khí thải quy mô lớn khác, bao gồm khí lưu huỳnh và hơi nước từ các vụ phun trào núi lửa và các hạt khói từ cháy rừng. Li và các đồng nghiệp của ông đã tự hỏi liệu những sự kiện tự nhiên như vậy có thể tác động toàn cầu đến nhiệt độ hay không, và liệu tác động đó có thể phát hiện được hay không.

“Những sự kiện này rất đặc biệt và độc đáo về mặt các loại vật chất khác nhau mà chúng đưa vào các độ cao khác nhau,” Li nói. “Vì vậy, chúng tôi đặt câu hỏi: Liệu những sự kiện này có thực sự làm thay đổi nhiệt độ toàn cầu đến mức có thể phân biệt được với nhiễu loạn khí tượng tự nhiên hay không, và liệu chúng có thể góp phần vào một số hiện tượng ấm lên bề mặt toàn cầu bất thường mà chúng ta đã thấy trong vài năm qua?”

Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm các dấu hiệu về sự thay đổi nhiệt độ toàn cầu do ba sự kiện tự nhiên quy mô lớn gây ra. Vụ phun trào núi lửa Pinatubo đã tạo ra khoảng 20 triệu tấn sol khí núi lửa trong tầng bình lưu, đây là khối lượng lớn nhất từng được ghi nhận bởi các thiết bị vệ tinh hiện đại. Các vụ cháy rừng ở Úc đã đưa khoảng 1 triệu tấn hạt khói vào tầng đối lưu trên và tầng bình lưu. Và vụ phun trào núi lửa Hunga Tonga đã tạo ra vụ nổ khí quyển lớn nhất từng được ghi nhận bằng vệ tinh, phóng gần 150 triệu tấn hơi nước vào tầng bình lưu.

Nhóm nghiên cứu lập luận rằng, nếu bất kỳ hiện tượng tự nhiên nào có thể làm thay đổi nhiệt độ toàn cầu một cách đáng kể, thì đó có thể là một trong ba hiện tượng này.

Tín hiệu tự nhiên

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng núi lửa Pinatubo đã làm giảm nhiệt độ tầng đối lưu toàn cầu lên đến khoảng 0,7 độ C, trong hơn hai năm sau vụ phun trào. Các hạt sol khí sunfat núi lửa về cơ bản hoạt động như nhiều tấm phản xạ nhỏ, làm mát tầng đối lưu và bề mặt bằng cách tán xạ ánh sáng mặt trời trở lại không gian. Đồng thời, các hạt sol khí này, vẫn còn ở tầng bình lưu, cũng hấp thụ nhiệt lượng phát ra từ bề mặt, làm ấm tầng bình lưu.

Đối với các vụ cháy rừng ở Úc, họ phát hiện ra rằng các hạt khói đã làm cho tầng bình lưu toàn cầu ấm lên đến khoảng 0,77 độ C, kéo dài khoảng năm tháng nhưng không tạo ra tín hiệu rõ ràng nào ở tầng đối lưu toàn cầu.

“Cuối cùng, chúng tôi phát hiện ra rằng khói từ các vụ cháy rừng gây ra hiện tượng ấm lên rất mạnh ở tầng bình lưu, bởi vì các chất này có thành phần hóa học rất khác so với sunfat,” Li giải thích. “Chúng là các hạt có màu tối, nghĩa là chúng hấp thụ bức xạ mặt trời rất hiệu quả. Vì vậy, một lượng tương đối nhỏ các hạt khói cũng có thể gây ra hiện tượng ấm lên đáng kể.”

Trong trường hợp của núi lửa Hunga Tonga, vụ phun trào dưới nước đã gây ra hiệu ứng làm mát toàn cầu ở tầng bình lưu giữa và trên, lên đến khoảng nửa độ C, kéo dài trong vài năm.

Các vụ cháy rừng ở Úc và Hunga Tonga thực sự gây ảnh hưởng mạnh mẽ ở tầng bình lưu, và nghiên cứu này lần đầu tiên cho thấy cách định lượng mức độ ảnh hưởng đó mạnh đến mức nào. Nhưng vấn đề đang được tranh luận là tại sao vài năm gần đây, nhiệt độ ở tầng thấp hơn là tầng đối lưu, lại ấm lên đến vậy. Nếu loại trừ các hiện tượng tự nhiên, sẽ thấy rõ hơn sự ảnh hưởng của con người.”