Bụi trong khí quyển đóng vai trò kép trong hệ thống khí hậu Trái Đất: vừa phản xạ một phần ánh sáng Mặt Trời trở lại không gian, vừa hấp thụ và giữ lại nhiệt giống như một lớp chăn cách nhiệt. Tuy vậy, dù bụi có xu hướng làm mát hành tinh về tổng thể, câu chuyện không chỉ dừng lại ở đó. Nghiên cứu mới từ UCLA cho thấy hiệu ứng giữ nhiệt của bụi sa mạc lơ lửng trong khí quyển mạnh gấp khoảng hai lần so với những gì từng được tin trước đây.

Mặc dù các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng các mô hình khí hậu hiện tại vẫn hoạt động tốt, phát hiện mới sẽ giúp tăng độ chính xác hơn nữa. Việc cập nhật các mô hình khí hậu và thời tiết để phản ánh đúng hơn khả năng giữ nhiệt của bụi có thể cải thiện cả dự báo thời tiết ngắn hạn lẫn dự báo khí hậu dài hạn, theo trưởng nhóm nghiên cứu Jasper Kok, nhà khoa học khí quyển tại UCLA.

Dựa trên dữ liệu từ vệ tinh, các phép đo trên máy bay và các mô phỏng khí hậu mới kết hợp với dữ liệu khí tượng về nhiệt độ, nhóm nghiên cứu do UCLA dẫn đầu đã xây dựng một ước tính toàn cầu, được công bố trên tạp chí Nature Communications. Họ phát hiện rằng hiệu ứng giữ nhiệt của bụi tương đương khoảng 10% hiệu ứng làm ấm của khí carbon dioxide do con người thải ra — một trong những khí nhà kính gây biến đổi khí hậu — trong khi phần lớn các mô hình khí hậu trước đây chỉ ước tính khoảng 5%.

“Việc cải thiện cách các mô hình thể hiện sự nóng lên do bụi gây ra có thể giúp nâng cao cả dự báo thời tiết và dự báo khí hậu,” Kok cho biết. “Những khu vực có nhiều bụi sẽ ấm hơn một chút, dẫn đến nhiệt độ bề mặt cao hơn và quá trình bay hơi nhanh hơn. Điều này có thể làm thay đổi chuyển động khí quyển và dịch chuyển vị trí cũng như thời điểm xảy ra mưa — ví dụ, làm giảm lượng mưa ở một số khu vực nhưng lại tăng ở nơi khác. Những tác động này dự kiến mạnh nhất ở các vùng nằm theo hướng gió từ các sa mạc lớn như Sahara, Trung Đông và Đông Á.”

Tùy thuộc vào kích thước, độ cao, nồng độ và các yếu tố khác, bụi trong khí quyển có thể gây hiệu ứng làm mát bằng cách phản xạ ánh sáng Mặt Trời ra không gian hoặc gây hiệu ứng làm ấm bằng cách hấp thụ và tán xạ bức xạ nhiệt quay trở lại Trái Đất. Nghiên cứu trước đây của Kok cho thấy hai hiệu ứng đối lập này kết hợp lại tạo ra một tác động làm mát nhẹ, giúp làm chậm nhưng không ngăn được tốc độ nóng lên toàn cầu. Nghiên cứu mới của nhóm cho thấy một phần hiệu ứng làm mát này thực chất đang “bù trừ” cho một hiệu ứng làm nóng còn mạnh hơn mà các mô hình trước đây chưa nhận ra đầy đủ.

“Bụi trong khí quyển giữ lại khoảng một phần tư watt nhiệt trên mỗi mét vuông bằng cách hấp thụ và tán xạ bức xạ nhiệt do Trái Đất phát ra, tương đương khoảng một phần mười hiệu ứng làm ấm do khí CO₂ từ mọi hoạt động của con người tạo ra,” Kok nói. “Các mô hình khí hậu hiện nay đánh giá thấp hiệu ứng làm nóng của bụi khoảng một nửa. Tuy vậy, chúng vẫn hiệu quả và hữu ích — và phát hiện này sẽ giúp chúng chính xác hơn nữa.”

Lượng bụi khí quyển đã tăng trong thế kỷ 20 và đạt đỉnh vào những năm 1980 vì những nguyên nhân mà các nhà khoa học vẫn đang tìm hiểu. Mặc dù lượng bụi đã giảm kể từ thập niên 1980, nó vẫn cao hơn so với thời kỳ tiền công nghiệp. Phần lớn bụi hiện nay đến từ các sa mạc như Sahara và Gobi, cũng như từ các lòng hồ bị khô cạn do con người chuyển hướng nguồn nước phục vụ nông nghiệp và các nhu cầu khác, như tại Salton Sea, Owens Valley và Great Salt Lake.

“Các mô hình khí hậu có xu hướng hơi ‘bảo thủ’ vì thường bỏ qua cách bụi tán xạ bức xạ nhiệt từ bề mặt Trái Đất và khí quyển quay trở lại phía dưới,” Kok cho biết. “Nghiên cứu trước của chúng tôi cũng chỉ ra rằng các mô hình đánh giá thấp lượng hạt bụi rất lớn trong khí quyển — loại đặc biệt hiệu quả trong việc giữ nhiệt. Có khoảng 20 triệu tấn bụi thô rất lớn trong bầu khí quyển, tương đương khối lượng của khoảng 4 triệu con voi châu Phi, nhưng các mô hình chỉ tính đến khoảng một phần tư con số này.”

Các nhà khoa học đã kết hợp nhiều nguồn dữ liệu để đi đến kết luận. Họ sử dụng quan sát vệ tinh để đo lượng bụi trong khí quyển và ảnh hưởng của nó đến bức xạ nhiệt phát ra từ Trái Đất. Các phép đo từ máy bay cung cấp thông tin về kích thước hạt bụi. Các mô phỏng khí hậu cho thấy sự phân bố không gian của bụi, trong khi dữ liệu khí tượng mô tả cấu trúc nhiệt độ của khí quyển.