Đại dương giữ phần lớn lượng nhiệt dư mà Trái Đất tích thêm do khí nhà kính: theo IPCC AR6, khoảng 91% năng lượng tăng thêm trong hệ thống khí hậu giai đoạn 1971–2018 đã đi vào đại dương, chỉ khoảng 1% làm nóng khí quyển. Nước có nhiệt dung rất lớn, nên biển hấp thụ khối nhiệt khổng lồ mà nhiệt độ chỉ nhích lên từ từ. Nhờ vậy không khí ấm lên chậm hơn, nhưng nhiệt ấy không biến mất: nó làm nước biển giãn nở, nuôi sóng nhiệt biển, làm tan băng từ bên dưới và sẽ còn ảnh hưởng tới khí hậu trong nhiều thế kỷ.
Nhiệt dư đi đâu: bức tranh năng lượng của Trái Đất
Trái Đất nhận năng lượng từ Mặt Trời và toả nhiệt ra vũ trụ. Khi khí nhà kính tăng, một phần nhiệt lẽ ra thoát đi bị giữ lại. Chênh lệch giữa năng lượng vào và ra gọi là mất cân bằng năng lượng. Theo IPCC AR6, mức mất cân bằng trung bình khoảng 0,57 W/m² giai đoạn 1971–2018 và tăng lên khoảng 0,79 W/m² giai đoạn 2006–2018. Nghe nhỏ, nhưng nhân với toàn bộ bề mặt Trái Đất và cộng dồn theo năm, đó là lượng năng lượng khổng lồ.
| Nơi nhận nhiệt dư | Tỷ lệ (1971–2018, theo IPCC AR6) |
|---|---|
| Đại dương | khoảng 91% |
| Đất liền (làm ấm đất đá) | khoảng 5% |
| Băng (làm tan băng biển, sông băng, khối băng) | khoảng 3% |
| Khí quyển | khoảng 1% |
Tổng lượng nhiệt hệ thống khí hậu tích thêm giai đoạn này, theo IPCC, vào khoảng 400 zettajoule (một zettajoule là 10²¹ jun). Ý nghĩa thực tế của bảng trên: nếu chỉ nhìn nhiệt độ không khí, ta đang nhìn một phần rất nhỏ của câu chuyện. Nhiệt độ đại dương mới là "nhiệt kế" chính của biến đổi khí hậu.
Vì sao nước giữ nhiệt giỏi như vậy
Cần nhiều năng lượng để làm nóng nước hơn làm nóng không khí hay đất đá. Mỗi kilogam nước cần khoảng 4.000 jun để tăng 1 °C, gấp khoảng bốn lần không khí. Cộng với khối lượng nước đại dương lớn gấp vài trăm lần khí quyển, tổng nhiệt dung của đại dương lớn hơn khí quyển khoảng một nghìn lần.
Một phép tính hay được nhắc: chỉ khoảng 3–4 m nước trên cùng của đại dương đã có nhiệt dung tương đương toàn bộ bầu khí quyển. Trong khi đó đại dương sâu trung bình gần 4 km.
Ví dụ gần gũi: mùa ở ven biển
Ai sống gần biển đều thấy khí hậu ven biển ôn hoà hơn trong đất liền: mùa hè bớt gắt, mùa đông bớt rét, ngày đêm chênh nhau ít. Nước biển cũng ấm nhất vào cuối mùa hè, chậm hơn đỉnh nắng của không khí vài tuần. Đó là cùng một tính chất: biển hấp thụ nhiệt chậm và nhả nhiệt chậm. Ở quy mô hành tinh, tính chất ấy khiến đại dương trở thành "bộ giảm xóc" của khí hậu.
Nhiệt đi xuống sâu thế nào
Nhiệt vào đại dương ở mặt nước. Muốn xuống sâu, nó phải theo các dòng chảy và quá trình trộn:
- Gió và sóng khuấy lớp mặt sâu vài chục tới hơn một trăm mét, gọi là lớp xáo trộn.
- Nước chìm ở vĩ độ cao mang nhiệt và khí xuống tầng trung gian và tầng sâu, đặc biệt ở Nam Đại Dương quanh Nam Cực và Bắc Đại Tây Dương.
- Các xoáy nước cỡ hàng chục tới hàng trăm km đưa nhiệt đi ngang và đi xuống.
Theo IPCC, lớp 0–700 m đã ấm lên rõ rệt từ thập niên 1970, gần như chắc chắn do con người. Lớp 700–2.000 m cũng ấm lên, và có bằng chứng tầng sâu dưới 2.000 m đang ấm lên ở một số vùng, nhất là Nam Đại Dương. Nam Đại Dương nhận một phần rất lớn nhiệt dư của toàn cầu so với diện tích của nó.
Đo nhiệt đại dương: từ xô nước tới phao tự động
| Thời kỳ | Cách đo chính | Hạn chế |
|---|---|---|
| Thế kỷ 19 – giữa thế kỷ 20 | Thả xô kéo nước lên tàu đo nhiệt kế; chai lấy mẫu nước sâu | Chủ yếu nước mặt, dọc tuyến hàng hải |
| Từ thập niên 1960 | Đầu dò thả rơi XBT (bathythermograph) từ tàu đang chạy | Chỉ xuống vài trăm mét; sai số tốc độ rơi phải hiệu chỉnh |
| Từ thập niên 1980 | Vệ tinh đo nhiệt độ mặt biển liên tục toàn cầu | Chỉ thấy lớp da mỏng trên cùng |
| Từ đầu thập niên 2000 | Mạng phao Argo tự lặn tới 2.000 m | Chưa phủ vùng băng, biển rìa và dưới 2.000 m (đang mở rộng) |
Năm 2007–2008, các nhà nghiên cứu phát hiện số liệu XBT có sai số hệ thống do công thức tính độ sâu theo tốc độ rơi chưa chuẩn. Sau khi hiệu chỉnh, đường cong nhiệt lượng đại dương trở nên mượt hơn và khớp hơn với các nguồn khác. Đây là ví dụ cho thấy khoa học khí hậu tự soát lỗi thế nào. Chuyện mạng phao Argo có bài riêng trong cùng danh mục này.
Các nhóm nghiên cứu quốc tế công bố bảng tổng kết nhiệt lượng đại dương hằng năm. Theo các bản tổng kết đầu những năm 2020, nhiệt lượng tầng 0–2.000 m liên tục lập kỷ lục mới gần như mỗi năm.
Đại dương "che giấu" bớt sự ấm lên
Giai đoạn khoảng 1998–2012, nhiệt độ không khí bề mặt toàn cầu tăng chậm hơn các thập kỷ trước, có người gọi là "khoảng ngưng ấm lên". Các nghiên cứu sau đó cho thấy hệ thống khí hậu vẫn tích nhiệt đều đặn; một phần lớn nhiệt đã được đưa xuống lớp nước dưới mặt, đặc biệt ở Thái Bình Dương khi gió mậu dịch mạnh. Sau đó nhiệt độ bề mặt lại tăng nhanh. Bài học: nhiệt độ không khí dao động năm này qua năm khác vì biển hấp thụ hoặc nhả nhiệt nhiều ít khác nhau, còn nhiệt lượng đại dương thì tăng ổn định hơn và cho thấy xu hướng rõ hơn.
Nhiệt trong biển gây ra những gì
- Nước biển dâng do giãn nở nhiệt: theo IPCC, giãn nở nhiệt đóng góp khoảng một nửa mức dâng giai đoạn 1971–2018. Bài về nước biển dâng và sụt lún trong danh mục này nói kỹ hơn.
- Sóng nhiệt biển nhiều hơn: mặt bằng nhiệt độ cao lên khiến các đợt nóng bất thường dễ xảy ra.
- Băng tan từ bên dưới: ở Nam Cực, dòng nước sâu tương đối ấm luồn vào dưới các thềm băng nổi vùng biển Amundsen, như thềm băng sông băng Thwaites và Pine Island, làm chúng mỏng dần từ dưới lên. Thềm băng mỏng thì sông băng phía sau chảy ra biển nhanh hơn.
- Phân tầng mạnh hơn và mất oxy: lớp mặt ấm khó trộn với lớp dưới, ảnh hưởng tới dinh dưỡng và oxy.
- Năng lượng cho bão: nước ấm và lớp nước ấm dày cung cấp năng lượng cho bão nhiệt đới, có bài riêng trong danh mục này.
"Trí nhớ dài" của đại dương
Vì đại dương sâu phản ứng chậm, nhiệt đã đi vào biển sẽ ở lại rất lâu. Theo IPCC AR6, kể cả khi phát thải giảm mạnh, đại dương sâu vẫn tiếp tục ấm lên trong nhiều thế kỷ, và mực nước biển tiếp tục dâng trong hàng thế kỷ đến hàng thiên niên kỷ. Mức độ dâng cuối cùng phụ thuộc vào lượng phát thải tích luỹ.
Đây không phải lời bi quan. Nó giải thích vì sao các nhà khoa học nói về "cam kết" khí hậu: một phần thay đổi đã được khoá lại bởi nhiệt đang nằm trong biển, nhưng tốc độ và mức độ thay đổi tiếp theo vẫn phụ thuộc vào lựa chọn hôm nay.
Góc nhìn hôm nay: theo dõi nhiệt đại dương ở đâu
- NOAA NCEI công bố số liệu nhiệt lượng đại dương theo quý và năm, có đồ thị tải về được.
- Copernicus Climate Change Service của châu Âu có bản tin khí hậu hằng tháng, gồm nhiệt độ mặt biển toàn cầu.
- Báo cáo IPCC AR6, tập Nhóm Công tác I, chương 7 (cân bằng năng lượng) và chương 9 (đại dương).
- Trang Climate Reanalyzer của Đại học Maine vẽ nhiệt độ mặt biển toàn cầu theo ngày, so với các năm trước.
Điều nên mang về: khi nghe "năm nay nóng kỷ lục", hãy nhớ thêm một con số ít được nói tới mà quan trọng hơn: nhiệt lượng đại dương. Cứ mười phần nhiệt Trái Đất tích thêm thì hơn chín phần nằm trong biển.
Câu hỏi thường gặp
Đại dương hấp thụ bao nhiêu phần trăm nhiệt do biến đổi khí hậu?
Theo IPCC AR6, khoảng 91% năng lượng tăng thêm trong hệ thống khí hậu giai đoạn 1971–2018 đã đi vào đại dương. Đất liền nhận khoảng 5%, băng khoảng 3% và khí quyển chỉ khoảng 1%.
Vì sao nước biển nóng lên chậm hơn không khí?
Nước có nhiệt dung riêng lớn, gấp khoảng bốn lần không khí, và đại dương có khối lượng khổng lồ. Vì vậy cần rất nhiều năng lượng mới làm nhiệt độ nước tăng một chút. Nhiệt còn được dòng chảy và quá trình trộn đưa xuống sâu.
Đại dương ấm lên gây ra hậu quả gì?
Nước ấm giãn nở làm nước biển dâng, sóng nhiệt biển xảy ra thường hơn, băng ở Nam Cực bị làm tan từ bên dưới, biển phân tầng mạnh hơn và mất oxy. Nước ấm cũng cung cấp thêm năng lượng cho bão nhiệt đới.
Nhiệt lượng đại dương được đo bằng cách nào?
Ngày nay chủ yếu bằng mạng lưới phao tự động Argo lặn tới 2.000 m, kết hợp tàu nghiên cứu, trạm neo và vệ tinh. Trước đó các nhà khoa học dùng đầu dò thả rơi XBT, chai lấy mẫu và nhiệt kế trên tàu.
Nếu ngừng phát thải thì đại dương có nguội ngay không?
Không. Theo IPCC, đại dương sâu sẽ tiếp tục ấm lên trong nhiều thế kỷ và nước biển còn dâng rất lâu sau đó. Nhưng giảm phát thải sớm sẽ làm mức ấm lên và mức dâng cuối cùng thấp hơn nhiều.
