1
Địa kĩ thuật hệ khí hậu
Từ trước đến nay, địa kĩ thuật vẫn được xem là đề tài cấm kị đối với các nhà khoa
học khí hậu. Trong bài viết, Peter Cox và Hazel Jeffery giải thích tại sao lúc này
cần phải xem xét vấn đề đó một cách nghiêm túc.
Sự biến đổi khí hậu mà chúng ta đang chịu hiện nay gây ra bởi sự gia tăng lượng
khí nhà kính do các hoạt động của con người, đáng kể nhất là việc đốt các nhiên liệu hóa
thạch, thâm canh nông nghiệp và tàn phá rừng. Mặc dù sự ấm lên toàn cầu đã có mặt trong
tác phẩm khoa học kể từ một bài báo đánh dấu bước ngoặc của nhà vật lí người Thụy Điển,
Svante Arrhenius, viết hồi năm 1896, nhưng chỉ đến những thập niên gần đây thì kiến thức
khoa học của chúng ta về hệ thống khí hậu mới làm sáng tỏ được rằng một sự ấm lên toàn
cầu cao hơn 2
o
C so với mức thời kì tiền công nghiệp có thể là nguy hiểm và vì thế cần nên
tránh.

Các thí dụ công nghệ có thể sử dụng để làm biến đổi các điều kiện khí quyển của Trái đất nhằm làm giảm các
tác dụng của sự biến đổi khí hậu. Từ trên xuống: hai loại kính phản xạ mặt trời; một khí cầu gieo mầm cho
mây và máy bay thả hơi nước; du thuyền gieo mầm cho mây; các bộ phản xạ mặt trời trên biển và trên đất
liền; và bón chất dinh dưỡng cho sinh vật phù du trên biển sinh sôi. (Ảnh: Henning Dalhoff/Bonnier
Publications/Science Photo Library)
Trong khi các chất khí nhà kính không chỉ có cacbon đi-ôxit (CO
2
) mà còn cả
mêtan, ni-tơ ôxit, ô-zôn và CFC, thì những cuộc thương thuyết chính trị quốc tế lại tập
trung vào nhu cầu cắt giảm phát thải CO
2
. Trong thời gian ba tháng, Hội nghị lần thứ 15
của các đảng cầm quyền (CoP15), bộ phận của Hội nghị Liên hiệp quốc về Biến đổi khí
hậu ở Copenhagen, sẽ hướng tới thiết lập những mục tiêu liên kết cho sự cắt giảm phát khí
2

thải (cái gọi là bản thỏa ước cắt giảm). Nhưng cho dù sự phát khí thải CO
2
toàn cầu được
cắt giảm 50% vào năm 2050, thì hiện nay yêu cầu này dường như không đủ để giữ cho sự
ấm lên toàn cầu dưới 2
o
C trong thế kỉ này. Thật vậy, kể từ khi hiệp định Kyoto được đưa ra
hồi năm 1997, sự phát khí thải CO
2
vẫn tiếp tục leo thang bất chấp những lo ngại ngày
càng tăng về sự biến đổi khí hậu. Biết rằng bản thỏa ước cắt giảm hiện nay không đủ hiệu
quả để tránh sự biến đổi khí hậu nguy hiểm, vậy chúng ta có nên có một kế hoạch B hay
không? Đây là một động cơ thúc đẩy cho địa kĩ thuật, một thuật ngữ mô tả sự can thiệp có
cân nhắc và hệ thống khí hậu để chống lại sự ấm lên toàn cầu do con người gây ra. Kĩ thuật
này có thể thu được theo hai cách, bằng cách dọn dẹp trực tiếp cacbon đi-ôxit hoặc bằng
cách điều khiển bức xạ mặt trời, cái nhắm tới làm nguội hành tinh bằng cách cho phản xạ
ánh sáng nhiều hơn vào trong không gian.
Loại trừ cacbon đi-ôxit
Cách tiếp cận dễ thấy nhất để loại trừ CO
2
là rừng cây xanh, nhưng cách này tương
đối không hiệu quả và yêu cầu những diện tích đất đai lớn. Một đề xuất triệt để hơn là
chăm bón đại dương với một chất dinh dưỡng hạn định ví dụ như sắt trong niềm hi vọng
tăng cường bồn chứa cacbon đại dương (đối tượng hiện nay hấp thụ khoảng 25% lượng khí
thải CO
2
do con người). Các thí nghiệm chăm bón đại dương quy mô nhỏ đã tạo ra những
bông hoa nhân tạo trôi nổi trên biển qua việc thêm sắt, nhưng điều đáng ngờ là không biết
hoạt động này có chuyển thành sự cải thiện lâu dài bể chứa cacbon hay không. Một rủi ro
lớn với phương thức tiếp cận này là các dòng hải lưu khiến người ta không thể xử lí khu

vực trên đó các hệ sinh vật biển bị biến đổi bởi việc bón chất dinh dưỡng.
Một phương pháp an toàn hơn lọc bỏ cacbon đi-ôxit là bẫy không khí, sử dụng
phương pháp chiết tách bằng hóa chất hoặc bằng tác nhân vật lí lọc CO
2
ra khỏi không khí
và chôn cacbon trong các kho địa chất. Bộ phận trữ của phương pháp này giống với
phương pháp bắt và trữ cacbon thông thường, nhắm tới việc loại CO
2
ra khỏi các chất khí
thải của các nhà máy điện nhiên liệu hóa thạch. Bẫy không khí trên nguyên tắc có thể thực
hiện ở bất kì địa điểm nào, mặc dù nó hữu dụng nhất là ở gần các kho trữ địa chất. Các
phương pháp hóa học của bẫy không khí thường đi cùng với phản ứng của cacbon đi-ôxit
với natri hyđrôxit để tạo ra natri cacbonat, trong khi phương pháp bẫy vật lí sử dụng các
chất nhựa trao đổi ion có khả năng lọc CO
2
ra khỏi không khí, sau đó có thể rửa sạch
chúng từ các bộ lọc với nước. Có những ưu điểm nổi trội đối với các kĩ thuật bẫy không
khí vì chúng loại bỏ được nguyên do chính của sự ấm lên toàn cầu và, không giống như
các phương pháp khác, nó mang lại khả năng hạ hàm lượng CO
2
xuống dưới mức hiện nay.
Tuy nhiên, những kĩ thuật này hiện nay thật tốn kém và còn gặp khó khăn ở chỗ tìm các
kho trữ địa chất ổn định thích hợp cho cacbon.
Chắn bớt mặt trời hoặc làm cho hành tinh sáng hơn
Một phương pháp khác lọc loại cacbon đi-ôxit là điều khiển bức xạ mặt trời, bao
gồm việc làm giảm lượng ánh sáng mặt trời bị hấp thụ bởi Trái đất như một tổng thể. Nhiệt
độ trung bình toàn cầu của hành tinh được xác định bởi sự cân bằng giữa bức xạ mặt trời bị
hấp thụ và bức xạ hồng ngoại bị mất bởi Trái đất vào trong không gian. Người ta có thể
làm nguội hành tinh bằng cách hoặc tăng lượng bức xạ hồng ngoại bị mất vào trong không
gian (như trong các kĩ thuật lọc loại CO

2
), hoặc giảm lượng bức xạ mặt trời bị hành tinh
hấp thụ. Điểu khiển bức xạ mặt trời là hoặc chặn bớt một phần ánh sáng mặt trời bằng
những tấm chắn mặt trời đặt trong không gian, hoặc là tăng độ sáng (hệ số phản xạ) của
hành tinh chúng ta.
3

Một lá chắn mặt trời có diện tích khoảng 3 × 10
6
km
2
đặt cao 1.5 × 10
3
km phía trên hành tinh
chúng ta sẽ là cần thiết để chống lại sự tăng gấp đôi hàm lượng cacbon đi-ôxit trong khí
quyển của Trái đất. (Ảnh: Victor Habbick Visions/Science Photo Library)
Có nhiều kĩ thuật khác nhau để làm chủ bức xạ mặt trời đặt trên mặt đất: cái gọi là
phương pháp nóc nhà trắng, trong đó những công trình ở của con người, chủ yếu là mái
nhà và mặt đường lát, được sơn những chất liệu phản xạ; chọn trồng các loại hoa màu sáng
hơn và nuôi động vật chăn thả; và những kế hoạch triệt để hơn còn đề xuất phủ lên các sa
mạc những tấm plastic có hệ số phản xạ cao. Lợi ích về mặt khí hậu của những kĩ thuật này
thay đổi theo khu vực được cải tạo. Ví dụ, các phương pháp nóc nhà trắng có tác động
tương đối nhỏ lên nhiệt độ trung bình toàn cầu, vì các công trình ở của con người vẫn chỉ
chiếm có 2% diện tích đất liền toàn cầu. Mặt khác, sự cải tạo ở quy mô lớn suất phản chiếu
của hành tinh có thể mang lại sự nguội đi toàn cầu đủ để bù lại sự ấm lên toàn cầu tính cho
tới nay, nhưng những áp lực khẩn cấp khác đặt lên nền sản xuất nông nghiệp có thể khiến
cho phương pháp này không khả thi về mặt thực tế. Việc làm các sa mạc sáng hơn lên có
thể có tác dụng làm nguội còn lớn hơn, nhưng sự cưỡng ép cục bộ như thế của hệ khí hậu
4
mang lại mối rủi ro là làm thay đổi vòng tuần hoàn khí quyển hết sức quan trọng, ví dụ như

gió mùa mang mưa đến cho những phần lớn dân cư của Trái đất.
Những rủi ro tương tự đi cùng với các kĩ thuật trên là làm cho các đám mây sáng
lên, vì những kĩ thuật này rõ ràng chỉ hoạt động nơi tồn tại các đám mây. Tuy nhiên, việc
cải tạo suất phản chiếu của mây có khả năng là một đòn bẩy lớn đối với khí hậu có thể
mang lại sự nguội đi toàn cầu để bù trừ sự gấp đôi hàm lượng cacbon đi-ôxit khí quyển. Đề
xuất cải tạo mây tiên tiến nhất là gieo rắc thêm muối biển để cung cấp thêm nhân ngưng tụ
mây có thể làm cho những đám mây tích đại dương sáng hơn lên – đây là những đám mây
thấp trên các vùng duyên hải và đại dương. Đề xuất cải tạo mây còn tiến xa đến chỗ thiết
kế những con tàu tự động phân phối muối biển cho những đám mây tích tầng thấp. Chi phí
cho phương pháp này thì không rõ, nhưng chúng có khả năng thấp hơn đáng kể so với
phương pháp làm nguội tương tự bằng những kĩ thuật hạ nhiệt thông thường khác.
Một kĩ thuật còn rẻ tiền hơn nữa có thể là bắt chước các tác động lên khí hậu của
những đợt phun trào núi lửa quan trọng bằng cách bơm các hạt nhỏ li ti hay "aerosol" vào
tầng bình lưu của Trái đất (khí quyển tầng trên). Những hạt aerosol này sẽ phản xạ ánh
sáng mặt trời giống hệt như chúng đã làm sau đợt phun trào của núi lửa Pinatubo hồi năm
1991, dẫn đến sự nguội đi toàn cầu chừng 0,5
o
C. Các ý tưởng thuộc loại này có khả năng
xuất phát từ nhà vật lí người Nga Mikhail Budyko vào những năm 1970, người đề xuất sử
dụng sunphua làm cơ sở cho aerosol tầng bình lưu như trong trường hợp núi lửa phun.
Khái niệm địa kĩ thuật thông qua các hạt aerosol tầng bình lưu sau đó được theo đuổi vào
những năm 1990 bởi nhà vật lí và là người phát minh ra bom H, Edward Teller, người đã
dự tính tới các hạt phản xạ phức tạp hơn. Nhưng việc bàn tới các đề xuất địa kĩ thuật vẫn là
thứ cấm kị trong số các nhà khoa học khí hậu chính thống mãi cho đến năm 2006, khi nhà
hóa học đoạt giải Nobel Paul Crutzen đánh giá lại lợi ích của việc bơm sunphua vào tầng
bình lưu bắt chước các tác động lên khí hậu của đợt phun trào núi lửa Pinatubo. Các e ngại
còn lại là những sự không chắc chắn ở phản ứng vùng của lượng mưa đối với sự kết hợp
của việc lọc loại CO
2
và làm giảm ánh sáng mặt trời, và ở tác động tiềm tàng của việc thêm

aeosol đối với sự hồi phục của lỗ thủng tầng ô-zôn. Tuy nhiên, chi phí theo ước tính của
việc duy trì một tấm chắn aerosol sunphat, có khả năng nhất là thông qua một số máy bay
tầm cao chuyên dụng, rẻ hơn đáng kể so với chi phí thỏa ước cắt giảm đến hàng trăm hay
hàng nghìn lần. Vì những lí do đó, các kĩ thuật aerosol tầng bình lưu được nhiều người
xem là giải pháp thay thế hứa hẹn nhất cho thỏa ước cắt giảm.
Mang tính khoa học viễn tưởng nhất trong số các kĩ thuật điều khiển bức xạ mặt trời
ở trên là việc đặt những lá chắn mặt trời giữa Mặt trời và Trái đất. Vị trí đặt tấm chắn triển
vọng nhất hình như là tại điểm Lagrange L1, nơi cách Trái đất khoảng 1.5 × 10
6
km về
phía Mặt trời, tại đó lực hút hấp dẫn của hai thiên thể triệt tiêu nhau. Tại điểm này, những
tấm chắn khoảng chừng 3 × 10
6
km
2
sẽ là cần thiết để chống lại sự tăng gấp đôi lượng
CO
2
. Có những thách thức ghê gớm đi cùng với việc thiết kế và sản xuất các chất liệu nhẹ,
bền có thể dùng cho các tấm chắn mặt trời, nhưng sự tốn kém lâu dài có thể đi cùng với
việc phóng các bộ phận của tấm chắn cũng như việc sửa chữa và thay thế định kì của
chúng. Cho dù một phương pháp địa kĩ thuật như vậy tỏ ra khả thi về mặt công nghệ và
kinh tế, thì vẫn còn đó những vấn đề chính sách quốc tế cần phải dàn xếp trước khi triển
khai được. Những vấn đề ấy cũng phổ biến đối với những kĩ thuật quy mô lớn khác, ví dụ
như cải tạo suất phản chiếu của sa mạc, cải tạo suất phản chiếu mây và bơm aerosol tầng
bình lưu, tất cả những kĩ thuật này đều làm nguội khí hậu toàn cầu nhưng sẽ không bù đắp
được những biến đổi khí hậu vùng miền và có khả năng còn làm trầm trọng thêm sự biến
đổi khí hậu ở một số nơi. Ngoài ra, các kĩ thuật xây dựng trên việc điều khiển bức xạ mặt
5
trời rõ ràng không giải quyết được những tác dụng không chắc chắn của sự axit hóa đại

dương do CO
2
tăng thêm.
Bớt cấm kị
Theo Stern Riview, xuất bản hồi năm 2006 và là một trong những tư liệu có sức ảnh
hưởng nhất về tính kinh tế của sự biến đổi khí hậu, việc sử dụng thỏa ước cắt giảm để tránh
một sự ấm lên toàn cầu có khả năng nguy hiểm cỡ 2
o
C là tiêu tốn tới 1% tổng GDP toàn
cầu, khoảng chừng 350 tỉ đôla mỗi năm ở thời giá hiện nay. Con số trên tổng kết tiềm năng
của các đề xuất địa kĩ thuật khác nhau xây dựng trên một bản đánh giá do Hội Hoàng gia
Anh công bố trong tháng này. Ngoài ra, nó còn so sánh từng kĩ thuật với thỏa ước cắt
giảm, vì đây là giải pháp rõ ràng nhất đối với sự ấm lên toàn cầu và nó nằm tại trọng tâm
của những cuộc đàm phán khí hậu quốc tế.

So sánh giá thành theo lợi ích của các đề xuất địa kĩ thuật với thỏa ước biến đổi khí hậu. Những rủi ro đi cùng
với những đề xuất này được biểu thị là thấp (màu xanh), trung bình (màu vàng) và cao (màu đỏ). Lựa chọn
thay thế an toàn nhất đối với thỏa ước cắt giảm là bẫy cacbon đi-ôxit không khí, nhưng giải pháp bơm aerosol
tầng bình lưu có tỉ số lợi ích trên giá thành cao nhất.
Các giải pháp địa kĩ thuật thay thế có thể ước định dựa trên chi phí thường niên, lợi
ích thu được tính theo độ giảm nhiệt độ trung bình toàn cầu và những rủi ro đi cùng với
từng kĩ thuật một. Những yếu tố này được trình bày dưới dạng giản đồ trong hình trên.
Trong khi một số phương pháp, ví dụ như bón phân đại dương hoặc kĩ thuật nóc nhà trắng,
có thể bị bác bỏ vì chúng không có khả năng có lợi ích khí hậu toàn cầu đáng kể, thì đa số
đề xuất địa kĩ thuật dường như rẻ tiền so với thỏa ước cắt giảm. Quan trọng hơn, nhiều
phương pháp có lợi ích khí hậu tính trên chi phí thường niên cao hơn so với thỏa ước cắt
giảm (tức là chúng nằm phía trên đường đứt nét).
6
Tỉ số lợi ích trên giá thành dường như là lớn nhất đối với giải pháp bơm aerosol
tầng bình lưu, mặc dù phương pháp này mang lại rủi ro là làm biến đổi khí hậu vùng miền

và làm chậm sự hồi phục của lỗ thủng tầng ô-zôn. Ngoài ra, các kĩ thuật hiệu quả cao đối
với việc làm chủ bức xạ mặt trời ví dụ như bơm aerosol sunphua mang lại cái đôi khi gọi là
“rủi ro chết người”, nghĩa là rủi ro của việc ấm lên toàn cầu một cách đột ngột nếu như
phương pháp địa kĩ thuật đó không thành công. Mặt đối lập của rủi ro chết người này là
những phương pháp như thế có thể cho dừng lại có cân nhắc nếu xuất hiện những hệ quả
không như dự tính.
Lựa chọn an toàn nhất cho thỏa ước cắt giảm là bẫy CO
2
không khí, loại bỏ nguyên
do chủ yếu của sự ấm lên toàn cầu và do đó tránh được những rủi ro đi cùng với sự biến
đổi vùng miền chết người và sự axit hóa đại dương. Tuy nhiên, hiện nay, bẫy không khí
dường như tương đối tốn kém so với thỏa ước cắt giảm và rất đắt tiền so với các kĩ thuật
quy mô lớn nhằm làm chủ bức xạ mặt trời.
Nguyên do chính khiến ít có sự tranh luận về địa kĩ thuật giữa các nhà khoa học khí
hậu là người ta e ngại rằng một cuộc tranh luận như thế sẽ ngụ ý một lựa chọn khác để làm
giảm trách nhiệm phát thải cacbon của con người. Trong trường hợp tệ hơn, điều này có
thể làm chậm tiến trình đàm phán khí hậu quốc tế. Nhưng hiện nay có cảm giác đang tăng
lên là thời gian đã nâng điều cấm kị địa kĩ thuật đến chỗ những nghiên cứu khoa học thích
hợp có thể được thực hiện trước khi có bất kì sự thực thi quy mô lớn có khả năng gây nguy
hại nào lên hệ khí hậu, như bản báo cáo trong tháng này của Hội Hoàng gia Anh nêu bật.
Ưu tiên nghiên cứu lúc này sẽ là việc đánh giá tác động của các kĩ thuật làm chủ bức xạ
mặt trời lên khí hậu vùng miền, sử dụng các mô hình khí hậu và những cái tương tự như
các đợt phun trào núi lửa từ quá khứ của Trái đất, và sự phát triển ngày càng nhanh của các
kĩ thuật bẫy không khí, bao gồm cả ngành khoa học vật liệu hết sức tinh vi. Đối với các
nhà khoa học muốn cứu lấy hành tinh, thì không có lĩnh vực nghiên cứu nào có sức cuốn
hút hơn là địa kĩ thuật.
Tóm tắt
•
Ngày nay, dường như việc nghiêm khắc cắt giảm 50% lượng khí thải cacbon đi-
ôxit vào năm 2050 là không đủ để ngăn cản sự ấm lên toàn cầu nguy hiểm.

•
Địa kĩ thuật mang lại một giải pháp thay thế nhằm cắt giảm phát thải cacbon đi-
ôxit, mặc dù cần có thêm nhiều nghiên cứu được thực hiện để xác thực tính hiệu
quả và rủi ro đi cùng với những sự can thiệp quy mô lớn lên hệ khí hậu.
•
Có hai loại đề xuất địa kĩ thuật: lọc loại cacbon đi-ôxit trực tiếp và làm chủ bức xạ
mặt trời.
•
Nhiều đề xuất địa kĩ thuật có tỉ số lợi ích khí hậu trên giá thành thường niên cao
hơn thỏa ước cắt giảm.
Tài liệu tham khảo
S Arrhenius 1896 On the influence of carbonic acid in the air on the temperature of the
ground Phil. Mag. 41 237–276
P J Crutzen 2006 Albedo enhancement by stratospheric sulphur injections: A contribution
to resolve a policy dilemma? Climatic Change 77 211–219
Royal Society 2009 Geoengineering the Climate (London, Royal Society)
N Stern 2006 The Economics of Climate Change: The Stern Review (Cambridge University
Press)
E Teller, L Wood and R Hyde 1997 Global warming and ice ages: I. Prospects for physics-
7
based modulation of global change Lawrence Livermore National Laboratory Preprint
UCRL-JC-128715
Peter Cox là giáo sư động lực học hệ khí hậu tại trường Đại học Exeter, Anh, và Hazel Jeffery là trưởng ban
điều hành chiến lược tại Trung tâm Nghiên cứu Môi trường Tự nhiên của Anh. Bài báo này ra mắt trong bản
báo cáo Địa kĩ thuật Hệ khí hậu của Hội Hoàng gia Anh, công bố trong tháng này, nhưng các quan điểm thể
hiện ở đây là của các tác giả.