Phát hiện gây sốc: Trồng rừng ở sa mạc càng làm Trái đất nóng hơn

Các chuyên gia môi trường trong nhiều năm đã khuyến nghị nên trồng rừng xanh trên khắp thế giới, phần lớn do họ quan niệm rằng quá trình quang hợp giúp loại bỏ carbon dioxide khỏi không khí để từ đó có tác động tích cực đến khí hậu Trái đất và giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu.

Việc chặt phá rừng nhiệt đới đã làm trầm trọng thêm cuộc khủng hoảng khí hậu và đã nhiều sáng kiến môi trường tập trung vào việc phục hồi các khu rừng bị phá hủy hoặc trồng cây mới. Tuy nhiên, ngay cả khi chúng ta phủ cây xanh lên toàn bộ bề mặt hành tinh thì lực quang hợp khổng lồ vẫn không đủ để hấp thụ lượng carbon dioxide dư thừa - loại khí nhà kính chính đã được bơm vào khí quyển trong hơn 150 năm mà do hoạt động công nghiệp của con người.

Trên thực tế, có vẻ như có một cách nhanh và hiệu quả hơn để đối phó với cuộc khủng hoảng khí hậu, đó là một cách "không xanh" phi tự nhiên.

Giải pháp nhân tạo này do các nhà khoa học tại Viện Khoa học Weizmann ở Rehovot (Israel) đề xuất, liên quan đến việc lắp đặt các cánh đồng pin mặt trời màu tối. Việc sản xuất điện từ năng lượng mặt trời có tác động tích cực đến cân bằng khí hậu vì nó thay thế các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch như than và khí đốt, từ đó giảm lượng khí thải nhà kính có hại tích tụ với nồng độ ngày càng tăng trong khí quyển.

Nhưng cả rừng xanh tự nhiên và “rừng pin mặt trời” nhân tạo đều tạo ra những hiệu ứng khác, một số trong đó có thể gây ra vấn đề tiêu cực từ góc độ khí hậu. Theo khía cạnh vật liệu, cả hai đều tương đối “tối”, nghĩa là chúng hấp thụ phần lớn bức xạ từ Mặt trời. Điều đó khiến chúng trở thành bề mặt có “suất phản chiếu thấp” theo thuật ngữ chuyên môn và kết quả là chúng nóng lên. Một phần năng lượng này được sử dụng để quang hợp trong rừng tự nhiên hoặc sản xuất điện trong các “rừng pin mặt trời", nhưng phần lớn quay trở lại khí quyển dưới dạng dòng năng lượng, làm nóng không khí Trái đất.

Ngược lại, đất sa mạc thường sáng màu phản chiếu một phần đáng kể ánh sáng mặt trời vào không gian, không làm tăng thêm nhiệt lượng tích lũy trong khí quyển nên có tác dụng "giải nhiệt" còn tốt hơn rừng cây lẫn rừng pin.

Vậy thì cách sử dụng hiệu quả nhất một lô đất cụ thể trong bối cảnh khủng hoảng khí hậu là gì? Trồng rừng là một phương pháp tự nhiên để hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển hay xây lắp các cánh đồng pin mặt trời để giảm lượng khí thải carbon dioxide vào khí quyển (thông qua việc không dùng các nguồn điện phát khí thải)? Vấn đề nan giải này từ lâu đã được tranh luận trên khắp thế giới.

Giờ đây, theo 3 Tiến sĩ (TS) là Rafael Stern, Jonathan Muller và Eyal Rotenberg thuộc Phòng thí nghiệm của Giáo sư Dan Yakir tại Khoa Khoa học Trái đất và Hành tinh của Weizmann, chúng ta lần đầu tiên có thể có đáp án cho câu hỏi này dựa trên những phát hiện từ các khu vực khô cằn và các phép đo toàn diện về dòng năng lượng trao đổi giữa mặt đất và khí quyển.

Công trình cũng có sự tham gia của Madi Amer, cũng đến từ phòng thí nghiệm của Yakir, và bởi TS. Lior Segev thuộc khoa Cơ sở vật lý cốt lõi của Weizmann.

Họ vừa công bố nghiên cứu của nhóm trên tạp chí PNAS Nexus với tiêu đề “Các trường quang điện phần lớn hiệu quả vượt trội hơn trồng rừng trong các chiến lược giảm thiểu biến đổi khí hậu toàn cầu”.

Giai đoạn đầu tiên của nghiên cứu liên quan đến việc so sánh tác động của một khu rừng nằm ở ranh giới của khu vực khô cằn với cánh đồng lắp đặt các tấm pin mặt trời.

Các khu vực khô cằn có đặc điểm là có lượng lớn ánh sáng mặt trời và tương đối thiếu đa dạng thực vật cũng như sinh khối, khiến chúng đặc biệt thích hợp cho các trang trại năng lượng mặt trời lớn. Những nơi như vậy đã tồn tại ở Israel như Arava và Negev, đồng thời chính phủ Do Thái đã có kế hoạch xây dựng thêm ở Jordan thông qua hợp tác quốc tế.

Ở những nơi khác trên thế giới, các dự án năng lượng mặt trời khổng lồ đang được triển khai như ở sa mạc của Trung Quốc trong khi Liên minh châu Âu từ lâu đã thảo luận về kế hoạch xây dựng các trang trại năng lượng mặt trời ở Sahara. Các nhà nghiên cứu của Weizmann đã đi xuống Arava trên một chiếc xe tải chở trạm đo di động được thiết kế đặc biệt bởi Yakir và Rotenberg.

Họ bắt đầu đặt trạm đo này gần trường đặt tấm pin mặt trời để đo dòng năng lượng giữa mặt đất và khí quyển - giống hệt như thực tế xảy ra ở khu vực khô cằn không có tấm pin mặt trời. Sau đó, họ đặt trạm bên trong trường đặt tấm pin mặt trời. Để thực hiện đo đạc chính xác, họ phải vượt qua những thách thức về vận hành và an toàn do độ nhạy của tấm pin đã gây trở ngại cho các phép đo như vậy trước đây.

Tại cả hai địa điểm, các thí nghiệm được lặp lại vào các mùa khác nhau trong năm. Cuối cùng, để so sánh kết quả của họ với quá trình tương tự xảy ra trong một khu vực, các nhà khoa học đã dựa vào dữ liệu mà Yakir và Rotenberg đã thu thập trong 20 năm qua tại rừng Yatir – khu rừng lớn nhất được Quỹ Quốc gia Do Thái trồng ở rìa phía bắc của sa mạc Negev khô cằn.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng hiệu ứng phản chiếu của cả hai “khu rừng” này là tương tự nhau, nhưng khả năng hấp thụ hoặc ngăn chặn lượng khí thải carbon rất khác nhau, mà ưu thế nghiêng hoàn toàn về rừng năng lượng mặt trời.

Để hoàn thành việc so sánh, họ đã tính toán các điểm cân bằng mà tại đó các tác động trái ngược nhau đến khí hậu Trái đất: sưởi ấm từ màu tối của cả hai khu rừng và làm mát do lượng carbon dioxide trong khí quyển giảm, cân bằng nhau (trong đó việc làm giảm nồng độ khí nhà kính trong khí quyển như là kết quả của quá trình quang hợp của rừng tự nhiên hoặc giảm lượng phát thải từ sản xuất điện của rừng năng lượng mặt trời).

Hóa ra, chỉ phải mất 2,5 năm để lượng nhiệt tỏa ra từ các trang trại năng lượng mặt trời mới được bù đắp bằng lượng khí thải carbon được ngăn chặn bởi năng lượng mà chúng tạo ra. Hiệu năng ấn tượng này thậm chí còn tính đến lượng khí thải carbon từ quá trình sản xuất, vận chuyển và vận hành các tấm pin cũng như pin sử dụng để lưu trữ điện. Trong trường hợp một khu rừng tự nhiên có kích thước tương tự, sẽ phải mất hơn một thế kỷ quang hợp để bù đắp hiệu ứng sưởi ấm của nó.

Các nhà nghiên cứu cũng muốn xác định tỷ lệ sưởi ấm và làm mát thay đổi như thế nào ở các vùng khí hậu khác. Sử dụng dữ liệu từ các phép đo tương tự được thu thập từ vệ tinh và cơ sở dữ liệu, họ nhận thấy rằng ở những môi trường ẩm ướt hơn như vùng nhiệt đới hoặc vùng đồng cỏ ôn đới như châu Âu, hiệu ứng sưởi ấm của việc trồng số lượng lớn cây xanh sẽ nhỏ hơn.

Điều này là do mặt đất ở đó tối hơn, nên hiệu ứng liên quan đến suất phản chiếu giảm nhiều hơn và tốc độ hấp thụ carbon của cây cao hơn, do đó, điểm “cân bằng” sẽ sớm đạt được trong vòng 15 - 18 năm chứ không cần chờ cả thế kỷ. Thế nhưng, họ cũng lưu ý rằng cần phải nhớ rằng ở những khu vực này có ít không gian trống hơn để trồng rừng mới.

Stern và Muller giải thích: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rõ ràng rằng trong môi trường khô cằn, nơi tồn tại phần lớn diện tích đất trống, việc xây dựng trang trại năng lượng mặt trời hiệu quả hơn nhiều so với trồng rừng - khi nói đến việc đối phó với khủng hoảng khí hậu. Trong môi trường này, việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên những khu vực nhỏ hơn nhiều so với rừng (có khi chỉ bằng 1/100) sẽ bù đắp được lượng khí thải carbon tương đương”.

Dù vậy, nhóm nghiên cứu vẫn nhấn mạnh: Các khu rừng hiện hấp thụ gần 1/3 lượng khí thải carbon hằng năm của nhân loại, do đó, điều quan trọng là phải bảo vệ năng lực này và ngăn chặn nạn phá rừng trên diện rộng diễn ra ở các vùng nhiệt đới.

Hơn nữa, rừng đóng một vai trò quan trọng trong chu kỳ mưa toàn cầu và duy trì đa dạng sinh học. Vì vậy, họ kết luận rằng các khu rừng trên Trái đất phải được bảo vệ và giải pháp tốt nhất cho giải quyết khủng hoảng khí hậu là lồng ghép việc trồng và phục hồi rừng ở những vùng ẩm ướt, kết hợp với việc lắp đặt các cánh đồng pin mặt trời ở những vùng khô cằn.