Chương 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Cơ sở khoa học 1. Những nghiên cứu về ảnh hưởng và biến động khí CO2 trong khí quyển đối với sự thay đổi khí hậu Các lý thuyết về sự hâm nóng toàn cầu phát sinh từ cuối thế kỷ XIX do những nhà khoa học Thụy Điển trong khi quan sát sự thay đổi nhiệt độ của không khí bị ô nhiễm để rồi từ đó kết luận rằng trái đất nóng dần do con người phóng thích các khí ô nhiễm vào không khí. Lý thuyết này là nguyên nhân khởi đầu cho bao cuộc thảo luận sau đó giữa các nhà khoa học.
Họ đã tiên đoán là từ năm 1896, thán khí (CO2) thải vào không khí do việc đốt than đá để tạo ra năng lượng là nguyên nhân chính gây ra “hiệu ứng nhà kính”. Mãi đến năm 1949, sau khi khảo sát hiện tượng tăng nhiệt độ trong không khí ở Âu Châu và Bắc Mỹ từ năm 1850 đến 1940 so với các nơi khác trên thế giới, các nhà nghiên cứu Anh đã đi đến kết luận là sự phát triển ở các quốc gia kỹ nghệ đã làm tăng lượng ô nhiễm thán khí trong không khí, do đó làm cho mặt đất ở hai vùng này nóng mau hơn so với các vùng chưa phát triển. Đến năm 1958, các cuộc nghiên cứu ở phòng thí nghiệm Mauna Loa Observatory (Hawai) đặt ở độ cao 3.345m đã chứng minh được khí CO2 là nguyên nhân chính yếu của sự gia tăng nhiệt độ. Đến năm 1976, các chất khí methane (CH4), chlorofluoro Các bon (CFC), nitrogen dioxide (NO2) cũng được xác nhận là nguyên nhân của hiệu ứng nhà kính.
Các cuộc nghiên cứu do hai khoa học gia Karl và Trenberth trên tạp chí Sciences số tháng 12/2003 nói lên tính chất khẩn thiết của vấn đề này. Theo ước tính của hai ông thì từ năm 1990 đến 2100, nhiệt độ trên mặt địa cầu sẽ tăng từ 3,1 đến 8,9oF (1,6 đến 4,2oC); sự tăng nhiệt độ này sẽ làm nóng chảy hai tảng băng ở Greenland và Antartica và có thể làm ngập lụt các bờ biển (và người ta cũng ước tính được rằng CO2 trong không khí đã tăng 6 30% từ năm 1750 đến nay). Điều này sẽ làm thu hẹp diện tích đất sống của con người trên quả địa cầu, để rồi từ đó sinh ra nhiều hệ lụy như sau: - Trái đất sẽ chịu đựng những luồng khí nóng bất thường; - Hạn hán sẽ thường xuyên hơn và xảy ra ở nhiều nơi; - Mưa to, bão tố xảy ra bất thường cũng như không thể tiên liệu trước như hiện nay; - Các hệ thực vật, sinh vật trên trái đất sẽ bị thay đổi; - Sau cùng mực nước biển sẽ dâng cao ở nhiều nơi, ước tính khoảng 0,75 -1,5m vào năm 2100. Vai trò gây nên hiệu ứng nhà kính của các chất khí được xếp thứ tự theo tỉ lệ được trình bày trong bảng sau: Bảng 1.
Tỉ lệ đóng góp gây hiệu ứng nhà kính của các loại khí trong khí quyển Các loại chất khí Tỷ lệ (%) gây hiệu ứng NO2 5 O3 8 CH4 12-20 CFC 15-25 CO2 50-60 (Nguồn: Md. Mahmudur Rahman, 2004) Tóm lại, “Hiệu ứng nhà kính” có thể được giải thích một cách khoa học và hình tượng hơn như sau: Các khí kể trên (cũng được gọi là “khí nhà kính” - KNK) di chuyển trong bầu khí quyển, “nhốt” (trap) khí nóng, các bức xạ nhiệt thải hồi từ mặt địa cầu tại nơi đây, do đó khí nóng này không thể thoát ra ngoài không gian được. Ngược lại, các khí trên cũng đã “hành xử” như một nhà kính để lọc các tia sáng mặt trời trước khi vào trái đất. Nghiên cứu về sự tích lũy Các bon trong các hệ sinh thái rừng Theo số liệu của Tổ chức Lương Nông thế giới (FAO): tổng diện tích rừng trên thế giới năm 2015 khoảng 4 tỉ ha, chiếm gần 30% diện tích đất toàn cầu.
Hàng năm trên toàn thế giới bị mất đi khoảng 13 triệu ha rừng (trong đó có khoảng 0,4% là rừng nguyên sinh) và con số này vẫn chưa có dấu hiệu giảm, đặc biệt là trong những năm gần đây những vụ cháy rừng có qui mô lớn đã xảy ra ngày càng nhiều hơn trước (như ở Indonesia, Mỹ, Nga vừa qua…)[14]. Từ đó tổ chức này đã cảnh báo: nạn phá rừng lấy đất sản xuất, làm nhà ở, nhất là nạn khai thác rừng lấy gỗ một cách bừa bãi và hiểm họa cháy rừng hiện làm cho trái đất ngày càng bị sa mạc hóa, nhiều động thực vật quý hiếm đã và đang bị diệt chủng. Các chuyên gia khí tượng trên thế giới cũng cho biết, nhiệt độ trung bình trên thế giới từ đầu năm 2007 đã cao hơn mức nhiệt độ trung bình của thế kỷ XX là khoảng 0,72 0C, gây ra hạn hán kéo dài, mưa lớn, bão tuyết, lũ lụt và sụt lở đất,… diễn ra trong những năm trở lại đây thường xuyên hơn. Phá rừng cũng là một trong những nguyên nhân chính làm cho lượng CO2 tăng lên - Đây là một trong những nguyên nhân làm biến đổi khí hậu trái đất.
Ngày nay, theo quan sát của các nhà khoa học đã cho thấy trong hệ sinh thái rừng có 6 loại bể chứa Các bon là: sinh khối trên mặt đất bao gồm: cây trồng và các thảm thực vật khác; sinh khối dưới mặt đất: thảm mục, thảm tươi, gỗ chết, Các bon hữu cơ trong đất, trong rễ cây. Trong khi đó các thảm thực vật đã thu giữ một trữ lượng CO2 lớn hơn một nửa khối lượng chất khí đó sinh ra từ sự đốt cháy các nhiên liệu hoá thạch trên thế giới. Và từ nguyên liệu Các bon này hằng năm thảm thực vật trên trái đất đã tạo ra được 150 tỷ tấn vật chất khô thực vật. Khám phá này càng khẳng định thêm vai trò hệ sinh thái rừng trong việc làm giảm lượng CO2 trong khí quyển.
Theo một nghiên cứu mới của các nhà khoa học Úc về “Các bon xanh” và vai trò của nó đối với biến đổi khí hậu, rừng nguyên sinh có khả năng lưu 8 giữ CO2 nhiều hơn gấp 3 lần so với ước tính trước kia và nhiều hơn 60% so với rừng trồng. Các nhà khoa học thuộc trường Đại học Quốc gia Úc cho biết, cho đến nay vai trò của các khu rừng nguyên sinh và sinh khối Các bon xanh của các khu rừng này chưa được đánh giá đúng mức trong cuộc chiến chống lại sự nóng lên của trái đất. Các nhà khoa học cho rằng Uỷ ban Liên Chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) và Nghị định thư Kyoto đã không nhận ra sự khác biệt về khả năng hấp thụ Các bon giữa rừng trồng và rừng nguyên sinh. Rừng nguyên sinh có thể hấp thụ lượng Các bon nhiều gấp 3 lần so với ước tính hiện thời.
Hiện nay, khả năng hấp thụ Các bon của rừng được tính toán dựa theo rừng trồng. Chính sự khác biệt trong việc định nghĩa một khu rừng cũng dẫn đến việc đánh giá không đúng mức sinh khối Các bon trong các khu rừng lâu năm… Những khu rừng chưa bị khai thác ở Úc có thể hấp thụ khoảng 640 tấn Các bon trên 1 ha, thế nhưng theo ước tính của IPCC thì con số này chỉ khoảng 217 tấn Các bon trên 1 ha. Còn theo tính toán của các nhà khoa học, nếu những khu rừng bạch đàn ở phía Đông Nam Australia không bị xâm phạm thì với diện tích 14,5 triệu ha rừng, sẽ có 9,3 tỉ tấn Các bon được lưu trữ trong đó. Nhưng theo cách tính toán của IPCC thì lượng Các bon trong những khu rừng bạch đàn này chỉ đạt khoảng 1/3 con số các nhà khoa học đã đưa ra và chỉ bằng 27% sinh khối Các bon của các khu rừng này[19].
Rừng tự nhiên không chỉ hấp thụ nhiều Các bon hơn rừng trồng mà chúng còn lưu giữ được Các bon lâu hơn bởi vì rừng tự nhiên được bảo vệ trong khi rừng trồng bị khai thác một cách luân phiên. Brendan Mackey, thành viên của nhóm tác giả nhận xét việc bảo vệ rừng tự nhiên sẽ là “Một mũi tên trúng hai đích”, vừa giữ được một bể hấp thụ Các bon lớn, vừa ngăn chặn việc giải phóng Các bon trong rừng ra ngoài. Ước tính lượng Các bon lưu giữ trong sinh khối và đất khoảng gấp 3 lần lượng Các bon có trong khí quyển. Và khoảng 35% khí nhà kính trong khí quyển là hậu quả của nạn phá rừng trong quá khứ và 18% lượng phát thải khí 9 này hàng năm là do nạn phá rừng liên tục.
Do đó, “Duy trì lượng Các bon lưu giữ trong các khu rừng tự nhiên đồng nghĩa với việc ngăn chặn lượng Các bon gia tăng do đốt nhiên liệu hoá thạch”. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, những khu rừng bị chặt phá giảm hơn 40% lượng Các bon hấp thụ so với những khu rừng không bị chặt phá. Phần lớn lượng Các bon sinh khối trong các khu rừng tự nhiên được giữ trong sinh khối gỗ của những cây cổ thụ lớn. Việc phá rừng vì lợi ích thương mại làm thay đổi cơ cấu niên đại của rừng, mức tuổi trung bình của cây cối trong rừng bị giảm đi rất nhiều và khả năng hấp thụ Các bon cũng giảm.
Vì thế, sinh khối Các bon trong các khu rừng chuyên dụng để lấy gỗ cũng như trong các khu đồn điền độc canh sẽ luôn luôn thấp hơn đáng kể so với sinh khối Các bon ở các khu rừng tự nhiên không bị xâm phạm. Theo Schimel và cộng sự (2001), trong chu trình Các bon toàn cầu, lượng Các bon lưu trữ trong thực vật thân gỗ và trong lòng đất khoảng 2,5Tt; trong khi đó khí quyển chỉ chứa 0,8Tt và hầu hết lượng Các bon trên trái đất được tích lũy trong sinh khối cây rừng.Những nghiên cứu về phương pháp xác định Các bon trong sinh khối Khi nghiên cứu lượng Các bon lưu trữ trong rừng trồng nguyên liệu giấy, Romain Piard (2005) đã tính lượng Các bon lưu trữ trên tổng sinh khối tươi trên mặt đất, thông qua lượng sinh khối khô (không còn độ ẩm) bằng cách lấy tổng sinh khối tươi nhân với hệ số sau đó nhân sinh khối khô với hệ số để xác định lượng Các bon lưu trữ trong cây. Những năm gần đây, tại một số công trình nghiên cứu tương tự người ta đã xác định rằng: Các bon được ước lượng là một hằng số tương đối, tỉ lệ với sinh khối trong từng đối tượng như sau: - Sinh khối sống, đứng và sinh khối gỗ nằm, chết: Sinh khối * H = C. - Xác bã, thảm mục: Sinh khối * H = C.
(H: hệ số tính được) - Trong đất: Cần lấy mẫu phân tích trong phòng thí nghiệm.