Người phát minh hiệu ứng nhà kính

Nhà vật lý Fourier.

Để nghiên cứu, nhà toán học và vật lý người Pháp Joseph Fourier thậm chí đã có lúc sử dụng phòng thí nghiệm vũ khí của mình. Nhà khoa học lịch sử James Rodger Fleming cho biết ông đã đốt nóng những quả đạn thần công để xem chúng nguội đi nhanh như thế nào. "Với thí nghiệm, ông ấy muốn tìm hiểu xem trái đất muốn nguội đi phải mất bao lâu."

Câu hỏi nhiệt độ của hành tinh của chúng ta hình thành như thế nào là một câu hỏi cơ bản đối với nghiên cứu khí hậu. Câu hỏi này cũng khiến Fourier trằn trọc, mất ngủ. Với những suy đoán của mình, ông là người đầu tiên công khai ý tưởng về bầu khí quyển trái đất chịu trách nhiệm tích tụ phản xạ bức xạ mặt trời - một hiện tượng mà ngày nay chúng ta gọi là "hiệu ứng nhà kính".

Những người tiên phong trong nghiên cứu khí hậu

Với phân tích Fourier, ông là người Pháp được nhiều người biết nhất thời đó. Với phân tích đó người ta có thể phân bổ chúng thành các tần số, điều này đặc biệt quan trọng đối với vật lý và toán học. Không chỉ thế, Fourier chắc chắn cũng có thể được coi là người đi đầu trong nghiên cứu khí hậu, mặc dù những giả thuyết của ông về nhiệt độ của trái đất hầu như chưa đạt được độ chín cần thiết.

Sinh ra ở Auxerre vào năm 1768, Fourier ban đầu bị cuốn hút vào sự hỗn loạn của cuộc Cách mạng Pháp trong những năm 1790. Đây là thời kỳ xẩy ra các cuộc khủng bố, tao loạn và bản thân ông bị tống giam vì chỉ trích phái Jacobin cấp tiến. Ông thoát khỏi máy chém trong gang tấc. Sau đó, ông tháp tùng Napoléon với tư cách là cố vấn khoa học trong chuyến thám hiểm nổi tiếng tới Ai Cập và trở thành thư ký của Viện Hàn lâm Khoa học Pháp (Académie des Sciences) ở Paris.

Trong một luận văn năm 1824, Fourier đã suy nghĩ về các yếu tố nhiệt có thể có trên trái đất. Theo tính toán của ông, một vật thể có kích thước bằng trái đất lẽ ra phải lạnh hơn so với thực tế. Nhưng nhiệt lượng bổ sung này từ đâu đến? Theo ông có thể do cả nhiệt từ lõi trái đất và ảnh hưởng của các tia vũ trụ.

Trước hết, Fourier suy đoán bầu khí quyển cũng có thể là nguyên nhân cho việc tích tụ nhiệt mặt trời: “Nhiệt độ tăng lên với sự xuất hiện của bầu khí quyển, vì nhiệt xuyên qua không khí mà không bị cản trở dưới dạng ánh sáng - nhưng sau đó bị ngăn cản trở lại, sau khi nó đã được chuyển hóa thành nhiệt, ” ông viết điều này vào năm 1824.

Về cơ bản Fourier đã đúng: Ánh sáng mặt trời đi qua bầu khí quyển mà không bị cản trở và chạm vào trái đất một phần bị phản xạ trở lại dưới dạng bức xạ hồng ngoại. Bầu khí quyển hầu như không thấm bức xạ này, đó là lý do tại sao nhiệt bị giữ lại trong “hiệu ứng nhà kính”, như ngày nay người ta mô tả về nó.

Bản thân Fourier chưa bao giờ sử dụng thuật ngữ này (nó hình thành năm 1901 bởi nhà khí tượng học Nils Gustaf Ekholm), và nghiên cứu về bức xạ hồng ngoại mới chỉ ở giai đoạn sơ khai vào những năm 1820. Vì thiếu một thuật ngữ tốt hơn, Fourier gọi là sự che khuất bức xạ, "nhiệt vô hình".

Công nghiệp hóa đã tiến triển không ngừng trong suốt thời kỳ của Fourier, nhưng mãi sau này tác động qua lại nguy hiểm giữa hiệu ứng nhà kính và hàm lượng CO2 tăng lên trong không khí mới trở nên rõ ràng.

Nhà địa chất Horace Bénédict de Saussure đã tiến hành một thí nghiệm. Ông đo nhiệt độ của bức xạ mặt trời với một thiết bị, điều này được coi như một sự hỗ trợ tư duy. Saussure đã lót bên trong hộp một lớp kork mầu đen và để ánh sáng mặt trời chiếu vào hộp qua một lớp kính. Bên trong hộp trở nên rất nóng. Nếu không có tấm kính sẽ không có hiệu ứng này. Mặc dù hiệu ứng không hoàn toàn giống nhau, vì việc làm nóng hộp có thể bắt nguồn từ việc thiếu lưu thông không khí. Dù sao qua đây Saussure đã truyền cảm hứng đến tư duy của Fourier.

Đặt nền tảng các nhà nghiên cứu khác

Lịch sử đánh giá công lao của Joseph Fourier với tư cách là nhà tiên phong về khí hậu như thế nào? Không nghi ngờ gì về vai trò của ông cho dù một số giả định của ông không đúng theo quan điểm hiện nay. Ông ước tính sự đóng góp của bức xạ vũ trụ vào nhiệt độ trái đất lớn hơn ảnh hưởng của rào chắn khí quyển. Hơn nữa, Fourier không phải là một nhà khí hậu học theo nghĩa hiện đại, mà là một bộ óc thông minh, ông đã đưa ra nhiều giả thuyết mà vào thời điểm đó chưa thể chứng minh được hay bác bỏ.

Joseph Fourier cũng không phải là người đầu tiên suy nghĩ về điều kiện khí hậu. Theophrastus, một đệ tử của Aristotle, đã suy đoán rằng hành vi của con người, tháo cạn nước đầm lầy hoặc chặt phá rừng có thể làm thay đổi khí hậu của một địa phương. Trong thế kỷ 18, các nhà tư tưởng như Montesquieu và Rousseau đã tranh luận về việc các điều kiện khí hậu khác nhau ảnh hưởng ngược lại đến xã hội loài người như thế nào. Tuy nhiên Fourier là một trong những người đầu tiên nghĩ một cách tổng thể về khí hậu của hành tinh nói chung.

Nếu không có sự điều hòa đối với nhiệt độ của hiệu ứng nhà kính, sự sống trên trái đất sẽ khó có thể duy trì được. Tuy nhiên, hành vi của con người đã làm thay đổi trạng thái cân bằng khí hậu này. Sau này các nhà nghiên cứu đã tiếp tục triển khai dựa trên những hiểu biết của Fourier. Ví dụ năm 1856 Eunice Newton Foote, một người Mỹ, đã quan sát thấy CO2 có thể giữ nhiệt trong không khí và nồng độ CO2 cao cũng làm nhiệt độ tăng lên.