Paul J. Crutzen: Nhà hóa học khí quyển tiên phong

Crutzen sinh ra trong một gia đình thuộc tầng lớp lao động ở Amsterdam (Hà Lan) vào năm 1933. Ban đầu ông học ngành kỹ sư xây dựng, sau đó theo học ngành khí tượng tại Đại học Stockholm vào thập niên 1960 và làm việc như một lập trình viên máy tính. Sau khi tốt nghiệp, ông đã kết hợp các kỹ năng lập trình và khoa học để xây dựng một mô hình máy tính về tầng bình lưu thông qua các kiến thức liên quan đến hóa học, khí tượng và động lực học khí quyển. Trong khi tìm cách giải thích sự phân bố ozone ở các độ cao khác nhau, ông phát hiện hợp chất oxit của nitơ có thể xúc tác các phản ứng phá hủy tầng ozone.

Từ đó, ông đã khám phá ra nguyên lý khiến các chất ô nhiễm trong khí quyển có thể phá hủy ozone ở tầng bình lưu, thứ có khả năng bảo vệ Trái đất tránh khỏi bức xạ tia cực tím có hại từ Mặt trời. Ông đã chia sẻ giải Nobel Hóa học năm 1995 cho công trình này cùng với F. Sherwood Rowland và Mario J. Molina, những người đã chỉ ra rằng các hợp chất chứa clo được sử dụng làm thuốc phóng, dung môi và chất làm lạnh – ví dụ như chlorofluorocarbon (CFC) – cũng có khả năng phá hủy tầng ozone.

Vào đầu những năm 1970, Crutzen và nhà hóa học khí quyển Harold Johnston đã chứng minh nitơ monoxide (NO) trong khí thải của máy bay siêu thanh [bay ở độ cao thuộc tầng bình lưu] có thể đe dọa tầng ozone.

Trong thập niên 1970 và 1980, Crutzen tham gia vào nhiều cuộc tranh luận của công chúng về sự suy giảm tầng ozone. Từ năm 1980, ông là giám đốc của Viện Hóa học Max Planck ở Mainz, Đức, và được bổ nhiệm vào một ủy ban của Quốc hội Đức để xây dựng các biện pháp phòng ngừa nhằm bảo vệ bầu khí quyển Trái đất. Báo cáo của ủy ban [được xuất bản vào năm 1989] đã ảnh hưởng lớn đến việc soạn thảo các chính sách về khí quyển và khí hậu của nhiều quốc gia.

Năm 1985, các nhà khoa học lần đầu tiên phát hiện một “lỗ thủng” trong tầng ozone ở phía trên Nam Cực, góp phần củng cố những kết quả nghiên cứu trước đây của Crutzen. Ông cũng là người đã giúp đặt nền móng cho Nghị định thư Montreal năm 1987. Theo đó, các quốc gia ký kết Nghị định thư sẽ loại bỏ các chất làm suy giảm tầng ozone, trong đó bao gồm các hợp chất chứa clo có hại. Số lượng máy bay siêu thanh chỉ giới hạn ở một vài chiếc Concordes và tầng ozone dần có dấu hiệu phục hồi.

Ngoài những nghiên cứu liên quan đến tầng bình lưu, Crutzen cũng quan tâm đến các phản ứng hóa học xảy ra trong tầng khí quyển thấp hơn (tầng đối lưu), hiện tượng biến đổi khí hậu, và điều tra các nguồn gây ô nhiễm không khí. Một nguồn phát thải trước đây thường bị các nhà nghiên cứu bỏ qua là việc đốt sinh khối trong hoạt động phá rừng và canh tác nông nghiệp. Crutzen chỉ ra rằng ảnh hưởng quy mô lớn của những hoạt động này đối với ô nhiễm tầng đối lưu có xu hướng nhiều hơn ở vùng nhiệt đới và phần lớn Nam Bán cầu – nơi các khí thải do con người tạo ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch ít hơn so với khu vực Bắc Bán cầu có nền công nghiệp phát triển mạnh.

Crutzen là người đầu tiên cảnh báo về những thay đổi khí hậu do tác động của bão lửa [hay những đám cháy trên quy mô lớn] có thể gây ra trong một cuộc xung đột hạt nhân. Muội than trong khói từ những đám cháy này sẽ hấp thụ năng lượng ánh sáng Mặt trời, đẩy các luồng khói lên độ cao lớn hơn, kéo dài thời gian tồn tại của chúng và làm mát bề mặt Trái đất.

Năm 1982, Crutzen và các cộng sự bao gồm nhà hóa học John Birks, nhà khoa học khí quyển Richard Turco và nhà vật lý thiên văn Carl Sagan đã công bố một bài báo với tựa đề “Twilight at noon” nhằm cảnh báo về một “mùa đông hạt nhân” có thể là hậu quả thảm khốc từ một cuộc xung đột giữa các cường quốc. Mikhail Gorbachev, nhà lãnh đạo Liên Xô từ năm 1985 đến năm 1991, sau đó cho rằng viễn cảnh này là động lực lớn để ông ký một thỏa thuận kiểm soát vũ khí hạt nhân với Tổng thống Mỹ Ronald Reagan vào năm 1987.

Sau khi chính thức nghỉ hưu vào năm 2000, Crutzen vẫn tiếp tục tham gia các hoạt động về môi trường. Năm 2006, ông kêu gọi cộng đồng khoa học nghiên cứu những ý tưởng làm mát Trái đất bằng các kỹ thuật tác động trực tiếp lên địa cầu nhằm đối phó với tình trạng biến đổi khí hậu, trong trường hợp các nỗ lực kiểm soát khí thải không thể ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ.

Một phương án được xem xét là giải phóng lưu huỳnh dioxide (SO2) vào tầng bình lưu, nơi nó sẽ chuyển hóa về mặt hóa học thành các hạt sulfat có thể cản bớt ánh nắng Mặt trời, chống lại hiệu ứng nhà kính do con người gây ra. Ngày nay, một số nhà khoa học vẫn đang theo đuổi ý tưởng này.

Tại một hội nghị diễn ra ở Cuernavaca (Mexico) vào năm 2000, Crutzen là người đầu tiên sử dụng thuật ngữ thế địa chất Anthropocene (hoặc thế Nhân Sinh) để mô tả một giai đoạn mới, đặc trưng bởi sự thống trị của con người đối với các quá trình sinh học, hóa học và địa chất trên Trái đất. Thuật ngữ Anthropocene ngay lập tức được cộng đồng khoa học chú ý, cũng như trở thành đề tài thảo luận trong nhiều lĩnh vực.

Thế Anthropocene hiện nay được cho là bắt đầu vào giữa thế kỷ XX, khi con người tăng tốc khai thác các nguồn tài nguyên của Trái đất. Crutzen coi khái niệm này là đóng góp khoa học quan trọng nhất của mình. Nó phản ánh mối quan tâm sâu sắc của ông về biến đổi khí hậu và các áp lực môi trường khác nhau trong một thế giới với dân số có thể lên tới 10 tỷ người trong vài thập kỷ tới.

Crutzen là một nhà khoa học đặc biệt sáng tạo và có trái tim ấm áp. Ông đã giải quyết những thách thức mới đặt ra của thế địa chất Anthropocene một cách không mệt mỏi, được thể hiện qua các cuộc tranh luận khoa học và công khai. Xét trên một khía cạnh nào đó, đại dịch COVID-19 cũng là “sản phẩm” của thế Anthropocene do virus SARS-CoV-2 lây lan nhanh chóng thông qua thương mại toàn cầu và giao thông hàng không, bất chấp những cảnh báo của giới khoa học. Crutzen mong muốn mỗi người trong số chúng ta luôn phải sống có trách nhiệm với khoa học, xã hội và Trái đất – ngôi nhà chung của nhân loại.