CO₂ trong khí quyển đã đi từ 280 lên 420 ppm — tăng một nửa. Lượng nhiệt nó giữ lại thêm: 2,17 W/m². Trải lên nền gạch sân nhà, mỗi viên 60 × 60 cm được thêm 0,78 watt, chưa bằng một bóng đèn ngủ. Chừng ấy đang làm nghiêng cả khí hậu:
Cả một cuộc cách mạng công nghiệp đáng chưa tới một phần trăm
Trái Đất hấp thụ 240 W/m² nắng và phải thải đúng ngần ấy hồng ngoại ra vũ trụ mới giữ được nhiệt độ (cân bằng nhiệt của hành tinh). CO₂ tăng thêm bịt bớt lối ra ấy: 2,17 W/m² đúng là 0,90% của 240. Nhân đôi nồng độ — 280 lên 560 ppm — cũng chỉ thêm 3,71 W/m², tức 1,5%.
Con số bé ấy không bé, vì nó phủ toàn bộ 510 triệu km² bề mặt — cộng lại thành 1,1 triệu tỉ watt, gấp khoảng 56 lần năng lượng sơ cấp loài người đốt — và vì nó không tắt: bóng đèn ngủ ấy sáng suốt ngày đêm hàng thế kỷ, cho tới khi biển và đất ấm lên đủ để bức xạ bù lại.
Vạch 15 micromet đã no từ lâu — và đó chính là nguồn gốc của logarit
CO₂ chỉ chặn hồng ngoại khoẻ quanh một vạch: dao động uốn của phân tử, 667 cm⁻¹ tức 15,0 µm, đúng vùng mặt đất 288 K phát mạnh (mỗi nhiệt độ có màu riêng). Ngay tâm vạch, khí quyển đã đục hoàn toàn từ trước khi có nhà máy nào — đổ thêm CO₂ vào đấy chẳng đổi gì.
Chỗ đổi là hai sườn vạch. Độ hấp thụ tụt gần như theo hàm mũ khi rời tâm, nên bề rộng khoảng bị bịt chỉ nới theo logarit của nồng độ: nhân đôi lượng khí, sườn lấn thêm đúng một khoảng bằng nhau và giữ lại đúng một lượng nhiệt bằng nhau. Biểu thức chuẩn (Myhre 1998) chỉ có thế:
ΔF = 5,35 · ln(C/C₀) [W/m²]Thay C = 2C₀ thì 5,35 · ln 2 = 3,71 W/m², bất kể bạn nhân đôi từ 280 hay từ 2 800.
Bậc thang mỗi lúc một dài
Vì thế các dải vàng trong demo rộng dần. Một trăm ppm đầu tiên, 280 lên 380, đáng 1,63 W/m²; thêm ngần ấy lần nữa phải bơm 136 ppm, lần sau 184, lần sau nữa 250. Cùng kiểu thang logarit như độ Richter, chỉ đọc ngược chiều.
Nghe như tin vui, và đúng là tin vui nếu nhịp leo không đổi. Từ mốc 420 ppm hôm nay, lặp lại bậc “100 ppm đầu tiên” cần thêm 150 ppm — với 2,5 ppm mỗi năm là sáu chục năm. Nhưng 69% lượng cưỡng bức tích luỹ từ 1750 mới xuất hiện sau 1960: đường cong dẹt dần, chân lại bước nhanh hơn thế nhiều. Và 2,17 W/m² kia đã bằng 92% khoảng cách CO₂ giữa kỷ băng hà cuối (180 ppm) với thời tiền công nghiệp — cái chênh từng dỡ bỏ những tảng băng ba cây số trên Bắc Mỹ — trong 270 năm thay vì mười nghìn.
Từ watt sang độ: chỗ CO₂ trao quyền cho hơi nước
Watt chưa phải nhiệt độ. Nếu hành tinh chỉ nóng lên rồi bức xạ mạnh hơn, không phản hồi nào khác, thì 2,17 W/m² chỉ đáng 0,70 °C. Thực đo đã ấm khoảng 1,3 °C; còn ở cân bằng, với độ nhạy 3 °C mỗi lần nhân đôi (ước lượng trung tâm của IPCC AR6), là 1,75 °C.
Phần chênh là công của những gì CO₂ khởi động: không khí ấm ngậm được nhiều hơi nước hơn, mà hơi nước mới là khí nhà kính mạnh nhất; băng tan để lộ mặt biển sẫm màu hút nắng. CO₂ là cái van chứ không phải cái bơm. Kéo thanh độ nhạy từ 1,0 lên 5,0 mà xem: con số độ C nhảy gấp năm trong khi 3,71 nằm im — khoảng bất định của khoa học khí hậu nằm ở phản hồi chứ gần như không nằm ở chính CO₂.
Trường hợp biên: khi logarit thôi còn là logarit
Hàm logarit hay bị đọc ngược thành “CO₂ bão hoà rồi, thêm nữa cũng vô ích”. Bão hoà có thật — nhưng ở tâm vạch 15 µm, còn hai sườn thì chưa, và chính hai sườn ấy đẻ ra hàm logarit: lấy nó làm phản chứng là dùng tiền đề của công thức để bác bỏ công thức.
Công thức thì có biên thật. Dưới ~30 ppm, sườn vạch mỏng tới mức quan hệ ngả về gần tuyến tính — chế độ của Trái Đất tuyết cầu, nơi mỗi ppm đáng giá hơn hẳn hôm nay. Trên ~1 500 ppm, các dải hấp thụ phụ quanh 10 µm mở ra và đường cong vống lên nhanh hơn logarit. Ngay hằng số 5,35 cũng không đứng yên: các tính toán truyền bức xạ gần đây, tính đủ điều chỉnh tầng bình lưu, đề nghị nâng nó lên ~5,6 — mỗi lần nhân đôi nhích từ 3,71 lên gần 3,9 W/m². Bóng đèn ngủ trên mỗi ô gạch vừa được thay bóng sáng hơn.