Hé lộ 1,2 triệu năm lịch sử của khí hậu

Giải mã nhịp điệu khí hậu của Trái Đất

Tháng 1/2025, dự án Beyond EPICA – Oldest Ice do châu Âu dẫn đầu gây chú ý khi thông báo nhóm khoan của họ đã tiếp cận độ sâu 2.800m trong lớp băng phía Đông Nam Cực. Phần thưởng mà họ thu được là mẫu lõi băng chứa lớp băng hình thành hơn 1 triệu năm trước, lâu đời hơn bất kỳ mẫu băng nào từng được thu thập từ khu vực này. Nhóm nghiên cứu đã khoan tại khu vực gần Little Dome C, không xa Dome C, nơi từng giữ kỷ lục trước đó với lõi băng 800.000 năm tuổi.

Mẫu băng cũ 800.000 năm đã giúp chúng ta hiểu rõ về sự chuyển đổi giữa các thời kỳ băng hà và ấm áp xen kẽ, đồng thời hé lộ mức độ lạnh giá khủng khiếp của kỷ băng hà cuối cùng khi phần lớn châu Âu bị bao phủ bởi băng. Nhưng lõi băng mới này lại đi sâu hơn vào dòng thời gian và có thể là chìa khóa giải mã một trong những bí ẩn lớn nhất của ngành cổ khí hậu học.

Một trong những câu hỏi chính mà nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ trả lời được là về sự thay đổi kỳ lạ trong nhịp điệu khí hậu của Trái Đất khoảng 900.000 năm trước. Trước thời điểm đó, Trái Đất trải qua các kỷ băng hà cứ khoảng 41.000 năm một lần. Nhưng rồi điều gì đó đã thay đổi. Chu kỳ bắt đầu chậm lại thành các khoảng thời gian 100.000 năm — một sự biến đổi cho đến nay vẫn khiến các nhà khoa học thế giới bối rối.

"Chúng tôi có bằng chứng mạnh mẽ cho thấy nồng độ CO2 đã đóng vai trò quan trọng", Frédéric Parrenin, nhà nghiên cứu chính của dự án giải thích. Trong các thang thời gian địa chất, mức độ carbon dioxide có xu hướng giảm do các quá trình phong hóa đá phức tạp. Sự suy giảm dần này, kết hợp với những thay đổi trong tuần hoàn khí quyển và đại dương, có thể đã khiến khí hậu rơi vào một trạng thái vận hành mới.

Bông tuyết như nhiệt kế, bọt khí như cỗ máy thời gian

Thực tế, việc đọc những bản ghi chép đóng băng của Trái Đất không đơn giản như kiểm tra một con dấu thời gian. Băng hà hình thành khi tuyết nén chặt qua hàng thiên niên kỷ, lớp này chồng lên lớp kia. Càng sâu thì lớp băng càng cổ, nhưng để biết chính xác tuổi thì cần đến khoa học thông minh. Các nhà nghiên cứu băng hà đã sử dụng thứ mà họ gọi là “đồng hồ hóa học” nằm ẩn giấu trong băng. Những lớp băng giàu bụi hoặc tro núi lửa chỉ ra các biến đổi theo mùa hoặc các vụ phun trào đã được xác định niên đại từ nơi khác. Ngay cả từ trường của Trái Đất cũng đóng vai trò: các hạt vũ trụ như beryllium-10 tích tụ khác nhau tùy theo độ mạnh yếu của lá chắn từ trường, cung cấp một dấu hiệu khác về tuổi của từng lớp băng.

Nhưng với những phân đoạn lâu đời nhất, các nhà khoa học chuyển sang nghiên cứu các ngôi sao, quỹ đạo và độ nghiêng của Trái Đất tuân theo các chu kỳ chậm và đưa ra các dự đoán. Những biến đổi quỹ đạo này ảnh hưởng đến lượng ánh sáng mặt trời mà hành tinh nhận được và để lại dấu ấn trong thành phần đồng vị của băng, hoạt động như một cuốn lịch thiên văn khắc trên tuyết. Vượt ra ngoài việc xác định tuổi băng, các nhà nghiên cứu còn muốn hiểu khí hậu khi đó thật sự ra sao. Đây là lúc hóa học tuyết phát huy tác dụng. Những khác biệt nhỏ trong cấu trúc phân tử nước, đặc biệt là các đồng vị nặng như oxygen-18 và deuterium tiết lộ nhiệt độ cổ xưa.

Khi trời lạnh, bông tuyết sẽ mất các đồng vị nặng sớm hơn trong hành trình của nó. Điều đó có nghĩa là tuyết rơi xuống Nam Cực trong một kỷ băng hà sẽ "nhẹ" hơn, xét về mặt đồng vị, so với tuyết từ các thời kỳ ấm hơn. Bằng cách phân tích dấu hiệu hóa học này, các nhà khoa học có thể tái dựng xu hướng nhiệt độ toàn cầu với độ chính xác đáng kinh ngạc. Còn các bọt khí bị mắc kẹt giữa các tinh thể tuyết khi nén lại thành băng thì có thể đã tồn tại hơn một triệu năm. Chúng chứa khí quyển thực sự từ thời điểm đó, cho phép các nhà khoa học quan sát trực tiếp nồng độ CO₂ và các khí nhà kính khác trong quá khứ, giống như có trong tay một "chai khí quyển" từ thời xa xưa.

Và phần thú vị nhất là đây có thể chỉ mới là khởi đầu. 200m dưới cùng của lõi băng mới được khai quật có thể chứa lớp băng còn cổ hơn nữa, có thể lên tới vài triệu năm tuổi. Dù bị phân mảnh và khó phân tích hơn, phần này có thể cung cấp cái nhìn sâu xa hơn nữa về tiến trình khí hậu của Trái Đất.

"Càng tìm hiểu nhiều, chúng ta càng có thể mô phỏng tốt hơn những gì đang chờ phía trước. Trong một thế giới đang phải đối mặt với biến đổi khí hậu ngày càng nhanh, những kho lưu trữ đóng băng này quý giá hơn bao giờ hết, không chỉ vì những gì chúng kể về quá khứ, mà còn vì những gì chúng hé lộ về tương lai”, nhà nghiên cứu Frédéric Parrenin nói.