Khám phá ra 1,5 triệu năm lịch sử của Trái Đất từ lớp băng lâu đời nhất ở Nam Cực

[trungthuc]

Lõi băng ở Nam Cực có thể tiết lộ ra nhịp điệu băng hà của Trái Đất đã thay đổi như thế nào cách đây cả triệu năm.

Trong một phòng thí nghiệm lạnh giá ở Cambridge, Anh Quốc, các khoa học gia đang thực hiện một sứ mạng đặc biệt: làm tan chảy từng milimet của lớp băng lâu đời nhất từng được con người khai thác từ Trái Đất.

Đây là lõi băng cổ đại ở Nam Cực, có tuổi đời lên đến 1,5 triệu năm, chứa đựng những dấu tích nguyên sơ của khí quyển Trái Đất thời cổ đại và có thể nắm giữ lời giải cho một trong những bí ẩn lớn nhất của khoa học về khí hậu.

Lõi băng này được khai quật từ độ sâu 2,8 km dưới bề mặt phía Đông Nam Cực, tại một điểm tên là Little Dome C, một khu vực hẻo lánh cách Trạm Concordia (Pháp-Ý) khoảng 40 km. Đây là thành quả của dự án quốc tế Beyond EPICA - Băng Cổ nhất, quy tụ các khoa học gia đến từ 10 quốc gia châu Âu và 12 tổ chức khoa học quốc tế. Mục tiêu của họ là tìm cách mở rộng giới hạn kiên thức hiểu biết về lịch sử khí hậu củaTrái Đất, vốn trước đây chỉ dừng lại ở mức 800,000 năm, nay hi vọng sẽ vươn đến mốc 1,5 triệu năm.

Một phần trong lõi băng này được lắng đọng từ 1,5 triệu năm trước. (Minh họa)

Cỗ máy thời gian đóng băng
Không giống như lõi trầm tích dưới đáy biển chỉ mang lại những manh mối gián tiếp, lõi băng ở Nam Cực lưu giữ trực tiếp các "mẫu vật trong khí quyển" từ trong quá khứ xa xưa. Những bong bóng khí nhỏ xíu bị mắc kẹt bên trong lớp băng chứa CO₂, methane và các khí nhà kính khác, vẫn còn giữ nguyên vẹn kể từ thời điểm tuyết rơi và bị nén thành băng.

Kỹ thuật phân tích dòng chảy liên tục cho phép các chuyên gia nghiên cứu đo đạc đồng thời hàng chục các nguyên tố và đồng vị khi băng tan chảy, bao gồm cả dấu tích tro núi lửa, muối biển, bụi và sinh vật phù du cổ đại.

Tại Cơ quan Khảo sát Nam Cực của Anh Quốc(BAS), một trong số ít phòng thí nghiệm trên thế giới có thể xử lý loại số liệu thật nhạy và có độ phân giải cao này, tiến sĩ Liz Thomas và các cộng sự đang dẫn đầu công việc cho giải mã các thông tin quý giá đó.

Các lõi được lưu trữ trong một hang băng ở Nam Cực trước khi được đưa lên tàu chổ đến châu Âu. (Minh họa)

Khám phá bước ngoặt về khí hậu chưa có lời giải
Trọng tâm của cuộc nghiên cứu này là tiến hành cho giải mã một giai đoạn chuyển tiếp kỳ lạ trong lịch sử khí hậu của Trái Đất được gọi là "Chuyển đổi giữa Thời Kỳ Pleistocene", khi chu kỳ các kỷ băng hà đã có sự thay đổi từ 41,000 năm thành 100,000 năm. Nguyên nhân của sự thay đổi này cho đến nay vẫn còn là một bí ẩn chưa có lời giải đáp.

Các khoa học gia kỳ vọng, các số liệu từ lõi băng cổ đại này sẽ giúp làm sáng tỏ sự thay đổi này bằng cách cho tái dựng các chỉ số về môi trường xuyên suốt 1,5 triệu năm, từ nhiệt độ bầu khí quyển, hướng gió, đến độ mở rộng của lớp băng biển.

"Chúng tôi đang truy tìm các dấu hiệu cho thấy lý do vì sao mà hệ thống khí hậu của Trái Đất lại có những hoạt động khác nhau trong quá khứ", tiến sĩ Thomas nói. "Việc nắm hiểu được những sự thay đổi lớn trong quá khứ sẽ giúp cho chúng ta dự đoán tốt hơn những điều có thể sẽ xảy ra trong tương lai".

Các lõi băng được lưu trữ và phân phối cho nhiều viện nghiên cứu trên thế giới. (Minh họa).

Tấm gương cho hiện tại và tương lai
Những gì mà lớp băng này có thể tiết lộ ra, không chỉ đơn thuần là câu chuyện của quá khứ. Một số dữ kiện sơ bộ có cho thấy, nồng độ CO₂ trong một số giai đoạn giữa thời kỷ Pleistocene có thể đã có mức cao tương đương, thậm chí còn cao hơn hiện nay, khi mà Trái Đất đang bị nóng lên với tốc độ nhanh chưa từng có.

Điều khác biệt là trong khi mức CO₂ trong quá khứ tăng chậm trong hàng ngàn năm qua, thì con người đã khiến cho khí nhà kính tăng vọt chỉ trong vòng có 150 năm.

"Chúng ta đang sống trong thời kỳ biến đổi khí hậu chưa từng có, và lõi băng này có thể cung cấp bối cảnh về lịch sử quan trọng để nắm hiểu rõ những gì đang xảy ra, cũng như những gì có thể xảy đến", tiến sĩ Thomas nhận định.

Tiến sĩ Liz Thomas đang cầm lõi băng lâu đời nhất.(Minh họa)

Một hành trình kéo dài và thật tốn kém
Để có được những mẫu vật quý giá này, các khoa học gia đã phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt tại độ cao 3,200 m, nơi mà nhiệt độ thường xuyên ở mức cực thấp. Các lõi băng được cắt ra thành từng đoạn dài một mét, cho bảo quản cẩn thận trong thùng cách nhiệt, rồi đưa bằng tàu bè đến châu Âu trước khi được vận chuyển bằng xe tải lạnh đến Anh Quốc.

Trong phòng đông lạnh -23°C tại BAS, các chuyên gia nghiên cứu chỉ có thể làm việc mỗi lần có 15 phút do điều kiện nhiệt độ lạnh quá khắc nghiệt. Phân tích từng đoạn lõi sẽ kéo dài trong nhiều năm, được phối hợp giữa các phòng thí nghiệm trên khắp châu Âu, với những dụng cụ tinh vi như máy quang phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) có thể phát hiện cả những nguyên tố hiếm nhất.

"Chúng tôi thực sự đang khám phá một chương hoàn toàn chưa được viết trong cuốn sách lịch sử về khí hậu của Trái Đất", tiến sĩ Thomas nói. "Hi vọng lớn nhất là từ trong lớp băng này, chúng tôi sẽ cho mở khóa được những bí mật tuyệt vời về hành tinh của chúng ta".

Đường cong Keeling, một bản ghi hàng ngày về CO2 trong khí quyển toàn cầu, cho thấy nồng độ CO2 tương đối ổn định từ năm 1700 đến năm 1950, được đo bằng lõi băng. Sau năm 1950, nồng độ CO2 tăng nhanh chóng từ 300 lên hơn 400 ppm, được đo tại Đài quan sát Mauna Loa.