Những lỗ hổng khổng lồ trong gói băng mùa đông ở Nam Cực đã xuất hiện lẻ tẻ từ những năm 1970, nhưng lý do cho sự hình thành của chúng phần lớn là bí ẩn.
Các nhà khoa học, với sự trợ giúp của robot nổi và hải cẩu được trang bị công nghệ, giờ đây có thể có câu trả lời: Cái gọi là polynyas (tiếng Nga nghĩa là "nước mở") dường như là kết quả của bão và muối, nghiên cứu mới phát hiện.
Polynyas đã nhận được rất nhiều sự chú ý gần đây vì hai cái rất lớn được mở ở biển Weddell vào năm 2016 và 2017; trong trường hợp thứ hai, các vùng biển mở kéo dài trên 115.097 dặm vuông (298.100 km vuông), theo một bài báo được công bố vào tháng trên tạp chí Geophysical Research Letters.
Bây giờ, cái nhìn toàn diện nhất từng có về các điều kiện đại dương trong quá trình hình thành polynya cho thấy những dải nước mở này phát triển do biến đổi khí hậu trong thời gian ngắn và thời tiết đặc biệt khó chịu. Các polynyas cũng giải phóng rất nhiều nhiệt đại dương sâu vào khí quyển, với những hậu quả mà các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu.
"Nó có thể thay đổi mô hình thời tiết xung quanh Nam Cực", trưởng nhóm nghiên cứu Ethan Campbell, một sinh viên tiến sĩ ngành hải dương học tại Đại học Washington, nói với Live Science. "Có thể xa hơn."
Quan sát đại dương mở
Các nhà nghiên cứu đã nghi ngờ rằng bão có một số vai trò trong việc tạo ra polynyas trong những năm gần đây. Một bài báo được công bố trong tháng tư của các nhà khoa học khí quyển trên tờ Journal of Geophysical Research: khí quyển chỉ vào một cơn bão đặc biệt là bạo lực với gió tốc độ lên tới 72 dặm một giờ (117 km một giờ) vào năm 2017.
Nhưng ngay cả khi những cơn bão mùa đông năm 2016 và 2017 là cực kỳ khắc nghiệt, những cơn bão biển là tiêu chuẩn trong mùa đông ở Nam Cực, Campbell nói.
"Nếu đó chỉ là những cơn bão, chúng ta sẽ thấy polynyas mọi lúc, nhưng chúng ta thì không", ông nói. Thay vào đó, polynyas lớn là tương đối hiếm. Có ba cái lớn vào năm 1974, 1975 và 1976, nhưng không có gì đáng kể nữa cho đến năm 2016.
Campbell và nhóm của ông đã thu thập dữ liệu từ hai chiếc phao robot có kích thước như người được triển khai ở Biển Weddell bởi Dự án Mô hình và Quan sát Khí hậu và Khí hậu Phương Nam (SOCCOM) do Quỹ Khoa học Quốc gia tài trợ. Những chiếc phao trôi theo dòng chảy khoảng một dặm dưới bề mặt đại dương, Campbell nói, thu thập dữ liệu về nhiệt độ nước, độ mặn và hàm lượng carbon.
Để so sánh, các nhà nghiên cứu cũng sử dụng các quan sát quanh năm từ các tàu nghiên cứu ở Nam Cực và thậm chí cả hải cẩu khoa học - các pin pin hoang dã được gắn các dụng cụ nhỏ để thu thập dữ liệu đại dương khi các động vật tiến hành các chuyến đi thông thường.
Bão biển
Đặt lại với nhau, những quan sát này đã giải thích toàn bộ câu chuyện của polynyas 2016 và 2017. Thành phần đầu tiên, Campbell nói, là một phần của mô hình khí hậu được gọi là Chế độ hình ảnh phương Nam, phiên bản cực của El Niño. Cambell nói rằng một biến đổi khí hậu thường xuyên có thể mang theo gió từ xa bờ biển Nam Cực, trong trường hợp chúng trở nên yếu hơn hoặc gần bờ biển hơn, trở nên mạnh hơn. Khi sự biến đổi làm cho gió trở nên gần hơn và mạnh hơn, nó sẽ tạo ra nhiều dòng nước mặn, ấm hơn từ sâu trong biển Weddell đến bề mặt đại dương lạnh hơn, lạnh hơn.
Mô hình khí hậu này và sự nổi dậy tiếp theo đã làm cho bề mặt đại dương bị nhiễm mặn bất thường vào năm 2016, Campbell nói, điều này, làm cho nước biển dễ dàng trộn theo chiều dọc hơn. Thông thường, sự khác biệt về độ mặn giữ cho các lớp đại dương tách biệt, giống như dầu ít đậm đặc hơn nổi trên mặt nước và từ chối trộn. Nhưng vì bề mặt đại dương có độ mặn khác thường, nên có ít sự khác biệt giữa bề mặt và vùng nước sâu hơn.
"Đại dương đã mặn một cách bất thường ở bề mặt, và điều đó khiến cho rào cản trộn lẫn trở nên yếu hơn rất nhiều", Campbell nói.
Bây giờ tất cả các đại dương cần là một chút khuấy động. Và mùa đông năm 2016 và 2017 đã cung cấp thìa. Những cơn bão lớn đã tạo ra gió và sóng trộn nước theo chiều dọc, đưa nước ấm từ đáy đại dương làm tan chảy băng biển.
Hiệu ứng của các polynyas hình thành vẫn còn hơi bí ẩn. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng phần bên trong đại dương bên dưới chúng được làm mát bằng 0,36 độ F (0,2 độ C). Nhiệt giải phóng đó có thể thay đổi mô hình thời tiết địa phương và thậm chí là gió chuyển trên toàn cầu, Campbell nói.
Liên quan nhiều hơn, ông nói, là nước biển sâu tiếp xúc với khí quyển trong một polynya có khả năng giàu carbon. Vùng biển sâu ở Nam Cực là nghĩa địa của sinh vật biển, chúng giải phóng carbon khi chúng phân rã. Nếu carbon đó đi vào khí quyển thông qua polynyas, những khe hở nước mở này có thể đóng góp một chút vào biến đổi khí hậu, Campbell nói.
Campbell cho biết liệu polynyas có còn tồn tại trong không khí hay không, nhưng nghiên cứu mới sẽ giúp các nhà khoa học xác định chi tiết hơn về khí hậu thay đổi của Nam Cực. Các mô hình hiện tại của Nam Cực dường như dự đoán nhiều polyny hơn thực tế tồn tại, Campbell nói. Bây giờ, các nhà mô hình khí hậu sẽ có nhiều dữ liệu hơn để cải thiện những dự đoán đó, tạo ra một Nam Cực ảo tốt hơn để hiểu được sự thay đổi khí hậu.
Nghiên cứu xuất hiện ngày 10 tháng 6 trên tạp chí Nature.
