Khi mức độ khí carbon dioxide nhà kính tăng lên và làm ấm toàn cầu, băng của Nam Cực sẽ trở nên dễ bị tổn thương hơn theo chu kỳ trên quy mô thiên văn, đặc biệt là độ nghiêng của hành tinh chúng ta khi nó xoay quanh trục của nó.
Nghiên cứu mới phát hiện ra rằng hơn 30 triệu năm lịch sử, các tảng băng ở Nam Cực phản ứng mạnh mẽ nhất với góc nghiêng của Trái đất trên trục của nó khi băng kéo dài ra đại dương, tương tác với các dòng nước có thể khiến nước ấm tràn vào rìa của chúng và dẫn đến tăng tan chảy. Ảnh hưởng của độ nghiêng lên đến đỉnh điểm khi nồng độ carbon dioxide tương tự như những gì các nhà khoa học dự đoán trong thế kỷ tới, nếu con người không kiểm soát được khí thải.
Khi nồng độ carbon dioxide vượt quá 400 phần triệu, khí hậu sẽ trở nên nhạy cảm hơn với độ nghiêng hay độ xiên của Trái đất, các nhà nghiên cứu đã báo cáo vào ngày 14 tháng 1 trên tạp chí Nature Geoscience.
"Thực sự quan trọng là lượng carbon dioxide trong khí quyển", đồng tác giả nghiên cứu Stephen Meyers, một nhà cổ sinh vật học tại Đại học Wisconsin, Madison cho biết.
Một kịch bản của khí carbon dioxide cao và góc nghiêng cao có thể được đặc biệt tàn phá đến dặm dày băng bao phủ Nam Cực.
Tái thiết quá khứ
Trong khoảng 40.000 năm, trục Trái đất nghiêng qua lại "như một chiếc ghế bập bênh", Meyers nói. Hiện tại độ xiên này là khoảng 23,4 độ, nhưng nó có thể chỉ là 22,1 độ hoặc nhiều nhất là 24,5 độ.
Độ nghiêng quan trọng khi nào và nơi ánh sáng mặt trời chiếu vào địa cầu, và do đó có thể ảnh hưởng đến khí hậu.
Để xây dựng lại một lịch sử về cách băng của Nam Cực đã phản ứng với độ nghiêng này, Meyers và các đồng tác giả đã sử dụng một vài nguồn thông tin về quá khứ khí hậu của Trái đất. Một nguồn là canxi cacbonat từ đáy đại dương, bị bỏ lại bởi các sinh vật đơn bào gọi là benthic foraminifera. Những sinh vật này bài tiết một lớp vỏ canxi cacbonat xung quanh mình, khóa trong một bản ghi toàn cầu, liên tục về hóa học của đại dương và khí quyển.
Các hồ sơ trầm tích từ bên phải xung quanh Nam Cực cung cấp một nguồn lịch sử khí hậu khác - một chuyên ngành của đồng tác giả nghiên cứu và nhà cổ sinh vật học Richard Levy của Khoa học GNS và Đại học Victoria của Wellington ở New Zealand. Những trầm tích này, được khoan từ đáy đại dương trong các lõi cột dài, cũng giữ một kỷ lục của quá khứ. Một sông băng, ví dụ, đổ một hỗn hợp đặc biệt của bùn, cát và sỏi nơi nó nằm. Các lõi này cung cấp một bức tranh rất chi tiết về nơi các tảng băng từng là, Meyers nói, nhưng có những khoảng trống trong hồ sơ.
Chu kỳ băng
Với dữ liệu từ cả hai nguồn, các nhà nghiên cứu đã chắp nối lịch sử của Nam Cực từ 34 triệu đến 5 triệu năm trước. Levy cho biết, những tảng băng lớn đầu tiên ở Nam Cực hình thành cách đây 34 triệu năm, và băng biển quanh năm đã trở thành tiêu chuẩn chỉ 3 triệu năm trước, khi lượng carbon dioxide giảm xuống dưới 400 phần triệu.
Từ khoảng 34 triệu năm trước đến khoảng 25 triệu năm trước, carbon dioxide rất cao (600 đến 800 ppm) và phần lớn băng ở Nam Cực là trên đất liền, không tiếp xúc với biển. Các nhà nghiên cứu nhận thấy sự tiến bộ và rút lui của lục địa tương đối không nhạy cảm với độ nghiêng của hành tinh vào thời điểm này. Trong khoảng 24,5 triệu đến khoảng 14 triệu năm trước, carbon dioxide trong khí quyển giảm xuống còn từ 400 đến 600 ppm. Các tảng băng tiến lên biển thường xuyên hơn, nhưng không có nhiều băng biển nổi. Vào thời điểm này, hành tinh trở nên khá nhạy cảm với độ nghiêng của trục Trái đất.
Từ 13 triệu đến 5 triệu năm trước, nồng độ carbon dioxide đã giảm trở lại, xuống mức 200 ppm. Băng biển nổi trở nên nổi bật hơn, tạo thành một lớp vỏ trên đại dương mở vào mùa đông và chỉ mỏng vào mùa hè. Độ nhạy với độ nghiêng của Trái đất giảm.
Không hoàn toàn rõ ràng lý do tại sao sự thay đổi độ nhạy cảm với sự xiên xẹo này xảy ra, Levy nói với Live Science, nhưng lý do dường như liên quan đến sự tiếp xúc giữa băng và đại dương. Vào thời điểm độ nghiêng cao, các vùng cực ấm lên và sự chênh lệch nhiệt độ giữa xích đạo và cực trở nên ít cực đoan hơn. Điều này, đến lượt nó, làm thay đổi gió và các kiểu hiện tại - phần lớn được điều khiển bởi sự chênh lệch nhiệt độ này - cuối cùng làm tăng dòng chảy của nước biển ấm đến rìa Nam Cực.
Khi băng chủ yếu dựa trên đất liền, dòng chảy này không chạm vào băng. Nhưng khi các tảng băng được đặt dưới đáy đại dương, tiếp xúc với dòng chảy, dòng nước ấm rất quan trọng. Băng biển nổi dường như chặn một số dòng chảy, làm giảm xu hướng tan băng. Nhưng khi nồng độ carbon dioxide đủ cao để băng biển nổi tan chảy, không có gì ngăn được những dòng nước ấm đó. Đó là khi độ nghiêng của Trái đất dường như là quan trọng nhất, như đã xảy ra trong khoảng từ 24,5 triệu đến 14 triệu năm trước.
Lịch sử này nói lên rắc rối cho tương lai của Nam Cực. Vào năm 2016, mức độ carbon dioxide trong bầu khí quyển của Trái đất đã vượt quá 400 ppm, vĩnh viễn. Lần cuối cùng trong lịch sử địa chất của Trái đất rằng carbon dioxide cao đến mức này, không có băng biển quanh năm ở Nam Cực, Levy nói. Nếu khí thải tiếp tục như hiện tại, băng biển sẽ chùn bước, Levy nói, "và chúng ta sẽ quay trở lại một thế giới đã tồn tại hàng triệu năm."
"Các tảng băng trên biển dễ bị tổn thương ở Nam Cực sẽ cảm nhận được hiệu ứng của độ nghiêng tương đối cao hiện tại của chúng tôi và sự nóng lên của đại dương ở rìa Nam Cực sẽ được khuếch đại", ông nói.
Vào thứ Hai (14 tháng 1), một nhóm các nhà nghiên cứu khác đã báo cáo rằng tốc độ tan chảy ở Nam Cực đã nhanh hơn sáu lần so với chỉ vài thập kỷ trước. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng lục địa này đã mất khoảng 40 gigatons băng mỗi năm trong khoảng thời gian từ 1979 đến 1990. Trung bình từ năm 2009 đến 2017, nó đã mất trung bình 252 gigatons băng mỗi năm.
Các nhà nghiên cứu hiện đang xem xét các biến thể nhỏ về độ nhạy đối với độ nghiêng của Trái đất xảy ra trên ba mô hình rộng mà họ tìm thấy, nhưng thông điệp chính đã rõ ràng, Levy nói.
"Băng biển ở Nam Cực rõ ràng rất quan trọng", ông nói. "Chúng ta cần thúc đẩy và tìm ra cách để đáp ứng các mục tiêu phát thải."
