Sự tê liệt của các dòng hải lưu Đại Tây Dương sẽ kích hoạt kỷ băng hà, gây ra biến đổi khí hậu

Thời kỳ băng hà cuối cùng không phải là thời kỳ lạnh lẽo kéo dài mà là thời kỳ có nhiệt độ thay đổi đột ngột, tăng hoặc giảm hàng chục độ, làm thay đổi toàn bộ hệ sinh thái. Bí ẩn được tìm thấy trong các lõi băng ở đảo Greenland và Nam Cực cho thấy, những thay đổi đó cứ 1500 năm lại xảy ra một lần ở mỗi bán cầu hoặc đồng thời xảy ra trên cả hai bán cầu của Trái đất: Khi nhiệt độ giảm mạnh ở bán cầu Bắc thì ở Nam bán cầu nhiệt độ sẽ tăng lên, và ngược lại. Hiện nay, các nhà khoa học đã tìm thấy thủ phạm đằng sau những thay đổi đó chính là “băng tải đại dương” (khái niệm được dùng để chỉ các dòng hải lưu sâu chảy trong lưu vực dưới đáy các đại dương) còn được gọi là Dòng đối lưu kinh tuyến Đại Tây Dương (AMOC). 

Những dòng hải lưu này, còn được biết đến là dòng hải lưu Gulf Stream, giúp chuyển nước ấm về phía bắc và chuyển nước lạnh về sâu phía Nam, làm cho phần tây bắc Châu Âu có nhiệt độ cao hơn bất kỳ khu vực nào có cùng vĩ độ. Nhưng chúng sẽ suy yếu đột ngột, gần đến điểm dừng, ngay trước giai đoạn khí hậu thay đổi đột ngột, như các nhà nghiên cứu đã báo cáo trên tạp chí Science.

Sự chậm lại của dòng đối lưu kinh tuyến Đại Tây Dương (AMOC) từ lâu đã bị nghi ngờ là nguyên nhân chính của sự biến đổi khí hậu trong thời kỳ băng hà cuối cùng, kéo dài cách đây từ 110 000 đến 15000 năm trước đây, nhưng chưa bao giờ được chứng thực. Nghiên cứu mới này “là minh chứng tốt nhất cho giả định đó”, Jerry McManus, một nhà hải dương học tại Đài quan sát Trái đất Lamont- Doherty của Đại học Columbia, và là một trong các nhà nghiên cứu đề tài cho biết.

Băng tan có thể làm tắc nghẽn các dòng hải lưu Đại Tây Dương, gây kích hoạt kỷ băng hà. (Ảnh: Subtik/iStockphoto)

Để đánh giá sức mạnh của các dòng hải lưu cổ đại trong suốt 35.000 năm ở giữa kỷ băng hà, McManus và các đồng nghiệp của ông đã khảo sát một đoạn dài 10 mét trong cột lõi khoan sâu 38 mét từ đáy Đại Tây Dương. Cột trầm tích này được biết đến với tên gọi Bermuda Rise, nơi trầm tích được tích lũy nhanh bất thường. Lớp trầm tích dày sẽ cho biết một cách chi tiết những thay đổi hóa học khi chúng được chôn lấp.

Sự chậm lại của dòng đối lưu kinh tuyến Đại Tây Dương (AMOC)

Khí hậu kỷ băng hà có thể đã xảy ra do sự suy yếu của các dòng hải lưu Đại Tây dương, trong đó dòng nước ấm và nông hơn di chuyển lên phía Bắc (màu đỏ), dòng nước lạnh hơn, sâu hơn, di chuyển về phía Nam (màu xanh). (Ảnh: G. GRULLÓN/SCIENCE)

Các nhà nghiên cứu đã đo tỉ số của hai sản phẩm phân rã phóng xạ: protactini-231 và thorium-230. Các hạt nhân con này đến từ trong chuỗi phân rã phóng xạ của một lượng nhỏ urani hòa tan ở khắp mọi nơi trong nước biển. Nếu đại dương được ví như một cái bồn tắm thì hai hạt nhân con này sẽ bám vào các hạt trầm tích, lắng xuống và bị chôn vùi trong đó theo một tỷ lệ không đổi. Nhưng thori hấp phụ trên hạt rắn dễ dàng hơn protactini, nên nó dễ bị chôn vùi hơn, trong khi protactini có xu hướng được các dòng hải lưu đưa đến nơi khác. Tại những nơi như Bermuda Rise, nơi các băng tải Đại Tây dương thường mạnh, trong trầm tích sẽ có ít proctactini hơn, ngoại trừ bốn trường hợp có tỷ lệ proctactini so với thori tăng mạnh trong vài thập kỷ đến hàng thế kỷ, cho thấy sự suy yếu đột ngột của AMOC.

Hiện giờ vẫn chưa rõ nguyên nhân gì làm AMOC chậm lại đột ngột, rất có thể liên quan đến biến cố Heinrich – việc giải phóng nhanh chóng những núi băng trôi từ dải băng Canada. Những tảng băng trôi này thường qua eo biển Hudson của Canada và có thể đã xả nhiều nước băng vào Đại Tây Dương hơn toàn bộ chỏm băng của Greenland, làm mực nước biển cổ xưa dâng cao lên 10 mét. Nước băng tan ra đã mang theo một lượng nước ngọt khổng lồ đến Bắc Đại Tây Dương, nơi có các dòng hải lưu mát và chìm xuống. Do nước ngọt có khối lượng riêng nhỏ hơn nước biển (ít chất hòa tan hơn), nên chúng có thể nổi lên trên AMOC, ngăn ngừa sự đối lưu, khuếch tán của các chất, làm giảm động lực của dòng chảy. Quá trình làm chậm này có thể kéo dài 1500 năm hoặc lâu hơn, sau đó AMOC sẽ đột ngột lấy lại được sức mạnh khi nước ngọt trộn lẫn vào dòng hải lưu và các dòng đạt đến một ngưỡng nhất định. Tuy nhiên, sự suy yếu của AMOC không phải luôn luôn đi kèm với biến cố Heinrich, đôi khi một số biến cố Heinrich xảy ra sau khi AMOC đã bắt đầu suy yếu. “Những biến cố Heinrich có thể là một phản ứng đối với sự thay đổi đảo dòng hải lưu, chứ không hẳn là nguyên nhân gây ra sự đảo dòng đó”, Schmittner nói.

Một câu hỏi khác là liệu AMOC – hiện đang suy giảm – có thể dừng đột ngột (như được mô tả trong bộ phim The Day After Tomorrow năm 2014) khiến nhiệt độ giảm mạnh trên khắp Tây Bắc Âu hay không. Nhưng McManus nói rằng, các nghiên cứu sâu hơn về các kỷ băng hà đã phát hiện các dao động khí hậu 1500 năm một lần không có xu hướng mạnh như trong kỷ băng hà. “Nói cách khác, việc này chưa chắc sẽ diễn ra. Vì trong hầu hết kỳ băng hà, băng tuyết đảo Greenland không tan … còn bây giờ băng tuyết đảo Greenland lại đang tan”.