Đừng lo, chỉ là 'Lửa Băng'

Mười lăm năm trước, Richard Davies của Đại học Newcastle có được hình ảnh 3D về tầng đất biển ở Đại Tây Dương ngoài khơi bờ biển Mauritania. “Tôi là một nhà địa chất, vì vậy đây là phiên bản tương đương của máy quét CAT của bác sĩ,” Davies nói. “Tôi có bộ dữ liệu này, và tôi đã có rất nhiều sinh viên làm việc trên nó. Tôi đã xem xét nó suốt nhiều năm.”

Nhưng trong phần lớn thời gian đó, một điều gì đó trong các hình ảnh làm cho các nhà nghiên cứu không nhìn thấy. Cho đến khi thời gian rảnh rỗi do đại dịch Covid, Davies quét bụi trên những hình ảnh và nhận ra điều gì đó kỳ cục: những vết nứt trên đáy biển. Có 23 vết, mỗi vết rộng một km (khoảng hai phần ba dặm) và sâu 50 mét (164 feet). Những đặc điểm như vậy thường là kết quả của việc khí lớn được thải ra, làm nổi lên cặn và tạo ra lõm. “Chúng rất nổi tiếng,” Davies nói. “Nhưng những cái này to nhất có thể.”

Davies nghiên cứu về một chất tự nhiên kỳ lạ nhất trên Trái Đất: methane hydrate biển, còn được biết đến là lửa băng. Dưới nhiệt độ đủ thấp và áp suất cao, khí methane và nước lỏng đóng băng dưới đáy biển để tạo ra một hình thành giống như đá có vẻ như bánh bông lan. Methane cháy được, nên bạn thực sự có thể đốt cháy một miếng của nó.

Trong một bài báo mới được công bố trong tạp chí Nature Geoscience, Davies và đồng nghiệp của ông đã ghép những mảnh lạnh và khí thành một để nghiên cứu về vai trò mà chất lạ này có thể đóng trong biến đổi khí hậu. Không phải vì nó cháy, mà vì nó tan chảy.

Hydrat methane biển xuất hiện trên khắp các đại dương trên thế giới, bao gồm cả phía đông bờ biển của Hoa Kỳ. Khi nó tự nhiên tan chảy, nó “phân giải,” giải phóng methane tan trong nước biển hoặc nổi lên bề mặt. Methane là một loại khí nhà kính mạnh mẽ, mạnh gấp 80 lần so với carbon dioxide. Thực sự, các nhà khoa học đặt giả thuyết rằng hydrat methane có thể đã góp phần vào các giai đoạn trước đó của sự ấm lên toàn cầu trong lịch sử Trái đất. Khoảng 52 triệu năm trước, ví dụ, Davies nói, “có nghi ngờ rằng hydrat methane có thể đã gây ra một trong những biến đổi khí hậu đột ngột nhất mà Trái đất đã trải qua.”

Những vết đốm trên hình ảnh mà đội của ông nhìn thấy có lẽ được tạo ra gần đây hơn nhiều—trong vòng một triệu năm—do sự ấm lên của khí hậu. Băng chết tan chảy, giải phóng khí đi lên dốc trong sediment và phun ra từ đáy biển, tạo ra những vết lõm. Một túi methane có vẻ đã đi được 40 km hoặc 25 dặm.

Kết quả cho thấy rằng có thể có nhiều băng chết nhiều hơn có thể bị tan do biến đổi khí hậu hơn nhà khoa học đã nhận thức, và nó có thể là một nguồn khí gây hiệu ứng nhà kính quan trọng trong tương lai. “Đó là một nguồn carbon rất lớn,” Davies nói. “Chúng tôi đang chỉ ra rằng có những con đường để carbon đó được giải phóng mà chúng tôi chưa đánh giá cao.”

Những đốm nước này cụ thể hình thành ở độ sâu 330 mét. Nhưng trước khi đội của Davies nghiên cứu dữ liệu, không ai tìm kiếm băng chết tan ở vị trí này, vì nó nằm bên trên nơi mà hydrat ổn định trong khí hậu ngày nay, và do đó không phải là khu vực quan tâm. Ở những độ sâu tương đối nhỏ này, hydrat methane ngừng hình thành trong sediment, nơi nhiệt độ cao và áp suất thấp.

“Mọi người đã tập trung vào một khu vực cụ thể—từ 450 đến 750 mét dưới độ sâu nước—nơi mà hydrat dễ bị tan chảy,” Davies nói. Hydrat được coi là ổn định dưới 750 mét, nơi nó không có khả năng giải phóng methane vào đại dương trong giai đoạn ấm lên khí hậu.

Nhưng mọi thứ không luôn diễn ra đúng như dự kiến. Nhiệt độ có thể tăng thực sự sâu hơn trong đại dương, gần với nhiệt độ của chính Trái đất. “Mỗi 100 mét, nó sẽ trở nên ấm hơn một chút,” Davies nói. “Mặc dù áp suất đang tăng, nhưng nhiệt độ cũng đang tăng. Chúng cắt qua nhau. Và tại điểm đó là nơi hydrat chuyển từ ổn định sang không ổn định.”

Davies cho rằng khi đại dương ấm lên trong vòng một triệu năm qua, băng chết rất sâu, có thể là vài trăm mét dưới đáy biển, ở độ sâu nước khoảng 1 đến 2 km, cũng trở nên ấm lên, không ổn định—và sau đó giải phóng khí bắt đầu di chuyển lên dốc. Khi methane đi dưới đáy biển từ các khu vực sâu hơn, nó bắt đầu rò rỉ ở khoảng độ sâu 330 mét. “Khoảnh khắc ‘Aha!’ là khi tìm thấy những kẽ nứt khổng lồ này. Do những giai đoạn giữa các kỳ băng hóa—những thời kỳ ấm hơn trong vòng một triệu năm qua—mỗi khi nó tan chảy, khí sau đó di chuyển xa dọc theo kệ và thải ra,” Davies nói. “Tôi nghĩ: Wow, [vết đốm nước] hình thành do sự phân giải hydrat ở nước sâu.”

Độ sâu là một yếu tố quan trọng vô cùng khi nói đến khí methane và biến đổi khí hậu, vì nó giúp hạn chế một số tổn thất. Ở những phần sâu nhất của đại dương, băng chết có thể phân giải và phát ra methane, nhưng vi khuẩn sẽ phá hủy khí trước khi nó có thể đạt đến bề mặt. Methane cũng dễ dàng tan trong nước biển—điều này tạo ra sự axit hóa, nhưng ít nhất là nó sẽ không đạt được khí quyển. (Do cùng cơ chế, nồng độ carbon dioxide cao hơn trong khí quyển làm axit hóa đại dương.)

Nhưng nếu băng chết đang phân giải ở những vùng nước sâu hơn và khí đang di chuyển lên dốc qua đáy biển đến những vùng nước nông hơn, nó có thể nổi lên qua những đốm nước và đạt đến khí quyển. “Đúng là nếu bạn có thể làm cho methane thực hiện mẹo di chuyển này và trở nên nông hơn, ví dụ như 100 mét, bạn đang bắt đầu xem xét khả năng rằng một số methane đó có thể đạt đến khí quyển,” nhà địa lý Carolyn Ruppel nói, giám đốc Dự án Hydrates khí của Cơ quan Địa chất Hoa Kỳ, người không tham gia vào nghiên cứu nhưng đã tham gia kiểm định đồng nghiệm. “Rất có khả năng có nhiều nơi nơi hydrat đang phân giải ở độ sâu nước sâu, và khí đang được điều hướng lên dốc.”

“Thực sự, công việc này dường như chỉ ra rằng một phần lớn hơn của nguồn cung methane hydrate có khả năng bị làm mất ổn định,” John Kessler đồng ý, người nghiên cứu về hydrat methane tại Đại học Rochester nhưng không tham gia vào nghiên cứu mới. “Tuy nhiên, cần nhấn mạnh rằng sự mất ổn định của hydrat methane và việc giải phóng methane đó vào đại dương trên không không nhất thiết có nghĩa là methane sẽ thải ra khí quyển một cách thảm họa.” Kessler nói rằng quá trình giải phóng khí có thể quan trọng trong quy mô thời gian địa chất, nhưng chậm so với việc giải phóng nhanh chóng và rộng rãi của loại khí nhà kính.

Tuy nhiên, methane thêm vào có thể gây nguy cơ kích hoạt một vòng lặp phản hồi khí hậu. Khi Khu vực Bắc Cực ấm lên nhanh gấp bốn lần so với phần còn lại của hành tinh, tảo băng đất đang tan, giải phóng methane. Điều đó có thể dẫn đến nhiều sự ấm lên và nhiều sự tan chảy của tảo băng đất. Dưới biển, băng chết cũng có thể làm như vậy. Nó có thể tan chảy, giải phóng thêm methane và khí hậu sẽ trở nên ấm lên.

Nhưng để rõ ràng, trong khi băng chết có vẻ đáng sợ, mối đe dọa ngay lập tức—và nhiều hơn có thể được khắc phục—là sự kiện tiếp tục của con người đang phát thải thêm lượng carbon gây nhiệt độ cho khí quyển. “Nếu bạn muốn lo lắng về điều gì đó, hãy tập trung vào CO₂ và methane do con người,” Ruppel nói. “Hãy không nghĩ rằng đây là vấn đề lớn nhất.”