Khó Khăn Trong Nghiên Cứu Khí Hậu Khi Núi Băng Tan Chảy

Năm sau, một trạm thu thập dữ liệu trên Núi Băng Wolverine ở miền nam Alaska, Hoa Kỳ sẽ biến mất do tan chảy. Trạm này, gần đầu nguồn—còn được gọi là đầu thấp của núi băng—chứa một que cân bằng khối lượng mà Christopher McNeil, một nhà địa vật học của Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, sử dụng để đo lường tốc độ mà núi băng đang tăng lên hoặc tan chảy. “Thực tế, chúng tôi đã phải đối mặt với điều này ở hầu hết tất cả các trạm núi băng của chúng tôi,” McNeil nói.

Tuyết và băng là những công cụ vô cùng quan trọng để nghiên cứu môi trường của chúng ta. Có những lõi băng từ cực và từ núi băng trên khắp thế giới được lưu trữ tại Trung tâm Lõi Băng của Quỹ Khoa học Quốc gia tại Denver; chúng thể hiện mọi thứ từ khi sự kiện núi lửa xảy ra đến lượng khí carbon dioxide và methane có trong khí quyển hàng triệu năm trước.

Những nghiên cứu khác sử dụng tuyết để hiểu lượng độc tố hoặc ô nhiễm trong môi trường ngày nay. “Tuyết là một phương tiện tuyệt vời để làm việc vì bạn có được các lớp tuyết,” nói Aleksandra Karapetrova, một sinh viên nghiên cứu trong chương trình độc học môi trường tại Đại học California, Riverside. Công việc của cô tập trung vào việc đo lường lượng microplastics đang rơi từ khí quyển.

Tuyết rơi trong những trận bão, vì vậy nếu bạn biết lịch sử thời tiết, bạn có thể sử dụng tuyết như một bản ghi vật lý về những gì đã ở trong không khí. “Tôi có thể đặt dấu thời gian cho mẫu của mình dựa trên nơi tôi lấy mẫu trong tuyết, vì tôi biết khi trận bão xảy ra,” Karapetrova nói. Tuyết cũng không chứa chất hữu cơ có thể làm khó xác định vật liệu quan tâm.

Nhưng với lượng tuyết giảm và núi băng tan chảy do biến đổi khí hậu, các nhà nghiên cứu đang gặp khó khăn khi tiếp cận các công cụ nghiên cứu yêu thích của họ. Họ phải điều chỉnh các giao thức, biện pháp an toàn và mô hình khoa học để đối phó với các điều kiện thay đổi. Dữ liệu khó khăn để thu thập, đồng thời trở nên ít đồng đều hơn, làm cho việc nghiên cứu và hiểu biết thế giới khi nó thay đổi trở nên khó khăn hơn.

Mười năm trước, các nhà khoa học thực hiện các đo lường trên núi băng chỉ cần các kỹ năng leo núi cơ bản như trượt tuyết và sử dụng crampons. Nhưng khi nhiệt độ gia tăng khiến các khe nứt trở nên rộng hơn và cầu tuyết trở nên mỏng hơn, hiện cần thêm nhiều hơn là kiến thức và kinh nghiệm leo núi kỹ thuật. “Điều đó hoàn toàn khiến việc di chuyển trên núi băng không chỉ khó khăn hơn, mà ở một số khía cạnh còn nguy hiểm hơn,” McNeil nói.

Đội của ông dành nhiều thời gian hơn trên núi băng khi họ “buộc dây”—mỗi thành viên của đội buộc vào nhau, để nếu một người rơi qua một lớp băng mỏng, những người khác có thể ngăn chặn sự rơi của họ. Điều này làm chậm lại quá trình di chuyển trên núi băng nhiều hơn. Và khi một cầu tuyết qua một khe nứt trở nên mỏng đến nỗi không thể đi qua, thì việc tìm một tuyến đường khác để đến địa điểm thu thập dữ liệu có thể mất thêm nhiều thời gian.

Các địa điểm như vậy nằm rải rác trên núi băng và thường được đánh dấu bằng một que cân bằng khối lượng. Những que kim loại này—thường được đánh dấu bằng các đường đo—được chèn vào các độ sâu đã biết trước trên núi băng. Sau đó, chúng được thăm nhiều lần trong năm để đo lường xem có bao nhiêu tuyết và băng đã tích lũy hoặc mất ở những điểm này. Nhưng khi tuyết và băng tan chảy, việc đến được một số que có thể trở nên không thể.

“Đã có rất nhiều lần chúng tôi đi đến một que, và bạn có thể nhìn thấy nó, nhưng có một khe nứt rộng 10 đến 20 feet,” nói Ben Pelto, một nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại Đại học British Columbia. “Và như là, chắc chắn không còn cách nào chúng tôi có thể đến que đó nữa. Nó ảnh hưởng đến lượng nghiên cứu bạn có thể thực hiện và an toàn của nó.”

Nguy hiểm cũng đã được tăng cao đối với những nhà nghiên cứu làm việc ngay phía trên đường tuyết trên núi. Đối với Karapetrova, sự biến động nhiệt độ lớn có thể gây ra sự rơi đá hoặc tuyết lở, làm tăng nguy cơ khi cô di chuyển trên những ngọn núi gần Hồ June ở California nơi cô thu thập mẫu tuyết của mình.

Mọi nhà nghiên cứu đều đề cập đến việc phải di chuyển mùa lấy mẫu của họ sớm hơn hoặc phải làm việc nhanh hơn trong ít tháng hơn do mùa hè kéo dài và ấm hơn. Karapetrova đã bị hạn chế trong việc lấy mẫu vào tháng 6 và tháng 7, trong khi trước đây các nhà khoa học có thể lấy mẫu cho đến tháng 8. Jason Geck, giáo sư kỹ thuật viên tại Đại học Alaska Pacific chuyên sâu về nghiên cứu băng, đã dẫn sinh viên trong một chuyến nghiên cứu hàng năm vào tháng 5 để lấy mẫu trên Núi Băng Eklutna gần Anchorage suốt hơn một thập kỷ—nhưng anh đã phải chuyển nó sang tháng 4 vì quá trình tan chảy xảy ra sớm hơn.

“Rất tuyệt khi có một vài sinh viên tham gia trong hai hoặc ba tuần trên núi băng để có trải nghiệm thực tế,” anh ta nói. “Nhưng giờ đây nó đã được rút ngắn xuống chỉ trong một ngày. Từ góc độ giáo dục, sinh viên đang gặp khó khăn.” Geck cũng đã phải sử dụng trực thăng để di chuyển, thay vì đi bộ đường dài hoặc trượt tuyết, vì hiệu suất và an toàn—điều này, tất nhiên, góp phần nhiều hơn vào biến đổi khí hậu.

Khi sự an toàn và khả năng tiếp cận tuyết núi và băng núi cao giảm đi, mất mát lớn nhất là sự đồng đều của dữ liệu. Ngay cả việc chuyển đổi các địa điểm thu thập dữ liệu chỉ vài trăm mét hoặc từ một bên của núi băng sang bên kia cũng có thể tạo ra sự không nhất quán. Một số khu vực của núi băng có bóng cây nhiều hơn, dốc hơn hoặc gió mạnh hơn, làm thay đổi tốc độ tuyết tích lũy và băng tan.

Và mất mát dữ liệu đang trở nên lớn hơn. Một trạm thời tiết trên Núi Băng Gulkana ở dãy núi phía đông Alaska, thu thập dữ liệu thời tiết từ những năm 1960, sẽ bị đình chỉ hoạt động trong ba năm tới. Khi núi băng rút lui, nó để lại những túi tuyết mà đá có thể trượt khỏi làm việc tới trạm trở nên quá phức tạp và nguy hiểm, kết thúc một bản ghi thời tiết liên tục kéo dài hơn nửa thế kỷ. Có một trạm thời tiết mới vài dặm lên núi băng sẽ thay thế nó, nhưng nó sẽ không bao giờ giống hệt nhau.

“Mọi dữ liệu chuỗi dài đều rất quý giá,” nói Geck. Nỗi sợ lớn nhất của anh là khi đến que cân bằng khối lượng và thấy nó nằm ngửa vì tuyết tan quá nhiều để giữ nó đứng. “Không phải điều vui vẻ khi bạn đến và thấy que của mình nằm ở dưới đất,” anh ta nói. Geck ước tính mỗi khi một que đổ, mất khoảng $1,000 cho công việc lao động, thiết bị và kiến thức. Anh ta đã bắt đầu đặt máy quay thời gian để ghi lại những que, vì vậy nếu chúng đổ, anh ta biết khi nào và vẫn có thể rút ra một số thông tin.

Nhưng ít nhất Geck đã có cách để tương đối bảo vệ dữ liệu thu thập của mình cho tương lai. Karapetrova cho rằng mẫu thu thập hiện tại của cô có thể không thậm chí là khả thi trong tương lai. Dữ liệu mạnh mẽ nhất của cô đến từ tuyết khô sau một trận bão. Do đó, khi những năm tuyết ít trở nên phổ biến hơn, cô có ít cơ hội hơn để thu thập mẫu. Mùa thu trước đây đã có thời gian dài thứ hai về số ngày không có tuyết trong mùa đông ở vị trí Hồ June của cô, lên đến 70 ngày. Vì vậy, trong hơn hai tháng, Karapetrova không thể có bất kỳ số liệu nào về microplastics trong khí quyển từ bản ghi tuyết.

Làm việc xung quanh những không nhất quán trong dữ liệu sau đó làm cho việc truyền đạt thực tế về biến đổi khí hậu khó khăn hơn. Dữ liệu nhất quán cần thiết để kể một câu chuyện khoa học mạnh mẽ, và việc liên tục phải thay đổi địa điểm thu thập nghĩa là cần phải hiệu chỉnh lại bản ghi, làm cho việc đưa ra những kết luận mạnh mẽ trở nên khó khăn hơn, theo McNeil. Mọi đột phá nghiên cứu phải đi kèm với nhiều điều kiện hơn và giải thích hơn. “Nó chỉ khiến cuộc sống của bạn khó khăn hơn,” Pelto nói. “Và làm cho dữ liệu của bạn ít chất lượng hơn một chút.”

Dữ liệu không nhất quán và làm gián đoạn các bộ dữ liệu dài hạn không phải là mất mát không đáng kể. Các mô hình mà các nhà khoa học tạo ra để hiểu rõ điều gì đang xảy ra trên toàn hệ thống và tương lai của nó—cho dù đó là một tảng băng, ngọn núi, tuyết hay khí quyển—đang trở nên lỗi thời do biến đổi khí hậu biến đổi và mất mát dữ liệu kết quả.

Trên những tảng băng, Pelto và đội của anh giờ đây cần thực hiện cuộc khảo sát hàng không mỗi vài năm để sửa các đo lường băng trên cánh đồng của họ. Việc thu thập dữ liệu của họ diễn ra ở những phần bằng phẳng và an toàn của tảng băng mà họ có thể tiếp cận. Nhưng hầu hết tảng băng đều có những khe nứt, với nhiều khe nứt giờ đây được tiếp xúc với lượng tuyết tan nhiều hơn, làm tăng diện tích bề mặt của tảng băng, dẫn đến việc tan chảy nhiều hơn ở những khu vực phẳng mà các nhà khoa học lấy mẫu.

“Điều này luôn là một thiên hướng,” anh ta nói. “Nhưng nó đang trở thành một thiên hướng lớn hơn. Chúng ta đang bị ép buộc phải đo lường những nơi mà trên đó tảng băng an toàn để đi lại, điều đó cũng thường xuyên là nơi mà tảng băng đang làm tốt hơn một chút.”

Đối với Karapetrova, những mô hình mà cô sử dụng không được hiệu chỉnh cho những đợt hạn hán nghiêm trọng và thời tiết không đều như hiện nay ở núi. “Những mô hình phải cách nào đó tính đến biến đổi khí hậu thay đổi liên tục này,” cô nói. “Nó làm phức tạp câu chuyện mà bạn đang cố kể, và làm cho phần dự đoán tương lai trở nên khó khăn hơn.”