Một Bí Mật Khoa Học Bất Ngờ từ Cơ Sở Quân Sự Băng Giá Arctic

Năm 1959, Hoa Kỳ bắt đầu xây dựng phiên bản thực tế của căn cứ Đá Đông lạnh từ The Empire Strikes Back. Kế hoạch cho Camp Century là thử nghiệm công nghệ đào đường hầm trong tuyết ở tây bắc Greenland, không xa từ cực bắc, với lý do giả tạo là để nghiên cứu khoa học. Thực sự, Hoa Kỳ đang thể hiện sức mạnh quân sự, và có thể đang xem xét Dự Án Iceworm, một cách để giấu 600 tên lửa hạt nhân trong hàng nghìn dặm đường hầm tuyết trải dài qua bắc Greenland, gần Liên Xô ngày xưa. Tuy nhiên, tảng băng khổng lồ của hòn đảo này đã có những ý định khác cho Camp Century—băng di chuyển và dòng chảy, khiến nơi này không phải là nơi lý tưởng để giấu tên lửa hạt nhân hay vận hành reaktor hạt nhân cung cấp năng lượng cho căn cứ.

Iceworm không tiến triển, và Hoa Kỳ đóng Camp Century vào năm 1966, để lại các đường hầm chìm vào sự sụp đổ. Nhưng trước khi mọi người bỏ chạy, các nhà nghiên cứu đã quản lý khai quật ra một số bí mật khoa học thực sự, khoan một lõi đá sâu 4.550 feet vào tảng băng. Khi chạm đất, họ khoan thêm 12 feet nữa, mang lên một tấm bản lấy từ cát đá đóng băng, tuyết bẩn, hòn sỏi và bùn. Quân đội chuyển lõi đá này từ tủ lạnh của họ đến Đại học Buffalo vào những năm 1970. Lõi sau đó đến Đan Mạch vào những năm '90, nơi nó được giữ đông lạnh, nên bây giờ nó mang đến cho các nhà khoa học cái nhìn vô cùng quý giá về những kỷ nguyên băng hà đã qua.

Nhưng cho đến năm 2018, không ai quan tâm nhiều đến chất cặn này, khi nó được phát hiện lại trong các lọ bánh quy trong một tủ lạnh của Đại học Copenhagen. Bây giờ, một đội ngũ nghiên cứu quốc tế đã phân tích chất cặn đó, và đã đưa ra một phát hiện khoa học quan trọng.

“Trong chất cặn đông lạnh đó có những hóa thạch lá và mảnh nhỏ của côn trùng, cành cây và rêu cho chúng ta biết trong quá khứ có một hệ sinh thái tundra sống ở nơi mà ngày nay có hơn một dặm băng,” nói nhà địa chất của Đại học Vermont Paul Bierman, đồng tác giả của một bài báo mới mô tả phát hiện này trên tạp chí Khoa học. “Tảng băng này rất mong manh. Nó có thể biến mất, và nó đã biến mất. Bây giờ chúng ta có một ngày tháng cho điều đó.”

Trước đây, các nhà khoa học ước lượng rằng Greenland bị đóng băng cách đây khoảng 2,5 triệu năm và đã như vậy kể từ đó. Năm 2021, Bierman và đồng nghiệm của ông xác định rằng thực sự nó đã không có băng trong khoảng một triệu năm qua. Bây giờ, họ đã đặt ngày cho hệ sinh thái tundra được ghi lại trong lõi Camp Century là chỉ cách đây 416.000 năm—vì vậy tây bắc Greenland không thể đã bị đóng băng vào thời kỳ đó.

Các nhà khoa học cũng biết rằng vào thời điểm đó, nhiệt độ toàn cầu tương đương hoặc nhỉnh hơn so với ngày nay. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, nồng độ khí CO₂ gây hiệu ứng nhà kính trên hành tinh chỉ khoảng 280 phần triệu, so với 422 phần triệu ngày nay—một con số đang tiếp tục tăng nhanh. Bởi vì con người đã làm ấm hẫp khí hậu một cách đột ngột và nhanh chóng, chúng ta đang vượt quá điều kiện đã dẫn đến việc tan chảy rộng lớn của tảng băng Greenland và mầm sinh thái tundra. “Đó là một cảnh báo,” nói nhà địa chất của Đại học Utah Tammy Rittenour, một trong số tác giả của bài báo mới. “Điều này có thể xảy ra dưới điều kiện CO₂ thấp hơn nhiều so với trạng thái hiện tại của chúng ta.” 

Việc tan chảy đó có thể rất nguy hiểm. Nghiên cứu mới chỉ ra rằng việc tan chảy băng Greenland cách đây 400.000 năm đã gây ra ít nhất 5 feet tăng mực biển, nhưng có thể lên đến 20 feet. “Những kết quả nâng cao thêm lo ngại rằng chúng ta có thể đang rất gần ngưỡng sụp đổ của tảng băng Greenland và tăng mực biển đáng kể thêm một mét trở lên,” nói nhà khoa học khí hậu của Đại học Pennsylvania Michael Mann, người không tham gia vào nghiên cứu. Ngày nay, chưa đầy một foot tăng mực biển toàn cầu đã gây ra vấn đề lớn về ngập lụt và sóng bão cho các thành phố ven biển—mà không tính đến khả năng có thêm 20 feet. 

Nếu Greenland tan chảy một lần nữa, nó có thể đạt đến một điểm không thể quay trở lại, liên tục làm tăng mực biển. Khi một tảng băng tan chảy, nó làm nổi lên mảnh đất tối màu dưới đó, hấp thụ nhiều năng lượng của mặt trời hơn, làm tăng nhiệt độ địa phương và kích thích sự tan chảy nhiều hơn.

“Nếu mất quá nhiều khối lượng và độ cao của bề mặt giảm đáng kể, sự ấm lên của bề mặt làm cho quá trình tái sinh của tảng băng trở nên khó khăn hơn,” nói nhà địa chất của Đại học Pennsylvania Richard B. Alley, người không tham gia vào nghiên cứu. “Bài báo mới cung cấp thêm bằng chứng cho thấy ngay cả sự ấm lên nhẹ nhàng kéo dài cũng sẽ kích thích quá trình tan chảy lớn ở Greenland, đẩy mực biển lên.”

Chính xác cách mà tảng băng Greenland có thể suy giảm trong tương lai vẫn chưa rõ, và cần thêm nghiên cứu. Nhiệt độ cách đây 400.000 năm tương tự như ngày nay, nhưng sự ấm lên tự nhiên đã đẩy sự tan chảy của Greenland xảy ra từ từ. Con người đã nhanh chóng và đột ngột làm ấm hỏi hậu từ thời kỳ tiền công nghiệp đến nay, và CO₂ nhân tạo sẽ ở trong khí quyển hàng nghìn năm, trừ khi người ta phát minh ra cách loại bỏ nó ở quy mô lớn. Chúng ta cũng có thể giảm nhiệt độ. Nếu chúng ta giảm lượng phát thải, Mann nói, tảng băng Greenland có thể duy trì ổn định.

Vậy, làm thế nào đội ngũ nghiên cứu này phát hiện ra rằng tây bắc Greenland là một tảng băng-free tundra cách đây 400.000 năm? Chất cặn từ lõi Camp Century chứa nhiều chất hữu cơ, nhưng nó quá cũ để kiểm tra bằng cách sử dụng phương pháp đo tuổi carbon, chỉ hiệu quả cho các giai đoạn lên đến 50.000 năm trước đây. “Chúng tôi rút ra những cành cây nhỏ và lá, và chúng tôi ngay lập tức gửi chúng để xác định tuổi bằng phương pháp đo carbon, và chúng trở lại với chúng tôi với điều chúng tôi gọi là 'carbon nguyên tố,’” nói Rittenour. “Không có dấu vết của carbon phóng xạ nằm lại trong mẫu.”

Vì vậy, thay vào đó, Rittenour sử dụng ánh sáng—cụ thể là ánh sáng phát quang của các phần nhỏ feldspar chôn dưới chất cặn. Electron tự do tích tụ trong khoáng chất theo thời gian, tạo ra một “tín hiệu phát quang.” Tiếp xúc với ánh sáng mặt trời cơ bản làm trung hòa tín hiệu này, nhưng khi những khoáng chất này bị chôn dưới hàng nghìn feet băng, tia nắng mặt trời không thể đến được và quá trình tích tụ electron lại bắt đầu. Trong phòng tối của phòng thí nghiệm, Rittenour có thể nhìn vào mẫu Camp Century bằng ánh sáng hồng ngoại. “Chúng tôi có thể sử dụng ánh sáng có bước sóng, và chúng tôi đo lường sự phát quang phát ra ở một bước sóng khác,” nói Rittenour. “Mẫu càng cũ, nó sẽ phát quang càng nhiều.” Điều này giúp họ xác định đã bao lâu kể từ khi feldspar trong chất cặn cuối cùng nhìn thấy ánh sáng mặt trời.

Để bổ sung cho điều này, tại Đại học Vermont, Bierman nhìn vào khoáng chất quartz trong các mẫu để tìm các đồng vị hiếm beryllium và nhôm. “Chúng được tạo ra khi tia vũ trụ, những hạt năng lượng rất cao này, xâm nhập vào Trái Đất từ ngoài hệ Mặt Trời. Và đôi khi, chúng sẽ đập vào một nguyên tố trong hạt quartz,” nói Bierman. “Bằng cách nhìn vào tỷ lệ của hai đồng vị này, chúng tôi có thể biết được đã bao lâu từ khi một cái gì đó được chôn từ xa ánh sáng này.” Kết quả cho họ biết rằng vật liệu này đã nằm trên cảnh đồ đất ít hơn 16.000 năm.

Các nhà khoa học hiện đang nhanh chóng khoan thêm lõi băng ở Greenland để thu thập thêm đất. Mặc dù lõi Camp Century mang lại cho họ cơ sở cho mô hình hóa mà họ có thể sử dụng để đánh giá, nhưng với thêm lõi, họ có thể làm việc tốt hơn để xác định bao nhiêu băng của đảo đã biến mất và tốc độ nhanh chóng—và điều đó có thể báo trước về suy giảm hiện đại của tảng băng. “Chúng tôi bây giờ có bằng chứng xác định rằng khi khí hậu trở nên ấm lên, tảng băng Greenland biến mất,” nói Bierman. “Và chúng ta chỉ bắt đầu làm nóng lên khí hậu.”

“Chúng ta sử dụng quá khứ để cố gắng hiểu về tương lai và hiểu về hiện tại,” Bierman tiếp tục. “Và điều đó làm cho tương lai trở nên đáng sợ một chút. Không phải là chúng ta nên chạy tránh nó—nhưng đối với tôi, đó là một lời kêu gọi hành động.”