Một Hệ thống Nước ngầm Rộng Lớn Giúp Đẩy Lùi Sông băng ở Nam Cực

Hồ Whillans là một cơ thể nước kỳ lạ, bắt đầu từ việc có chất lỏng để điền vào nó chứ không phải ai cũng biết. Mặc dù bị chôn vùi dưới hơn 2.000 feet tuyết ở Nam Cực, nhiệt độ của nó leo lên gần 0 độ Celsius, nhờ sự kết hợp giữa nhiệt độ đất nhiệt mạch, ma sát mạnh mẽ từ băng xới qua đá, và cái chăn băng dày nặng đó bảo vệ nó khỏi không khí cực. Với áp suất cực kỳ lớn ở đó, đó chỉ đủ ấm áp để giữ nước hồ vẫn ở dạng lỏng. Kỳ lạ hơn nữa, Hồ Whillans cũng đầy sự sống. Một cuộc khảo sát cách đây mười năm đã tìm thấy hàng ngàn loại vi sinh vật siêu nhỏ, được cho là đang ăn dinh dưỡng từ nước biển đã đổ vào hố này vài ngàn năm trước, khi các sông băng lần cuối rút lui.

Gần đây hơn, Chloe Gustafson, một nhà địa vật lý tại Viện Hải dương học Scripps, đến vùng băng hẻo lánh phía trên Hồ Whillans với một bí ẩn khác trong đầu: Đang diễn ra gì dưới đáy hồ đó? Các nhà nghiên cứu Nam Cực đã lâu đã nghi ngờ rằng hệ thống cấp nước dưới lớp băng đi sâu hơn nhiều so với họ có thể nhìn thấy. Bất kỳ nguồn nước ngầm nào dưới hồ sẽ ảnh hưởng đến cách băng phía trên di chuyển ra biển, và do đó, tăng tốc độ góp phần vào việc biển dâng. Nhưng họ không thể chứng minh rõ ràng rằng nước ngầm có tồn tại. Nó quá sâu, quá bị phủ băng để phản ánh với các công cụ truyền thống của băng học, như phát tín hiệu radar từ băng hoặc thả các vật nổ và nghe sóng sốc.

Trong một nghiên cứu được công bố trong tạp chí Science, nhóm của Gustafson cung cấp một bản đồ tổng quan lâu đài của thế giới nước dưới lớp băng. Một nguồn nước ngầm rộng lớn đi sâu hơn một cây số dưới các đặc điểm nước dưới băng như Hồ Whillans, chứa 10 lần nước nhiều hơn. Để nhìn thấy nó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là magnetotellurics, hoặc MT, sử dụng biến đổi tự nhiên trong trường điện từ trái đất để vẽ ra một bức tranh tổng quan về lớp chất bên dưới. Họ kỳ vọng rằng các hệ thống nước ngầm tương tự là nền tảng của các khu vực khác nơi băng đang chảy nhanh - những dòng băng được gọi là dòng băng lạc, chiếm khoảng 90 phần trăm lượng băng di chuyển từ bên trong lục địa ra biển. “Đây là một phần của câu đố hỏi tại sao băng lại chảy theo cách nó làm,” Gustafson nói. “Vì vậy, điều này thực sự quan trọng để hiểu những gì sẽ xảy ra với Nam Cực.”

Các nhà khoa học đã lâu đã hiểu rằng nước dưới lớp băng chơi một vai trò trong việc băng trên đó di chuyển. Một yếu tố là cách nó thay đổi lớp chất dưới đất, tạo ra rãnh và mặt phẳng trên địa hình. Một yếu tố khác là bôi trơn mặt đất, cho phép băng trượt nhanh hơn. “Nếu bạn có nước trên một Chiếc Đường Trượt nước, bạn sẽ trượt rất nhanh,” Gustafson nói. “Nếu bạn không có nước, bạn sẽ không đi được xa.” Hiểu được thủy văn dưới lớp băng đó đặc biệt quan trọng đối với các nhà nghiên cứu đang cố gắng mô hình hóa các khu vực băng đặc biệt nguy hiểm, như Thwaites Glacier, cách đó vài trăm dặm từ Whillans. Vào tháng Một, một nhóm nghiên cứu báo cáo rằng Thwaites - được gọi là Doomsday Glacier, giữ lại đủ băng để làm tăng mực nước biển toàn cầu lên 2 feet - có thể sụp đổ trong vòng năm năm.

Nhưng nếu không có nước ngầm, những mô hình đó sẽ không hoàn chỉnh. Các nhà nghiên cứu đã lâu quan sát rằng nhiều nước đang tràn ra từ dưới dòng băng Whillans hơn so với dự kiến, theo Slawek Tulaczyk, một giáo sư khoa học Trái đất tại Đại học Santa Cruz, nghiên cứu vùng lãnh thổ nhưng không tham gia vào nghiên cứu này. Điều này kỳ lạ. Khi các tảng băng tiến gần đến đại dương, chúng có xu hướng trở nên mỏng hơn và do đó không tốt như làm cách nhiệt cho đất khỏi không khí lạnh lẽo của Nam Cực. Tại những rìa này, nước nên có xu hướng đóng băng, làm chậm sự di chuyển của băng. Nhưng đó không phải là điều mà nhà băng học đang nhìn thấy. “Đây là một câu đố,” ông nói. Bằng cách nào đó, các mẫu hình mà họ quan sát đang “làm ngược lại với nguyên lý nhiệt độ.” Các nhà nghiên cứu giả thuyết rằng gần một nửa lượng nước đó phải nổi lên từ các nguồn chưa được định vị dưới lòng đất.

Nhóm của Gustafson bắt tay vào việc vẽ bản đồ cho nó. Lớp băng phía trên Hồ Whillans nằm ở phía tây của Nam Cực, dưới chân những đỉnh núi Transantarctic đứng đứng chia lục địa. Khu vực này được các nhà khoa học ưa chuộng khi tiến hành nghiên cứu trong thời kỳ trước GPS vì những ngọn núi này giúp định hướng. Nhưng nó rất xa xôi. “Đó là chuyến trại dài nhất, gian khổ nhất trong cuộc đời của tôi,” Gustafson nói về những tuần dành để đi bộ xung quanh tuyết và băng, đào ra lỗ để nhóm để lại các thiết bị lắng nghe tín hiệu điện từ một cách passively. Các thiết bị sẽ ngồi đó trong 24 giờ trước khi các nhà nghiên cứu đào chúng lên và di chuyển chúng đến trang trại tiếp theo cách 2 kilômét.

MT liên quan đến việc sử dụng sóng điện từ được tạo ra bởi nhiều nguồn khác nhau - từ các nguồn tần số cao như sét đánh đến các dao động tần số thấp của gió Mặt Trời. Khi các sóng điện từ này xâm nhập vào vỏ Trái Đất, chúng rung lắc tùy thuộc vào việc chúng được dẫn tốt như thế nào, cho phép các nhà khoa học nghiên cứu loại vật liệu nằm bên dưới. Thông thường, các nhà địa chất sử dụng MT để nhìn sâu vào phủ địa - hàng chục kilômét dưới bề mặt Trái Đất - để nghiên cứu đá cốt và các lỗi địa chất; các kỹ sư dầu khí đã sử dụng MT để vẽ bản đồ các dự trữ năng lượng trên đáy biển. Nhưng gần đây, kỹ thuật này đã chứng minh được hữu ích với các nhà nghiên cứu Nam Cực muốn nhìn xem dưới lớp băng. Nhóm của Gustafson đặc biệt quan tâm đến các đo lường nông hơn - khoảng 1 kilômét sâu. Trong dữ liệu, cô có thể nhìn thấy sự vụt sáng của các cơn bão sét trên các lục địa xa xôi.

Sau khi nhóm phân tích dữ liệu, một bức tranh toàn diện hơn về độ sâu lục địa Nam Cực đã xuất hiện. Kết quả cho thấy rằng nước ngầm sâu nhất là mặn nhất, xấp xỉ cùng độ mặn như nước biển, và trở nên ít mặn hơn gần bề mặt. Điều này có nghĩa là có thể nước ngầm đang trao đổi với nước chảy từ băng tan chảy được tìm thấy trong các hồ và kênh ngầm dưới đó. Điều đó có thể giúp giải thích tại sao có nhiều sự sống ở những nơi như Hồ Whillans. “Nước ngầm di chuyển trong các lớp chất có thể di chuyển các phân tử carbon cùng với nó, cung cấp nhiên liệu cho các vi sinh vật này,” Gustafson nói. Điều đó mở ra những khả năng thú vị về loại sự sống có thể đang tồn tại ở các phần khác của lục địa, cô thêm.

Trong quá trình trao đổi đó cũng có nghĩa là nước ngầm đang đóng vai trò trong Chiếc Đường Trượt nước. “Chúng ta chưa tập trung nghiên cứu nó đủ kỹ,” Winnie Chu, một nhà băng học tại Viện Công nghệ Georgia không tham gia vào nghiên cứu nói. Nước ngầm đưa vào mô hình dự đoán sự di chuyển của băng một liều không chắc chắn, bà giải thích. Khi Nam Cực trở nên ấm lên, những hồ chứa nước ngầm rộng lớn đó có thể hút nước tan chảy ở đáy các dòng băng - có thể làm chậm lại tác động của nhiệt độ tăng. Hoặc chúng có thể bắt đầu tỏa ra nhiều hơn nước khi lớp băng trên mỏng đi, giảm áp lực lên lớp chất. “Bây giờ khi chúng ta có thể nhìn thấy nó, chúng ta có thể chuyển sang giai đoạn tiếp theo và hỏi liệu vựa nước ngầm có thực sự đã ảnh hưởng đến tốc độ dòng băng Whillans không,” Chu nói. “Điều đó sẽ giúp chúng ta xây dựng mô hình tốt hơn, đặc biệt là cho dự đoán.”

Dữ liệu về Whillans là một bước khởi đầu tốt để trả lời những câu hỏi đó, Gustafson lưu ý, vì nó “tương đối nhàm chán” về sự di chuyển băng - tức là, mặc dù di chuyển nhanh, băng khá ổn định, không tăng hoặc giảm khối lượng. Điều này làm nó trở thành một điểm cơ sở tốt cho các nghiên cứu nước ngầm trong tương lai ở những nơi như Thwaites, nơi các nhà nghiên cứu đang đua nhau để xây dựng các mô hình di chuyển băng hoàn chỉnh hơn trong một khu vực không hề nhàm chán. Các nhà nghiên cứu đang lên kế hoạch thực hiện các thử nghiệm MT ở đó vào cuối năm nay.

Những câu chuyện tuyệt vời khác từ MYTOUR

• 📩 Tin tức mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa: Nhận bản tin của chúng tôi!
• Truy tìm của một nông dân để đối phó với những đợt hạn hán và lũ lụt
• Robot y tế đang giúp chống lại tình trạng kiệt sức của y tá
• Cách tải video để xem ngoại tuyến
• Loài người đang tự kiểm tra tâm trạng đến cái chết
• Chi phí về khí hậu của nguyên liệu pin khiêm tốn nhất
• 👁️ Khám phá trí tuệ nhân tạo như chưa bao giờ bằng cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
• 💻 Nâng cấp trò chơi làm việc của bạn với những chiếc laptop, bàn phím, phương pháp gõ khác và tai nghe chống ồn được yêu thích của đội ngũ Gear của chúng tôi