Nghiên cứu khí hậu khi sông băng tan chảy

Trong năm tới, một trạm thu thập dữ liệu trên Sông băng Wolverine ở miền nam Alaska, Hoa Kỳ sẽ biến mất do sự tan chảy. Trạm này, gần đầu nguồn—còn được gọi là đầu dưới của sông băng—chứa một cọc cân bằng khối lượng mà Christopher McNeil, một nhà địa vật lý của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, sử dụng để đo tốc độ mà sông băng đang tăng lên hay tan chảy. “Thực ra, chúng tôi đã phải đối mặt với vấn đề này ở gần như tất cả các trạm sông băng của chúng tôi,” McNeil nói.

Tuyết và băng là công cụ cực kỳ quan trọng để nghiên cứu môi trường của chúng ta. Có những lõi băng từ cực và từ các sông băng trên thế giới được lưu trữ tại Cơ sở Lõi Băng của Quỹ Khoa học Quốc gia tại Denver; chúng cho thấy 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.

Các nhà nghiên cứu khác sử dụng tuyết để hiểu về lượng chất độc hại hoặc ô nhiễm trong môi trường ngày nay. “Tuyết là một môi trường tuyệt vời để làm việc vì bạn có được các lớp tuyết,” Aleksandra Karapetrova, một sinh viên sau đại học trong chương trình độc học môi trường tại Đại học California, Riverside nói. Công việc của cô tập trung vào việc đo lường lượng vi mô nhựa dạng hạt đang rơi từ khí quyển.

Tuyết rơi trong những cơn bão, vì vậy nếu bạn biết lịch sử thời tiết, bạn có thể sử dụng tuyết như một hồ sơ vật lý về những gì đã có trong không khí. “Tôi có thể đánh dấu mẫu của mình dựa trên nơi tôi lấy mẫu từ tầng tuyết, bởi vì tôi biết khi cơn bão xảy ra,” Karapetrova nói. Tuyết cũng không chứa chất hữu cơ có thể làm khó xác định các vật liệu quan tâm.

Nhưng với lượng tuyết rơi giảm và sông băng tan chảy do biến đổi khí hậu, các nhà nghiên cứu đang gặp khó khăn trong việc 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 thu thập hơn, đồng thời ít nhất đều đặn hơn, khiến việc nghiên cứu và hiểu thế giới trong quá trình thay đổi trở nên khó khăn hơn.

Mười năm trước, các nhà khoa học đo đạc trên sông băng chỉ cần các kỹ năng leo núi cơ bản, như trượt tuyết và sử dụng crampons. Nhưng khi nhiệt độ tăng làm cho khe nứt rộng hơn và cầu tuyết mỏng hơn, hiện nay cần nhiều hơn nhiều hơn về giáo dục và kinh nghiệm leo núi kỹ thuật. “Nó không chỉ làm cho việc di chuyển trên sông băng trở nên khó khăn hơn, mà đôi khi còn nguy hiểm hơn,” McNeil nói.

Đội của ông dành nhiều thời gian hơn trên sông băng “buộc dây”—nơi mỗi thành viên của đội được buộc với nhau, vì vậy nếu một người rơi qua một điểm băng mỏng, những người khác có thể ngăn chặn sự rơi của họ. Điều này làm cho việc di chuyển trên sông băng chậm hơn rất nhiều. Và khi một cầu tuyết qua khe nứt trở nên quá mỏng để qua lại, thì việc tìm một tuyến đường khác để đến trạm thu thập dữ liệu có thể mất thêm nhiều thời gian hơn.

Các địa điểm như vậy được đặt khắp mọi nơi trên sông băng và thường được đánh dấu bằng một cọc cân bằng khối lượng. Những cọc kim loại này—thường được đánh dấu với các đường kẻ đo lường—được chèn vào các độ sâu đã biết trên sông băng. Sau đó, chúng được ghé thăm nhiều lần trong một năm để đo lường lượng băng đã tích lũy hoặc bị mất ở những điểm này. Nhưng khi tuyết và băng tan chảy, việc đến một số cọc có thể trở nên không thể.

“Đã có rất nhiều lần chúng tôi đi đến một cọc, và bạn có thể nhìn thấy nó, nhưng có một vực sâu rộng từ 10 đến 20 feet,” Ben Pelto, một nghiên cứu viên sau đại học tại Đại học British Columbia nói. “Và như thế, chúng tôi không còn cách nào để đến được cọc nữa. Điều này ảnh hưởng đến lượng nghiên cứu bạn có thể thực hiện và mức độ an toàn của việc thực hiện nghiên cứu đó.”

Nguy hiểm cũng tăng cao đối với các nhà nghiên cứu làm việc ngay trên đường biên tuyết trên các dãy núi. Đối với Karapetrova, sự dao động lớn về nhiệt độ có thể gây sạt lở đá hoặc tuyết, khiến việc di chuyển trên các ngọn núi gần Hồ June ở California nơi cô thu thập mẫu tuyết trở nên nguy hiểm.

Mỗi 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 dài hơn và ấm hơn. Karapetrova đã bị hạn chế trong việc thu thập mẫu vào tháng 6 và tháng 7, trong khi trước đây các nhà khoa học có thể thu thập mẫu cho đến tháng 8. Jason Geck, một giáo sư kỹ thuật tại Đại học Alaska Pacific chuyên về khí hậu sông băng, đã đưa sinh viên đi vào một chuyến nghiên cứu hàng năm vào tháng 5 để thu thập mẫu trên Sông băng Eklutna gần Anchorage trong hơn một thập kỷ—nhưng anh đã phải chuyển nó sang tháng 4 vì việc tan chảy diễn ra sớm hơn.

“Rất tuyệt khi có một vài sinh viên tham gia trong hai hoặc ba tuần trên sông băng để có được kinh nghiệm trực tiếp trên thực địa,” anh nói. “Bây giờ nó đã được rút ngắn xuống chỉ trong một ngày. Từ góc độ giáo dục, sinh viên đang phải chịu đựng.” Geck cũng đã chuyển sang sử dụng trực thăng để di chuyển, thay vì đi bộ hoặc trượt tuyết, vì tính hiệu quả và an toàn—điều này đương nhiên, lại góp phần nhiều hơn vào biến đổi khí hậu.

Khi sự an toàn và tiếp cận của tuyết núi cao và băng sông giảm đi, mất mát lớn nhất là tính nhất quán của dữ liệu. Chỉ cần dịch chuyển các trạm thu thập dữ liệu một vài trăm mét hoặc từ một bên của sông băng sang bên kia có thể gây ra những sai lệch. Một số khu vực trên sông băng có bóng mát hơn, dốc hơn hoặc gió mạnh hơn, làm thay đổi tốc độ tích tụ tuyết và sự tan chảy băng.

Và mất mát dữ liệu ngày càng lớn. Một trạm thời tiết trên Sông băng Gulkana ở dãy núi Alaska phía đông, đã thu thập dữ liệu thời tiết từ những năm 1960, sẽ bị ngưng hoạt động trong ba năm tới. Khi sông băng đã rút lui, nó đã để lại những khu vực băng có thể đổ đá ra ngoài, làm cho việc tiếp cận trạm trở nên quá phức tạp và nguy hiểm, kết thúc một hồ sơ thời tiết nhất quán đã kéo dài hơn nửa thế kỷ. Có một trạm thời tiết mới vài dặm lên sông băng sẽ thay thế nó, nhưng nó sẽ không bao giờ giống nhau.

“Mọi dữ liệu chuỗi dài hạn rất quý giá,” Geck nói. Nỗi sợ lớn nhất của anh là khi đến một cọc cân bằng khối lượng để thấy nó nằm ngửa vì tuyết đã tan quá nhiều khiến nó không thể đứng được nữa. “Không phải là điều vui vẻ khi đến và nhìn thấy cọc của bạn nằm trên mặt đất,” anh nói. Geck ước tính mỗi khi một cọc đổ, là khoảng 1.000 đô la mất đi từ lao động, thiết bị và kiến ​​thức. Anh đã bắt đầu đặt camera thời gian chụp liên tục để ghi lại các cọc, vì vậy nếu chúng đổ, anh biết khi nào và vẫn có thể trích xuất một số thông tin.

Nhưng ít nhất Geck đã có một cách để tương đối bảo đảm tương lai cho việc thu thập dữ liệu của mình. Karapetrova ước tính rằng việc lấy mẫu hiện tại của cô có thể sẽ không thể thực hiện trong tương lai. Dữ liệu mạnh nhất của cô đến từ tuyết mới, khô sau cơn bão. Vì vậy, khi những năm ít tuyết trở nên phổ biến hơn, cô có ít cơ hội hơn để thu thập mẫu. Mùa trước này đã có thời gian không có tuyết kéo dài thứ hai trong mùa đông tại vị trí Hồ June của cô, kéo dài 70 ngày. Vì vậy trong hơn hai tháng, Karapetrova không thể đo lường bất kỳ vi mô nhựa nào trong khí quyển từ hồ sơ tuyết.

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

Dữ liệu không nhất quán và ngắt quãng các bộ dữ liệu dài hạn không phải là một mất mát không đáng kể. Các mô hình mà các nhà khoa học tạo ra để hiểu những gì đang diễn ra trên toàn hệ thống và tương lai của nó—cho dù đó là một sông băng, núi, tầng tuyết hoặc khí quyển—đang dần trở nên lỗi thời do biến đổi khí hậu đang diễn ra và dẫn đến mất mát dữ liệu.

Trên sông băng, Pelto và đội của anh cần phải thực hiện các cuộc khảo sát từ trên không mỗi vài năm để sửa đổi các đo lường băng trên thực địa của họ. Việc thu thập dữ liệu của họ diễn ra trên các phần bằng phẳng và an toàn của sông băng mà họ có thể tiếp cận. Nhưng hầu hết sông băng được bao phủ bởi các khe nứt, với nhiều khe nứt nay đã được tiếp cận hơn do lượng tuyết tan chảy tăng, từ đó tăng diện tích bề mặt của sông băng, dẫn đến việc tan chảy nhiều hơn ở những phần này so với các khu vực bằng phẳng mà các nhà khoa học lấy mẫu. Các mô hình mà Pelto sử dụng sau đó cần được cập nhật với dữ liệu từ trên không để giữ cho chúng chính xác.

“Điều này luôn luôn sẽ là một sự thiên vị,” anh nói. “Nhưng nó đang trở thành một sự thiên vị lớn hơn. Chúng ta đang bị ép buộc phải đo lường những nơi mà trên đó sông băng an toàn để di chuyển, và đây thường cũng là những nơi mà sông băng đang có phần tốt hơn một chút.”

Đối với Karapetrova, những mô hình mà cô sử dụng không được hiệu chuẩn cho những đợt hạn hán nghiêm trọng và thời tiết không nhất quán hiện nay thấy được trên các dãy núi. “Các mô hình phải nào đó tính đến khí hậu đang 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.”