Buzz
Trong suốt những năm qua, các nhà nghiên cứu và cộng đồng khoa học quốc tế đã chứng kiến một hiện tượng lạ tại Bắc Cực: hàng loạt con sông, vốn có màu trong vắt hoặc xám đục vào mùa, bỗng nhiên chuyển sang màu cam rực rỡ, khiến nhiều người lo ngại.
Ban đầu, người ta nghĩ rằng hiện tượng này chỉ là hậu quả của biến đổi khí hậu, khi đất đai và khoáng chất bị rửa trôi. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (PNAS) đã đưa ra một lời giải bất ngờ: chính băng tuyết, vật chất thường được coi là "trơ lỳ", lại đóng vai trò quan trọng trong hiện tượng này.
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học do Jean-François Boivry, nhà hóa học từ Đại học Umeå (Thụy Điển) dẫn dắt, đã phát hiện ra rằng băng có thể hòa tan sắt hiệu quả hơn cả nước lỏng.
Cụ thể, nhóm nghiên cứu nhận thấy những khoáng chất sắt phổ biến như goethite (một dạng oxit sắt), giải phóng nhiều ion sắt hơn trong nước đá ở nhiệt độ -10°C so với trong nước lỏng ở 4°C. Đây là một phát hiện trái ngược với quan niệm trước đây rằng môi trường băng giá sẽ làm chậm hoặc ngừng hầu hết các phản ứng hóa học.
Để giải thích cho hiện tượng tưởng như nghịch lý này, Boivry cho rằng băng không chỉ là một khối vật chất đông lạnh thụ động. Trong quá trình đóng băng, các túi nước li ti hình thành giữa các tinh thể băng, tạo ra môi trường đặc biệt: cô đặc, có tính axit cao và đủ điều kiện để các phản ứng hóa học diễn ra mạnh mẽ.
Chính tại đây, các hợp chất trong nước có thể phản ứng trực tiếp với khoáng chất sắt, giải phóng chúng ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cực thấp, xuống đến -30°C.
Điều thú vị là các chu kỳ đóng băng – tan băng liên tục làm tăng đáng kể hiệu quả hòa tan sắt. Khi băng tan, các hợp chất hữu cơ bị "giam giữ" trước đó sẽ được giải phóng, kích hoạt các phản ứng hóa học bổ sung và giải phóng thêm sắt. Các nhà khoa học cũng chỉ ra một điểm quan trọng: trong khi nước ngọt và nước lợ thúc đẩy quá trình hòa tan, thì nước biển mặn lại ức chế sự giải phóng sắt.
Hệ quả của cơ chế này là nguồn sắt từ đất, đá và lớp đất đóng băng vĩnh cửu liên tục bị cuốn vào các con sông, đặc biệt khi hiện tượng đóng băng – tan băng diễn ra ngày càng thường xuyên hơn do biến đổi khí hậu.
Angelo Pio Sebali, nghiên cứu sinh ngành hóa học tại Đại học Umeå và là tác giả chính của nghiên cứu, chia sẻ: "Mỗi chu kỳ đều giải phóng thêm sắt từ lớp đất và băng vĩnh cửu vào trong nước. Đây là yếu tố có thể ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nước cũng như toàn bộ hệ sinh thái thủy sinh trên diện rộng".
Vậy sắt có liên quan gì đến hiện tượng màu cam kỳ lạ ở các con sông Bắc Cực? Khi sắt hòa tan tiếp xúc với oxy trong không khí, chúng dễ dàng bị oxy hóa và hình thành các hợp chất có màu gỉ sét, mang sắc cam đặc trưng.
Sự tích tụ của các hợp chất này khiến nhiều con sông, trước đây chỉ thay đổi độ đục theo mùa, nay chuyển sang màu cam rực rỡ, tạo ra cảnh tượng vừa đẹp mắt vừa lo ngại về tác động môi trường.
Nghiên cứu này cũng mở ra một cách hiểu mới về vai trò của băng trong hệ sinh thái. Nếu trước đây băng được coi là "bức tường chắn" thụ động, chỉ đơn giản là nơi lưu trữ hay cô lập, thì nay băng được xem là một "nhân tố chủ động" có khả năng định hình mạnh mẽ các quá trình hóa học. Nhóm nghiên cứu tuyên bố: "Băng không chỉ là nơi lưu giữ tạm thời, mà thực sự là một phần tích cực trong chu trình hóa học toàn cầu".
Phát hiện này cũng có ý nghĩa vượt ra ngoài khu vực Bắc Cực. Quá trình tương tự có thể đang diễn ra ở nhiều môi trường khác nhau, từ các khu vực thoát nước mỏ axit, đất sunfat ven biển Baltic, đến bụi băng trong khí quyển. Trong tất cả những môi trường này, sự tương tác giữa khoáng chất sắt và hợp chất hữu cơ có thể bị ảnh hưởng bởi cơ chế hòa tan trong băng.
Các nhà nghiên cứu cho rằng bước tiếp theo là kiểm tra xem cơ chế này có thể áp dụng rộng rãi cho tất cả các loại băng chứa sắt hay không. Nếu kết quả khớp nhau, điều này sẽ giúp cộng đồng khoa học hiểu rõ hơn về tác động của biến đổi khí hậu đối với nguồn sắt toàn cầu, một yếu tố quan trọng đối với cả hệ sinh thái thủy sinh và chu trình sinh địa hóa của Trái Đất.
Một vấn đề đáng lo ngại là Bắc Cực hiện nay đang phải đối mặt với sự gia tăng nhanh chóng của các chu kỳ đóng băng - tan băng do nhiệt độ toàn cầu tăng. Lớp băng vĩnh cửu, vốn đã tồn tại hàng chục nghìn năm, đang tan chảy với tốc độ chưa từng có.
Điều này không chỉ giải phóng khí metan gây hiệu ứng nhà kính mà còn đẩy một lượng lớn sắt vào các con sông, làm thay đổi tính chất nước, ảnh hưởng đến sinh vật phù du, cá và toàn bộ chuỗi thức ăn thủy sinh.
Bức tranh toàn cảnh cho thấy, những con sông màu cam ở Bắc Cực không chỉ là hiện tượng hiếm gặp, mà là một lời cảnh báo rõ ràng về sự thay đổi sâu sắc trong cân bằng sinh thái khi Trái Đất tiếp tục nóng lên. Từ những túi nước li ti trong tinh thể băng cho đến cả hệ thống sông ngòi rộng lớn, mọi quá trình đều có mối liên kết và bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu.
Nghiên cứu đăng trên PNAS không chỉ giải thích hiện tượng màu sắc kỳ lạ mà người ta quan sát được, mà còn đóng vai trò như một hồi chuông cảnh báo. Khi các nhà khoa học khẳng định rằng băng là một "nhân tố chủ động", thông điệp rõ ràng được truyền đi: những gì chúng ta tưởng là ổn định và bất biến lại chính là điểm khởi phát cho những biến động môi trường lớn lao.
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp, việc theo dõi sát sao những hiện tượng tưởng như nhỏ bé này càng trở nên quan trọng. Bởi màu cam của những con sông Bắc Cực không chỉ là màu sắc của sắt, mà còn là màu của những thách thức môi trường đang nổi lên trước mắt nhân loại.
