61 ngày sống trên dòng băng Nam Cực, nhà khoa học có phát hiện chấn động sâu dưới chân!

Các nhà khoa học về sông băng Matthew Siegfried từ Trường Mỏ Colorado (Mỹ), Chloe D. Gustafson từ Viện Hải dương học Scripps (Mỹ) và các đồng nghiệp của họ đã dành 61 ngày sống trong lều trên một dòng băng* ở Nam Cực để thu thập dữ liệu về vùng đất có 800 mét băng dưới chân họ. Và họ đã có phát hiện gây chấn động giới khoa học về hành tinh.

[Dòng băng (Ice Streams) là một vùng băng chuyển động nhanh trong một tảng băng. Nó là một dạng sông băng, một khối băng di chuyển dưới trọng lượng của chính nó. Chúng có thể di chuyển lên đến 800 mét một năm, và có thể lên đến 50 km chiều rộng và hàng trăm km chiều dài].

Bên dưới dòng băng ở Tây Nam Cực, các nhà khoa học đã phát hiện ra một tầng chứa nước khổng lồ chứa đầy nước biển cổ đại, có khả năng bị 'nhốt' ở đó khoảng 5.000 đến 7.000 năm trước.

Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học phát hiện mạch nước ngầm bên dưới dòng băng ở Nam Cực. Khám phá này có thể định hình lại sự hiểu biết của chúng ta về cách lục địa lạnh giá phản ứng với biến đổi khí hậu và những loại sinh vật bí ẩn ẩn náu bên dưới nhiều thềm băng của nó.

Chloe D. Gustafson, tác giả chính của nghiên cứu mới về tầng chứa nước bị chôn vùi ở Nam Cực, trước đây là nhà địa vật lý tại Đại học Columbia (Mỹ), cho biết: "Hệ thống nước ngầm mới được phát hiện có thể được coi như một miếng bọt biển khổng lồ, được tạo thành từ trầm tích xốp và bão hòa với nước. 'Bọt biển' mà chúng tôi quan sát được có độ dày từ 500 mét đến khoảng 2.000 mét".

Chloe D. Gustafson và các đồng nghiệp của cô đã mô tả tầng chứa nước khá lớn trong một báo cáo được công bố hôm thứ Năm (5/5) trên tạp chí Science . Tầng chứa nước nằm bên dưới dòng băng (giống như một hồ nước dưới băng) có tên là Hồ Whillans, nằm ở độ sâu nông hơn, khoảng 800 mét dưới lớp băng.

Tác giả công trình Chloe D. Gustafson và vận động viên leo núi Meghan Seifert lắp đặt thiết bị đo MT trên một dòng băng. Ảnh: Kerry Key / Đài quan sát Trái Đất Lamont-Doherty

Winnie Chu, nhà địa vật lý sông băng tại Trường Khoa học Trái Đất và Khí quyển thuộc Viện Công nghệ Georgia (Mỹ), người không tham gia nghiên cứu mới này, cho biết: "Đối với tôi, kết quả đáng ngạc nhiên nhất là lượng nước tuyệt đối được giữ bên trong tầng chứa nước".

Các tác giả ước tính rằng tầng chứa nước khổng lồ này chứa gấp 10 lần lượng nước chứa trong hệ thống sông hồ nông hơn được tìm thấy ở chân thềm băng. Hệ thống nông này bao gồm Hồ Whillans, có diện tích 60 km vuông và sâu khoảng 2,1 m.

'Chụp MRI Trái Đất'

Đầu tiên, cần hiểu rằng Tây Nam Cực là một đại dương trước khi nó là một sông băng khổng lồ. Nếu nó biến mất ngày hôm nay, nó sẽ lại là một đại dương với một loạt các hòn đảo. Vì vậy, chúng ta biết rằng nền tảng bên dưới lớp băng được bao phủ bởi một lớp trầm tích dày - những phần tử tích tụ trên đáy đại dương.

Những gì chúng ta không biết là những gì nằm trong những khoảng lỗ nhỏ giữa những lớp trầm tích bên dưới lớp băng.

Từ lâu, các nhà khoa học đã suy đoán rằng các tầng chứa nước khổng lồ có thể nằm ẩn dưới lớp băng ở Nam Cực, một phần là do các dòng băng và sông băng của lục địa này lướt trên lớp trầm tích có thể thẩm thấu mà nước có thể thấm qua, nhà địa lý Winnie Chu nói.

Tuy nhiên, cho đến nay, những hạn chế về công nghệ đã ngăn cản các nhà nghiên cứu thu thập bằng chứng trực tiếp về các hệ thống thủy văn sâu như vậy, nghĩa là các hệ thống được tạo thành từ nước, nhà địa lý giải thích. Thay vào đó, nghiên cứu tập trung vào các hồ và sông tương đối nông được tìm thấy tại/gần chân các sông băng và thềm băng.

Minh họa kỹ thuật "Thăm dò điện từ Tellur" (MT).

Để quan sát những hệ thống nông này ở những độ sâu ẩn bên dưới, Chloe D. Gustafson và các đồng nghiệp của cô đã sử dụng một kỹ thuật gọi là "Thăm dò điện từ Tellur" (MT). Họ đã thực hiện các phép đo từ dòng băng Whillans ở Tây Nam Cực, một vành đai băng chuyển động dày khoảng 0,8 km và di chuyển khoảng 1,8 mét mỗi ngày trong dòng chảy của nó về phía Thềm băng Ross gần đó.

Hình ảnh MT dựa trên các trường điện từ được tạo ra bởi gió Mặt trời tương tác với tầng điện ly của Trái Đất - một lớp dày đặc các phân tử và hạt mang điện trong tầng cao khí quyển.

Khi gió Mặt trời tấn công tầng điện ly, chúng kích thích các hạt bên trong và tạo ra các trường điện từ chuyển động xuyên qua bề mặt Trái Đất. Sau đó, các trường chuyển động này tạo ra các trường thứ cấp trong băng, tuyết và trầm tích, và chính những trường thứ cấp này mà các dụng cụ MT đo được. Nhóm nghiên cứu đã chôn những dụng cụ này trong những hố nông trong tuyết và thu thập dữ liệu từ khoảng 40 vị trí khác nhau trên dòng băng.

Tác giả chính của công trình cho biết: "Sử dụng MT, chúng tôi nhận thấy băng trông rất khác với trầm tích, nước mặn trông khác với nước ngọt... Điều này giống như chụp MRI Trái Đất (cộng hưởng từ) vậy".

Đột phá

Trước đây, các nhóm nhà khoa học khác đã sử dụng phương pháp mega-MRI ở Nam Cực trước đây, để kiểm tra lớp vỏ và lớp phủ trên của Trái Đất; Các nghiên cứu này bắt đầu từ những năm 1990, theo một đánh giá năm 2019 trên tạp chí Surveys in Geophysics .

Nhóm của Chloe D. Gustafson đã thực hiện các phép đo MT ở độ sâu nông hơn, kéo dài từ chân băng xuống khoảng 5 km. Tại đó, họ phát hiện ra một lớp 'bọt biển' dày ở độ sâu nhất và nước ngọt gần phần nông nhất của nó.

Hình ảnh minh họa về dòng băng Whillans cho thấy nước lỏng dưới băng từ các hồ dưới băng (trái) và nước ngầm bên trong lớp trầm tích. Dòng băng di chuyển với tốc độ khoảng 300 mét mỗi năm. Ảnh: Gustafson và cộng sự, 2022

Sự trao đổi nước giữa hệ thống sâu và hệ thống nông cũng có thể ảnh hưởng đến những loại vi sinh vật phát triển bên dưới dòng băng và cách những vi sinh vật đó tồn tại, tác giả công trình nói. Đó là bởi vì dòng chảy của nước lỏng qua tầng chứa nước và các hồ và sông nối liền nhau ở trên thúc đẩy dòng chảy của các chất dinh dưỡng trong hệ sinh thái. Thêm vào đó, độ dốc của nước mặn so với nước ngọt định hình loại vi sinh vật nào đó có thể tồn tại trong mỗi môi trường.

Về nước ngầm mặn nhất ở độ sâu của tầng chứa nước, các tác giả đưa ra giả thuyết rằng nước có khả năng chảy từ đại dương vào hệ thống nước ngầm khoảng 5.000 đến 7.000 năm trước, trong thời kỳ ấm áp vào giữa kỷ Holocen khi tảng băng Tây Nam Cực đang rút lui.

Sau đó, "khi tảng băng chuyển động, sự hiện diện của lớp băng dày đã cắt đứt đường tiếp cận với lòng biển của đại dương, và nước biển còn sót lại bị phong tỏa như nước ngầm bên dưới dòng băng Whillans".

Tầng chứa nước bên dưới dòng băng Whillans là tầng đầu tiên được phát hiện, nhưng nhóm nghiên cứu nghi ngờ rằng các hệ thống thủy văn như vậy nằm bên dưới tất cả các dòng băng ở Nam Cực và chỉ đang chờ được khám phá. Chloe D. Gustafson cho biết các hệ thống nước ngầm này có thể "kéo dài hàng trăm km ngược vào bên trong tảng băng".

Bước tiếp theo, các nhà khoa học dự định sẽ là thu thập bằng chứng về các hệ thống như vậy ở những nơi khác trên lục địa Nam Cực và so sánh những gì họ tìm thấy ở Whillans với các khu vực khác.

Cụ thể, tầng chứa nước bên dưới sông băng Thwaites rất mỏng - còn được gọi là "Sông băng Ngày tận thế" - có thể khác với tầng dưới Whillans như thế nào, và những hệ thống sâu này ảnh hưởng đến dòng chảy và sự tan chảy của băng ở trên như thế nào?

Việc các mô hình hiện tại của dòng chảy băng không ảnh hưởng đến các tầng chứa nước như vậy, sẽ trở thành một lĩnh vực nghiên cứu thú vị trong tương lai, Chloe D. Gustafson nói.

"Vẫn còn rất nhiều điều chúng ta cần tìm hiểu về mối liên hệ giữa thủy văn nước ngầm và phần còn lại của thủy văn tảng băng trước khi có thể nói bất cứ điều gì cụ thể về cách thủy văn nước ngầm có thể thay đổi tác động của biến đổi khí hậu đối với Nam Cực".

The Conversation nhận định: Một phát hiện mới nằm sâu bên dưới một trong những con sông băng ở Nam Cực có thể thay đổi hiểu biết của các nhà khoa học về cách băng trôi, có ý nghĩa quan trọng trong việc ước tính mực nước biển dâng trong tương lai.

Nguồn: Live Science, The Conversation

24 năm nữa, Trung Quốc đối mặt với thảm họa khôn lường: Đặc biệt là Bắc Kinh, Thiên Tân