Các nhà khoa học địa chất vừa phát hiện rằng các núi lửa cổ đại đã phát thải dioxide carbon (CO2) hàng triệu năm sau khi ngừng hoạt động, góp phần đáng kể vào việc nóng lên toàn cầu trong lịch sử. Phát hiện này cung cấp những hiểu biết mới về cách khí hậu của Trái Đất đã phản ứng với lượng carbon phát thải kéo dài và cho thấy tiềm năng phục hồi nếu lượng phát thải do con người gây ra được giảm bớt.

Giải mã những bí ẩn của núi lửa cổ đại

Một nhóm nhà địa chất quốc tế, dẫn đầu bởi một chuyên gia núi lửa từ Đại học Rutgers-New Brunswick, đã phát hiện ra rằng các núi lửa cổ vẫn tiếp tục thải carbon dioxide vào khí quyển từ sâu trong lòng đất rất lâu sau khi các vụ phun trào chấm dứt — trái ngược với hiểu biết khoa học trước đây. Phát hiện này giúp giải đáp một bí ẩn lâu dài về nguyên nhân gây ra các đợt nóng lên kéo dài trong các thời điểm quan trọng của lịch sử khí hậu Trái Đất. Kết quả nghiên cứu được công bố hôm 30-10 trên số mới nhất của tạp chí Nature Geoscience.

“Phát hiện của chúng tôi quan trọng vì nó xác định một nguồn CO2 ẩn trong khí quyển trong các giai đoạn khí hậu đã nóng lên đột ngột và duy trì nhiệt độ cao lâu hơn chúng ta dự đoán,” Benjamin Black, người chủ trì nghiên cứu, cho biết. Ông là phó giáo sư tại Khoa Khoa học Trái Đất và Hành Tinh thuộc Trường Nghệ thuật và Khoa học.

“Chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi đã tìm ra một phần quan trọng của câu hỏi về cách khí hậu của Trái Đất bị gián đoạn và có lẽ quan trọng không kém là cách nó phục hồi.”

Ý nghĩa đối với sự phục hồi khí hậu của trái đất

Ngày nay, con người đang phát thải lượng CO2 lớn hơn nhiều so với tất cả các núi lửa đang hoạt động gộp lại — nhưng phát hiện mới có thể làm sáng tỏ (shed light on) cách khí hậu của hành tinh sẽ phục hồi một khi lượng phát thải CO2 của con người giảm đi. “Hành tinh có các hệ thống điều chỉnh khí hậu tự nhiên,” Black nói. “Câu hỏi là — đâu là những ngưỡng (thresholds) phá vỡ các hệ thống này, khiến cho việc phục hồi khí hậu trở nên khó khăn hơn rất nhiều không?”

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã bối rối trước các ghi chép khí hậu cho thấy bầu khí quyển của Trái Đất không phục hồi nhanh chóng như mong đợi sau sự kiện tuyệt chủng hàng loạt (mass extinction) cuối kỷ Permi cách đây 252 triệu năm — sự suy giảm nghiêm trọng nhất về đa dạng sinh học từng được ghi nhận trên Trái Đất. Sự tuyệt chủng hàng loạt này có liên quan đến các vụ phun trào núi lửa lớn ở Siberia. Ngay cả sau khi các vụ phun trào chấm dứt, khí hậu Trái Đất mất gần 5 triệu năm để ổn định.

“Việc phục hồi chậm trễ này đã làm các nhà khoa học bối rối trong thời gian dài. Nhiệt độ tự nhiên của Trái Đất dường như đã rối loạn trong và sau sự kiện này,” Black nói. “Chúng tôi nhận thấy rằng một xu hướng tương tự dường như đã xảy ra tại nhiều thời điểm khác trong lịch sử Trái Đất với hoạt động núi lửa lớn (massive volcanism), và chúng tôi bắt tay vào tìm hiểu lý do tại sao.”

Khám phá các nguồn carbon ẩn

Black và nhóm nghiên cứu quốc tế của ông đã nghiên cứu lại thời gian và tìm thấy bằng chứng cho thấy CO2 phát thải từ các vùng núi lửa (volcanic province) có thể kéo dài hàng triệu năm sau khi các vụ phun trào bề mặt phần lớn đã kết thúc. Họ thực hiện điều này bằng cách tổng hợp các phân tích hóa học của dung nham, phát triển các mô hình máy tính mô phỏng sự nóng chảy bên trong Trái Đất, và so sánh kết quả với các ghi nhận về khí hậu trong các đá trầm tích.

Các phân tích cho thấy rằng các vùng núi lửa cổ đại khổng lồ ngừng hoạt động chậm. Ở bề mặt, các vụ phun trào có thể đã dừng lại, nhưng sâu trong lớp vỏ và lớp phủ (crust and mantle), magma vẫn tiếp tục thải CO2, dẫn đến sự nóng lên khí hậu kéo dài.

“Chúng tôi gọi loại CO2 từ magma sâu này là ‘carbon ẩn’ (cryptic carbon) vì nó phát ra từ magma nằm sâu trong hệ thống,” Black nói. “Giống như các núi lửa đang thải carbon từ dưới mồ.”

Black cho biết các phát hiện trong nghiên cứu mới rất quan trọng vì chúng xác định được một nguồn CO2 ẩn trong khí quyển vào những thời điểm khí hậu ấm lên đột ngột. Nếu các núi lửa liên tục làm “tăng nhiệt độ,” điều đó có thể có nghĩa là khí hậu của Trái Đất cơ chế điều chỉnh tốt hơn so với dự đoán của các nhà khoa học.

“Nếu điều này đúng, đây có thể là tin tốt cho quá trình phục hồi khí hậu của Trái Đất sau khi khí hậu bị nóng lên do con người gây ra,” Black nói. “Điều đó có nghĩa là nếu chúng ta ngừng tăng nhiệt độ, theo quy mô thời gian địa chất hàng trăm nghìn đến hàng triệu năm, khí hậu có thể phục hồi.”

Black nhấn mạnh rằng carbon ẩn từ núi lửa không thể giải thích cho biến đổi khí hậu hiện nay. “Loại hoạt động núi lửa mà chúng tôi đang nghiên cứu rất hiếm, có khả năng tạo ra đủ magma để bao phủ toàn bộ nước Mỹ với chiều dày đến nửa km dung nham,” Black nói. “Loại núi lửa này đã không xảy ra trong 16 triệu năm qua. Tất cả các hoạt động núi lửa trên hành tinh ngày nay thải ra ít hơn một phần trăm lượng CO2 so với các hoạt động của con người.”

Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn hy vọng học hỏi được từ các vụ phun trào trong quá khứ về khí hậu hiện tại và tương lai. “Những vụ phun trào cổ đại này dường như là một trong những sự kiện hiếm hoi trong lịch sử Trái Đất phát thải lượng carbon tương đương với con người ngày nay,” Black nói. “Vì vậy, bằng cách nghiên cứu những vụ phun trào này trong quá khứ xa thẳm (deep past), chúng ta có thể hiểu rõ hơn về cách các hệ thống khí hậu của Trái Đất phản ứng với sự phát thải carbon khổng lồ vào khí quyển.”

Những khám phá và hướng nghiên cứu trong tương lai

Những phát hiện này chỉ là khởi đầu của một nỗ lực kéo dài nhiều năm được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia để điều tra cách mà carbon ẩn có thể ảnh hưởng đến quá trình phục hồi sau các biến đổi lớn của khí hậu Trái Đất.

Mùa hè này, nhóm nghiên cứu đã đến đông bắc Oregon, nơi mà các vụ phun trào núi lửa lớn được cho là gây ra sự ấm lên khí hậu cách đây 16 triệu năm. Các nhà khoa học tập trung vào (zeroed in) dãy núi Wallowa, nơi có các mảng đá mạch magma khổng lồ, được hình thành khi dung nham chảy vào các khe nứt và đông cứng lại. Do hiện tượng xói mòn, khu vực này, được gọi là “Dãy núi Alps của Oregon,” lộ ra những lớp đá từng là magma sâu trong lòng Trái Đất.

Các thành viên trong nhóm đã leo lên các ngọn núi, ở độ cao từ 1.500 đến 2.700 mét, và thu thập mẫu vật liệu giống thủy tinh ở rìa các mạch đá. Những mẫu này được tạo ra khi dung nham tiếp xúc với các đá xung quanh lạnh hơn. Tại các phòng thí nghiệm của họ, các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm bằng chứng trong các đá thủy tinh về sự phát thải CO2 và các khí khác từ thời cổ đại.

Một nhóm các nhà khoa học địa chất quốc tế đã đến đông bắc Oregon, nơi các hoạt động núi lửa lớn có liên quan đến hiện tượng ấm lên khí hậu cách đây 16 triệu năm, và tập trung vào dãy núi Wallowa, nơi có các mảng đá mạch magma phẳng khổng lồ, được hình thành khi dung nham chảy vào các khe nứt và đông cứng lại. Ảnh: Đại học Rutgers

Các nhà nghiên cứu do Đại học Rutgers dẫn đầu đã phát hiện rằng các núi lửa cổ đại tiếp tục thải ra khí CO2 rất lâu sau khi hoạt động của chúng dừng lại, kéo dài ảnh hưởng lên khí hậu Trái Đất và chỉ ra những khả năng phục hồi nếu lượng khí thải do con người gây ra được giảm thiểu. Ảnh: SciTechDaily.