Những giọt nước bốc lên từ lỗ thông hơi Champagne dưới đáy đại dương ở Quần đảo Mariana. Các chất lỏng thông hơi từ vị trí này chứa carbon dioxide hòa tan. Nhà thám hiểm đại dương NOAA

Khi mối lo ngại gia tăng do biến đổi khí hậu do con người gây ra, nhiều nhà khoa học đang nhìn lại lịch sử Trái đất trước các sự kiện có thể làm sáng tỏ những thay đổi xảy ra ngày nay. Phân tích hệ thống khí hậu của hành tinh đã thay đổi như thế nào trong quá khứ giúp cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về cách nó có thể hành xử trong tương lai.

Bây giờ rõ ràng từ các nghiên cứu này rằng các sự kiện nóng lên đột ngột là xây dựng vào hệ thống khí hậu trái đất. Chúng đã xảy ra khi sự xáo trộn trong việc lưu trữ carbon trên bề mặt Trái đất thải khí nhà kính vào khí quyển. Một trong những thử thách lớn cho các nhà khoa học khí hậu như tôi là để xác định những bản phát hành này đến từ đâu trước khi con người có mặt và điều gì đã kích hoạt chúng. Điều quan trọng, chúng tôi muốn biết nếu một sự kiện như vậy có thể xảy ra một lần nữa.

Trong một nghiên cứu được công bố gần đây, các đồng nghiệp của tôi Katie Harazin, Nadine Krupinski và tôi phát hiện ra rằng vào cuối kỷ nguyên băng hà cuối cùng, khoảng 20,000 năm trước, carbon dioxide là thả vào đại dương từ các hồ chứa địa chất nằm dưới đáy biển khi đại dương bắt đầu ấm lên.

Phát hiện này là một thay đổi trò chơi tiềm năng. Các hồ chứa carbon tự nhiên trong đại dương hiện đại có thể bị xáo trộn một lần nữa, với những ảnh hưởng nghiêm trọng đến đại dương và khí hậu của Trái đất.

Trái đất đã đạp xe giữa các kỷ băng hà (điểm thấp) và thời kỳ liên vùng ấm áp trong những năm 800,000 vừa qua. Nhưng hiện tượng nóng lên hiện nay đang diễn ra nhanh hơn nhiều so với các sự kiện nóng lên trong quá khứ. NASA

Quá khứ là mở đầu

Một trong những ví dụ nổi tiếng nhất về sự nóng lên nhanh chóng do giải phóng carbon địa chất là Nhiệt lượng tối đa Paleocen-Eocenhay PETM, một sự kiện nóng lên toàn cầu lớn xảy ra khoảng 55 triệu năm trước. Trong PETM, Trái đất nóng lên bởi 9 đến 16 độ F (5 đến 9 độ C) trong khoảng năm 10,000.

Các nhà khoa học khí hậu hiện coi PETM là một tương tự cho những thay đổi môi trường diễn ra ngày hôm nay. PETM đã xảy ra trong một thời gian dài hơn và không có sự tham gia của con người, nhưng nó cho thấy rằng có sự bất ổn cố hữu trong hệ thống khí hậu nếu carbon từ các hồ chứa địa chất được giải phóng nhanh chóng.

Các nhà khoa học cũng biết rằng nồng độ carbon dioxide trong khí quyển tăng nhanh vào cuối mỗi kỷ băng hà cuối kỷ Pleistocene, giúp làm ấm khí hậu. Trong tập phim nóng lên gần đây nhất, 17,000 năm trước, Trái đất nóng lên bởi 9 đến 13 độ F (5 đến 7 độ C).

Nhiệt độ tối đa Paleocene-Eocene đã làm ấm hành tinh đến mức các khu rừng mưa nhiệt đới kéo dài về phía bắc đến Bắc Cực.

{vembed Y = ldLBoErAhz4}

Tuy nhiên, hàng trăm nghiên cứu khoa học đã thất bại trong việc xác định nguyên nhân gây ra sự gia tăng carbon dioxide nhanh chóng đã kết thúc mỗi kỷ băng hà. Các nhà nghiên cứu đồng ý rằng đại dương phải tham gia vì nó hoạt động như một tụ điện carbon lớn, điều chỉnh lượng carbon tồn tại trong khí quyển. Nhưng họ vẫn đang tìm kiếm manh mối để hiểu những gì ảnh hưởng đến lượng carbon trong đại dương trong những thay đổi khí hậu đột ngột.

Hồ dưới đáy đại dương

Trong hai thập kỷ qua, các nhà khoa học đại dương đã phát hiện ra rằng có những bể chứa carbon dioxide lỏng và rắn tích tụ dưới đáy đại dương, bên trong những tảng đá và trầm tích bên lề của hoạt động lỗ thông thủy nhiệt. Tại những địa điểm này, magma núi lửa từ bên trong Trái đất gặp nước quá nóng, tạo ra các luồng chất lỏng giàu carbon dioxide lọc qua các kẽ hở trên vỏ Trái đất, di chuyển lên trên bề mặt.

Khi một khối chất lỏng này gặp nước biển lạnh, carbon dioxide có thể đông cứng thành một dạng gọi là hydrat. Hydrat tạo thành một nắp bẫy carbon dioxide trong đá và trầm tích và giữ cho nó không đi vào đại dương. Nhưng ở nhiệt độ cao hơn khoảng 48 độ Fahrenheit (9 độ C), hydrat sẽ tan chảy, giải phóng chất lỏng nổi hoặc carbon dioxide dạng khí trực tiếp vào nước quá mức.

Các nhà khoa học cho đến nay đã ghi nhận các hồ chứa carbon dioxide lỏng và hydrat ở phía tây Thái Bình Dương gần Đài Loan và ở biển Aegean. Ở vùng nước nông hơn, nơi nhiệt độ đại dương ấm hơn và áp suất thấp hơn, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy carbon dioxide tinh khiết phát ra trực tiếp từ trầm tích dưới dạng khí và nổi lên mặt biển.

Các bong bóng carbon dioxide gần như tinh khiết nổi lên từ các trầm tích bao phủ một hệ thống thủy nhiệt hoạt động ở vùng nhiệt đới phía tây Thái Bình Dương. Hình ảnh của Roy Price, lịch sự của Jan Amend, CC BY-NĐ

Một thẻ khí hậu hoang dã

Những khám phá này đang thay đổi sự hiểu biết của các nhà khoa học về hệ thống carbon biển. Các nhà khoa học khí hậu đã không bao gồm các hồ chứa carbon biển sâu trong các mô hình hiện tại khám phá các tác động tiềm tàng của sự nóng lên trong tương lai, bởi vì người ta biết rất ít về kích thước và sự phân phối của các nguồn carbon này.

Trên thực tế, hầu như không có dữ liệu nào ghi lại lượng carbon dioxide hiện đang được thải ra từ các hồ chứa này vào đại dương. Điều này làm cho lịch sử địa chất cực kỳ quan trọng: Nó xác nhận rằng các loại hồ chứa này có khả năng giải phóng một lượng lớn carbon khi chúng bị xáo trộn.

Các bể chứa carbon tương tự cũng đã được xác định trong môi trường trên cạn. Ở 1979, núi lửa Dieng của Indonesia người dân 142 nghẹt thở khi nó giải phóng carbon dioxide gần như tinh khiết. Ở 1986, một bể chứa carbon dioxide dưới đáy hồ Nyos ở Cameroon bùng nổ, giết chết dân làng địa phương 1,700 và hàng trăm động vật.

Bò bị chết ngạt bởi khí carbon dioxide trong vụ phun trào 1986 hồ Nyos. USGS / Jack Lockwood

Carbon dioxide cũng đang thoát ra xung quanh Núi Mammoth, California, tại những điểm mà magma trồi lên qua lớp vỏ Trái đất và chuồng ở độ sâu nông. Nồng độ carbon dioxide cao trong đất có giết chết hơn nhiều mẫu đất của 100. Các nhà khoa học đang làm việc để xác định và mô tả đặc điểm các trang web khác trên đất liền nơi phát hành như vậy có thể xảy ra.

Việc định lượng carbon dioxide được lưu trữ trong các hồ chứa đại dương sẽ khó khăn hơn nhiều. Các khu vực rộng lớn dưới đáy biển chứa các vị trí của núi lửa đang hoạt động và thông gió thủy nhiệt, nhưng các nhà khoa học hầu như không biết gì về lượng carbon dioxide tích tụ trong đá và trầm tích xung quanh. Theo quan điểm của tôi, có một nhu cầu cấp thiết là nghiên cứu các môi trường biển nơi mà carbon dioxide có khả năng tích lũy, và sau đó để đánh giá mức độ nhạy cảm của chúng đối với sự mất ổn định.

Đại dương nóng lên, tăng nguy cơ

Đây không phải là một nỗ lực nên được hoãn lại. Các đại dương trên trái đất đang nóng lên nhanh chóng và các mô hình khí hậu dự đoán rằng chúng sẽ ấm lên nhanh nhất gần các cực, nơi dòng chảy sâu hình thành mang nước ấm lên từ bề mặt.

Khi những vùng nước ấm này chìm vào bên trong đại dương, chúng vận chuyển nhiệt dư đến các vị trí nơi các bể chứa carbon dioxide có thể hình thành. Những vùng nước ấm hơn cuối cùng sẽ làm mất ổn định các con dấu hydrat giữ carbon dioxide lỏng bị giữ lại.

Một dòng điện rất lớn, chậm gọi là tuần hoàn nhiệt mang nước ấm đến các vùng cực của Trái đất, nơi nó nguội đi và chìm xuống đại dương sâu. Maphoto / Riccardo Pravettoni qua GRID-Arendal, CC BY-NĐ

Một hồ chứa như vậy xảy ra ở phía tây Thái Bình Dương phía tây của Máng Okinawa ở biển Hoa Đông. Nhiệt độ của vùng nước đáy tại vị trí này là 37 đến 39 độ F (3 đến 4 độ C), có nghĩa là nắp hydrat nằm trong khoảng 4-5 độ C của điểm nóng chảy của nó.

Điều quan trọng, các chất lỏng thủy nhiệt ấm đang dâng lên từ bên dưới bể chứa carbon dioxide về phía bề mặt. Khi các đại dương tiếp tục ấm lên, chênh lệch nhiệt độ giữa nước biển lạnh và chất lỏng thủy nhiệt ấm hơn sẽ giảm. Điều này sẽ làm cho hydrat mỏng, có khả năng đến mức nó sẽ không còn giữ carbon dioxide lỏng thoát ra.

Cho đến nay vẫn chưa có nghiên cứu nào để đánh giá xem các hồ chứa carbon dioxide đại dương này có dễ bị tổn thương bởi nhiệt độ đại dương hay không. Nhưng hồ sơ tiền sử của Trái đất chứng minh rõ ràng rằng các hồ chứa địa chất có thể bị mất ổn định - và khi chúng tồn tại, nó dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng của carbon dioxide trong khí quyển và sự nóng lên toàn cầu. Theo quan điểm của tôi, điều này thể hiện một rủi ro chưa biết quan trọng không thể bỏ qua.

Giới thiệu về Tác giả

Lowell D. Stott, Giáo sư, Đại học Nam California - Đại học Văn học, Nghệ thuật và Khoa học Dornsife

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

Biến đổi khí hậu: Mọi người cần biết điều gì

bởi Joseph Romm
Nguyên tắc cơ bản về vấn đề sẽ là gì trong thời đại chúng ta, Biến đổi khí hậu: Mọi người cần biết gì® là một cái nhìn tổng quan rõ ràng về khoa học, xung đột và ý nghĩa của hành tinh nóng lên của chúng ta. Từ Joseph Romm, Cố vấn trưởng Khoa học cho National Geographic Số năm sống nguy hiểm loạt và một trong những "100 người đang thay đổi nước Mỹ" của Rolling Stone Khí hậu thay đổi đưa ra những câu trả lời khoa học, thân thiện với người dùng cho những câu hỏi khó nhất (và thường bị chính trị hóa) xung quanh những gì nhà khí hậu học Lonnie Thompson đã coi là "mối nguy hiểm rõ ràng và hiện tại đối với nền văn minh." Có sẵn trên Amazon

Biến đổi khí hậu: Khoa học về sự nóng lên toàn cầu và tương lai năng lượng của chúng tôi phiên bản thứ hai

của Jason Smerdon
Phiên bản thứ hai này của Khí hậu thay đổi là một hướng dẫn dễ tiếp cận và toàn diện cho khoa học đằng sau sự nóng lên toàn cầu. Minh họa một cách tinh tế, văn bản hướng đến sinh viên ở nhiều cấp độ khác nhau. Edmond A. Mathez và Jason E. Smerdon giới thiệu rộng rãi, nhiều thông tin về khoa học làm nền tảng cho sự hiểu biết của chúng ta về hệ thống khí hậu và tác động của hoạt động của con người lên sự nóng lên của hành tinh chúng ta.Mathez và Smerdon mô tả vai trò của khí quyển và đại dương chơi trong khí hậu của chúng tôi, giới thiệu khái niệm cân bằng bức xạ và giải thích những thay đổi khí hậu xảy ra trong quá khứ. Họ cũng nêu chi tiết các hoạt động của con người ảnh hưởng đến khí hậu, như khí thải nhà kính và khí thải và nạn phá rừng, cũng như ảnh hưởng của các hiện tượng tự nhiên.  Có sẵn trên Amazon

Khoa học về biến đổi khí hậu: Một khóa học thực hành

bởi Blair Lee, Alina Bachmann
Khoa học về biến đổi khí hậu: Một khóa học thực hành sử dụng văn bản và mười tám hoạt động thực hành để giải thích và dạy về khoa học về sự nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu, cách con người chịu trách nhiệm và những gì có thể được thực hiện để làm chậm hoặc ngăn chặn tốc độ nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Cuốn sách này là một hướng dẫn đầy đủ, toàn diện cho một chủ đề môi trường thiết yếu. Các chủ đề trong cuốn sách này bao gồm: cách các phân tử truyền năng lượng từ mặt trời để làm ấm khí quyển, khí nhà kính, hiệu ứng nhà kính, sự nóng lên toàn cầu, Cách mạng công nghiệp, phản ứng đốt cháy, vòng phản hồi, mối quan hệ giữa thời tiết và khí hậu, biến đổi khí hậu, bể carbon, sự tuyệt chủng, dấu chân carbon, tái chế và năng lượng thay thế. Có sẵn trên Amazon

Từ Nhà xuất bản:
Mua hàng trên Amazon để giảm chi phí mang lại cho bạn InsideSelf.comelf.com, MightyNatural.com, và ClimateImpactNews.com miễn phí và không có nhà quảng cáo theo dõi thói quen duyệt web của bạn. Ngay cả khi bạn nhấp vào một liên kết nhưng không mua các sản phẩm được chọn này, bất kỳ thứ gì khác bạn mua trong cùng một lượt truy cập trên Amazon đều trả cho chúng tôi một khoản hoa hồng nhỏ. Không có chi phí bổ sung cho bạn, vì vậy hãy đóng góp cho nỗ lực. Bạn cũng có thể sử dụng liên kết này sử dụng cho Amazon bất cứ lúc nào để bạn có thể giúp hỗ trợ những nỗ lực của chúng tôi.