Khi chưa có nhiệt kế, các nhà khoa học đọc khí hậu quá khứ qua những kho lưu trữ mà tự nhiên để lại: vòng gỗ trong thân cây, bọt khí bị nhốt trong băng, những lớp bùn đáy hồ và đáy biển, san hô, thạch nhũ trong hang. Mỗi nguồn ghi lại một phần câu chuyện với độ chính xác khác nhau, và ghép nhiều nguồn lại mới thành bức tranh đáng tin.
Chào bạn, đây là Nhà Khoa Học. Nhiệt kế đo đều đặn trên diện rộng mới có khoảng hơn một trăm năm. Vậy mà người ta vẫn nói được về thời kỳ băng hà cách đây hàng chục nghìn năm. Tập này mình kể các nhà khoa học đã làm thám tử như thế nào.
Vòng gỗ: cuốn nhật ký của cây
Ở những nơi có mùa rõ rệt, mỗi năm thân cây thêm một vòng. Năm thuận lợi, đủ mưa, ấm vừa phải, vòng rộng. Năm hạn hán hay lạnh bất thường, vòng hẹp. Đếm vòng thì biết tuổi, đo độ rộng từng vòng thì biết năm nào dễ sống, năm nào khó.
Một cây sống vài trăm năm cho vài trăm năm số liệu. Còn muốn đi xa hơn, người ta ghép cây sống với gỗ trong nhà cổ, gỗ vùi trong đầm lầy, dựa vào những chuỗi năm rộng hẹp trùng khớp, giống như ghép các đoạn băng ghi âm có đoạn chồng lên nhau. Bằng cách đó có nơi dựng được chuỗi dài hàng nghìn năm.
Ở vùng nhiệt đới như Việt Nam, việc này khó hơn, vì nhiều loài cây không có vòng năm rõ do không có mùa đông lạnh ngừng sinh trưởng. Các nhà nghiên cứu phải chọn những loài và những vùng núi cao có mùa khô rõ.
Cái hay của vòng gỗ là độ chính xác tới từng năm. Cái hạn chế là mỗi cây nhạy với điều kiện riêng của nơi nó mọc, nên phải lấy mẫu rất nhiều cây mới nói được về cả một vùng.
Lõi băng: không khí cổ bị nhốt trong những bọt nhỏ
Ở Nam Cực và đảo Greenland, tuyết rơi năm này chồng lên năm khác mà không tan, dần dần nén thành băng dày hàng ki lô mét. Khi tuyết bị nén, những túi không khí nhỏ bị nhốt lại. Đó là mẫu không khí thật của thời xưa, được niêm phong tự nhiên.
Các nhà khoa học khoan lấy những lõi băng dài, đưa về phòng thí nghiệm lạnh, rồi đo khí các bô níc và khí mê tan trong từng bọt khí. Những lõi băng sâu nhất ở Nam Cực đã cho ra số liệu kéo dài khoảng tám trăm nghìn năm.
Nhiệt độ thì được đọc gián tiếp. Nước có những phân tử nặng nhẹ khác nhau một chút, và tỉ lệ giữa chúng trong tuyết thay đổi theo nhiệt độ lúc tuyết rơi. Đo tỉ lệ đó trong từng lớp băng, người ta suy ra thời đó ấm hay lạnh.
Điều đáng chú ý nhất từ lõi băng là nhiệt độ và khí các bô níc lên xuống rất ăn khớp với nhau qua nhiều chu kỳ băng hà. Và nồng độ khí các bô níc ngày nay đã vượt xa mọi mức từng ghi được trong những lõi băng đó.
Bùn đáy hồ, đáy biển và san hô kể gì?
Mỗi năm, sông suối mang bùn, phấn hoa, xác sinh vật nhỏ lắng xuống đáy hồ và đáy biển, xếp thành lớp. Khoan một lõi bùn là lấy được một cột thời gian đứng thẳng, lớp dưới cũ, lớp trên mới.
Phấn hoa là một manh mối tuyệt vời. Mỗi loài cây có hạt phấn hình dạng riêng, soi dưới kính hiển vi là nhận ra. Nếu lớp bùn này đầy phấn cây ưa lạnh, lớp trên đầy phấn cây nhiệt đới, thì rừng quanh hồ đã thay đổi, và khí hậu cũng vậy.
Dưới đáy biển có vỏ của những sinh vật phù du rất nhỏ. Thành phần hoá học của vỏ phụ thuộc vào nhiệt độ nước lúc chúng sống. Còn san hô ở vùng biển nhiệt đới lớn lên theo lớp như vòng gỗ, ghi lại nhiệt độ và độ mặn của biển qua từng năm.
Bằng cách ghép các nguồn này, người ta biết mực nước biển thời băng hà thấp hơn bây giờ rất nhiều, và nhiều vùng biển nông ngày nay từng là đất liền.
Thạch nhũ trong hang và ghi chép của con người
Thạch nhũ và măng đá trong hang hình thành rất chậm từ nước nhỏ giọt mang theo đá vôi hoà tan. Chúng lớn lên từng lớp mỏng, và thành phần hoá học từng lớp phản ánh lượng mưa và nhiệt độ bên ngoài lúc đó.
Với vùng nhiệt đới gió mùa như Đông Nam Á, nơi không có băng vĩnh cửu và vòng gỗ khó đọc, thạch nhũ là một nguồn rất quý để hiểu gió mùa đã mạnh yếu ra sao qua hàng nghìn năm. Việt Nam có nhiều vùng núi đá vôi với hệ thống hang lớn, và đã có những nghiên cứu khí hậu dùng mẫu từ hang động trong khu vực.
Nguồn cuối cùng gần gũi hơn: ghi chép của con người. Sử sách, bia đá, nhật ký của các nhà sư, sổ ghi ngày thu hoạch hay ngày hoa nở của một số nơi trên thế giới đều chứa thông tin về hạn hán, lũ lụt, rét bất thường.
Loại nguồn này phải đọc cẩn thận, vì người xưa thường chỉ chép những năm có chuyện lạ, và cách mô tả thì chủ quan. Nhưng khi nó khớp với vòng gỗ hay trầm tích, nó giúp neo bức tranh vào những năm tháng cụ thể.
Dữ liệu gián tiếp đáng tin tới đâu?
Mỗi nguồn kể trên được gọi là dữ liệu gián tiếp, vì nó không đo nhiệt độ trực tiếp mà suy ra từ một thứ khác. Và mỗi nguồn đều có sai số, có khoảng không chắc chắn.
Sức mạnh nằm ở chỗ các nguồn độc lập với nhau. Vòng gỗ ở châu Á, băng ở Nam Cực, trầm tích ở đáy Đại Tây Dương, san hô ở Thái Bình Dương được những nhóm khác nhau đo bằng những phương pháp khác nhau. Khi chúng cùng cho thấy một giai đoạn lạnh, giai đoạn lạnh đó rất khó là do sai số.
Các nhà khoa học cũng kiểm dữ liệu gián tiếp bằng cách so với nhiệt kế ở giai đoạn có cả hai. Nếu vòng gỗ khớp với nhiệt kế trong một trăm năm qua, người ta tin hơn khi dùng vòng gỗ cho những thế kỷ trước.
Lần tới bạn thấy một gốc cây bị cưa, thử đếm vòng và tìm vòng hẹp nhất. Năm đó cái cây đã trải qua một điều gì khó khăn. Bạn có tò mò năm ấy đã xảy ra chuyện gì không?
Câu hỏi thường gặp
Cổ khí hậu học là gì?
Là ngành nghiên cứu khí hậu của quá khứ, trước khi có số liệu đo đạc bằng thiết bị. Ngành này dùng các dấu vết tự nhiên như băng, gỗ, trầm tích, san hô và hoá thạch để dựng lại điều kiện khí hậu xưa.
Thời kỳ băng hà gần nhất kết thúc khi nào?
Thời kỳ lạnh nhất của đợt băng hà gần nhất đạt đỉnh cách đây khoảng hai mươi nghìn năm, và Trái Đất ấm dần lên sau đó. Trong giai đoạn đó băng phủ nhiều vùng rộng lớn ở Bắc Mỹ và Bắc Âu.
Việt Nam có bị băng phủ thời băng hà không?
Các vùng thấp của Việt Nam không bị băng phủ, nhưng khí hậu mát và khô hơn, và mực nước biển thấp hơn nhiều. Khi đó phần lớn vùng thềm lục địa nông ngày nay là đất liền.
Vì sao khí hậu quá khứ tự thay đổi được?
Có nhiều nguyên nhân tự nhiên, như những thay đổi chậm trong quỹ đạo và độ nghiêng của Trái Đất, núi lửa, hoạt động của Mặt Trời và dòng hải lưu. Hiểu các nguyên nhân tự nhiên này giúp các nhà khoa học phân biệt chúng với tác động của con người hiện nay.
Có thể tự đọc vòng gỗ ở nhà không?
Bạn có thể đếm vòng trên một khúc gỗ cưa ngang để ước tuổi cây và thấy năm nào cây lớn nhanh, năm nào chậm. Đọc thành số liệu khí hậu thì cần nhiều mẫu, dụng cụ đo và đối chiếu mà chỉ phòng thí nghiệm mới làm được.
