Vách núi Razorback nổi tiếng ở Australia - Tác động của sóng, gió mang hơi nước đầy muối và nhiệt độ thay đổi liên tục đã tạo nên vách đá như một tác phẩm điêu khắc tráng lệ của thiên nhiên. (Ảnh: encyclephotos).
Sự tồn tại của hành tinh chúng ta chịu tác động của các chu trình của tự nhiên, chẳng hạn như 4 mùa. Từ nghiên cứu lớp trầm tích dưới đáy biển có niên đại 65 triệu năm, các nhà khoa học đã phát hiện ra một chu trình dài hơn nữa xảy ra trên Trái Đất. Đó là sự lên xuống của các dòng hải lưu dưới biển sâu, gắn liền với các đợt nóng lên hoặc lạnh đi toàn cầu kéo dài đến 2,4 triệu năm.
Hiện tượng này xảy ra do tác động qua lại của lực hấp dẫn giữa Trái Đất và sao Hỏa.
Chu kỳ Milankovitch và các kỷ băng hà
Hầu hết các chu kỳ tự nhiên mà chúng ta biết đều được xác định theo chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời.
Cách đây 4 thế kỷ, nhà thiên văn học người Đức Johannes Kepler đã nhận ra quỹ đạo của Trái Đất và các hành tinh khác không hẳn là đường tròn mà là những hình elip hơi dẹt. Theo thời gian, lực hấp dẫn giữa các hành tinh làm thay đổi hình dạng của các quỹ đạo này theo một mô hình có thể dự đoán được.
Những thay đổi này tác động đến khí hậu dài hạn trên Trái Đất, ảnh hưởng đến sự xuất hiện và biến mất của các kỷ băng hà.
Vào năm 1941, nhà vật lý thiên văn học người Serbia Milutin Milankovitch đã phát hiện ra rằng những thay đổi trong hình dạng quỹ đạo, độ nghiêng của trục quay và sự dao động của hai cực của Trái Đất đều tác động đến lượng ánh sáng Mặt Trời mà chúng ta nhận được.
Được đặt tên là "các chu trình Milankovitch", các hình thái này kéo dài trong các khoảng thời gian 405.000, 100.000, 41.000 và 23.000 năm. Các nhà địa chất học đã tìm thấy nhiều dấu vết của các chu trình này trong suốt lịch sử lâu dài của Trái Đất, kể cả trong những tảng đá 2,5 tỷ năm tuổi.
Sự chia tầng rõ ràng trong các khối đá vôi ở Port Campbell, Australia, là sản phẩm của độ lệch tâm và độ xiên của quỹ đạo Trái Đất. (Ảnh: Adriana Dutkiewicz).
Trái Đất và sao Hỏa
Bên cạnh những hình thái kéo dài như trên, còn có những chu trình ngắn hơn, gọi là "các chu kỳ lớn", gây ra những biến động trong hàng triệu năm. Một trong số đó là hiện tượng quỹ đạo Trái Đất và sao Hỏa quay chậm lại, xảy ra sau mỗi 2,4 triệu năm.
Quỹ đạo của Trái Đất và sao Hỏa có những ảnh hưởng nhỏ nhưng sâu sắc lẫn nhau theo một chu kỳ lặp lại sau mỗi 2,4 triệu năm. (Ảnh: NASA).
Các nhà khoa học có thể dự đoán được chu kỳ này bằng các mô hình thiên văn nhưng hiếm khi họ tìm được bằng chứng trong các hồ sơ địa chất. Các mẫu trầm tích là bằng chứng dễ nhận thấy nhất, nhưng lại rất hiếm gặp.
Giống như các chu kỳ Milankovitch, chu kỳ dài hạn này ảnh hưởng đến lượng ánh sáng Mặt Trời mà Trái Đất tiếp nhận và có tác động đến khí hậu Trái Đất.
Những khoảng trống trong hồ sơ
Khi chúng ta tìm kiếm các dấu hiệu của các chu trình khí hậu nhiều triệu năm như vậy trong đá, chúng ta đã dùng đến cách tiếp cận "dữ liệu lớn". Dữ liệu khoa học từ các mẫu khoan dưới đại dương từ những năm 1960 đã tích lũy một kho tàng thông tin về trầm tích biển sâu trên khắp các đại dương.
Trong nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học đã sử dụng các chuỗi trầm tích lấy từ hơn 200 địa điểm khoan để tìm ra mối liên hệ chưa từng được biết đến giữa quỹ đạo của Trái Đất và sao Hỏa trước những thay đổi trong quỹ đạo của cả hai hành tinh. Chúng liên quan đến các chu kỳ nóng lên toàn cầu trong quá khứ và tốc độ của các dòng hải lưu sâu.
Hầu hết các nghiên cứu khác đều tập trung vào những khoảng dữ liệu đầy đủ, có độ phân giải cao để phát hiện ra các chu kỳ khí hậu. Nghiên cứu mới này tập trung vào những phần còn thiếu trong hồ sơ trầm tích, hay những gián đoạn.
Những gián đoạn ở vùng biển sâu cho thấy tác động mạnh mẽ của dòng chảy đáy làm xói mòn trầm tích đáy biển. Ngược lại, sự tích tụ trầm tích liên tục cho thấy điều kiện môi trường yên tĩnh hơn. Thời gian của các giai đoạn gián đoạn trên khắp các đại dương cũng cho thấy các chu kỳ gián đoạn trong 65 triệu năm qua. Phát hiện rõ rệt nhất chính là cường độ các dòng hải lưu sâu tăng giảm theo chu kỳ 2,4 triệu năm trùng với những thay đổi về hình dạng của quỹ đạo Trái Đất.
Các mô hình thiên văn cho thấy tương tác giữa Trái Đất và sao Hỏa cũng có chu kỳ 2,4 triệu năm. Mỗi lần như vậy, Trái Đất nhận được nhiều ánh sáng mặt trời hơn và khí hậu ấm hơn xen kẽ với những giai đoạn ít ánh sáng hơn và khí hậu lạnh hơn. Các thời kỳ ấm hơn tương đồng với những khoảng thời gian gián đoạn ở vùng biển sâu, liên quan đến những đợt các dòng hải lưu sâu chảy mạnh hơn.
Ấm lên và những dòng hải lưu sâu
Các kết quả nghiên cứu trùng khớp với dữ liệu vệ tinh gần đây và các mô hình vẽ bản đồ những thay đổi tuần hoàn đại dương ngắn hạn. Chúng nói lên rằng sự hòa trộn dưới đại dương đã trở nên mạnh mẽ hơn trong những thập kỷ gần đây mà chúng ta thấy có hiện tượng nóng lên toàn cầu.
Các xoáy nước sâu dưới đại dương sẽ tăng cường trong một hệ thống khí hậu ấm lên, đặc biệt là ở các vĩ độ cao, khiến các cơn bão lớn xuất hiện thường xuyên hơn, đồng nghĩa với việc sự hòa trộn đại dương sâu trở nên mạnh mẽ hơn. Các xoáy nước sâu đại dương giống như những người khổng lồ chạm được xuống đáy biển. Chúng dẫn đến xói mòn đáy biển và tích tụ trầm tích xảy ra mạnh mẽ, trôi dạt theo đường viền, giống như các vụ sạt tuyết.
Sao Hỏa có duy trì sự sống cho các đại dương không?
Dữ liệu biển sâu cùng những bằng chứng của 65 triệu năm cho thấy các đại dương ấm lên có sự lưu thông do dòng xoáy mạnh mẽ hơn. Quá trình này có một vai trò quan trọng trong tương lai đang ấm lên của Trái Đất. Trong một thế giới ấm lên, sự chênh lệch về nhiệt độ giữa vùng xích đạo và vùng cực sẽ nhỏ lại, dẫn đến sự suy yếu của băng tải đại dương.
Trong tình hình đó, nước mặt giàu oxygen sẽ không còn hòa trộn hoàn toàn với nước sâu, dễ dàng dẫn đến một đại dương tù đọng. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự hòa trộn đại dương sâu chứng tỏ các xoáy nước đại dương sâu mạnh hơn có thể giúp hòa trộn oxygen tốt hơn.
Điều đáng lo ngại là tương tác giữa Trái Đất và sao Hỏa sẽ ảnh hưởng đến các chu kỳ Milankovitch như thế nào cùng với mức độ nghiêm trọng hơn của sự ấm lên toàn cầu hiện nay lại phần lớn phụ thuộc vào mức độ phát thải khí nhà kính trong tương lai.