Hiện tượng ấm lên toàn cầu gây ra nhiều thiên tai cực đoan: Ngày càng rõ ràng rằng điều kiện hạn hán kéo dài, nắng nóng kỷ lục, cháy rừng kéo dài và các cơn bão cực đoan thường xuyên xảy ra trong những năm gần đây là kết quả trực tiếp của nhiệt độ toàn cầu tăng do con người bổ sung carbon dioxide vào khí quyển.
Và một nghiên cứu mới của MIT về các hiện tượng khí hậu khắc nghiệt trong lịch sử cổ đại của Trái đất cho thấy hành tinh ngày nay có thể trở nên dễ bay hơi hơn khi nó tiếp tục ấm lên.
Nghiên cứu, xuất hiện ngày nay trên tạp chí Science Advances, xem xét hồ sơ cổ sinh vật học trong 66 triệu năm qua, trong thời đại Kainozoi, bắt đầu ngay sau khi khủng long tuyệt chủng. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng trong thời kỳ này, sự biến động của khí hậu Trái đất đã trải qua một “xu hướng ấm lên” đáng ngạc nhiên. Nói cách khác, đã có nhiều sự kiện nóng lên – những giai đoạn trái đất nóng lên kéo dài, kéo dài hàng nghìn đến hàng chục nghìn năm – hơn là các sự kiện nguội lạnh. Hơn nữa, các sự kiện nóng lên có xu hướng cực đoan hơn, với sự thay đổi nhiệt độ lớn hơn các sự kiện làm lạnh.
Các nhà nghiên cứu cho biết một lời giải thích khả dĩ cho xu hướng nóng lên này có thể nằm ở “hiệu ứng cấp số nhân”, theo đó mức độ ấm lên khiêm tốn – ví dụ như từ núi lửa giải phóng carbon dioxide vào khí quyển – tự nhiên tăng tốc một số quá trình sinh học và hóa học giúp tăng cường những dao động, dẫn đến trung bình vẫn còn nóng hơn.
Điều thú vị là nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy xu hướng ấm lên này đã biến mất cách đây khoảng 5 triệu năm, vào khoảng thời gian các tảng băng bắt đầu hình thành ở Bắc bán cầu. Vẫn chưa rõ tác động của băng đối với phản ứng của Trái đất đối với sự thay đổi khí hậu. Nhưng khi băng ở Bắc Cực ngày nay rút đi, nghiên cứu mới cho thấy một hiệu ứng cấp số nhân có thể xuất hiện trở lại và kết quả có thể là sự khuếch đại hơn nữa của hiện tượng ấm lên toàn cầu do con người gây ra.
Tác giả chính của nghiên cứu Constantin Arnscheidt, một nghiên cứu sinh tại Khoa Khoa học Trái đất, Khí quyển và Hành tinh của MIT, cho biết: “Các tảng băng ở Bắc bán cầu đang thu hẹp lại và có thể biến mất do hậu quả lâu dài của các hành động của con người. “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng điều này có thể làm cho khí hậu Trái đất về cơ bản dễ bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng nóng lên toàn cầu cực đoan, lâu dài như những gì đã thấy trong quá khứ địa chất.”
Đồng tác giả nghiên cứu của Arnscheidt là Daniel Rothman, giáo sư địa vật lý tại MIT, đồng thời là đồng sáng lập và đồng giám đốc Trung tâm Lorenz của MIT.
Một cú hích dễ bay hơi
Để phân tích, nhóm nghiên cứu đã tham khảo cơ sở dữ liệu lớn về trầm tích chứa foraminifera đáy biển sâu – những sinh vật đơn bào đã tồn tại hàng trăm triệu năm và có lớp vỏ cứng được bảo tồn trong trầm tích. Thành phần của những lớp vỏ này bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ đại dương khi các sinh vật đang phát triển; do đó, các lớp vỏ được coi là một đại diện đáng tin cậy cho nhiệt độ cổ xưa của Trái đất.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã phân tích thành phần của những lớp vỏ này, được thu thập từ khắp nơi trên thế giới và xác định niên đại trong các khoảng thời gian khác nhau, để theo dõi nhiệt độ Trái đất đã dao động như thế nào trong hàng triệu năm.
Arnscheidt cho biết: “Khi sử dụng những dữ liệu này để nghiên cứu các hiện tượng khí hậu khắc nghiệt, hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào các đợt tăng đột biến lớn về nhiệt độ, điển hình là sự ấm lên vài độ C,” Arnscheidt nói. “Thay vào đó, chúng tôi đã cố gắng xem xét các số liệu thống kê tổng thể và xem xét tất cả các biến động liên quan, thay vì chọn ra những biến động lớn.”
Đầu tiên, nhóm nghiên cứu thực hiện phân tích thống kê dữ liệu và quan sát thấy rằng, trong 66 triệu năm qua, sự phân bố dao động nhiệt độ toàn cầu không giống với đường cong hình chuông tiêu chuẩn, với các đuôi đối xứng biểu thị xác suất bằng nhau của cực ấm và cực mát. biến động. Thay vào đó, đường cong bị lệch đáng kể, nghiêng về các sự kiện ấm áp hơn là mát mẻ. Đường cong cũng thể hiện một cái đuôi dài hơn đáng kể, đại diện cho các sự kiện ấm áp ở mức khắc nghiệt hơn, hoặc nhiệt độ cao hơn so với các sự kiện lạnh giá khắc nghiệt nhất.
Arnscheidt nói: “Điều này cho thấy có một số loại khuếch đại liên quan đến những gì bạn mong đợi. “Mọi thứ đều hướng đến một cái gì đó cơ bản gây ra sự thúc đẩy này, hoặc thiên về các sự kiện nóng lên.”
Rothman cho biết thêm: “Thật công bằng khi nói rằng hệ thống Trái đất trở nên dễ bay hơi hơn, theo nghĩa nóng lên.
Hệ số nóng lên
Nhóm nghiên cứu tự hỏi liệu xu hướng ấm lên này có thể là kết quả của “tiếng ồn nhân” trong chu trình khí hậu-carbon. Từ lâu, các nhà khoa học đã hiểu rằng nhiệt độ cao hơn, đến một thời điểm, có xu hướng đẩy nhanh các quá trình sinh học và hóa học. Bởi vì chu trình carbon, là nguyên nhân chính gây ra những biến động khí hậu dài hạn, tự nó bao gồm các quá trình như vậy, sự gia tăng nhiệt độ có thể dẫn đến những biến động lớn hơn, làm sai lệch hệ thống đối với các hiện tượng nóng lên cực đoan.
Trong toán học, tồn tại một tập hợp các phương trình mô tả các hiệu ứng khuếch đại hoặc nhân tổng chung như vậy. Các nhà nghiên cứu đã áp dụng lý thuyết nhân này vào phân tích của họ để xem liệu các phương trình có thể dự đoán sự phân bố không đối xứng, bao gồm mức độ lệch của nó và độ dài của đuôi của nó hay không.
Cuối cùng, họ phát hiện ra rằng dữ liệu và xu hướng quan sát được đối với sự nóng lên có thể được giải thích bằng lý thuyết nhân. Nói cách khác, rất có thể trong 66 triệu năm qua, các giai đoạn ấm lên ở mức trung bình đã được tăng cường hơn nữa bởi các hiệu ứng cấp số nhân, chẳng hạn như phản ứng của các quá trình sinh học và hóa học làm trái đất ấm lên.
Là một phần của nghiên cứu, các nhà nghiên cứu cũng xem xét mối tương quan giữa các sự kiện ấm lên trong quá khứ và những thay đổi trong quỹ đạo Trái đất. Trải qua hàng trăm nghìn năm, quỹ đạo của Trái đất quanh mặt trời thường xuyên trở thành hình elip. Nhưng các nhà khoa học đã tự hỏi tại sao nhiều sự kiện nóng lên trong quá khứ lại trùng khớp với những thay đổi này và tại sao những sự kiện này lại có đặc điểm là sự nóng lên quá mức so với những gì mà sự thay đổi trên quỹ đạo Trái đất có thể tự tạo ra.
Vì vậy, Arnscheidt và Rothman đã kết hợp các thay đổi quỹ đạo của Trái đất vào mô hình nhân và phân tích của họ về sự thay đổi nhiệt độ của Trái đất, và nhận thấy rằng các hiệu ứng cấp số nhân có thể khuếch đại một cách có thể đoán trước được, trung bình, nhiệt độ khiêm tốn tăng lên do những thay đổi trong quỹ đạo của Trái đất.
Rothman nói: “Khí hậu ấm lên và nguội đi đồng thời với các thay đổi quỹ đạo, nhưng bản thân các chu kỳ quỹ đạo sẽ chỉ dự đoán những thay đổi khiêm tốn trong khí hậu,” Rothman nói. “Nhưng nếu chúng ta xem xét một mô hình cấp số nhân, thì sự nóng lên vừa phải, kết hợp với hiệu ứng cấp số nhân này, có thể dẫn đến các sự kiện cực đoan có xu hướng xảy ra cùng lúc với những thay đổi quỹ đạo này.”
Arnscheidt cho biết thêm: “Con người đang thúc đẩy hệ thống theo một cách mới. “Và nghiên cứu này cho thấy rằng, khi chúng ta tăng nhiệt độ, chúng ta có thể sẽ tương tác với những hiệu ứng khuếch đại, tự nhiên này.”
Nghiên cứu này được hỗ trợ một phần bởi Trường Khoa học của MIT.
Nguồn:
Vật liệu do Viện Công nghệ Massachusetts cung cấp . Bản gốc do Jennifer Chu viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :
- Constantin W. Arnscheidt, Daniel H. Rothman. Sự bất đối xứng của các sự kiện khí hậu Kainozoi-chu kỳ cacbon cực đoan . Tiến bộ Khoa học , 2021; 7 (33): eabg6864 DOI: 10.1126 / sciadv.abg6864