Cảnh báo của siêu máy tính về biến đổi khí hậu

Dòng hải lưu theo chiều kim đồng hồ mạnh nhất

Đầu tháng 3, trang Inside Climate News trích dẫn nghiên cứu của một nhóm nhà khoa học được công bố trên tạp chí Environmental Research Letters cho hay, nước ngọt từ băng tan ở Nam Cực được dự đoán sẽ làm suy yếu dòng hải lưu mạnh nhất thế giới tới 20% trong vòng 25 năm nữa. Mà sự suy yếu của dòng hải lưu vòng Nam Cực - một trong những động cơ khí hậu mạnh nhất của Trái Đất - sẽ gây ra hậu quả thảm khốc, bao gồm "biến đổi khí hậu nhiều hơn, với các cực đoan lớn hơn ở một số khu vực nhất định và sự nóng lên toàn cầu diễn ra nhanh hơn".

"Trong hai năm qua, sự nóng lên của Trái Đất do con người gây ra đã đẩy nhiệt độ của hành tinh vượt quá giới hạn", Phó giáo sư Bishakhdatta Gayen thuộc Đại học Melbourne (Australia), tác giả chính của báo cáo nhấn mạnh và cho biết thêm, ACC là dòng hải lưu duy nhất chảy quanh toàn bộ hành tinh mà không bị cản trở, mang theo lượng nước nhiều hơn 100 lần so với tất cả các con sông trên thế giới cộng lại. Nó rộng từ 160km-320km và sâu tới gần 5km khi đi vòng quanh Nam Cực từ Tây sang Đông, trộn nước từ các lưu vực đại dương lớn nhất hành tinh: Thái Bình Dương, Ấn Độ Dương và Đại Tây Dương.

Đồng thời, báo cáo cũng chỉ ra rằng, ACC chảy ra khỏi bờ biển phía Nam Australia và phía Nam châu Phi, chảy qua kênh giữa mũi phía Nam của Nam Mỹ và bán đảo Nam Cực, tạo thành cơ chế chính để trao đổi nhiệt, carbon dioxide, hóa chất và sinh học trên các lưu vực đại dương. "Nếu không có sự pha trộn đó, nếu quá trình phân phối lại bị dừng lại, chúng ta có thể bắt đầu thấy các điểm nóng hoặc điểm lạnh khác nhau. Nếu đại dương trở nên trì trệ hơn, khả năng xảy ra các đợt nắng nóng trên biển và các tác động liên quan như hiện tượng tảo độc nở hoa sẽ tăng lên. Và  khi các vùng đại dương ấm lên, chúng cũng mở rộng ra nên ACC yếu hơn và điều này có thể đẩy nhanh việc mực nước biển dâng cao", Phó giáo sư Bishakhdatta Gayen phân tích.

Các nghiên cứu trước đây cũng đều khẳng định, ACC mạnh hơn gấp bốn lần so với Dòng hải lưu Gulf Stream nối liền Đại Tây Dương-Thái Bình Dương-Ấn Độ Dương và nó đóng vai trò quan trọng trong hệ thống khí hậu bằng cách ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ nhiệt và carbon dioxide trong đại dương và ngăn không cho nước ấm hơn chảy đến Nam Cực. Về mặt lý thuyết, nước ấm lên xung quanh Nam Cực sẽ làm tăng tốc dòng hải lưu. Điều này là do mật độ thay đổi và gió xung quanh Nam Cực quyết định cường độ của dòng hải lưu. Nước ấm ít đặc hơn (hoặc nặng hơn) và điều này đủ để tăng tốc dòng chảy. Và khi băng xung quanh tan chảy, nước ấm sẽ bị giảm độ ấm, ảnh hưởng đến tốc độ của dòng hải lưu.

Băng biển ở Nam Cực

Trên thực tế, ở Nam bán cầu, đại dương ngoài khơi bờ biển phía Đông Australia hiện ấm hơn nhiệt độ trung bình khoảng 3 đến 7 độ F và nhiệt độ đại dương ở mức kỷ lục trong vài tháng qua đã gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho rạn san hô trong khu vực. Trong những năm gần đây, những đợt nắng nóng kỷ lục cũng đã xuất hiện ở biển Tasman và Nam Thái Bình Dương quanh New Zealand. Sự xuất hiện của các kiểu nhiệt độ mới ở Nam Đại Dương ở một mức độ nào đó phản ánh những thay đổi được ghi nhận ở gần Bắc Băng Dương, nơi sự nhiễu loạn ở các dòng hải lưu khác đe dọa các khu vực ven biển, bao gồm cả miền Đông nước Mỹ, với mực nước biển dâng nhanh hơn.

Ở Bắc bán cầu, các nhà khoa học đã phân tích hóa học các tàn tích sinh vật phù du hóa thạch và các hạt trầm tích, ghi lại cách các thay đổi trong kiểu mật độ và độ mặn của đại dương có thể thúc đẩy những thay đổi đối với các dòng hải lưu chính. Vì Nam Đại Dương rất rộng lớn nên việc lấy mẫu khoa học các kiểu đại dương có thể là một thách thức. Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature hồi năm ngoái đã cho thấy các chu kỳ cường độ ACC có liên quan đến các chu kỳ khí hậu thay đổi trong 5 triệu năm qua.

Phó giáo sư Bishakhdatta Gayen cho biết, ACC cũng là một rào cản vật lý quan trọng giúp cô lập các hệ sinh thái đất liền, ven biển và đại dương của Nam Cực với phần còn lại của thế giới. Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học về cách gỗ trôi dạt trôi dạt trên bờ biển băng giá của Nam Cực, nếu ACC suy yếu, nhiều loài, bao gồm cả những loài có thể gây ra tác động xâm lấn có hại, có thể di chuyển về phía lục địa vẫn còn đóng băng này.

Một bài báo khác được đăng trên tạp chí Nature Climate Change năm 2023 cũng đã ghi lại cách nước ngọt từ băng tan đã làm suy yếu quá trình lật đổ hoặc lưu thông theo chiều dọc của vùng nước thềm lục địa Nam Cực, khiến lượng oxy trong đại dương sâu bị giảm nhiều. "Khi phân tích nó cho Nam Đại Dương, chúng tôi đã tìm thấy một kết quả đáng chú ý đến mức ACC có thể bị chậm lại tới 20% trong 25 năm tới. Đây là một mô hình rất phong phú về mặt giải quyết các dòng xoáy. Hơn nữa, các tác động đầy đủ của hàng nghìn vòng lặp và xoáy dọc theo các cạnh của ACC trên hàng ngàn km đại dương vẫn chưa được các mô hình khí hậu khác thể hiện chính xác", Phó Giáo sư Bishakhdatta Gayen nói.

Và cuộc nghiên cứu bằng siêu máy tính

Taimoor Sohail, cộng sự của Phó Giáo sư Bishakhdatta Gayen, người đang làm nghiên cứu sau Tiến sĩ tại Khoa Địa lý, Khoa học Trái đất và Khí quyển thuộc Đại học Melbourne tiết lộ rằng, nhóm nhà nghiên cứu đã sử dụng siêu máy tính và máy mô phỏng khí hậu nhanh nhất của Australia - Gadi, đặt tại Cơ sở hạ tầng nghiên cứu quốc gia Access ở Canberra (Australia). Gadi ra đời năm 2020 và là siêu máy tính mạnh nhất ở Nam bán cầu, một bước ngoặt đối với các tổ chức khoa học hàng đầu của Australia, giúp tăng cường năng lực của Australia trong việc thực hiện các nghiên cứu khoa học hàng đầu thế giới.

5 năm qua, Gadi đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu Australia các công cụ để giải mã những bí ẩn của vũ trụ, dự đoán và quản lý thiên tai, thúc đẩy nghiên cứu ung thư và thiết kế các vật liệu mới cho các công nghệ trong tương lai. Với Gadi, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các mô hình khí hậu để phân tích tác động của nhiệt độ thay đổi, băng tan và điều kiện gió đối với ACC.

"Những tiến bộ trong mô hình hóa đại dương cho phép điều tra kỹ lưỡng hơn về những thay đổi tiềm ẩn trong tương lai. Chúng tôi đã sử dụng siêu máy tính và trình mô phỏng khí hậu nhanh nhất của Australia tại Canberra để nghiên cứu ACC. Mô hình cơ bản, ACCESS-OM2-01, đã được các nhà nghiên cứu Australia từ nhiều trường đại học khác nhau phát triển như một phần của Liên đoàn mô hình hóa băng biển-đại dương tại Australia. Mô hình này nắm bắt được các đặc điểm mà những mô hình khác thường bỏ qua, chẳng hạn như các xoáy nước. Vì vậy, đây là cách chính xác hơn nhiều để đánh giá cường độ và hành vi của dòng chảy sẽ thay đổi như thế nào khi thế giới ấm lên. Nó nắm bắt được những tương tác phức tạp giữa băng tan và sự lưu thông của đại dương.

Các nghiên cứu trước đây cho thấy sự gia tăng nhiệt độ theo hướng Bắc-Nam ở Nam Đại Dương sẽ đẩy nhanh ACC. Và nghiên cứu mới, cùng với các nghiên cứu gần đây khác lại cho thấy rõ ràng rằng sự thay đổi độ mặn do nước ngọt từ băng tan lớn hơn nhiều tác động của nhiệt độ lên ACC. Một trong những điều không chắc chắn lớn hơn là chính xác có bao nhiêu băng đang tan chảy. Một số nghiên cứu gần đây ước tính rằng quá trình tan băng đang tạo ra 28,8 nghìn tỷ gallon nước tan chảy mỗi năm. Dù chúng ta thực sự không biết nhiều về Đông Nam Cực nhưng có một điều rõ ràng, là có mối liên hệ giữa sự tan chảy và sự chậm lại của ACC", Taimoor Sohail giải thích. 

Bày tỏ sự quan tâm tới vấn đề này, Tiến sĩ Edward Doddridge, một nhà hải dương học vật lý tại Đại học Tasmania (Australia) cho biết, tuy không tham gia vào nghiên cứu này nhưng ông khẳng định chính phủ các nước cần phải xem xét nghiêm túc những nguy cơ mà các nhà khoa học mới chỉ ra bởi các nghiên cứu trước đây lại nói rằng, các phần phía Bắc của ACC đang tăng tốc do sự nóng lên của đại dương. "Điều quan trọng là phải nghiên cứu những cách mà các dòng hải lưu có thể thay đổi, vì hơn 90% nhiệt lượng dư thừa bị giữ lại trên Trái đất đã được lưu trữ trong các đại dương, sau đó di chuyển nhiệt theo những cách ảnh hưởng đến khí hậu và thời tiết ở những nơi khác nhau trên thế giới", Tiến sĩ Edward Doddridge nhấn mạnh.

Còn nhà khoa học khí hậu của Đại học Monash (Australia), Tiến sĩ Ariaan Purich thì cho biết, những thay đổi mạnh mẽ đã diễn ra ở các đại dương xung quanh Nam Cực. Nước ngọt được lưu trữ trong các tảng băng và thềm băng Nam Cực đang tan chảy với tốc độ nhanh hơn, và mỗi mùa hè kể từ năm 2022 - lần đầu tiên trong lịch sử được ghi nhận - diện tích băng biển bao quanh lục địa này đã giảm xuống dưới 2 triệu km².

"Chúng ta cần biết đại dương đang hoạt động như thế nào và đại dương đang hấp thụ bao nhiêu nhiệt và carbon để có thể dự đoán tốt hơn về khí hậu mà chúng ta phải trải qua trên đất liền và để có thể thích ứng tốt hơn với khí hậu đó", Tiến sĩ Ariaan Purich nói.