Con người thích nghi thế nào với cơn bão Mặt Trời cách đây 41.000 năm?

Một nghiên cứu mới kết hợp mô hình thời tiết không gian và bằng chứng khảo cổ cho thấy, người Homo sapiens đã thích nghi với điều kiện khắc nghiệt này thông qua việc sử dụng đất son (ochre), quần áo bảo vệ và trú ẩn trong hang động. Trong khi đó, người Neanderthal (một loài người cổ xưa sinh sống tại đại lục Á-Âu hơn 40.000 năm trước) thiếu các chiến lược tương tự và điều này có thể là một phần của việc khiến họ tuyệt chủng.

Chiến thuật đất son, quần áo bảo vệ và hang động trú ẩn

Một nghiên cứu của Đại học Michigan được công bố trên Science Advances hôm 16/4 đã phân tích “sự kiện Laschamps” - một hiện tượng ngắn hạn nhưng dữ dội xảy ra cách đây khoảng 41.000 năm. Thời kỳ này, từ trường Trái Đất chỉ còn khoảng 10% so với cường độ hiện tại, làm giảm khả năng che chắn và cho phép nhiều bức xạ cực tím hơn tiếp cận bề mặt Trái Đất. Nghiên cứu do Agnit Mukhopadhyay dẫn đầu đã tạo ra mô phỏng plasma không gian đầu tiên về tác động của sự kiện này đối với từ quyển của Trái Đất.

Theo đó “sự kiện Laschamps” diễn ra trong khoảng 42.200 đến 41.500 năm trước, bao gồm các dịch chuyển cực đáng kể và sự sụt giảm mạnh về cường độ từ trường, đặc biệt nghiêm trọng trong khoảng 300 năm. Giai đoạn này trùng khớp với thời kỳ người Homo sapiens đang sinh sống tại châu Âu và Bắc Phi phải đối mặt với điều kiện môi trường thay đổi. Trong thời gian này, các dải cực quang mở rộng về phía xích đạo, khiến cực quang xuất hiện ở những nơi hiếm khi thấy hiện tượng này ngày nay.

Theo Agnit Mukhopadhyay, người Homo sapiens có khả năng đã sử dụng đất son như một hình thức bảo vệ tự nhiên chống lại tia cực tím. Bằng chứng khảo cổ cho thấy, họ bôi khoáng chất này lên da, giúp giảm thiểu tác hại do tia UV gây ra. Đây là một hành vi thích nghi quan trọng, đặc biệt ở những khu vực phải chịu sự gia tăng phơi nhiễm ánh sáng Mặt Trời trong “sự kiện Laschamps”. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, người Homo sapiens mặc quần áo được may đo để bảo vệ bản thân khỏi tia UV. Những bộ quần áo này cho phép họ di chuyển an toàn trong các khu vực trống trải vào ban ngày. Ngoài ra, hang động là nơi trú ẩn quan trọng, giúp họ giảm thiểu tiếp xúc với bức xạ có hại.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng “Khung mô hình thời tiết không gian” để mô phỏng từ trường và điều kiện khí quyển của Trái Đất trong “sự kiện Laschamps”. Mô phỏng cho thấy từ quyển phía ban ngày của Trái Đất bị thu hẹp chỉ còn khoảng 5,3 lần bán kính Trái Đất, tức bằng khoảng 1/2 với hiện nay, cho phép nhiều tia vũ trụ và hạt năng lượng Mặt Trời xâm nhập vào tầng khí quyển trên. Từ trường suy yếu đã dẫn đến thay đổi trong lưu thông và thành phần khí quyển. Mặc dù tác động cụ thể đến con người thời kỳ đó vẫn đang được nghiên cứu, nhưng rõ ràng môi trường sống bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

Khi so sánh với các từ quyển hành tinh khác như của Sao Mộc hay Sao Hải Vương, các nhà nghiên cứu đã thấy sự khác biệt đáng kể về kích thước và cấu trúc. Trong thời gian xảy ra “sự kiện Laschamps”, từ quyển của Trái Đất tạm thời giống với các hành tinh có trường từ phức tạp, đa cực. Nghiên cứu cũng cảnh báo về hậu quả nếu một sự kiện lệch từ tương tự xảy ra trong thời hiện đại thì sự suy yếu đáng kể của từ trường Trái Đất sẽ làm giảm khả năng bảo vệ khỏi các hạt năng lượng cao, khiến con người và hệ thống công nghệ hiện đại như: vệ tinh, mạng lưới thông tin toàn cầu và lưới điện… dễ bị tổn thương bởi các cơn bão không gian.

Tầm nhìn xa hơn về khả năng tồn tại sự sống

Nhóm nghiên cứu có sự hợp tác quốc tế từ các tổ chức như Trung tâm GFZ Helmholtz ở Đức và Đại học Oulu ở Phần Lan. “Nhiều người cho rằng một hành tinh không thể duy trì sự sống nếu không có từ trường mạnh. Việc nhìn lại Trái Đất thời tiền sử, đặc biệt trong các sự kiện như thế này, giúp chúng ta nghiên cứu vật lý hành tinh ngoài hệ Mặt Trời từ một góc độ hoàn toàn khác. Sự sống đã từng tồn tại khi đó. Nhưng nó khác rất nhiều so với hiện tại”, Agnit Mukhopadhyay nói và cho hay “sự kiện Laschamps” là một trong nhiều hiện tượng lệch từ đã được ghi nhận. Khác với các sự kiện đảo từ toàn phần, vốn kéo dài và dẫn đến sự đảo ngược hoàn toàn cực từ Bắc - Nam, các sự kiện lệch từ chỉ là những thay đổi tạm thời hoặc một phần trong hướng của từ trường. Tuy thời gian diễn ra ngắn, nhưng các sự kiện này vẫn có thể làm suy giảm nghiêm trọng khả năng che chắn của Trái Đất trước bức xạ vũ trụ và Mặt Trời.

Nhiều sự kiện như vậy đã được lưu trong hồ sơ địa chất. Ngoài “sự kiện Laschamps” (~41.000 năm trước), còn có các sự kiện như “sự kiện Mono Lake” (~34.000 năm trước), “sự kiện Blake” (~120.000 năm trước) và sự kiện tại biển Na Uy - Greenland (~60.000 năm trước). Trong khi đó, các sự kiện đảo từ toàn phần như đảo từ Brunhes - Matuyama diễn ra cách đây khoảng 780.000 năm hiếm gặp hơn, nhưng có tính ổn định và kéo dài lâu hơn. Dữ liệu cổ từ tính từ trầm tích biển, đá núi lửa và lõi băng đã giúp tái tạo thời gian và cường độ của các sự kiện này. Nguyên nhân chính xác của chúng vẫn đang được nghiên cứu, nhưng phần lớn có liên quan đến những thay đổi trong hoạt động đối lưu tại lõi Trái Đất, nơi sinh ra từ trường. Chu kỳ lặp lại của các đảo từ lớn rất không ổn định, dao động từ 200.000 đến hơn 1 triệu năm và không có quy luật rõ ràng.

Dấu hiệu của những xáo trộn từ trường hiện tại

Một nghiên cứu công bố trên tạp chí Pacific Geology vào tháng 9/2024 đã phân tích các lớp than bùn để xác định các sự kiện lệch từ trong vòng 10.000 năm qua. Kết quả là có bằng chứng về nhiều nhiễu loạn từ trường tồn tại trong thời gian ngắn, cho thấy các sự kiện như vậy có thể xảy ra thường xuyên hơn so với trước đây. Một trong những phát hiện chính là mối liên hệ rõ ràng giữa chu kỳ 1.700 năm và nhiều “sự kiện Bond” - những biến động khí hậu lớn gắn liền với thay đổi nhiệt độ toàn cầu và điều kiện môi trường.

Mối tương quan này cho thấy mối liên hệ tiềm tàng giữa hoạt động từ trường và biến đổi khí hậu. Những phát hiện này góp phần nâng cao khả năng sử dụng dữ liệu địa từ để nghiên cứu các mô hình khí hậu trong quá khứ cũng như hiểu rõ hơn về mối quan hệ hai chiều giữa từ trường và khí hậu.

Thực tế, từ trường của Trái Đất đã dần suy yếu kể từ giữa thế kỷ 19, với mức sụt giảm toàn cầu khoảng 10% trong 150 năm qua. Nhưng sự suy yếu này không đồng đều trên toàn cầu. Một trong những bất thường địa phương đáng kể nhất là vùng bất thường Nam Đại Tây Dương, nơi từ trường yếu hơn đáng kể và trải dài từ Nam Mỹ đến miền Nam châu Phi. Tại đây, cường độ từ trường chỉ bằng khoảng 1/2 mức trung bình toàn cầu, khiến các vệ tinh và tàu vũ trụ bay qua khu vực này dễ bị ảnh hưởng bởi bức xạ cao hơn và thường xuyên gặp sự cố kỹ thuật.

Cùng lúc đó, từ trường ở cực Bắc đang di chuyển với tốc độ ngày càng tăng. Sau nhiều thế kỷ tương đối ổn định ở vùng Bắc cực thuộc Canada, nó bắt đầu dịch chuyển nhanh hơn vào cuối thế kỷ 20 và hiện đang hướng về Siberia với tốc độ tới 55km/năm. Mô hình từ trường thế giới - nền tảng của nhiều hệ thống định vị toàn cầu, hiện được cập nhật thường xuyên hơn để theo kịp sự thay đổi này. Một số nhà nghiên cứu giải thích, chuyển động cực nhanh và suy yếu từ trường khu vực là dấu hiệu cho thấy Trái Đất đang bước vào một giai đoạn lệch từ mới hoặc giai đoạn đầu của một sự đảo cực. Cũng có nhiều ý kiến thận trọng, cho rằng những thay đổi tương tự đã từng xảy ra trong quá khứ mà không dẫn đến đảo cực hoàn toàn.

Tuy nhiên, điều làm nên sự khác biệt của giai đoạn hiện tại là tốc độ và quy mô thay đổi, kết hợp với tính dễ bị tổn thương chưa từng có của các hệ thống công nghệ hiện đại trước sự xáo trộn từ trường. Ngay cả khi không xảy ra đảo cực hay lệch từ toàn diện, sự suy yếu liên tục của từ trường và sự mở rộng của các vùng từ trường yếu như Nam Đại Tây Dương đã và đang tạo ra những rủi ro có thể đo lường được đối với hoạt động vệ tinh, phơi nhiễm phóng xạ ở độ cao và sự ổn định của hạ tầng điện.

Vì vậy, “sự kiện Laschamps” là một phép so sánh quý giá để hiểu được tác động tiềm tàng của sự bất ổn từ trường đối với xã hội công nghệ hiện đại. Khác với người Homo sapiens 41.000 năm trước, con người ngày nay dựa rất nhiều vào sự ổn định của từ trường cho các hệ thống thiết yếu như: định vị, hàng không, lưới điện và hạ tầng vệ tinh. Sự phụ thuộc này khiến chúng ta dễ bị tổn thương hơn rất nhiều trước những thay đổi mà tổ tiên chúng ta từng vượt qua bằng những phương tiện đơn giản như đất son và hang đá. Sự suy yếu đáng kể của từ trường Trái Đất sẽ làm gia tăng mức độ xâm nhập của các hạt năng lượng Mặt Trời và tia vũ trụ vào tầng thượng quyển, từ đó làm tăng nguy cơ xảy ra các sự cố vệ tinh, mất liên lạc, sai số hệ thống định vị GPS và sự cố mạng lưới điện… Các máy bay hiện đại bay ở độ cao và vĩ độ lớn có thể phải đối mặt với liều bức xạ cao hơn, trong khi các đường ống dẫn có thể bị ăn mòn mạnh hơn do dòng điện cảm ứng gây ra.

Và mặc dù một đợt lệch hướng từ trường sẽ không gây ra nguy cơ sức khỏe tức thì đối với phần lớn dân số sống trên Trái Đất, nhưng mức phóng xạ gia tăng ở tầng khí quyển trên cao và tại các vĩ độ cao có thể ảnh hưởng đến một số nhóm người như: phi hành đoàn hàng không và các phi hành gia nếu tiếp xúc trong thời gian dài. Sự gián đoạn của cơ sở hạ tầng công nghệ, bao gồm hoạt động của vệ tinh, hệ thống định vị, hàng không và lưới điện, có thể kéo theo những hệ lụy nghiêm trọng gián tiếp đối với xã hội hiện đại.