Hỏi & Đáp: Tốc độ gia tăng CO₂ có thể ảnh hưởng đến dòng hải lưu toàn cầu như thế nào
Tác giả: Hannah Hickey, Đại học Washington
Nguồn: Pixabay/CC0 Public Domain
Khi chúng ta đốt nhiên liệu hóa thạch, lượng carbon dioxide trong khí quyển Trái đất đang tăng dần, và cùng với đó là nhiệt độ trung bình của hành tinh. Tốc độ tăng của mức carbon dioxide trong khí quyển—và cùng với đó là nhiệt độ—là yếu tố quan trọng đối với khả năng điều chỉnh của con người và hệ sinh thái. Tốc độ tăng chậm hơn giúp con người có thời gian di chuyển khỏi các vùng trũng thấp và động vật có thời gian di chuyển đến môi trường sống mới.
Hóa ra, tốc độ gia tăng đó cũng quan trọng đối với các hệ thống vô tri. Một nghiên cứu của Đại học Washington đã xem xét cách một dòng hải lưu chính ở Đại Tây Dương bao gồm cả Dòng hải lưu Gulf Stream sẽ phản ứng như thế nào khi lượng carbon dioxide tăng gấp đôi so với mức trước thời kỳ công nghiệp.
Nghiên cứu được công bố trên Biên bản báo cáo của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia đã phát hiện ra rằng khi mức carbon dioxide tăng dần dần, chúng ít ảnh hưởng đến sự lưu thông của đại dương hơn.
UW News đã trò chuyện với tác giả Camille Hankel, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của UW tại Viện Hợp tác Nghiên cứu Khí hậu, Đại dương và Hệ sinh thái, để tìm hiểu thêm về nghiên cứu của cô ấy.
Tại sao cô lại chọn nghiên cứu về cách tốc độ CO2 tăng ảnh hưởng đến hệ thống khí hậu?
Camille Hankel: Trong luận án tiến sĩ của mình, một số công trình của tôi là về "điểm tới hạn khí hậu", xuất phát từ giả thuyết rằng có thể có một số ngưỡng quan trọng về sự nóng lên hoặc thay đổi CO2 có thể dẫn đến sự thay đổi rất đột ngột và không thể đảo ngược ở một số bộ phận của hệ thống khí hậu.
Thông qua công trình đó, tôi đã tiếp xúc với một số tài liệu về "điểm tới hạn do tốc độ gây ra", tức là ý tưởng cho rằng thay vì vượt qua mức tới hạn, có thể có một số tốc độ thay đổi CO2 quan trọng có ý nghĩa quan trọng đối với hệ thống khí hậu.
Cụ thể, tôi đã đọc một nghiên cứu xem xét ý tưởng này trong bối cảnh của AMOC, Hoàn lưu lật ngược kinh tuyến Đại Tây Dương, đây là sự lưu thông đại dương quy mô lớn. Nghiên cứu đó sử dụng cái mà chúng tôi gọi là mô hình hộp—một biểu diễn toán học đơn giản hóa về sự lưu thông của đại dương. Và tôi nghĩ, này, tôi có thể chạy các mô hình toàn cầu này, là những biểu diễn thực tế hơn nhiều về khí hậu của Trái đất, bao gồm đại dương, khí quyển, đất liền và băng biển, và kiểm tra xem tốc độ thay đổi CO2 có thực sự quan trọng đến vậy không.
Hoàn lưu đảo ngược kinh tuyến Đại Tây Dương là gì, bao gồm dòng hải lưu Gulf Stream, và tại sao nó lại quan trọng đối với khí hậu của Trái đất?
CH: Đây là một trong những đặc điểm chính, quy mô lớn của hệ thống khí hậu. Đặc biệt, nó vận chuyển rất nhiều nhiệt từ vĩ độ thấp ở Nam Đại Tây Dương đến vĩ độ cao hơn gần Bắc Cực hơn. Vì vậy, nó cung cấp rất nhiều nhiệt, chủ yếu là cho Bắc Âu.
Nó cũng phân phối chất dinh dưỡng xung quanh thông qua loại chuyển động chìm này đặc trưng cho sự lưu thông—nó kéo nước bề mặt xuống đại dương sâu và tuần hoàn lại nước sâu lên bề mặt. Đây là một đặc điểm lớn của hệ thống khí hậu, đặc biệt là ở Bắc Đại Tây Dương, nhưng cũng trên toàn cầu.
Chúng ta đã nghe nói về khả năng chậm lại của dòng hải lưu Gulf Stream có thể ảnh hưởng đến thời tiết châu Âu. Điều này đã được kịch tính hóa (có lẽ không chính xác) trong bộ phim thảm họa năm 2004 'The Day After Tomorrow'. Chúng ta có thực sự thấy sự chậm lại trong lưu thông của Đại Tây Dương không?
CH: Chúng tôi có một hồ sơ quan sát khá ngắn về dòng hải lưu AMOC và nó rất thưa thớt. Bạn phải tưởng tượng, đây là một lưu thông 3D trong toàn bộ lưu vực Đại Tây Dương và chúng tôi có một vài lát cắt dữ liệu nhỏ ở các khu vực cụ thể của Đại Tây Dương. Cho đến nay, chúng tôi đang thấy sự chậm lại khiêm tốn, nhưng đó là một hồ sơ quan sát khá nhiễu và không chắc chắn, vì vậy rất khó để biết.
Tuy nhiên, tôi muốn nói rằng sự chậm lại được thấy trong các quan sát hiện tại sẽ phù hợp với các dự đoán của mô hình về sự chậm lại trong tương lai. Và chúng ta cũng thấy một mô hình về những thay đổi nhiệt độ, trong khi phần còn lại của địa cầu đang ấm lên ngay bây giờ khi chúng ta tăng CO2, thì có cái mà mọi người gọi là "lỗ ấm" trên Bắc Đại Tây Dương.
Chúng ta không thấy nhiều sự nóng lên ở khu vực Bắc Đại Tây Dương đó so với phần còn lại của địa cầu. Và thật khó để kết luận chắc chắn nguyên nhân gây ra hiện tượng này là do khí hậu Trái đất, nhưng ý tưởng là sự chậm lại khiêm tốn của AMOC mà chúng ta đã thấy cho đến nay có thể là một yếu tố góp phần vào tình trạng thiếu ấm lên mà chúng ta đang thấy ở Bắc Đại Tây Dương.
Vì vậy, các quan sát cho thấy một số sự chậm lại, mặc dù ít nghiêm trọng hơn nhiều so với những gì được mô tả trong bộ phim đó.
Tại sao AMOC được cho là sẽ chậm lại dưới tác động của biến đổi khí hậu?
CH: Một cách để suy nghĩ về những gì thúc đẩy dòng hải lưu chính này là sự khác biệt về mật độ đại dương. Bạn có vùng thực sự quan trọng này ở Bắc Đại Tây Dương, nơi nước chìm xuống vì nước bề mặt nặng hơn nước bên dưới. Khi bạn thay đổi mức CO2, bạn thực hiện hai việc.
Bạn bắt đầu làm ấm bề mặt đại dương và bằng cách làm tan chảy các sông băng cũng như thay đổi băng biển, bạn thêm nước ngọt vào bề mặt của đại dương vốn mặn. Cả sự ấm lên và tươi mát đều làm giảm mật độ của tầng nước trên
nước và có khả năng ức chế hoặc phá vỡ chuyển động chìm quan trọng đó.
Có những cách khác để xem xét vấn đề này, nhưng cách tôi xem xét trong nghiên cứu này là tìm hiểu cách những nhiễu loạn mật độ đó xảy ra trong khí hậu CO2 cao hơn và cách chúng điều chỉnh độ nhạy với tốc độ thay đổi CO2 mà tôi thấy trong phản ứng của AMOC đối với CO2.
Nghiên cứu của bạn phát hiện ra rằng nếu carbon dioxide trong khí quyển tăng gấp đôi so với mức trước thời kỳ công nghiệp chậm hơn, thì Đại Tây Dương sẽ chậm lại ít hơn so với trường hợp CO2 tăng gấp đôi nhanh hơn. Có phải vì mọi thứ diễn ra chậm hơn không?
CH: Vâng, đó là một phần của vấn đề. Các bộ phận khác nhau của hệ thống khí hậu—đại dương, khí quyển và băng—đều có thang thời gian phản ứng khác nhau đối với những thay đổi CO2, nghĩa là chúng phản ứng với những nhiễu loạn với thời gian trễ khác nhau. Sau đó, cách các thành phần khí hậu này tương tác với nhau trong điều kiện CO2 thay đổi chậm hơn hoặc nhanh hơn có thể trông rất khác nhau và trong trường hợp này ảnh hưởng đến sự lưu thông của đại dương.
Cụ thể, tôi đã tìm thấy thứ được gọi là phản hồi tích cực—một dạng chu kỳ tự khuếch đại—giúp giải thích tại sao mức độ suy yếu của AMOC phụ thuộc vào tốc độ thay đổi CO2. Trong chu kỳ phản hồi này, lượng chậm lại khiêm tốn ban đầu của AMOC dẫn đến việc giảm vận chuyển nhiệt vào Bắc Cực, từ đó làm mát khu vực và dẫn đến giai đoạn mở rộng tạm thời của băng biển Bắc Cực.
Sự mở rộng của băng biển này khiến nhiều băng hơn được xuất khẩu sang Bắc Đại Tây Dương, nơi nó tan chảy và bổ sung nước ngọt vào đại dương, khiến AMOC chậm lại hơn nữa: do đó có chu kỳ tự khuếch đại. Hóa ra chu kỳ phản hồi này có hiệu quả hơn trong việc khuếch đại sự suy yếu của AMOC trong điều kiện CO2 thay đổi nhanh hơn so với khi CO2 thay đổi dần dần.
Tầm quan trọng của công trình này là gì?
CH: Chúng ta biết về sự chậm lại của AMOC—có rất nhiều công trình về vấn đề đó và các cơ chế thúc đẩy sự chậm lại như vậy của AMOC. Nhưng điều mới là độ nhạy của sự lưu thông này thay đổi theo tốc độ gia tăng CO2, không phụ thuộc vào tổng thay đổi nồng độ CO2.
Khi chúng ta nghĩ về chính sách và khoa học cơ bản, chúng ta có xu hướng tập trung nhiều vào cách mức độ nóng lên toàn cầu có thể tác động đến hệ thống khí hậu. Tôi đang cố gắng đưa ra một góc nhìn mới bằng cách nghĩ về tốc độ gia tăng như một động lực. Điều đó có thể có nhiều tác động.
Bạn có thể tưởng tượng rằng nếu nhiều khí hậu khác nhau có thể xảy ra đối với cùng một mức độ nóng lên, thì việc giới hạn chúng ta ở mức 1,5 °C hoặc 2 °C có thể có ý nghĩa khác nhau, phải không? Tôi nghĩ rằng điều quan trọng nhất đối với hệ thống khí hậu luôn là lượng CO2 bạn đã thải vào khí quyển, nhưng tốc độ bạn đạt đến điểm đó rõ ràng cũng quan trọng.
