Nghiên cứu mới cho thấy lời giải không chỉ nằm ở sự thay đổi khí hậu.
Địa chất tạo lợi thế cho Nam Cực
Các nghiên cứu khảo cổ chỉ ra Nam Cực đóng băng trước Bắc Cực khoảng 25 triệu năm nhưng nguyên nhân cốt lõi vẫn là câu hỏi chưa có lời giải. Đây là một trong những bí ẩn lớn nhất về địa chất học.
Trong nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Science, các nhà khoa học Anh và Đức cho rằng yếu tố quyết định nằm sâu dưới lòng đất. Chính những chuyển động địa chất diễn ra trong hàng trăm triệu năm đã tạo điều kiện để Nam Cực đóng băng sớm hơn.
Cụ thể, khoảng 170 triệu năm trước, Nam Cực và châu Phi vẫn còn nối liền trong siêu lục địa Gondwana. Sau khi Gondwana tan rã, Nam Cực dần trôi về phía cực Nam.
Khi các mảng lục địa tách xa nhau, vật chất nóng từ lớp phủ trồi lên rồi nguội đi và chìm xuống, tạo ra các dòng đối lưu khổng lồ. Những biến động này hình thành các “sóng manti”, là làn sóng lan truyền chậm trong lớp phủ có thể di chuyển hơn 1.000km trong hàng chục triệu năm.
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sóng manti không chỉ kích hoạt hoạt động núi lửa, mà còn có thể nâng cao địa hình ở những khu vực cách rất xa nơi các lục địa bị tách rời. Trong nghiên cứu mới, nhóm tác giả sử dụng mô hình máy tính để tái hiện sự tiến hóa địa hình Nam Cực suốt hàng chục triệu năm và phát hiện chính quá trình nâng địa hình này đã thay đổi lịch sử khí hậu Trái đất.
Ban đầu, vùng ven biển Nam Cực xuất hiện các vách dốc cao hơn 2km. Sau đó, sóng manti tiếp tục lan vào nội địa, bóc tách lớp đá sâu bên dưới khiến lớp vỏ phía trên dần nổi lên, tương tự một khinh khí cầu bay cao khi bỏ bớt vật nặng.
Quá trình này kéo dài gần 100 triệu năm trước khi đến dãy núi Gamburtsev, hiện nằm dưới lớp băng dày hơn 3km. Khoảng 50 triệu năm trước, phần lớn dãy núi này chỉ cao dưới 1,5km, chưa đủ lạnh để tuyết tồn tại qua mùa Hè. Khi sóng manti nâng địa hình lên trên 2km, điều kiện đã thay đổi hoàn toàn.
Độ cao có ý nghĩa đặc biệt đối với khí hậu vì nhiệt độ không khí giảm trung bình khoảng 1°C cho mỗi 100m độ cao. Chỉ cần địa hình được nâng lên vài trăm mét cũng đủ giúp tuyết tồn tại quanh năm thay vì tan hết vào mùa Hè.
Theo mô hình của nhóm nghiên cứu, khoảng 45 triệu năm trước đã có đủ diện tích vùng cao ở phía Đông Nam Cực vượt qua ngưỡng này để các sông băng trên núi hình thành. Đúng thời điểm đó, nhiệt độ toàn cầu cũng đang giảm từ khoảng 30°C xuống gần 20°C do nồng độ CO2 suy giảm. Sự kết hợp giữa khí hậu lạnh hơn và địa hình cao hơn đã tạo nên điều kiện hoàn hảo để lớp băng Nam Cực bắt đầu phát triển.
Bài học từ lịch sử băng hà
Khi băng xuất hiện, hai cơ chế phản hồi tiếp tục thúc đẩy quá trình này. Thứ nhất, tuyết và băng phản xạ nhiều ánh sáng mặt trời hơn đá trần, giúp khu vực tiếp tục lạnh đi. Các mô hình cho thấy hiệu ứng này làm nhiệt độ toàn cầu giảm thêm khoảng 1°C. Thứ hai, không khí lạnh chứa ít hơi nước hơn, trong khi hơi nước là một khí nhà kính mạnh. Lượng hơi nước giảm khiến khả năng giữ nhiệt yếu đi, giúp Nam Cực tiếp tục lạnh hơn và lớp băng mở rộng từ các vùng núi xuống tận bờ biển.
Điều quan trọng là mức giảm nhiệt này vẫn chưa đủ để Bắc Cực đóng băng. Các lục địa ở bán cầu Bắc khi đó không có những vùng núi rộng lớn đạt tới độ cao cần thiết để tuyết tích tụ lâu dài. Chỉ khoảng 25 triệu năm sau, khi CO2 tiếp tục giảm và nhiệt độ toàn cầu thấp hơn nhiều, Bắc Cực mới hình thành các dải băng lớn.
Cơ chế này cũng giải thích vì sao vùng biển quanh Nam Cực vẫn giữ nhiệt độ tương đối ấm trong hàng triệu năm sau khi lớp băng xuất hiện. Quá trình đóng băng bắt đầu từ các vùng núi cao trên lục địa chứ không phải từ sự lạnh đi đồng đều của toàn bộ đại dương.
Nghiên cứu mới cho thấy khí hậu Trái đất không chỉ được quyết định bởi nồng độ khí nhà kính, mà còn chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ các quá trình địa chất kéo dài hàng trăm triệu năm. Chỉ khi các dãy núi đủ cao để tuyết tồn tại quanh năm, các sông băng mới có thể hình thành và phát triển thành những dải băng khổng lồ.
Phát hiện này giúp giải thích không chỉ sự khác biệt giữa Nam Cực và Bắc Cực, mà còn mở ra cách nhìn mới về các kỷ băng hà trong lịch sử Trái đất. Nếu những biến động trong lớp phủ có thể nâng địa hình và tạo điều kiện cho băng hình thành, chúng nhiều khả năng cũng góp phần vào các thời kỳ băng hà cổ xưa khác.
Nghiên cứu mới mang đến góc nhìn giá trị về biến đổi khí hậu hiện nay. Để tạo nên một dải băng lục địa cần sự kết hợp của nhiều điều kiện đặc biệt và quá trình kiến tạo kéo dài hàng chục triệu năm. Ngược lại, khi khí hậu ấm lên, các dải băng có thể tan chảy nhanh hơn rất nhiều trên thang thời gian địa chất.
Điều đó đồng nghĩa với việc những khối băng khổng lồ ở Nam Cực không chỉ là kết quả của một lịch sử địa chất kéo dài, mà còn là một hệ thống rất khó tái tạo nếu bị mất đi. Hiểu được cách chúng hình thành trong quá khứ sẽ giúp các nhà khoa học dự báo chính xác hơn tương lai của các tảng băng, cũng như những tác động lâu dài của biến đổi khí hậu đối với mực nước biển và hệ thống khí hậu toàn cầu.
