Chuyến đi Bắc Cực đầy tham vọng nhất của NASA cho đến nay đã tiết lộ nồng độ các hạt băng cao đáng ngạc nhiên trong các đám mây trên Greenland, một manh mối có thể giúp giải thích tại sao băng Bắc Cực tan chảy thậm chí còn nhanh hơn dự đoán.
"Bắc Cực đang thay đổi nhanh hơn bất kỳ nơi nào khác trên hành tinh, vì vậy câu hỏi mà chúng tôi muốn đặt ra ở đây là: Bắc Cực sẽ thay đổi nhanh chóng — hay thực sự nhanh chóng?" Patrick Taylor, phó trưởng nhóm khoa học của sứ mệnh được gọi là ARCSIX, viết tắt của Arctic Radiation Cloud Aerosol Surface Interaction Experiment, đã nói với Space.com.
Sứ mệnh táo bạo này đến một trong những khu vực đáng sợ nhất thế giới bao gồm việc gửi một phi đội nhỏ máy bay chở đầy thiết bị, bao gồm một chiếc C-130 của NASA và một chiếc P-3 Orion, để lao qua các đám mây Bắc Cực và thả phao vào các khoảng trống trong vùng nước đầy băng trôi bên dưới. Trong khi các nhà khoa học của cơ quan vẫn đang nghiên cứu dữ liệu được thu thập vào mùa hè năm ngoái, họ cho biết đã rõ ràng rằng bụi từ khối đất liền ngày càng lộ ra của Greenland đang làm tan chảy băng biển dễ bị tổn thương về phía bắc của địa cầu.
Nó giống như một vòng phản hồi tự củng cố gây nguy hiểm cho một trong những khu vực dễ bị tổn thương nhất của hành tinh.
Bắc Cực đã mất khoảng 12% lượng băng mỗi thập kỷ kể từ khi dữ liệu vệ tinh bắt đầu vào năm 1979, tương đương với khoảng 1,16 triệu dặm vuông băng (3 triệu km vuông), một diện tích lớn hơn cả Alaska, Texas, California và Montana cộng lại — và tốc độ này dường như đang tăng tốc rõ rệt, với tốc độ băng biển Bắc Cực hiện đang co lại với tốc độ 12,2% mỗi thập kỷ, nhanh gấp sáu lần so với những năm 1990.
Cụ thể, NASA đã phóng ARCSIX để cố gắng tìm hiểu xem băng biển ở Bắc Cực còn lại bao lâu và mùa hè bay đã mang lại "bộ dữ liệu toàn diện nhất về băng biển, mây, bức xạ và khí dung từng được thu thập ở Bắc Cực", Taylor cho biết.
Việc thu thập quá nhiều dữ liệu ở một nơi xa xôi như vậy là một thách thức hậu cần cực lớn, đòi hỏi một nhóm lớn đến mức NASA đã phải thuê thêm ghế trên máy bay vận tải của Lực lượng Không gian để vận chuyển hàng hóa và vật tư bổ sung. "Tôi rùng mình khi nghĩ đến điều đó", Christina McCluskey, một nhà khoa học về khí hậu tại Trung tâm Khoa học Khí quyển Quốc gia, nói với Space.com. Một trong những chuyến bay vận chuyển đến Căn cứ Không gian Pituffik ở cực đông bắc Greenland mang theo một lá cờ của NASA, một món quà từ Lực lượng Không gian Hoa Kỳ tặng cho chỉ huy căn cứ, người đã tự hào trưng bày nó tại quán cà phê và trung tâm cộng đồng của căn cứ.
Để đo độ dày của băng, NASA đã thả các phao có gắn nhiệt kế vào các khoảng trống giữa các tảng băng trôi. Đó là một hoạt động khó khăn: một số phao đã bị các tảng băng trôi đập vỡ, trong khi những phao khác bị đe dọa bởi những loài động vật tò mò — đó là một lý do tại sao các phao phải được sơn màu trắng.
"Nếu bạn sơn chúng bằng một màu khác, gấu Bắc Cực sẽ bị thu hút bởi chúng và sẽ phá hủy chúng", Taylor nói. Theo thời gian, ông cho biết, các phao còn sót lại sẽ mang lại dữ liệu có giá trị. "Vì những phao đó là những điểm đơn giản, dữ liệu máy bay mà chúng tôi thu thập sẽ cho chúng ta biết về mặt không gian về độ dày của băng biển đó là gì… việc kết hợp hai dữ liệu này lại với nhau sẽ cung cấp cho chúng ta bức tranh rõ ràng về độ dày của lớp băng nhiều năm này."
"Những thang đo mà chúng ta cần hiểu thật điên rồ", McCluskey nói. "Mây là thứ hấp dẫn nhất trên hành tinh này, tôi coi chúng là cách mà mọi thứ kết hợp lại với nhau".
Các nhà khoa học NASA khi xem xét dữ liệu vệ tinh trong bảy năm trước đó đã phát hiện ra rằng 4,5% các đám mây dưới 15 độ C (59 độ F) đã chuyển từ dạng lỏng sang dạng băng khi chúng trở nên nhiều bụi. Các nhà khoa học ước tính rằng các đám mây chứa 93 nanogram bụi trên một mét khối — nhưng kết quả từ sứ mệnh ARCSIX dự kiến sẽ tiết lộ nồng độ bụi cao hơn nhiều.
"Chúng tôi đang cố gắng tìm ra lý do tại sao chúng tôi lại tìm thấy tất cả lượng băng này trong các đám mây", Taylor nói. "Câu trả lời có thể giúp các nhà khoa học hiểu được tốc độ tan chảy của Bắc Cực."
Mây phản chiếu ánh sáng mặt trời và làm chậm quá trình tan chảy của băng, bảo vệ Bắc Cực. Các tinh thể băng làm cho mây nặng hơn và có nhiều khả năng tan chảy hơn, khiến băng dễ bị tổn thương trước các tia nắng nóng. Nhưng băng không thể hình thành trong mây nếu không có thứ gì đó bám vào. Đó là nơi bụi xuất hiện, cung cấp một loại "hạt giống" hoặc "hạt nhân" để băng hình thành xung quanh.
"Băng biển phía bắc Greenland có một lỗ hổng lớn vào những tháng mùa hè", Boisvert nói. "Chúng tôi cho rằng nguyên nhân là do luồng không khí ấm và ẩm thổi qua eo biển Fram", một lối đi giữa Greenland và Svalbard, "lên và hướng về phía trung tâm Bắc Cực".
— Máy bay của NASA phát hiện ra địa điểm có đường hầm tên lửa hạt nhân bí mật thời Chiến tranh Lạnh dưới lớp băng Greenland
— Dữ liệu vệ tinh đã chứng minh biến đổi khí hậu là một cuộc khủng hoảng khí hậu như thế nào
— Kỷ băng hà tiếp theo sẽ đến sau 10.000 năm nữa — trừ khi biến đổi khí hậu ngăn cản được điều đó
Phân tích sâu hơn về dữ liệu mà nhóm thu thập được dự kiến sẽ làm sáng tỏ tốc độ mất băng của Bắc Cực.
"Đó là lý do tại sao những kết quả này lại quan trọng đến vậy vì chúng giúp định lượng lượng tinh thể băng và chúng ta có thể bắt đầu đưa dữ liệu đó vào các mô hình của mình để hiểu cách các đám mây sẽ thay đổi", Julia Schmale, một nhà khoa học người Đức chuyên nghiên cứu về khí dung và sự tương tác của chúng với mây, chia sẻ với Space.com.
"Bắc Cực đang thay đổi nhanh hơn bất kỳ nơi nào khác trên hành tinh, vì vậy câu hỏi mà chúng tôi muốn đặt ra ở đây là: Bắc Cực sẽ thay đổi nhanh chóng — hay thực sự nhanh chóng?" Patrick Taylor, phó trưởng nhóm khoa học của sứ mệnh được gọi là ARCSIX, viết tắt của Arctic Radiation Cloud Aerosol Surface Interaction Experiment, đã nói với Space.com.
Sứ mệnh táo bạo này đến một trong những khu vực đáng sợ nhất thế giới bao gồm việc gửi một phi đội nhỏ máy bay chở đầy thiết bị, bao gồm một chiếc C-130 của NASA và một chiếc P-3 Orion, để lao qua các đám mây Bắc Cực và thả phao vào các khoảng trống trong vùng nước đầy băng trôi bên dưới. Trong khi các nhà khoa học của cơ quan vẫn đang nghiên cứu dữ liệu được thu thập vào mùa hè năm ngoái, họ cho biết đã rõ ràng rằng bụi từ khối đất liền ngày càng lộ ra của Greenland đang làm tan chảy băng biển dễ bị tổn thương về phía bắc của địa cầu.
Nó giống như một vòng phản hồi tự củng cố gây nguy hiểm cho một trong những khu vực dễ bị tổn thương nhất của hành tinh.
ARCSIX hoạt động như thế nào
Máy bay ARCSIX đã bay vào mùa hè năm 2024, từ tháng 5 cho đến Ag. 16, khi băng biển theo mùa tan chảy ở mức cao nhất. Nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ tìm thấy lớp băng có độ dày khoảng 11,5 feet (3,5 mét); thay vào đó, họ chỉ thấy lớp băng dày 7,2 feet (2,2 mét). "Nó ám chỉ đến thực tế là lớp băng biển dày hơn ở phía bắc Greenland này không còn bền vững như trước nữa", Linette Boisvert, người đứng đầu nhóm nghiên cứu tầng băng ARCSIX, nói với Space.com.Bắc Cực đã mất khoảng 12% lượng băng mỗi thập kỷ kể từ khi dữ liệu vệ tinh bắt đầu vào năm 1979, tương đương với khoảng 1,16 triệu dặm vuông băng (3 triệu km vuông), một diện tích lớn hơn cả Alaska, Texas, California và Montana cộng lại — và tốc độ này dường như đang tăng tốc rõ rệt, với tốc độ băng biển Bắc Cực hiện đang co lại với tốc độ 12,2% mỗi thập kỷ, nhanh gấp sáu lần so với những năm 1990.
Cụ thể, NASA đã phóng ARCSIX để cố gắng tìm hiểu xem băng biển ở Bắc Cực còn lại bao lâu và mùa hè bay đã mang lại "bộ dữ liệu toàn diện nhất về băng biển, mây, bức xạ và khí dung từng được thu thập ở Bắc Cực", Taylor cho biết.
Việc thu thập quá nhiều dữ liệu ở một nơi xa xôi như vậy là một thách thức hậu cần cực lớn, đòi hỏi một nhóm lớn đến mức NASA đã phải thuê thêm ghế trên máy bay vận tải của Lực lượng Không gian để vận chuyển hàng hóa và vật tư bổ sung. "Tôi rùng mình khi nghĩ đến điều đó", Christina McCluskey, một nhà khoa học về khí hậu tại Trung tâm Khoa học Khí quyển Quốc gia, nói với Space.com. Một trong những chuyến bay vận chuyển đến Căn cứ Không gian Pituffik ở cực đông bắc Greenland mang theo một lá cờ của NASA, một món quà từ Lực lượng Không gian Hoa Kỳ tặng cho chỉ huy căn cứ, người đã tự hào trưng bày nó tại quán cà phê và trung tâm cộng đồng của căn cứ.
Để đo độ dày của băng, NASA đã thả các phao có gắn nhiệt kế vào các khoảng trống giữa các tảng băng trôi. Đó là một hoạt động khó khăn: một số phao đã bị các tảng băng trôi đập vỡ, trong khi những phao khác bị đe dọa bởi những loài động vật tò mò — đó là một lý do tại sao các phao phải được sơn màu trắng.
"Nếu bạn sơn chúng bằng một màu khác, gấu Bắc Cực sẽ bị thu hút bởi chúng và sẽ phá hủy chúng", Taylor nói. Theo thời gian, ông cho biết, các phao còn sót lại sẽ mang lại dữ liệu có giá trị. "Vì những phao đó là những điểm đơn giản, dữ liệu máy bay mà chúng tôi thu thập sẽ cho chúng ta biết về mặt không gian về độ dày của băng biển đó là gì… việc kết hợp hai dữ liệu này lại với nhau sẽ cung cấp cho chúng ta bức tranh rõ ràng về độ dày của lớp băng nhiều năm này."
Tại sao lại là bụi?
Các mô hình khí hậu — ước tính khoa học về cách khí hậu Trái đất có thể thay đổi trong tương lai — chạy trên các siêu máy tính phải xử lý một lượng dữ liệu khổng lồ mỗi ngày khi các đám mây hình thành và tan biến trên khắp thế giới. Một khía cạnh của các mô hình này liên quan đến các hạt trong đám mây, đôi khi chỉ rộng vài nanomet, cần được mở rộng và đo lường trên bề mặt Trái đất."Những thang đo mà chúng ta cần hiểu thật điên rồ", McCluskey nói. "Mây là thứ hấp dẫn nhất trên hành tinh này, tôi coi chúng là cách mà mọi thứ kết hợp lại với nhau".
Các nhà khoa học NASA khi xem xét dữ liệu vệ tinh trong bảy năm trước đó đã phát hiện ra rằng 4,5% các đám mây dưới 15 độ C (59 độ F) đã chuyển từ dạng lỏng sang dạng băng khi chúng trở nên nhiều bụi. Các nhà khoa học ước tính rằng các đám mây chứa 93 nanogram bụi trên một mét khối — nhưng kết quả từ sứ mệnh ARCSIX dự kiến sẽ tiết lộ nồng độ bụi cao hơn nhiều.
"Chúng tôi đang cố gắng tìm ra lý do tại sao chúng tôi lại tìm thấy tất cả lượng băng này trong các đám mây", Taylor nói. "Câu trả lời có thể giúp các nhà khoa học hiểu được tốc độ tan chảy của Bắc Cực."
Mây phản chiếu ánh sáng mặt trời và làm chậm quá trình tan chảy của băng, bảo vệ Bắc Cực. Các tinh thể băng làm cho mây nặng hơn và có nhiều khả năng tan chảy hơn, khiến băng dễ bị tổn thương trước các tia nắng nóng. Nhưng băng không thể hình thành trong mây nếu không có thứ gì đó bám vào. Đó là nơi bụi xuất hiện, cung cấp một loại "hạt giống" hoặc "hạt nhân" để băng hình thành xung quanh.
Greenland có phải là thủ phạm không?
Các nhà khoa học của NASA đưa ra giả thuyết rằng khi băng tan, nhiều vùng đất lộ thiên của Greenland hơn sẽ phát tán bụi, sau đó được gió lớn thổi về phía bắc đến tạo thành các hạt băng trong các đám mây phía trên. Những đám mây bụi nặng này sau đó biến mất nhanh hơn và để lộ nhiều băng Bắc Cực hơn, đẩy nhanh quá trình tan chảy."Băng biển phía bắc Greenland có một lỗ hổng lớn vào những tháng mùa hè", Boisvert nói. "Chúng tôi cho rằng nguyên nhân là do luồng không khí ấm và ẩm thổi qua eo biển Fram", một lối đi giữa Greenland và Svalbard, "lên và hướng về phía trung tâm Bắc Cực".
— Máy bay của NASA phát hiện ra địa điểm có đường hầm tên lửa hạt nhân bí mật thời Chiến tranh Lạnh dưới lớp băng Greenland
— Dữ liệu vệ tinh đã chứng minh biến đổi khí hậu là một cuộc khủng hoảng khí hậu như thế nào
— Kỷ băng hà tiếp theo sẽ đến sau 10.000 năm nữa — trừ khi biến đổi khí hậu ngăn cản được điều đó
Phân tích sâu hơn về dữ liệu mà nhóm thu thập được dự kiến sẽ làm sáng tỏ tốc độ mất băng của Bắc Cực.
"Đó là lý do tại sao những kết quả này lại quan trọng đến vậy vì chúng giúp định lượng lượng tinh thể băng và chúng ta có thể bắt đầu đưa dữ liệu đó vào các mô hình của mình để hiểu cách các đám mây sẽ thay đổi", Julia Schmale, một nhà khoa học người Đức chuyên nghiên cứu về khí dung và sự tương tác của chúng với mây, chia sẻ với Space.com.
