Một lý thuyết gần đây giải thích cách nước dưới băng có thể dâng lên—tạo ra một vòng phản hồi nguy hiểm. Hai nhà nghiên cứu của Georgia Tech, Alex Robel và Shi Joyce Sim, đã hợp tác để xây dựng một mô hình mới về chuyển động của nước dưới băng. Lý thuyết mới cho thấy lượng nước chảy vào đại dương từ bên dưới sông băng có thể nhiều gấp đôi so với ước tính trước đây. Sự gia tăng lớn về lượng nước dưới băng có thể đẩy nhanh quá trình tan chảy sông băng, khiến mực nước biển dâng cao và gây thiệt hại sinh thái.
Nghiên cứu của họ gần đây đã được công bố trên tạp chí Science Advances.
Mặc dù có nhiều phương pháp để hiểu dòng chảy dưới băng nhưng những kỹ thuật này đòi hỏi phải tính toán tốn thời gian. Ngược lại, Robert và Sim đã sử dụng các phép đo vệ tinh của Nam Cực trong hai thập kỷ qua để phát triển một phương trình đơn giản dự đoán tốc độ thấm nước ngầm từ các tầng ngậm nước bên dưới dải băng.
Robert, trợ lý giáo sư tại Trường Khoa học Trái đất và Khí quyển, giải thích: "Về mặt toán học, chúng tôi có một giải pháp dạng đóng. Trước đây, người ta sẽ chạy một mô hình cơ thủy lực phải áp dụng cho mọi điểm bên dưới Nam Cực và sau đó chạy tiếp trong một khoảng thời gian dài. Với tư cách là các nhà nghiên cứu, lý thuyết mới là một phương trình đơn giản về mặt toán học, không phải là một mô hình và toàn bộ dự đoán của chúng tôi có thể được thực hiện trong tích tắc trên máy tính xách tay. "
Robert nói thêm rằng mặc dù đã có tiền lệ phát triển một lý thuyết như vậy cho các mô hình tương tự, nhưng lý thuyết này độc đáo ở chỗ nó được phát triển cho các điều kiện biên đặc biệt và các điều kiện khác tồn tại dưới các tảng băng. “Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là lý thuyết đơn giản đầu tiên mô tả về mặt toán học sự rò rỉ và xâm nhập dưới một tảng băng.”
"Bất cứ lúc nào bạn có thể mô tả một quy trình bằng một mô hình rất đơn giản - và sau đó có thể dự đoán điều gì có thể xảy ra, đặc biệt là với lượng dữ liệu dồi dào mà chúng ta có ngày nay, điều đó thực sự tuyệt vời." Sim, một nhà khoa học nghiên cứu tại Trường Khoa học Trái đất và Khí quyển, cho biết thêm. "Thật ngạc nhiên khi thấy kết quả như thế này."
Bài viết Một trong những lập luận chính nêu bật nguồn nước dưới băng tiềm năng khổng lồ - có khả năng lớn gấp đôi so với suy nghĩ trước đây - có thể ảnh hưởng đến tốc độ băng sông băng chảy và tốc độ tan băng ở đáy sông băng. Robert và Sim hy vọng rằng những dự đoán mà lý thuyết này mang lại có thể được đưa vào các mô hình tảng băng mà các nhà khoa học sử dụng để dự đoán sự thay đổi của tảng băng trong tương lai và mực nước biển dâng.
Vòng phản hồi nguy hiểmT AGPH73
Tầng chứa nước là các khu vực ngầm chứa đá xốp hoặc trầm tích giàu nước ngầm, "Nếu bạn giảm trọng lượng của tầng ngậm nước, giống như tầng ngậm nước ở phần lớn Nam Cực, nước bắt đầu chảy ra khỏi tầng trầm tích," Robert giải thích, đề cập đến sơ đồ do Sim vẽ. Vấn đề là quy mô dài hạn của chu kỳ băng hà, tức là lên tới hàng chục nghìn năm.
Ngày nay có ít nghiên cứu được thực hiện trên các dải băng hiện đại, đặc biệt là về những gì xảy ra dưới những phần mỏng đi của dải băng Nam Cực ngày nay. Nhanh như thế nào? Nhưng bằng cách sử dụng dữ liệu vệ tinh gần đây và lý thuyết mới của họ, nhóm nghiên cứu đã có thể dự đoán sự rò rỉ dưới các tảng băng hiện đại có thể trông như thế nào
Robert giải thích: “Phạm vi dự đoán có thể rất rộng. Nhưng trong phạm vi dự đoán đó, có khả năng thực sự là nước ngầm sẽ chảy ra khỏi tầng ngậm nước với tốc độ gần bằng hoặc gần bằng hầu hết lượng nước dưới dải băng”.
Nếu các thông số này đúng, điều đó có nghĩa là lượng nước đi vào giao diện dưới băng nhiều gấp đôi so với ước tính trước đây.
Tảng băng hoạt động giống như một tấm chăn phủ lên Trái đất ấm áp, giữ nhiệt ở phía dưới và cách xa bầu khí quyển lạnh giá của Nam Cực - nghĩa là phần ấm nhất của dải băng Nam Cực nằm ở đáy của dải băng chứ không phải bề mặt. Khi băng mỏng, nước ngầm ấm hơn có nhiều khả năng thấm ra ngoài hơn và gradient nhiệt này làm tăng tốc độ tan băng.
Robert giải thích: "Khi bầu khí quyển ấm lên, phải mất hàng chục nghìn năm để tín hiệu này khuếch tán qua lớp băng dày như chỏm băng ở Nam Cực. Tuy nhiên, quá trình thoát mạch này là phản ứng trước thực tế là băng vốn đã mỏng đi và giờ đây nó là phản ứng ngay lập tức."
Ngoài mực nước biển dâng cao, sự thấm và tan chảy bổ sung này còn có những tác động khác. Một số đại dương có năng suất cao nhất trên thế giới nằm dọc theo bờ biển Nam Cực và việc có thể dự đoán tốt hơn sự rò rỉ và tan chảy có thể giúp các nhà sinh học biển hiểu rõ hơn về nơi năng suất đại dương đang diễn ra và nó có thể thay đổi như thế nào trong tương lai.
Robert cũng hy vọng công trình này sẽ mở ra cơ hội hợp tác nhiều hơn với các nhà thủy văn nước ngầm, những người có thể áp dụng kiến thức chuyên môn của họ vào động lực học dải băng, trong khi Sim nhấn mạnh sự cần thiết phải nghiên cứu thực địa nhiều hơn.
"Việc có các nhà thực nghiệm và nhà quan sát quan tâm đến việc giúp chúng tôi xác định rõ hơn một số tính chất của các trầm tích chứa nước này -- điều đó sẽ rất hữu ích," Sim nói. Cô nói thêm: "Đây là ẩn số lớn nhất của chúng tôi hiện nay và nó ảnh hưởng nghiêm trọng đến kết quả.
Khả năng hút nhiệt từ sâu bên trong hệ thống là rất thú vị". “Có khá nhiều nước có thể thu được nhiều nhiệt hơn và tôi nghĩ lượng nhiệt ở đó có thể rất thú vị.”