AMOC vận chuyển nước ấm và lạnh qua Đại Tây Dương như thế nào?

Một dòng nước có thể bắt đầu hành trình gần mặt biển, đi về phía bắc, chìm xuống độ sâu lớn rồi nhiều thế kỷ sau mới trở lại mặt biển. Đó là cách có thể hình dung về AMOC, hệ thống tuần hoàn đảo chiều kinh tuyến Đại Tây Dương. Câu hỏi trung tâm là: điều gì khiến nước đổi hướng và đổi độ sâu? Câu trả lời nằm ở sự kết hợp giữa nhiệt độ, độ mặn và khối lượng riêng của nước biển. [1]

AMOC không phải một dòng sông khổng lồ chảy theo một đường duy nhất. Đây là một phần của hệ thống hải lưu phức tạp, gồm nước ấm chuyển động gần mặt biển về phía bắc và nước lạnh hơn di chuyển trong tầng sâu theo hướng nam. Vòng tuần hoàn này góp phần phân phối nhiệt giữa các vùng, đồng thời vận chuyển chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sống trong đại dương. [1]

AMOC khác gì dòng chảy trên mặt biển?

Không phải mọi hải lưu đều hình thành theo cùng một cơ chế. Gần bờ, dòng triều chịu ảnh hưởng của Mặt Trời và Mặt Trăng. Trên mặt biển, gió là tác nhân quan trọng thúc đẩy các dòng chảy. AMOC thuộc một lớp tuần hoàn chậm hơn, kéo dài từ mặt biển xuống tận đáy đại dương và được điều khiển chủ yếu bởi thay đổi về nhiệt độ cùng độ mặn. [1]

Tên gọi AMOC là viết tắt của Atlantic Meridional Overturning Circulation. “Meridional” chỉ hướng bắc-nam, còn “overturning” mô tả sự đảo chiều của dòng nước theo độ sâu: nước mặt đi theo một hướng, sau đó một phần nước chìm xuống và quay lại trong tầng sâu. Vì vậy, khi nói AMOC đưa nước ấm đi về phía bắc, đó là mô tả một nhánh trong cả vòng tuần hoàn, không phải toàn bộ hệ thống. [1]

Vì sao nước ấm đi về phía bắc?

Ở gần mặt biển, nước ấm di chuyển về phía các vùng cực. Gulf Stream, một hải lưu ở Bắc Đại Tây Dương, là một ví dụ về dòng chảy ở Bắc Đại Tây Dương tham gia vào quá trình đưa nhiệt lên phía bắc. Khi di chuyển, khối nước này truyền nhiệt cho môi trường xung quanh và dần lạnh đi. Sự vận chuyển nhiệt ấy là một phần lý do AMOC có vai trò đối với khí hậu ở nhiều khu vực quanh Đại Tây Dương. [1]

Điểm quan trọng là nước không chỉ được “đẩy” đi bởi một lực duy nhất. Gió góp phần định hình dòng chảy trên mặt, nhưng khi nước thay đổi nhiệt độ và độ mặn, khối lượng riêng của nó cũng thay đổi. Chính sự khác nhau về tính chất vật lý này tạo điều kiện để nước mặt chuyển tiếp vào nhánh tuần hoàn ở tầng sâu. [1]

Điều gì khiến nước chìm xuống?

Khi nước tiến về phía bắc và lạnh đi, sự hình thành băng biển có thể làm độ mặn của phần nước còn lại tăng lên: muối bị giữ lại trong nước thay vì đi vào lớp băng. Nước lạnh và mặn hơn có khối lượng riêng lớn hơn nước ấm hoặc ít mặn hơn. Nếu đủ nặng, nó chìm xuống dưới các lớp nước xung quanh. [1]

Đây là mắt xích then chốt của tuần hoàn nhiệt-muối, thuật ngữ dùng để chỉ chuyển động sâu được điều khiển bởi nhiệt độ và độ mặn. Có thể hình dung bằng một ví dụ đời thường: trong một cốc nước, chất lỏng đặc hơn có xu hướng nằm thấp hơn chất lỏng nhẹ hơn. Đại dương phức tạp hơn nhiều, nhưng nguyên tắc về sự khác nhau của khối lượng riêng giúp giải thích vì sao nước có thể chuyển từ mặt biển xuống tầng sâu.

Nước lạnh quay về đâu?

Sau khi chìm, nước lạnh và mặn di chuyển về phía nam trong vùng nước sâu của Đại Tây Dương. Chuyển động này diễn ra chậm và nằm dưới nhánh nước ấm gần mặt biển. Hai hướng vận chuyển ở những độ sâu khác nhau tạo thành một vòng tuần hoàn lớn, trong đó nước không ngừng đổi vị trí giữa tầng mặt và tầng sâu. [1]

Vòng tuần hoàn không kết thúc dưới đáy. Cuối hành trình sâu, nước được đưa dần trở lại gần mặt biển qua quá trình nước trồi, thường gọi là upwelling. Khi tiếp xúc với vùng phía trên, nước có thể ấm lên, rồi tiếp tục tham gia các dòng chảy mặt và hoàn tất một phần chu kỳ. Nước trồi cũng liên quan đến việc đưa các chất dinh dưỡng cần cho sinh vật biển lên những tầng có ánh sáng. [1]

Một vòng tuần hoàn chậm đến mức nào?

AMOC vận hành trên thang thời gian rất dài. NOAA ước tính một phần nước, chẳng hạn một mét khối nước cụ thể, có thể cần khoảng một nghìn năm để hoàn thành hành trình trong “băng chuyền” đại dương toàn cầu mà AMOC là một bộ phận. Con số này mô tả quy mô của chu kỳ, không có nghĩa mọi phân tử nước đều đi qua cùng một tuyến hoặc mất đúng cùng khoảng thời gian. [1]

Chuyển động chậm không đồng nghĩa với ảnh hưởng nhỏ. Vì AMOC phân phối nhiệt và chất dinh dưỡng, thay đổi trong cường độ tuần hoàn có thể tác động đến nhiều quá trình khí hậu và sinh thái. Tuy vậy, tác động cụ thể phụ thuộc vào cách hệ thống thay đổi, khu vực được xét và những quá trình khác cùng diễn ra trong đại dương. [1]

AMOC đang yếu đi có nghĩa gì?

Các nghiên cứu được NOAA dẫn lại cho thấy AMOC đã suy yếu trong khoảng một thế kỷ qua, nhưng hướng đi trong tương lai vẫn chưa chắc chắn. Hiện chưa thể kết luận hệ thống sẽ tiếp tục chậm lại đến mức nào hay dừng hoàn toàn. Đây là điểm cần phân biệt rõ giữa dấu hiệu suy yếu đã được nghiên cứu và một kịch bản tương lai vẫn còn bỏ ngỏ. [1]

Nếu AMOC tiếp tục chậm lại trong bối cảnh Trái Đất ấm lên, những hệ quả có thể xảy ra ở quy mô rộng. NOAA nêu khả năng nước ngọt từ băng tan ở vùng cực làm thay đổi đai mưa tại Nam Phi, từ đó liên quan đến nguy cơ hạn hán; đồng thời mực nước biển dọc bờ đông Hoa Kỳ có thể tăng. Đây là các tác động được trình bày dưới dạng điều kiện, không phải dự báo chắc chắn cho mọi thời điểm. [1]