Đá ở thác Tequendama lưu giữ lịch sử khí hậu nhiệt đới ra sao?

Thác Tequendama cao 132 mét từng gợi lên hình ảnh rừng Andean xanh mát, nhưng ngày nay dòng nước chảy qua đây mang theo ô nhiễm từ Bogotá. Cách thác không xa, một vách đá vẫn lặng lẽ giữ dấu vết của những thời kỳ khi vùng cao nguyên này còn là hồ rộng, đầm lầy và những dòng sông uốn khúc. Câu hỏi trung tâm là: làm sao đá có thể kể lại khí hậu của hàng triệu năm trước? [1]

Câu trả lời nằm ở những dấu hiệu vật chất nhỏ bé: hạt phấn hoa hóa thạch, thành phần hóa học trong đá và các chất do sinh vật cổ tạo ra. Chúng không phải bản ghi nhiệt độ giống một chiếc nhiệt kế, mà là các “chỉ dấu” để từ đó tái dựng môi trường từng tồn tại. [1]

Đá trở thành “hồ sơ” bằng cách nào?

Một hồ sơ khí hậu tự nhiên là vật thể lưu lại sự thay đổi của môi trường theo thời gian. San hô có thể ghi nhận điều kiện của biển, lõi băng giữ các lớp tuyết cổ, trầm tích hồ chứa phấn hoa và vật chất rơi xuống nước, còn vòng cây phản ánh một phần điều kiện sinh trưởng. Vách đá gần Tequendama cũng thuộc nhóm này: các lớp đá và vật chất nằm trong đó bị định hình bởi nước, sinh vật, địa hình và khí hậu. [1]

Nhà khoa học gọi những dấu hiệu đo được từ các hồ sơ ấy là proxy, có thể hiểu là chỉ dấu thay thế. Không ai quan sát trực tiếp một ngày mưa hay một mùa khô cách đây hàng triệu năm; thay vào đó, họ xem xét thứ còn sót lại và đặt nó vào bối cảnh địa chất. Nếu một lớp chứa phấn hoa của nhóm cây ưa ấm, ưa ẩm, đó là manh mối về thảm thực vật khi lớp ấy hình thành. Sức mạnh của phương pháp nằm ở việc nhiều dấu hiệu độc lập cùng hướng về một cách giải thích. [1]

Phấn hoa cho biết cao nguyên từng có gì?

Một chi tiết đặc biệt ở Tequendama là phấn hoa hóa thạch của những loài cọ tương tự các cây hiện sống ở Amazon, nơi thấp hơn nhiều so với cao nguyên Bogotá ngày nay. Phấn hoa không tự nói chính xác nhiệt độ là bao nhiêu, nhưng nó cho thấy cộng đồng thực vật khi ấy khác hiện tại. Từ sự thay đổi của các nhóm cây, các nhà nghiên cứu có thể suy luận về nhiệt độ, lượng nước và độ cao tương đối phù hợp với chúng. [1]

Cách đọc này giống như nhận diện một căn phòng qua những đồ vật còn lại, nhưng cần thận trọng hơn: cùng một loài cây có thể chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Vì vậy, phấn hoa thường được kết hợp với địa tầng, trầm tích và những chỉ dấu hóa học khác. Khi các dấu vết không thống nhất, kết luận phải giữ ở mức giả thuyết thay vì biến một hạt phấn thành cả câu chuyện khí hậu. [1]

Ví dụ minh họa: nếu một hồ sơ có nhiều hạt phấn của cây ưa nước ở lớp sâu, người đọc có thể hình dung khu vực từng ẩm hơn bây giờ. Nhưng riêng chi tiết đó chưa cho biết sự ẩm ướt đến từ mưa nhiều, mực nước hồ cao hay một thay đổi khác trong địa hình. Chính việc so sánh nhiều loại bằng chứng giúp thu hẹp các khả năng.

Chất béo của vi khuẩn ghi nhiệt độ thế nào?

Một proxy khác được nghiên cứu ở Colombia là lipid hóa thạch, tức những hợp chất từng tạo nên màng tế bào của vi khuẩn. Khi sinh trưởng, vi khuẩn điều chỉnh thành phần màng để thích nghi với nhiệt độ xung quanh. Sau khi chúng chết, một phần dấu vết hóa học ấy có thể tồn tại trong đất, đá, đáy hồ và trầm tích sông. Đo thành phần lipid cho phép ước tính điều kiện nhiệt khi chúng sống. [1]

Ở vùng nhiệt đới, vi khuẩn có thể hoạt động quanh năm vì không rơi vào trạng thái ngủ do nhiệt độ đóng băng, nên lipid có thể cung cấp tín hiệu nhiệt liên tục hơn một số hồ sơ vốn được phát triển từ vùng ôn đới. Tuy nhiên, đây vẫn là phép suy luận: các mẫu hiện đại và phép đo nhiệt tại chính nơi vi khuẩn sống rất quan trọng để hiệu chỉnh cách đọc dấu vết cổ. [1]

Các lipid ở cao nguyên Bogotá cho thấy khoảng 3–4 triệu năm trước, khu vực này có thể ấm hơn khoảng 3°C so với mức tiền công nghiệp. Đây là kết quả cho một vùng và một giai đoạn địa chất cụ thể, không phải dự báo trực tiếp cho mọi thành phố hay một bảng nhiệt kế của tương lai. Giá trị của nó nằm ở chỗ cung cấp dữ liệu nhiệt đới để kiểm tra các mô hình khí hậu vốn còn bất đồng nhiều hơn ở những khu vực này. [1]

Vì sao nhiệt đới có nhiều khoảng trống dữ liệu?

Lịch sử khí hậu thường được xây dựng từ những nơi có điều kiện nghiên cứu thuận lợi và truyền thống khoa học lâu đời, phần lớn ở châu Âu, Hoa Kỳ cùng các vĩ độ trung và cao. Điều đó khiến các phương pháp như đọc vòng cây dễ được xem là tiêu chuẩn chung, dù vòng cây nhiệt đới không hình thành theo cùng một cách. Ở nhiều vùng nhiệt đới, nhịp mưa, thiếu nước hoặc ngập theo mùa mới là yếu tố chi phối sinh trưởng. [1]

Khoảng trống ấy không có nghĩa nhiệt đới thiếu hồ sơ tự nhiên. San hô, trầm tích biển, lõi băng ở núi nhiệt đới, trầm tích hồ, phấn hoa và đá đều có thể chứa thông tin. Vấn đề còn nằm ở việc mẫu vật được lưu giữ ở đâu, dữ liệu có được chia sẻ hay không, phòng thí nghiệm nào có thiết bị phân tích và tri thức địa phương có được coi là một phần của quá trình giải thích hay không. [1]

Với Tequendama, những người sống gần thác không chỉ nhìn thấy cảnh quan hiện tại mà còn biết mùi nước, truyền thuyết và sự biến đổi của khu vực qua đời sống thường ngày. Kinh nghiệm ấy không thay thế phép đo địa chất, nhưng có thể giúp đặt câu hỏi đúng về địa hình, thảm thực vật và những thay đổi mà một mẫu đá đơn lẻ không tự kể hết. [1]

Đọc quá khứ để hiểu khả năng phục hồi

Hồ sơ đá không cho biết tương lai với độ chính xác tuyệt đối. Các thời kỳ địa chất khác xa xã hội hiện đại về dân số, sử dụng đất và nguồn nước. Dù vậy, chúng cho thấy hệ sinh thái vùng Andes từng thay đổi mạnh: từ cảnh quan có hồ, đầm lầy và sông cổ đến cao nguyên ngày nay. Biết một hệ sinh thái từng dịch chuyển ra sao giúp các nhà khoa học nhận diện những yếu tố có thể làm rừng, đất và nguồn nước dễ tổn thương hơn. [1]

Nghiên cứu khí hậu nhiệt đới vì thế không chỉ là đi tìm một con số nhiệt độ cổ. Đó còn là việc mở rộng nơi được xem là trung tâm của tri thức khí hậu, xây dựng dữ liệu tại chỗ và kết hợp phòng thí nghiệm với cộng đồng sống gần các hồ sơ tự nhiên. Những vách đá như ở Tequendama khiến cảnh quan hiện tại hiện lên khác đi: dòng thác ô nhiễm không phải toàn bộ lịch sử của nơi này, mà chỉ là lớp mới nhất trên một câu chuyện địa chất dài hơn rất nhiều. [1]