Đá, san hô và trầm tích lưu dấu khí hậu cổ thế nào?
Một vỉa đá gần thác Tequendama ở Colombia từng nằm dưới đáy một hồ cổ rất lớn, tại nơi nay là cao nguyên Bogotá. Trong đá còn có phấn hoa của những loài cọ tương tự cây đang sống ở Amazon, dù địa điểm hiện nằm trên dãy Andes, cao khoảng 2.000 mét. Những dấu vết ấy giúp trả lời câu hỏi trung tâm: vật liệu tự nhiên có thể kể lại khí hậu đã mất bằng cách nào? [1]
Các nhà khoa học gọi những vật liệu bền lâu như đá, san hô, lõi băng, trầm tích hồ và vành cây là hồ sơ khí hậu. Đặc điểm hóa học, vật lý hoặc sinh học của chúng chịu ảnh hưởng từ môi trường lúc hình thành. Chúng không chứa một câu chuyện hoàn chỉnh, nhưng nhiều manh mối ghép lại có thể cho biết nhiệt độ, lượng nước và thảm thực vật từng thay đổi ra sao. [1]
Vỉa đá giữ lại dấu vết nào?
Thác Tequendama cao 132 mét và nằm trên vùng cao nguyên Bogotá. Vỉa đá gần đó tồn tại từ hàng triệu năm trước, lâu hơn rất nhiều so với lịch sử con người tại khu vực này. Cấu trúc địa chất cho thấy vùng cao nguyên từng nằm dưới một hồ lớn, sâu đến mức nước có thể phủ lên phần lớn các tòa nhà ở Bogotá nếu đặt vào địa hình đô thị hiện nay. Đây là kết luận dựa trên dấu tích địa chất của hồ cổ. [1]
Trong các lớp đá và trầm tích, phấn hoa hóa thạch cho biết những nhóm thực vật từng sống quanh hồ. Thành phần hóa học của vật liệu cũng phản ánh điều kiện môi trường khi chúng lắng đọng hoặc hình thành. Từ đó, nhà khoa học dùng các chỉ dấu cổ khí hậu, còn gọi là proxy, để suy luận về nhiệt độ, nguồn nước và hệ sinh thái. Mỗi chỉ dấu chỉ trả lời được một phần câu hỏi; bức tranh rõ hơn khi nhiều loại bằng chứng cùng hướng về một cách giải thích. [1]
Phấn hoa liên quan gì đến khí hậu?
Phấn hoa của mỗi loài cây có hình dạng riêng và có thể rơi xuống đất, hồ hoặc sông trước khi bị vùi trong trầm tích. Khi nhận diện được các hạt đã hóa thạch, nhà khoa học có thể tái dựng thành phần thực vật của một khu vực trong quá khứ. Vì cây phụ thuộc vào nhiệt độ và nước, sự thay đổi của thảm thực vật gợi ý môi trường khi ấy cũng đã khác. [1]
Phấn hoa cọ tương tự những cây hiện sống ở Amazon tại vỉa đá Tequendama là một manh mối đáng chú ý. Nó cho thấy vùng cao nguyên Andes từng có thảm thực vật khác với hiện nay. Dấu vết này không tự cho biết chính xác từng độ nhiệt hay lượng mưa, nhưng đặt ra cách giải thích rằng địa hình, nhiệt độ và điều kiện ẩm trong quá khứ từng phù hợp với các loài nay thường gắn với vùng thấp hơn. [1]
Vì sao vành cây nhiệt đới khó đọc?
Ở nhiều vùng ôn đới, mùa đông làm mô tăng trưởng trong thân cây tạm ngừng. Ranh giới để lại sau mỗi chu kỳ tạo thành vành, còn độ rộng vành có thể gợi ý lượng nước cây nhận được trong mùa sinh trưởng. Vì vậy, vành cây thường được dùng để tái dựng lịch sử thủy văn của nơi cây sống. [1]
Tại vùng nhiệt đới, nhịp tăng trưởng không nhất thiết gắn với mùa đông. Mùa khô thiếu nước và mùa mưa dư nước có thể tạo ra các chu kỳ riêng, nhưng chúng không phải lúc nào cũng rõ ràng theo tiêu chuẩn được xây dựng từ cây ở vĩ độ cao. Điều đó từng khiến vành cây nhiệt đới bị xem là kém nhất quán. Các nghiên cứu gần đây cho thấy cách đọc cần gắn với chu kỳ mưa địa phương. Ở Chocó, các nhà nghiên cứu và cộng đồng người Colombia gốc Phi đang tìm hiểu hiện tượng tạo vành ở hơn 60 loài cây, một dấu hiệu cho thấy vùng nhiệt đới đa dạng hơn giả định cũ. [1]
San hô ghi cả khí hậu lẫn công nghiệp?
San hô và trầm tích biển là những hồ sơ được chú ý nhiều ở vùng nhiệt đới. Các lớp tăng trưởng của san hô có thể phản ánh biến động môi trường biển, còn trầm tích dưới đáy biển tích tụ vật chất theo thời gian. Khi kết hợp với phân tích hóa học, chúng giúp nghiên cứu những thay đổi từng diễn ra ở bề mặt đại dương. [1]
Một hướng tiếp cận mở rộng câu chuyện là tìm dấu vết ô nhiễm do con người tạo ra. Chì từ hoạt động công nghiệp, vi nhựa và dư lượng dược phẩm có thể xuất hiện trong môi trường biển. Chúng không phải nhiệt kế trực tiếp, nhưng cho biết quá trình công nghiệp hóa đã tác động lên hệ sinh thái như thế nào. Với chì trong rạn san hô, các nhà nghiên cứu còn xem xét mối liên hệ giữa ô nhiễm và sự ấm lên của nước, qua đó nối lịch sử khí hậu với lịch sử môi trường hiện đại. [1]
Lipid vi khuẩn mở rộng ký ức nhiệt?
Một chỉ dấu khác đến từ lipid hóa thạch, những chất từng tạo nên màng tế bào của một số vi khuẩn. Khi phát triển, vi khuẩn điều chỉnh thành phần hóa học của màng để thích nghi với nhiệt độ xung quanh. Lipid còn lại trong đất, đá, đáy hồ và trầm tích sông vì thế có thể lưu giữ tín hiệu về điều kiện nhiệt nơi vi khuẩn từng sống. [1]
Chỉ dấu này đặc biệt hữu ích khi nghiên cứu vùng nhiệt đới, nơi vi khuẩn không thường xuyên rơi vào trạng thái gần như bất hoạt vì nhiệt độ dưới 0°C. Lipid vi khuẩn cũng có thể giúp truy tìm nhiệt độ xa hơn về quá khứ so với một số hồ sơ quen thuộc như san hô và măng đá. Tại cao nguyên Bogotá, nhiệt độ suy ra từ lipid cho thấy khoảng 3–4 triệu năm trước, khu vực này ấm hơn mức tiền công nghiệp khoảng 3°C. Đây là diễn giải từ dấu hiệu địa hóa, không phải phép đo trực tiếp bằng nhiệt kế; nó gợi ý các vùng Andes nhiệt đới ở độ cao lớn có thể nhạy cảm với sự ấm lên. [1]
Vì sao cần thêm hồ sơ ở vùng nhiệt đới?
Lõi băng, vành cây, san hô và trầm tích không phân bố đều trên Trái Đất. Nhiều tài liệu, mẫu vật và phòng thí nghiệm tập trung ở châu Âu, Hoa Kỳ cùng các vùng vĩ độ trung bình và cao. Khi những nơi ấy trở thành chuẩn tham chiếu, các hồ sơ nhiệt đới dễ bị đánh giá là thiếu dữ liệu hoặc khó đọc, thay vì được nghiên cứu theo điều kiện riêng của chúng. Hệ quả là các mô hình khí hậu nhiệt đới có nhiều bất đồng hơn và kém chắc chắn hơn theo lập luận của bài viết. [1]
Khoảng trống ấy có thể được thu hẹp bằng cách đo điều kiện hiện đại ngay nơi cây, vi khuẩn hoặc san hô sống, đồng thời hợp tác với cộng đồng gần địa điểm lấy mẫu. Tại Colombia, cảm biến nhiệt và mẫu đất hiện đại trên đất cộng đồng giúp liên hệ lipid vi khuẩn với nhiệt độ thực tế tại chỗ, thay vì chỉ dựa vào dữ liệu vệ tinh hoặc trạm khí tượng ở nơi khác. Nhìn như vậy, đá, thân cây hay trầm tích không đứng riêng lẻ: chúng cần được đọc cùng địa chất, sinh thái và hiểu biết địa phương để lịch sử khí hậu nhiệt đới bớt lệch khỏi thực tế. [1]