Các nhiễu động tần số cao, quy mô lớn có thể xảy ra trong hệ thống Trái đất sau khi nó bị căng quá một điểm tới hạn.
Sau 5 lần tuyệt chủng hàng loạt trong 500 triệu năm qua, hơn 3/4 loài động vật biển đã không còn tồn tại. Mỗi sự kiện tuyệt chủng đều có liên quan đến sự gián đoạn lớn trong chu trình carbon của Trái đất, và chúng ta vẫn chưa biết trận đại hồng thủy như vậy đã xảy ra như thế nào. Nhưng một nhóm nghiên cứu đang phát triển gần đây đã chỉ ra khả năng hệ thống Trái đất - tức là sự sống và môi trường - có thể gặp phải những nhiễu động tần số cao, quy mô lớn sau khi căng thẳng vượt quá điểm giới hạn.
Khi các nhà lãnh đạo thế giới tập trung tại Glasgow cho Hội nghị lần thứ 26 về biến đổi khí hậu của Liên hợp quốc, thống nhất với nhau theo các mục tiêu cụ thể như "hạn chế sự nóng lên ở mức 1,5 độ C", đó là điều đương nhiên. Nếu chúng ta không đạt được mục tiêu này, hậu quả sẽ sớm được cảm nhận. Mặt khác, điểm tới hạn của sự tuyệt chủng hàng loạt có thể mất hàng triệu năm hoặc hơn để đạt được. Nhưng nếu các vụ tuyệt chủng hàng loạt thực sự là kết quả của các nhiễu động tần số cao, quy mô lớn, thì chúng ta phải hành động dứt khoát để ngăn chặn xu hướng chạy trốn này tại nguồn gốc của nó.
Đầu tiên chúng ta hãy giải thích lý do cho điều này dựa trên những gì chúng ta biết cho đến nay.
("Một phép tính đơn giản cho thấy rằng nếu không giảm đáng kể lượng khí thải carbon, chúng ta có nguy cơ vượt qua ngưỡng đó trước cuối thế kỷ này". Nguồn: Sean Gallup / Getty Images)
Với sự trợ giúp của phân tích hóa học các đá trầm tích cổ đại, chúng ta tìm hiểu tất cả các loại câu chuyện đáng ngạc nhiên về sự thay đổi môi trường. Tất cả những câu chuyện này đều có chung một yếu tố, và đó là khủng hoảng. Hệ thống Trái đất bằng cách nào đó sẽ đạt đến một bước ngoặt, và những biến động nhỏ sẽ tạo nên sự thay đổi về chất. Trong một số trường hợp, sự tuyệt chủng hàng loạt có thể xảy ra. Nhiều sự kiện trong số này có liên quan đến việc gia tăng lượng khí thải carbon dioxide từ các vụ phun trào núi lửa, và ít nhất ba trong số năm vụ tuyệt chủng hàng loạt đã xảy ra trong thời gian đó.
Nhưng núi lửa thải ra quá ít khí cacbonic để có thể giải thích được mức độ nghiêm trọng của cuộc khủng hoảng môi trường. Vì vậy, các nhà khoa học cũng đã xem xét các yếu tố gây căng thẳng tiềm ẩn khác. Người ta cho rằng việc giải phóng khí mê-tan là chìa khóa, và nó cũng là một loại khí gây hiệu ứng nhà kính. Một giả thuyết khác cho rằng trầm tích từ vụ phun trào núi lửa chứa một lượng lớn than đá hoặc các chất hữu cơ khác, chúng cũng được chuyển hóa thành carbon dioxide.
Núi Etna, Ý phun trào vào ngày 21 tháng 2 năm 2021. Hình ảnh: Piermanuele Sberni / Unsplash
Nghiên cứu gần đây của chúng tôi cho thấy rằng thực hành tìm kiếm nguyên nhân trên cơ sở từng trường hợp cụ thể là không cần thiết. Các cuộc khủng hoảng môi trường nghiêm trọng nhất về cơ bản có thể được chia thành hai loại. Trong trường hợp đầu tiên - và chiếm ưu thế nhất - lượng khí thải carbon đang phát triển với tốc độ gần như bình thường. Trong kịch bản loại thứ hai - bốn trong số năm trường hợp tuyệt chủng hàng loạt - lượng khí thải carbon tăng nhanh hơn.
Nếu sự cân bằng của chu trình cacbon bị phá vỡ quá nhanh, bản thân chu trình có thể làm trầm trọng thêm các dao động thông thường vượt quá điểm giới hạn. Các rối loạn trong hệ thống Trái đất mà nó sinh ra sẽ thể hiện các đặc tính nội tại của chu trình carbon, chứ không phải là các đặc tính đặc trưng cho sự xuyên ống đã gây ra rối loạn. Lý do này giải thích tốc độ gia tăng lượng khí thải carbon thông thường trong quá khứ và cũng phản ánh các đặc tính cố hữu của các hệ thống phi tuyến phức tạp.
Dựa trên quan điểm này, sự khởi đầu của sự kiện tuyệt chủng hàng loạt không chỉ nằm ở bản thân điểm tới hạn, mà còn ở những thay đổi sau điểm tới hạn. Những cú sốc sau đó có thể ảnh hưởng đến khả năng gây chết người của sự kiện.
Chúng ta hãy quay trở lại câu hỏi về nguy cơ của trận đại hồng thủy hiện đại. Lượng khí cacbonic do hoạt động của con người tạo ra đang tăng nhanh hơn nhiều so với các vụ phun trào núi lửa quy mô lớn trước đây. Nghe có vẻ đáng sợ như vậy, chúng ta phải công nhận rằng các cuộc khủng hoảng trong quá khứ kéo dài hơn nhiều so với biến đổi khí hậu hiện đại. Điều này có nghĩa là bước ngoặt hiện đại có thể được đo lường bằng tổng giá trị sản xuất CO2 chứ không phải tốc độ thay đổi của nó. Một phép tính đơn giản cho thấy rằng nếu không cắt giảm đáng kể lượng khí thải carbon, chúng ta có nguy cơ vượt qua ngưỡng đó trước cuối thế kỷ này.
Lập luận trên không loại trừ các giải thích khác, quan tâm hơn đến các nguồn cacbon cụ thể. Hơn nữa, dữ liệu hiện có không thể loại trừ các cơ chế như thay đổi sinh thái có thể đảo ngược tình hình trước khi nó trở nên tồi tệ hơn. Điều đó cho thấy, các tính toán trên phù hợp với hiểu biết hiện tại của chúng ta về chu trình carbon.
Những hiểu biết này là một phần của nỗ lực khoa học không ngừng nhằm mở ra những bí mật sâu sắc nhất trong quá khứ của chúng ta, không chỉ để nâng cao hiểu biết của chúng ta về các nguy cơ của biến đổi khí hậu hiện đại mà còn giúp hiểu được thế giới của chúng ta đang hướng đến đâu. Đồng thời, nó gửi một thông điệp tới các nhà lãnh đạo chính trị của chúng ta tại Hội nghị về Biến đổi Khí hậu của Liên hợp quốc: Chúng ta không được nâng cao nguy cơ tuyệt chủng hàng loạt lần thứ sáu. Những nỗ lực nhằm hạn chế lượng khí thải carbon dioxide ngày nay có thể mang lại nhiều lợi ích trong tương lai hơn chúng ta có thể tưởng tượng.
Sau 5 lần tuyệt chủng hàng loạt trong 500 triệu năm qua, hơn 3/4 loài động vật biển đã không còn tồn tại. Mỗi sự kiện tuyệt chủng đều có liên quan đến sự gián đoạn lớn trong chu trình carbon của Trái đất, và chúng ta vẫn chưa biết trận đại hồng thủy như vậy đã xảy ra như thế nào. Nhưng một nhóm nghiên cứu đang phát triển gần đây đã chỉ ra khả năng hệ thống Trái đất - tức là sự sống và môi trường - có thể gặp phải những nhiễu động tần số cao, quy mô lớn sau khi căng thẳng vượt quá điểm giới hạn.
Khi các nhà lãnh đạo thế giới tập trung tại Glasgow cho Hội nghị lần thứ 26 về biến đổi khí hậu của Liên hợp quốc, thống nhất với nhau theo các mục tiêu cụ thể như "hạn chế sự nóng lên ở mức 1,5 độ C", đó là điều đương nhiên. Nếu chúng ta không đạt được mục tiêu này, hậu quả sẽ sớm được cảm nhận. Mặt khác, điểm tới hạn của sự tuyệt chủng hàng loạt có thể mất hàng triệu năm hoặc hơn để đạt được. Nhưng nếu các vụ tuyệt chủng hàng loạt thực sự là kết quả của các nhiễu động tần số cao, quy mô lớn, thì chúng ta phải hành động dứt khoát để ngăn chặn xu hướng chạy trốn này tại nguồn gốc của nó.
Đầu tiên chúng ta hãy giải thích lý do cho điều này dựa trên những gì chúng ta biết cho đến nay.
("Một phép tính đơn giản cho thấy rằng nếu không giảm đáng kể lượng khí thải carbon, chúng ta có nguy cơ vượt qua ngưỡng đó trước cuối thế kỷ này". Nguồn: Sean Gallup / Getty Images)
Với sự trợ giúp của phân tích hóa học các đá trầm tích cổ đại, chúng ta tìm hiểu tất cả các loại câu chuyện đáng ngạc nhiên về sự thay đổi môi trường. Tất cả những câu chuyện này đều có chung một yếu tố, và đó là khủng hoảng. Hệ thống Trái đất bằng cách nào đó sẽ đạt đến một bước ngoặt, và những biến động nhỏ sẽ tạo nên sự thay đổi về chất. Trong một số trường hợp, sự tuyệt chủng hàng loạt có thể xảy ra. Nhiều sự kiện trong số này có liên quan đến việc gia tăng lượng khí thải carbon dioxide từ các vụ phun trào núi lửa, và ít nhất ba trong số năm vụ tuyệt chủng hàng loạt đã xảy ra trong thời gian đó.
Nhưng núi lửa thải ra quá ít khí cacbonic để có thể giải thích được mức độ nghiêm trọng của cuộc khủng hoảng môi trường. Vì vậy, các nhà khoa học cũng đã xem xét các yếu tố gây căng thẳng tiềm ẩn khác. Người ta cho rằng việc giải phóng khí mê-tan là chìa khóa, và nó cũng là một loại khí gây hiệu ứng nhà kính. Một giả thuyết khác cho rằng trầm tích từ vụ phun trào núi lửa chứa một lượng lớn than đá hoặc các chất hữu cơ khác, chúng cũng được chuyển hóa thành carbon dioxide.
Núi Etna, Ý phun trào vào ngày 21 tháng 2 năm 2021. Hình ảnh: Piermanuele Sberni / Unsplash
Nếu sự cân bằng của chu trình cacbon bị phá vỡ quá nhanh, bản thân chu trình có thể làm trầm trọng thêm các dao động thông thường vượt quá điểm giới hạn. Các rối loạn trong hệ thống Trái đất mà nó sinh ra sẽ thể hiện các đặc tính nội tại của chu trình carbon, chứ không phải là các đặc tính đặc trưng cho sự xuyên ống đã gây ra rối loạn. Lý do này giải thích tốc độ gia tăng lượng khí thải carbon thông thường trong quá khứ và cũng phản ánh các đặc tính cố hữu của các hệ thống phi tuyến phức tạp.
Dựa trên quan điểm này, sự khởi đầu của sự kiện tuyệt chủng hàng loạt không chỉ nằm ở bản thân điểm tới hạn, mà còn ở những thay đổi sau điểm tới hạn. Những cú sốc sau đó có thể ảnh hưởng đến khả năng gây chết người của sự kiện.
Chúng ta hãy quay trở lại câu hỏi về nguy cơ của trận đại hồng thủy hiện đại. Lượng khí cacbonic do hoạt động của con người tạo ra đang tăng nhanh hơn nhiều so với các vụ phun trào núi lửa quy mô lớn trước đây. Nghe có vẻ đáng sợ như vậy, chúng ta phải công nhận rằng các cuộc khủng hoảng trong quá khứ kéo dài hơn nhiều so với biến đổi khí hậu hiện đại. Điều này có nghĩa là bước ngoặt hiện đại có thể được đo lường bằng tổng giá trị sản xuất CO2 chứ không phải tốc độ thay đổi của nó. Một phép tính đơn giản cho thấy rằng nếu không cắt giảm đáng kể lượng khí thải carbon, chúng ta có nguy cơ vượt qua ngưỡng đó trước cuối thế kỷ này.
Lập luận trên không loại trừ các giải thích khác, quan tâm hơn đến các nguồn cacbon cụ thể. Hơn nữa, dữ liệu hiện có không thể loại trừ các cơ chế như thay đổi sinh thái có thể đảo ngược tình hình trước khi nó trở nên tồi tệ hơn. Điều đó cho thấy, các tính toán trên phù hợp với hiểu biết hiện tại của chúng ta về chu trình carbon.
Những hiểu biết này là một phần của nỗ lực khoa học không ngừng nhằm mở ra những bí mật sâu sắc nhất trong quá khứ của chúng ta, không chỉ để nâng cao hiểu biết của chúng ta về các nguy cơ của biến đổi khí hậu hiện đại mà còn giúp hiểu được thế giới của chúng ta đang hướng đến đâu. Đồng thời, nó gửi một thông điệp tới các nhà lãnh đạo chính trị của chúng ta tại Hội nghị về Biến đổi Khí hậu của Liên hợp quốc: Chúng ta không được nâng cao nguy cơ tuyệt chủng hàng loạt lần thứ sáu. Những nỗ lực nhằm hạn chế lượng khí thải carbon dioxide ngày nay có thể mang lại nhiều lợi ích trong tương lai hơn chúng ta có thể tưởng tượng.
(Tác giả Daniel H Rothman, giáo sư địa vật lý tại MIT và đồng giám đốc của Trung tâm Lorenz, nơi nghiên cứu cách thời tiết hoạt động và ảnh hưởng của nó.)
