Bộ điều nhiệt carbon mới có thể khiến kỷ băng hà trở lại đúng hạn

Nghiên cứu mới phát hiện một cơ chế thứ hai trong chu trình carbon-khí hậu Trái Đất, liên quan đến chu trình phốt pho và chôn cất carbon hữu cơ dưới đáy đại dương. Cơ chế này có thể hấp thụ CO2 nhanh hơn cơ chế phong hóa silicat truyền thống, thúc đẩy kỷ băng hà tiếp theo đúng hạn.

Điểm nổi bật:

• Trái Đất sở hữu một “bộ điều nhiệt” carbon hữu cơ thứ hai dựa trên chu trình phốt pho, còn vùi carbon nhanh hơn nhiều so với cơ chế phong hóa silicat.
• Phốt pho tái chế kích thích bùng phát phù du, giúp khoáng CO2 và làm hạ nhiệt độ hành tinh.
• Hai bộ điều nhiệt hoạt động cùng nhau có thể thúc đẩy kỷ băng hà tiếp theo đến sớm hơn, bất chấp ảnh hưởng của khí CO2 do con người thải ra trên quy mô địa chất.
• Phong hóa silicat hoạt động chậm, mất đến hàng triệu năm, trong khi bộ điều nhiệt mới có thể hoàn thành trong khoảng 100.000 năm.
• Nghiên cứu dựa trên mô hình chu trình carbon-khí hậu toàn cầu tích hợp quá trình chôn cất carbon hữu cơ do phốt pho điều khiển.

Chìa khóa cho những phát hiện mới nằm ở cách phốt pho di chuyển từ đất liền ra đại dương, các nhà nghiên cứu cho biết. (Image credit: Qiang Zhang / 500px/Getty Images)

Trái Đất có thể phản ứng với lượng lớn khí CO2 do con người thải vào khí quyển bằng cách “điều chỉnh quá mức” sự mất cân bằng, dẫn đến kỷ băng hà tiếp theo đến đúng hạn thay vì bị trì hoãn hàng chục nghìn năm, như dự đoán trước đây.

Điều này nhờ một “bộ điều nhiệt” mới được phát hiện, chôn vùi núi carbon dưới đáy biển cực kỳ hiệu quả, có thể loại bỏ hoàn toàn khí thải carbon của con người trong vòng 100.000 năm, theo nghiên cứu công bố ngày 25/9 trên tạp chí Science.

Cơ chế phong hóa silicat truyền thống

Các nhà khoa học từ lâu đã nghi ngờ Trái Đất điều chỉnh khí hậu trên quy mô địa chất. Kể từ thập niên 1980, cơ chế gọi là phản hồi phong hóa silicat đã được lý thuyết hóa. Mưa hấp thu CO2 từ không khí và rửa xuống các loại đá chứa silicat (khoảng 90% vỏ Trái Đất). CO2 phản ứng với đá, hòa tan chúng và tạo ra các phân tử hòa tan chảy vào đất rồi đến đại dương, hình thành đá vôi và phấn biển, giữ CO2 hàng triệu năm.

Phản hồi phong hóa silicat giống như bộ điều nhiệt: CO2 nhiều → Trái Đất ấm hơn → chu trình nước mạnh hơn → phong hóa tăng tốc → CO2 lại về mức bình thường. Ngược lại, khí hậu lạnh, CO2 thấp, trầm tích carbon giảm, khí CO2 từ núi lửa và miền magma bù đắp, cân bằng dần.

Tuy nhiên, phong hóa silicat diễn ra rất chậm, có thể mất đến 1 triệu năm để cân bằng CO2 sau biến động. Nó không thể giải thích các chu kỳ băng hà-không băng hà (~100.000 năm) hoặc các sự kiện Trái Đất tuyết bọc (Snowball Earth), nơi toàn bộ trái đất bị bao phủ băng, vì bộ điều nhiệt này quá “êm dịu”.

Bộ điều nhiệt thứ hai

Nghiên cứu mới được truyền cảm hứng từ luận án tiến sĩ của Dominik Hülse (Đại học Bremen), tính toán lượng carbon hữu cơ giữ lại trong tầng trầm tích đại dương sau các biến cố khí hậu quá khứ. Kết quả cho thấy sau chu kỳ hoạt động núi lửa mạnh và ấm lên, hàng núi carbon hữu cơ được lắng đọng trên đáy biển.

Hülse và Andy Ridgwell (Đại học California, Riverside) gộp dự án của họ vào mô hình toàn cầu, tính cả chôn cất carbon hữu cơ. Họ phát hiện một bộ điều nhiệt mới dựa trên chu trình phốt pho:

• Phong hóa đá chứa phốt pho (như apatite) do mưa rửa phốt pho vào đất, sông, ra đại dương.
• Phốt pho là chất dinh dưỡng cho phù du quang hợp. Khi phù du chết, chúng chìm xuống đáy biển cùng carbon hữu cơ và phốt pho.
• Đại dương ấm giữ ít oxy hơn, giải phóng phốt pho đã lắng đọng trở lại cột nước trong khi vẫn chôn cất carbon hữu cơ.
• Phốt pho tuần hoàn tiếp tục nuôi dưỡng phù du, gia tăng hấp thu CO2 và lắng đọng carbon hữu cơ, làm mát khí hậu.

Phù du hấp thu phốt pho để duy trì chức năng tế bào; khi chết, chúng mang phốt pho đến đáy biển. (Image credit: Roland Birke/Getty Images)

Khác với phong hóa silicat, phốt pho không biến mất khi Trái Đất nguội, vì nó tiếp tục được giải phóng từ tầng trầm tích. Điều này khiến bộ điều nhiệt carbon hữu cơ như có “bộ tăng áp”, khó bị xóa bỏ và có thể hoạt động nhanh hơn nhiều.

Hai bộ điều nhiệt khi kết hợp có thể đưa kỷ băng hà kế tiếp về đúng thời điểm, bất chấp lượng CO2 do con người thải ra. Dù chưa rõ cơ chế phốt pho sẽ phản ứng thế nào với biến đổi khí hậu hiện đại, hiện đại chất oxy trong đại dương cao hơn xưa nên kịch bản Snowball Earth khó xảy ra. Thay vào đó, bộ điều nhiệt hữu cơ có thể bù đắp sự trì hoãn kỷ băng hà đang do biến đổi khí hậu tạo ra.