Bí ẩn bên trong những lõi băng Nam Cực: Cỗ máy thời gian lưu giữ không khí cổ đại

Nếu bạn có cơ hội bước vào một phòng thí nghiệm đông lạnh chuyên biệt ở Thụy Sĩ, bạn có thể bắt gặp cảnh tượng một cỗ máy đang chậm rãi đập vụn một tảng băng Nam Cực.

Thứ thoát ra từ tảng băng đó không chỉ là hơi lạnh, mà chính là một luồng không khí từng chạm vào bầu trời từ hàng trăm ngàn năm trước. Để hiểu được phép màu tự nhiên này, chúng ta cần nhìn vào quá trình hình thành băng vô cùng độc đáo.

Tại vùng cao nguyên Nam Cực, tuyết rơi xuống không bao giờ tan. Theo thời gian, những hạt tuyết bị chôn vùi dưới sức nặng của các trận bão tuyết tiếp theo và ép chặt thành một cấu trúc xốp được gọi là firn. Lớp tuyết hạt này đóng vai trò như một trạm trung chuyển, chứa vô số các khe hở kết nối trực tiếp với bề mặt.

Nhờ đó, lớp firn liên tục "hô hấp" và trao đổi không khí với môi trường bên ngoài thông qua quá trình khuếch tán.

Khi tuyết tiếp tục chất đống, áp lực gia tăng ép các lỗ rỗng thu hẹp dần và cuối cùng đóng kín hoàn toàn ở độ sâu từ 40 đến 120 mét. Kể từ khoảnh khắc đó, không khí bị mắc kẹt vĩnh viễn và chiếm khoảng một phần mười thể tích của khối băng rắn. Quá trình này giống như việc tự nhiên tạo ra vô số những chiếc lọ thủy tinh vô hình chứa đầy không khí, và chiếc nắp chỉ được đậy lại khi các lỗ rỗng hoàn toàn niêm phong.

Cơ chế đóng băng này dẫn đến một nghịch lý vô cùng thú vị làm đau đầu không ít người mới tìm hiểu: không khí luôn trẻ hơn lớp băng chứa nó. Vì chiếc "lọ" băng được hình thành từ rất lâu trước khi nắp đậy lại, thời điểm không khí bị nhốt cách xa thời điểm tuyết rơi.

Các nhà khoa học gọi khoảng chênh lệch này là delta-age. Tại khu vực có lượng tuyết rơi dày như bờ biển Law Dome, lớp băng hình thành từ năm 1939 chứa không khí của năm 1969 - trẻ hơn khoảng ba thập kỷ. Ngược lại, ở những nơi hoang vắng và ít tuyết rơi như Dome C, hành trình bịt kín lỗ rỗng diễn ra vô cùng chậm chạp và có thể tạo ra độ trễ lên tới 3.000 năm.

Việc đo lường chính xác khoảng cách tuổi tác này có ý nghĩa sống còn, bởi nó quyết định độ chính xác khi các nhà nghiên cứu đối chiếu dữ liệu nhiệt độ (từ băng) với dữ liệu carbon dioxide (từ không khí).

Mọi chuyện trở nên phức tạp hơn ở vùng nước sâu. Dưới độ sâu 600 mét tại Dome C, sức nặng khủng khiếp của hàng triệu tấn băng phía trên bắt đầu ép các bọt khí biến mất. Tuy nhiên, không khí không hề thất thoát. Từng phân tử khí bị ép chặt vào bên trong các cấu trúc lồng do chính mạng lưới tinh thể nước tạo ra - một trạng thái vật lý đặc biệt gọi là băng lồng hay clathrate.

Khi xuống tới độ sâu 1.200 mét, khối băng trở nên hoàn toàn trong suốt nhưng vẫn chứa đầy không khí bên trong. Khai thác loại khí bị giam cầm này là một thách thức kỹ thuật đỉnh cao, đòi hỏi các thiết bị bẻ gãy hoặc làm bay hơi băng mà không được phép nung chảy, bởi nước sẽ hòa tan carbon dioxide và làm hỏng toàn bộ kết quả đo lường.

Vậy những cỗ máy thời gian tự nhiên này đã tiết lộ điều gì? Thông qua siêu lõi khoan EPICA Dome C đâm sâu hơn ba km xuống lòng băng, giới khoa học đã lập bản đồ khí hậu liên tục kéo dài 800.000 năm. Xuyên suốt tám chu kỳ nóng - lạnh của Trái Đất, nồng độ carbon dioxide chỉ dao động ổn định trong khoảng 170 đến 300 phần triệu.

Tuy nhiên, khi đối chiếu với hiện tại, dữ liệu này bỗng trở thành một lời cảnh báo lạnh lẽo. Vào tháng 8 năm 2026, đài thiên văn Mauna Loa ở Hawaii đã ghi nhận nồng độ carbon dioxide trung bình đạt mức 428 phần triệu. Biểu đồ băng chỉ ra một thực tế tàn khốc: bầu không khí chúng ta đang hít thở ngày nay chứa lượng khí nhà kính cao đến mức chưa từng có trong lịch sử 800.000 năm qua.

Khát vọng giải mã quá khứ của giới khoa học vẫn không dừng lại. Các dữ liệu địa chất khác cho thấy các chu kỳ khí hậu xa xưa từng ngắn và ôn hòa hơn, thôi thúc con người đi tìm lý do tại sao hành tinh lại thay đổi chu kỳ vào khoảng 1,2 triệu năm trước.

Để tìm câu trả lời, dự án Beyond EPICA đã tiến hành mũi khoan lịch sử tại Little Dome C và chạm nền đá ở độ sâu 2.800 mét. Tính đến tháng 4 năm 2026, các mẫu lõi băng này đang được nghiên cứu cẩn trọng tại các phòng thí nghiệm hàng đầu châu Âu.

Khác với việc dự đoán khí hậu qua các vòng tuổi của cây hay trầm tích hóa thạch, bọt khí trong băng Nam Cực không đòi hỏi con người phải suy diễn hay lập mô hình phỏng đoán. Chúng đơn giản chính là bầu khí quyển nguyên bản của Trái Đất, vẫn nằm yên tĩnh trong chiếc lọ thời gian chờ đợi ngày được giải phóng.