Thời tiết và khí hậu - Phần 6 Khí hậu hiện, quá khứ và tương lai - Chương 16 docx

http://www.ebook.edu.vn Chơng 16 biến đổi khí hậu: quá khứ v tơng lai Hãy tởng tợng bạn đang sống ở vùng rìa phía nam của Greenland trong thế kỷ 13. Giữa những ngời Viking hoang sơ, sinh hoạt của gia đình bạn chỉ xoay quanh việc câu cá, săn bắn v gia súc - chủ yếu l cừu đợc nuôi dỡng trên các đồng cỏ tơi tốt trong những ngy hè di. Nhng dần dần, trải qua những thập kỷ, điều kiện khí hậu xa sút so với trạng thái bình thờng. Dông bão mùa đông trở nên thờng xuyên v khắc nghiệt hơn, những đợt tuyết nặng nề rất phổ biến. Mùa sinh trởng rút ngắn vì số ngy sơng giá tăng lên. Băng biển gia tăng lm hạn chế nghề cá v buộc ngời ta phải kéo di thời gian đi biển xa hơn đến phía nam. Dần dần, mùa đông thống trị suốt năm v thức ăn cạn kệt l không tránh khỏi. Đối mặt với những thay đổi ny, gia đình bạn sẽ rút lui về các vùng khí hậu Scandinavia ấm áp hơn, bỏ lại sau lng những thế hệ ngời thân tử vong đợc chôn cất ở cái nơi m chẳng bao lâu sau đã trở thnh vùng băng vĩnh cửu. Suy ngẫm về điều ny, ngời ta không khỏi phân vân liệu những thứ nh thế có xảy ra với hôm nay. Mặc dù các xã hội hiện đại chắc chắn có khả năng thích nghi cao hơn so với những ngời Viking, nhng chúng ta khó thoát khỏi những ảnh hởng của biến đổi khí hậu. (Dù sao, khí hậu thuận lợi vẫn cần thiết đối với tất cả các ngnh sản xuất thực phẩm). Vì vậy, không ngạc nhiên, chủ đề về biến đổi khí hậu đợc giới khoa học v công luận rất chú ý trong những năm gần đây. Sự chú ý ny không chỉ l xuất phát từ vấn đề các tác động có thể của con ngời tới khí hậu, nó còn do mối lo về biến đổi khí hậu tự nhiên, nh liên quan đến những đợt El Nino v phun tro núi lửa. Trong chơng ny, chúng ta sẽ xem lại khí hậu trong quá khứ, những nhân tố có thể l nguyên nhân biến đổi khí hậu, những phơng pháp dùng để xác định khí hậu quá khứ v việc sử dụng các mô hình hon lu chung để nghiên cứu những tác động tiềm năng của con ngời. Định nghĩa biến đổi khí hậu Chúng ta đã thấy ở chơng 15 rằng khí hậu đợc định nghĩa nh l những tính chất thống kê của các biến số khí quyển, gồm nhiệt độ, lợng ma v gió. Vậy, biến đổi khí hậu có thể đợc định nghĩa nh l một biến đổi của một tính chất thống kê của khí quyển, nh biến đổi về nhiệt độ trung bình. Chúng ta còn thấy ở chơng 15 rằng khí hậu còn hơn l giá trị trung bình, hay trị số trung bình. Những biến thiên năm đến năm, những biến thiên mùa v xu thế xuất hiện của những năm trên chuẩn v dới chuẩn liên tiếp cũng l một hợp phần quan trọng của khí hậu. Vì 568 http://www.ebook.edu.vn vậy, những biến đổi về khí hậu có thể xảy ra thậm chí thông qua các giá trị trung bình của lợng ma, nhiệt độ, còn gió không đổi theo thời gian. Ví dụ, thậm chí trong điều kiện không thay đổi lợng ma trung bình năm, thay đổi về thời gian của những năm khô hạn v ma nhiều có thể gây nên những hậu quả đối với con ngời v nên đợc xem l biến đổi khí hậu. Trớc hết, một cách rất tổng quát, ta xem biến đổi khí hậu có thể xảy ra bằng cách no. Bằng cách no đó khí hậu Trái Đất giống nh một hệ thống thích ứng với một loạt các nhân tố bên ngoi, thờng đợc gọi l các điều kiện biên. Trong trờng hợp khí hậu ton cầu, các điều kiện biên gồm cờng độ ánh sáng Mặt Trời, phân bố các lục địa v đại dơng, thnh phần của khí quyển v.v Khi một hoặc nhiều nhân tố bên ngoi ny thay đổi, hệ thống sẽ thích ứng theo. Vì vậy, ví dụ, nếu nh năng lợng phát ra của Mặt Trời tăng lên, chúng ta dự đoán nhiệt độ trung bình ton cầu tăng. Một số năm có thể l lạnh hơn trớc, nhng về trung bình, ta kỳ vọng một khí hậu ấm hơn, đó l sự biến đổi của một tính chất thống kê. Các điều kiện bên ngoi có thể biến đổi quá nhanh, phá vỡ một loại cân bằng khí hậu no đó, nhng ta có thể không bao giờ cho rằng các điều kiện bên ngoi điều khiển đợc biến đổi khí hậu. Nếu nhìn nhận sự vật theo cách đó, thì biến đổi khí hậu có thể đợc định nghĩa nh l sự thích ứng của hệ thống Trái Đất - khí quyển với những thay đổi của các điều kiện biên. Trớc khi áp dụng quan điểm rất hấp dẫn (v rất phổ biến) ny về biến đổi khí hậu, chúng ta cần hỏi hai câu hỏi. Thứ nhất, ta phân vân liệu một tổ hợp các điều kiên biên đang xét có quyết định khí hậu Trái Đất một cách đơn trị không. Nói khác đi, ta có thể hỏi một tổ hợp duy nhất các giá trị biên có thể sinh ra hơn một kiểu khí hậu không? Thật thú vị, cả lý thuyết v quan trắc đều mách bảo rằng câu trả lời l có. Ngời ta đã biết tới cung cách diễn biến kiểu đó thờng xảy ra trong các hệ thống phức tạp, nh khí hậu Trái Đất, v gọi nó l tính không chuyển tiếp. Nếu khí hậu Trái Đất l không chuyển tiếp, chắc chắn sẽ lm phức tạp cho câu hỏi có phải các điều kiện biên đã gây nên sự biến đổi nh ta đã thấy không, v lm cho chúng ta khó m quy kết những biến đổi no đó cho các nguyên nhân cụ thể. Câu hỏi thứ hai liên quan tới cách m chúng ta dùng để phát hiện biến đổi khí hậu. Hãy tởng tợng có một dụng cụ hon hảo, có thể đo trạng thái của khí quyển tại thời điểm bất kỳ trong suốt lịch sử Trái Đất. Các số đo từ một thiết bị nh vậy có thể đợc dùng để tính các đặc trng thống kê cho những thời kỳ khác nhau, chúng cung cấp bằng chứng về biến đổi khí hậu. Ví dụ, ta có thể lấy trung bình các giá trị nhiệt độ trong các thời kỳ 100 năm liên tiếp để có ý niệm về biến thiên từ thế kỷ đến thế kỷ. Chúng ta phân vân liệu các đặc trng thống kê nh thế có khả năng biến đổi theo thời gian không, thậm chí trong tình huống các điều kiện biên không đổi? Đáp án lại l có. Nếu sử dụng lý thuyết thống kê đơn giản, dễ dng chứng minh đợc rằng các số đo thống kê đợc tính toán theo kiểu đó có bị biến thiên, không phụ thuộc vo những thay đổi của các điều kiện biên. Vì vậy, dù trị số trung bình đích thực l không đổi, các trị số trung bình 100 năm riêng lẻ tăng v giảm từ thế kỷ ny đến thế kỷ khác. (Các đặc trng thống kê khác cũng diễn biến tơng tự). Về phơng diện vật lý, vấn đề l do những biến thiên ngắn hạn, không lờng trớc 569 http://www.ebook.edu.vn đợc gắn li ền với các sự kiện thời tiết, đã gây nên những biến thiên ở các quy mô thời gian di hơn. * Những thiên lệch ngắn hạn khỏi trị trung bình trở thnh những thiên lệch di hạn v lm hỗn tạp những thay đổi nếu có do các điều kiện bên ngoi. Cho nên, dù ta thấy nhiệt độ trung bình 100 năm thay đổi, thì vẫn không rõ có phải ta đang chứng kiến biến đổi khí hậu hay không có thể đó l lỗi nhân tạo do các mẫu có độ di hạn chế. Rõ rng l, không có phơng cách no cho bi toán ny; nếu dùng các chu kỳ lấy trung bình di hơn thì giảm đợc sai số mẫu, nhng lại tăng xác suất lm lu mờ mất các thời kỳ khí hậu thực sự khác biệt (có nguyên nhân do các điều kiện bên ngoi thay đổi). Trong bối cảnh những khó khăn nh vậy, chúng ta sẽ phải mở rộng quan điểm của mình về biến đổi khí hậu để thâu tóm đợc tất cả những thay đổi, dù l do các giá trị biên hay l không. Nói khác đi, trong sách ny chúng tôi không phân biệt giữa sự biến đổi do các quá trình nội tại v biến đổi do các quá trình bên ngoi. Bất chấp công cụ m chúng ta sử dụng (nhiệt kế, lợng tích tụ băng trong băng h, độ rộng của các vòng đời trong thân cây), nếu các giá trị thống kê thay đổi theo thời gian, chúng ta sẽ gọi đó l biến đổi khí hậu. Bớc đầu, điều ny dù cha phải l lý tởng (biến đổi bây giờ phụ thuộc một phần vo độ di của mẫu), nhng nó có tính thực tế cao v tránh đợc những phức tạp nh đã nêu. Các quy mô thời gian của biến đổi khí hậu Các nh khí tợng học hay bị hỏi một câu hỏi rất đơn giản: Khí hậu đang nóng lên? Mặc dù câu hỏi đợc phát biểu một cách đơn giản, song không có đáp án đơn giản, một phần bởi vì đáp án tùy thuộc vo quy mô thời gian đợc xét. Xét xu thế giả định của nhiệt độ tại nơi no đó, đợc biểu diễn trên hình 16.1. Nếu một ngời quan tâm đến xu thế nhiệt độ trong tất cả 150 năm, thì có một xu thế rõ rng đang ấm dần. Mặt khác, ai đó khoảng 20 tuổi có thể sẽ bảo rằng các nhiệt độ đã giảm trong suốt thời gian chị ấy sống. Hình 16.1. Xu thế giả định của nhiệt độ theo thời gian * Chúng ta đã xét điều ny xảy ra ra sao ở chơng 13, trong chủ đề về những ngẫu nhiên. 570 http://www.ebook.edu.vn Hình 16.2. Cột địa tầng Trong cuộc sống thực, tình hình phức tạp hơn ví dụ ny, vì những biến đổi trong khí hậu xảy ra cùng lúc với nhiều quy mô thời gian khác nhau, không phải chỉ có hai. Một số biến đổi diễn ra ở các quy mô thời gian hng trăm triệu năm, một số khác với quy mô hng trăm hoặc hng chục ngn năm, một số tơng ứng với những thế kỷ, nhng một số khác thậm chí chỉ tơng ứng với vi thập niên. Không có một quan hệ chặt chẽ v đơn giản no giữa độ lớn của một biến đổi khí hậu v quy mô thời gian của nó; tuy nhiên, theo quy luật chung, các dao động diễn ra trong những khoảng thời gian di hơn thờng có độ lớn lớn hơn so với những dao động ở các quy mô thời gian ngắn hơn. Vấn đề nóng lên còn rắc rối do một thực tế l biến đổi khí hậu khác nhau theo không gian trên địa cầu. Vì vậy, ví dụ, ở Bắc bán cầu có thể không có một xu thế nhiệt độ, hoặc l có nhng xu hớng ngợc lại so với ở Nam bán cầu. Một lần nữa, không có mối liên hệ nhất định, nhng các vĩ độ nhiệt đới thờng thay đổi ít hơn so với các vĩ độ cao. Những biến đổi đáng kể theo kinh độ cũng có xảy ra, nên có nhiều mức chênh lệch hòa trộn ở trong một dải vĩ độ. Điều ny có thể xảy ra, ví dụ, nếu vị trí trung bình của các sóng Rossby di chuyển từ đông sang tây. Ngợc lại với những biến đổi trong thời gian, có một xu thế phổ biến l những biến đổi ở các quy mô không gian bé lại mạnh hơn so với những biến đổi quan trắc đợc trên những khu vực rộng lớn. Nh vậy, chúng ta thấy rằng câu trả lời cho các câu hỏi về biến đổi khí 571 http://www.ebook.edu.vn hậu tơng lai phải đợc quy chiếu tới cả quy mô không gian v quy mô thời gian. Một cách tơng tự, khi xét các khí hậu quá khứ, những bức tranh rất khác biệt nhau hòa trộn vo với nhau tùy thuộc vo khu vực đợc xét v quy mô thời gian chấp nhận. Các nền khí hậu trong quá khứ Các nh khoa học về Trái Đất đã phát triển một sơ đồ phổ dụng để phân chia lịch sử tự nhiên của hnh tinh thnh những trang thời gian khác nhau. Cột địa tầng địa chất trên hình 16.2 dùng một hệ thống nhiều tầng phân chia thời gian thnh các đại, kỷ v kỳ. Những đoạn thời gian ny không dựa trên các đặc trng khí hậu, m dựa trên bằng chứng địa chất v hóa thạch chỉ thị những điều kiện môi trờng v sự kiện quá khứ. Vì vậy, các thời kỳ khí hậu đôi khi gắn liền với những đại, kỷ hoặc kỳ cụ thể - những đoạn thời gian m không nên đợc xem nh có điều kiện khí hậu đồng nhất. Hơn nữa, những sự kiện khí hậu lớn đôi khi cắt qua các ranh giới trong cột địa tầng, vì thế các phân vị không cho biết các thời gian bắt đầu v kết thúc. Đối với mục đích của chúng ta, hệ thống thuật ngữ đợc sử dụng tốt nhất nh l một loại lịch, để phân định các điểm mốc trong thời gian, chứ không phải l để phân định các khí hậu hay các sự kiện cụ thể. Với tinh thần đó, chúng ta có thể bn luận một số giai đoạn lớn của lịch sử khí hậu Trái Đất. Những thời kỳ ấm v những kỷ nguyên băng h Giống nh những c dân Viking, chúng ta có xu hớng cho rằng thời kỳ của chúng ta l chuẩn, nhng hon ton không phải nh vậy. Nếu nhìn lại khoảng thời gian di của lịch sử Trái Đất, chúng ta sẽ phải nói khí hậu hiện tại rất không bình thờng, bởi vì phần lớn thời gian hnh tinh của chúng ta đã từng ấm hơn nhiều hơn so với ngy nay. Không giống nh bây giờ, khi m Bắc Băng Dơng hầu nh đóng băng quanh năm v những khiên băng lớn bao phủ khắp trên lục địa Nam Cực v Greenland, trong phần lớn tuổi đời của mình, Trái Đất đã từng không có thảm băng vĩnh cửu (quanh năm). Một phác họa chính xác hơn, đó l phác họa về một hnh tinh ấm áp, bị xen kẽ có lẽ bởi bảy kỷ nguyên băng h tơng đối ngắn ngủi. Dù khác nhau, những thời kỳ ấm kéo di hng trăm triệu năm đến nhiều tỷ năm, trong khi các kỷ nguyên băng h chỉ kéo di cỡ vi chục triệu năm đến có lẽ một trăm triệu năm. Tất cả thời gian tồn tại của loi ngời, gồm thời kỳ lịch sử, đã diễn ra trong một kỷ nguyên băng h gần đây nhất trong số những kỷ nguyên băng h vĩ đại ny. Vì vậy, nếu ai đó hỏi rằng kỷ nguyên băng h sắp xuất hiện phải không, thì câu trả lời sẽ l không, nó đã đang ở đây. Kỷ nguyên băng h sớm nhất đợc biết đã có niên đại khoảng 2,3 tỷ năm về trớc, tiếp sau l ba kỷ nguyên ở khoảng giữa 900 v 600 triệu năm trứơc. Một kỷ nguyên băng h khác có niên đại ở khoảng 440 đến 300 triệu năm trớc. Kỷ nguyên băng h m chúng ta đang sống, kỷ nguyên muộn nhất, đã diễn ra 15 triệu năm gần đây hoặc khoảng đó. Không có bằng chứng no về các kỷ nguyên băng h trong thời gian 2 tỷ năm 572 http://www.ebook.edu.vn đầu tiên của 4,5 tỷ năm tuổi Trái Đất. Theo một ớc lợng, trong 2,5 tỷ năm gần đây, chỉ 10 đến 20% từng l các thời kỳ băng h. Một quan điểm khác, ho phóng hơn thì cho 50% của thời gian ny l những thời kỳ kỷ băng h. Nhng trong cả hai trờng hợp, rõ rng l phần lớn lịch sử Trái Đất đã từng có những điều kiện ấm hơn so với ngy nay. Đặc biệt nổi trội nhất về phơng diện ny l đợt ấm của kỷ Creta giữa, kéo di từ khoảng 120 đến 90 triệu năm trớc. Vo những thời gian ấy, các loi khủng long dạo chơi ở bên trên vòng tròn cực Bắc. Những rạn san hô chỉ phồn thịnh trong các vùng nớc ấm đã phát triển tại những vĩ độ 15 o cao hơn về phía cực so với những vị trí ngy nay của chúng, một số quần xã thực vật lục địa cũng vậy. Với rất ít nớc bị giữ trong băng lục địa, mực nớc có lẽ 150 đến 200 m cao hơn, dìm ngập khoảng 20% diện tích lục địa. Về quy mô mùa, khí hậu có lẽ đã hợp lý hơn, đặc biệt tại các vĩ độ trung bình v các vĩ độ cao hơn. Nhiệt độ trung bình ton cầu chắc đâu đó khoảng 5-15 o C ấm hơn so với hiện nay v građien nhiệt độ xích đạo- cực có lẽ l 15 o nhỏ hơn hiện nay. Mặc dù không giống hon ton, nhng những thời kỳ ấm chắc cũng có những đặc điểm tơng tự. Tất cả các kỷ nguyên băng h đối lập hon ton với những kỷ nguyên ấm, nh kỷ Creta giữa. ở một thái cực khác, gần nh ton bộ hnh tinh có thể đã từng bị phủ băng trong thời gian kỷ nguyên băng h khoảng 700 triệu năm trớc, trong một điều kiện đợc gọi rất đúng l Băng cầu. Bằng chứng mới về một băng cầu ton cầu l những chỉ thị về sản lợng sinh học, chúng cho thấy có thời kỳ sản lợng sinh học giảm gần nh đến số không nối tiếp sau bằng một thời kỳ tăng lên chậm theo các khí hậu ấm hơn ngay sau đó. Nếu không phải l thảm băng gần nh ton cầu, thật khó m hiểu đợc vì sao sản lợng thấp nh thế. Tuy nhiên, có thể có những cách lý giải khác, v giả thuyết băng cầu vẫn còn l tranh cãi vì lợng băng đợc đề cập. Cho dù tranh cãi đợc giải quyết ra sao, rõ rng l tất cả các kỷ nguyên băng h có băng quanh năm dồi do. Ví dụ, ai cũng thừa nhận rằng trong thời gian kỷ nguyên băng h gần đây nhất, các khiên băng lấn tới 40 o cách xích đạo, phủ trên mặt đất tới độ dy một số km. Với nhiều nớc nh thế bị giữ trong băng lục địa, mực nớc biển sẽ thấp hơn nhiều trong các kỷ nguyên băng h. Những khác biệt giữa các kỷ nguyên băng h v các kỷ nguyên ấm thay đổi mạnh theo vĩ độ, các vĩ độ cao thể hiện những thay đổi lớn hơn so với các vùng nhiệt đới. Ví dụ, trong thời gian một kỷ băng h, các nhiệt độ nớc mặt biển vùng cực có thể 10 o C thấp hơn, nhng nhiệt độ nớc mặt biển vùng nhiệt đới chỉ 1-5 o C thấp hơn. Ngoi những quy tắc đó, khó có thể nói chắc chắn gì thêm về sáu kỷ băng h trớc. Mặt khác, chúng ta có thông tin quan trọng về những điều kiện trong kỷ nguyên băng h gần đây nhất. Kỷ nguyên băng h hiện tại Một trong những thời kỳ hiện tại của Trái Đất, Pleistoxen, thờng đợc xem nh Kỷ nguyên Băng h. Tuy nhiên, nh chúng ta đã thấy, Trái Đất đã phải trải qua ít nhất một số kỷ băng h, v hiện chúng ta đang ở trong một kỷ băng h. Ngoi ra, thuật ngữ Kỷ nguyên Băng hu Pleistoxen đang còn l tranh cãi vì nguyên nhân của đợt băng h cuối cùng đã xuất hiện xa hơn về dĩ vãng so với khởi đầu của 573 http://www.ebook.edu.vn Pleistoxen. Thực tế, kỷ băng h gần đây nhất có nguồn gốc của nó từ 55 triệu năm trớc, khi khí hậu ton cầu bắt đầu lạnh đi sau một pha ấm (hình 16.3a). Tích tụ băng lớn đầu tiên đã xảy ra ở Nam Cực khoảng 34 triệu năm trớc. Nhng sự lạnh đi đã diễn ra rất từ từ, nên thậm chí 20 triệu năm trớc, khí hậu đã vẫn đủ ấm, các khu vực rừng có thể thấy ở Nam Cực. Đến khoảng 14 triệu năm trớc, phần phía tây của Nam Cực l băng vĩnh cửu, đến 10 triệu năm trớc đây, khiên băng Nam Cực đạt kích thớc nh hiện của nó. Cuối cùng, khoảng 5 triệu năm trớc, một khiên băng lục địa bao phủ gần nh ton bộ Greenland; vì vậy, có thể nói rằng kỷ nguyên băng h cuối cùng đã đợc hình thnh ổn định. Hình 16.3. Các chỉ số khí hậu của những giai đoạn khác nhau trong 70 triệu năm gần đây. Đ~ờng (a) l tổ hợp l trơn của nhiệt độ đại d~ơng trung bình ton cầu v thể tích băng. Các đ~ờng (b) v (c) thể hiện những biến đổi ton cầu về thể tích băng. Đ~ờng (d) phản ánh những điều kiện khí hậu trên Bắc Đại Tây D~ơng, nh~ng đã đ~ợc lm hòa hợp với những biến đổi ton cầu nh~ có thể thấy khi so sánh với các đoạn sau cùng của (c) 574 http://www.ebook.edu.vn Trong phạ m vi kỷ nguyên băng h của chúng ta, khí hậu đã từng không đồng nhất, có rất nhiều dao động rõ rệt (hình 16.3b). Bắt đầu từ khoảng 2,5 triệu năm trớc, các dao động ny bắt đầu tăng lên về biên độ, v khoảng 800000 năm trớc (hình 16.3c) biên độ đã tăng lên một cách ngoạn mục, trở thnh khoảng 2 lần lớn hơn so với một triệu năm trớc đó. Các dao động về nhiệt độ v thảm băng ny đợc gọi l chu trình băng v gian băng. Nh có thể thấy trên đồ thị, chúng hon ton không đều. Đối với đa số chu trình, thể tích băng tăng lên chậm rồi sau đó kết thúc nhanh trong một sự kiện ấm lên. Hơn nữa, cả đoạn tăng trởng lẫn đoạn suy kiệt băng đều không đồng nhất, nói đúng nhất l biến đổi run rẩy, với những dao động ngắn hạn chồng lên trên các chu trình di hơn. Ba phần t của một triệu năm cuối cùng đã thịnh hnh những chu trình kéo di khoảng 100000 năm với dao động run rẩy ngắn hạn thể hiện ở quy mô yếu hơn. Trong ton bộ kỷ Đệ tứ, kỷ địa chất hiện tại, đã có tất cả khoảng 30 chu trình, những biến thiên nhiệt độ ton cầu liên quan bằng khoảng 5 o C. Những biến thiên thể tích băng lớn nhất xảy ra tại Bắc bán cầu với kích thớc các khiên băng tăng v giảm 3 lần hoặc đại loại nh vậy trong mỗi chu trình băng. Mặc dù khiên Nam Cực thay đổi ít hơn nhiều, song những biến thiên nhiệt độ không khí Nam Cực có thể tơng đơng với ở các vĩ độ cực của Bắc bán cầu (khoảng 10 o C lạnh hơn trong một chu trình băng). Bằng chứng từ các đờng tuyết sơn văn cho biết rằng, những địa phơng Nam bán cầu khác thay đổi nhiệt độ cũng nhiều nh ở những nơi tơng tự ở phía bắc giữa các chu trình băng v gian băng, v có bằng chứng khác để cho rằng trình tự thời gian của những sự kiện ấm lên v lạnh đi thờng l tơng ứng trong 150000 năm gần đây. Khi hai bán cầu lệch pha, thì Nam bán cầu dẫn trớc Bắc bán cầu chỉ khoảng hơn 1000 năm. Nhng nếu thậm chí chấp nhận những chênh lệch nh vậy về trình tự, chúng ta phải kết luận rằng tất cả Nam bán cầu đã tham gia vo các chu trình băng/gian băng giống nh phần còn lại của hnh tinh. Nh thấy rõ từ hình 16.3, bây giờ hnh tinh đang ở trong một thời kỳ gian băng ấm, sánh ngang chỉ với một vi chu trình trong 2 triệu năm gần đây. Rất thú vị l, một trong số chu trình ny l gian băng cuối cùng, đạt đỉnh ở khoảng 125000 năm trớc v có thể đạt kỷ lục về độ ấm của kỷ Pleistoxen. Mực nớc biển ton cầu khoảng 6 m cao hơn bây giờ, v có bằng chứng rằng các vùng lục địa vĩ độ trung bình 1 đến 3 O C ấm hơn. Ngợc lại, các nhiệt độ nớc mặt biển không khác quá nhiều so với hiện nay. Giữa hai thời kỳ ấm ny có thời kỳ băng h gần nhất, một sự kiện đạt cực đại của mình khoảng 20000 năm trớc. Kỳ cực đại băng h cuối cùng Tiếp sau thời kỳ gian băng cuối cùng, thể tích băng đã tăng lên, nhng không đồng đều. Có hai xung băng h lớn, một vo khoảng 115000 năm trớc v một vo khoảng 75000 năm trớc. Thấy rằng, phần lớn băng đã đợc thêm vo các mũ băng cực trong thời gian xung thứ nhất v vo các mũ băng ở Bắc Mỹ v lục địa Âu á trong thời gian xung thứ hai. Tại thời gian xuống thấp nhất của kỳ băng h cuối cùng, khoảng 20000 năm trớc, nhiều tiêu chí của hệ thống Trái Đất - khí quyển khác biệt với nhau. Dĩ nhiên, kịch tính nhất l băng lục địa đã phủ một diện tích lớn hơn rất nhiều, nh đã thấy trên hình 16.4. 575 http://www.ebook.edu.vn Hình 16.4. Bản đồ biểu diễn diện tích cực đại của băng vo thời gian băng h cuối cùng Tại Bắc Mỹ, chắc chắn l băng lấn sâu xuống phía nam đến Saint Louis ngy nay, nhng chỉ tới vĩ độ của New York v Seattle trên các bờ phía tây v phía đông. Thật nghịch lý, ngời ta rất nghi ngờ về ranh giới phía cực của khiên băng phía bắc, một số ngời cho rằng phần rìa của Bắc băng dơng không đóng băng. Tuy nhiên, những lợng nớc khổng lồ bị chuyển từ đại dơng lên đất liền, tạo nên những khiên dy 3000 đến 4000 m. Trong thời gian đủ di, điều đó có thể đủ để lm lún vỏ lục địa xuống hơn 800 m. Khi băng tan, bề mặt đất liền giãn nở trở lại tới mực ban đầu của nó. (Thậm chí ngy nay các lục địa vẫn đang phải phục hồi tiếp do quá trình lún băng h). Khiên băng Laurentide trên Bắc Mỹ ở chừng mực no đó tơng đơng với một dãy núi lớn, chạy từ núi Rocky đến Đại Tây Dơng. Mực biển đã khoảng 120 m thấp hơn hiện nay, do đó cầu nối đất liền đã tồn tại giữa Siberia v Alaska. (Tại mực cân bằng, dịch chuyển nớc từ đại dơng có thể lm cho đáy đại dơng nâng cao lên khoảng 35 m). Cũng đã có những thay đổi đáng kể về băng 576 http://www.ebook.edu.vn biển, đặc biệt ở Nam Băng Dơng, nơi vo mùa đông băng biển bao phủ diện tích gấp hai lần so với ngy nay. Tất nhiên, những thay đổi của băng biển ít ảnh hởng tới mực nớc biển, vì nớc không di chuyển giữa đất liền v các bồn chứa đại dơng. Trên đất liền, các biến đổi nhiệt độ khác nhau đáng kể do sự kề cận với những khiên băng v với đại dơng. Ví dụ, tại phần phía tây của Bắc Mỹ, các khối khí đại dơng duy trì nhiệt độ khoảng 4 đến 5 o C của ngy nay. Khu vực m ngy nay l Tennessee v Nam California thì tơng phản hơn, nơi đây nhiệt độ đã từng 15 đến 20 o C lạnh hơn so với nhiệt độ hiện nay. Hai ví dụ ny có thể thể hiện cho những thái cực về những biến đổi của vùng vĩ độ trung bình một loạt những nơi khác ở vùng vĩ độ trung bình nằm trong khoảng 5 đến 8 o C lạnh hơn. Những thay đổi nhiệt độ tại các vùng nhiệt đới nhỏ hơn, có lẽ l 4 đến 5 o C. Đờng tuyết sơn văn khoảng 1000 m thấp hơn, tơng đơng với giảm nhiệt độ 5 đến 6 o C đối với những độ cao trên 2000 m. Phần lớn các nơi không chỉ lạnh hơn, m chúng còn có vẻ khô hơn. Điều ny đặc biệt đúng đối với các vĩ độ cao, nơi tổng lợng ma thờng thấp hơn khoảng 50% so với mức hiện nay. Một số vùng sa mạc của Nam Mỹ v châu Phi rộng lớn hơn, v các mực nớc hồ ở châu Phi nhiệt đới v Trung Mỹ thấp hơn. Một hoang mạc lạnh bao phủ phần lớn bộ phận cha bị phủ băng của Tây Âu. Mặc dù khô hạn đã l phổ biến, song một số khu vực ẩm hơn có thể thấy trên tất cả các lục địa (phản ánh qua những biến thiên mực nớc hồ v các chỉ số khác). Những biến đổi về giáng thủy chắc chắn chủ yếu l do những biến đổi về hon lu quyết định. Những nơi no gió thịnh hnh chuyển đổi hớng thổi từ các vĩ độ cao (nh đối với phần phía đông của Bắc Mỹ), thì các điều kiện khô hơn. Có một ít bằng chứng nói rằng các tốc độ gió khi ấy mạnh hơn, đúng nh dự đoán với građien nhiệt độ xích đạo-cực lớn hơn. Phải nhấn mạnh rằng kỳ băng h ny không hẳn đã đồng nhất. Thực tế, những biến đổi khí hậu đột ngột rất phổ biến trong suốt chu trình ny, với nhiệt độ cực thay đổi 5 đến 8 o C trong khoảng từ một số thập niên đến cỡ thế kỷ (hình 16.3d). Vì những thay đổi nh thế không chỉ xảy ra trong kỳ băng h, nên ở một mục sau chúng sẽ đợc bn luận chi tiết hơn. Kỷ Holoxen Giống nh những kỳ chuyển tiếp giữa băng h v gian băng, kỳ ấm lên tiếp sau kỳ cực đại băng h cuối cùng đã rất ngắn ngủi, ít ra l so với những kỳ lạnh đi. Sự ấm lên đã bắt đầu khoảng 15000 năm trớc (trớc khi bắt đầu thời kỳ Holoxen), chấm dứt vo khoảng 2000 năm sau đó khi các điều kiện lạnh hơn quay trở lại. Sự kiện lạnh cực đoan nhất (gần nh băng h) trên vùng Bắc Đại Tây Dơng, nhng cũng có thể tìm thấy theo các dấu hiệu di tích tại những nơi xa nh Nam Cực. Đợc gọi l Younger Dryas, nó kéo di 1200 năm. Tiếp theo sau Younger Dryas, bắt đầu khoảng 11800 năm trớc, một thời kỳ ấm lên đột ngột đã xuất hiện với các nhiệt độ ở Greenland tăng lên vo khoảng 1 o C/thập kỷ, mang theo khí hậu gian băng m chúng ta đang có hiện nay. Thời kỳ ny lại bị chấm dứt bởi một đợt lạnh đi đột ngột 577 [...]... CCC Hình 16. 12 Biến đổi l ợng m a do ba mô hình ho n l u chung dự báo t ơng thích với l ợng CO2 khí quyển tăng gấp đôi Các ph ơng pháp xác định khí hậu quá khứ Mặc dù có những Khoảng trống lớn trong nhận thức của chúng ta về khí hậu http://www.ebook.edu.vn 60 1 quá khứ, các nh khoa học đã biết rất nhiều về lịch sử khí hậu của Trái Đất Thực sự đáng kể nhất l chúng ta có thể mô tả đ ợc khí hậu quá khứ Hãy... đó cho chúng ta một ý t ởng về cổ khí hậu, các thời kỳ khí hậu trong quá khứ, l nh thế n o Không ngạc nhiên, chúng ta c ng đi ng ợc về quá khứ, thì thông tin cung cấp c ng ít chi tiết hơn về những chỉ số khác nhau Bây giờ chúng ta trình b y ngắn gọn về các ph ơng pháp nghiên cứu khí hậu quá khứ, bắt đầu từ các kỹ thuật hữu ích để phát hiện sự biến đổi trên các quy mô thời gian d i nhất Trầm tích đại... những thời kỳ rất lâu d i, vật liệu mới hơn liên tục vùi lấp vật liệu cũ hơn nằm phía d ới Chứa trong các vật liệu trầm tích có cả x ơng v các vỏ phù du sinh vật cũng nh xác của các động vật khác, phần lớn đã hóa th nh cacbonat canxi (CaCO3) Thông tin về l ợng ôxy trong CaCO3 l quan trọng nhất để xác định các khí hậu quá khứ Phần lớn các nguyên tử ôxy có khối l ợng nguyên tử l 16 (16O), nh ng một phần. .. về độ đục khí quyển Độ đục khí quyển l l ợng vật liệu rắn v lỏng (son khí) chứa trong không khí Một số son khí đ ợc sinh ra trong khí quyển thông qua các quá trình tự nhiên, nh phun núi lửa quy mô lớn; một số khác sinh ra do hoạt động con ng ời, nh phát thải ống khói Son khí có thể gia nhập khí quyển trực tiếp nh các ví dụ đã nêu Chúng còn có thể gia nhập khí quyển một cách gián tiếp nhờ các quá trình... ba năm khô hạn nhất của to n bộ thời kỳ 800 năm trùng khớp với sự kiện biến mất quần xã Roanoke v o đâu đó sau tháng 8 năm 1587 T ơng tự, đợt khô hạn 160 6 161 2 đã mang lại một thời kỳ 7 năm khô nhất kỷ lục, trùng khớp về thời gian diễn ra với sự hình th nh của quần xã Jamestown v o năm 160 7 Độc giả Mỹ sẽ nhớ lại rằng quần xã Jamestown đã bị tổn thất sinh mạng to lớn (60 % chết trong năm đầu) v gần nh... biển Nếu tỷ lệ của 18O trên 16O trong n ớc t ơng đối cao, nó cũng sẽ cao trong các cơ thể sinh vật biển sống trong n ớc Do 16O nhẹ hơn 18O, n ớc chứa 16O bốc hơi nhanh hơn n ớc chứa 18O Vì vậy, khi các núi băng mở rộng, các đại d ơng (v CaCO3 chứa ôxy trong vỏ v x ơng) sẽ có tỷ lệ 18O/16O t ơng đối cao, vì nhiều n ớc chứa 16O hơn bị lấy ra khỏi đại d ơng v lắng tụ th nh 60 2 http://www.ebook.edu.vn... thích ứng với nóng lên to n cầu, v có thể có một thời gian trễ một v i thập kỷ tr ớc khi một sự tăng n o đó về nhiệt độ khí quyển có thể đ ợc quan trắc thấy ở trong các đại d ơng Một khi ấm lên xảy ra, áp suất khí quyển v phân bố sẽ thay đổi T ơng tác khí quyển - khu hệ sinh vật Những biến về động khí hậu gắn liền với các hệ đất-thực vật ảnh h ởng của khí hậu tới thực vật thật dễ hiểu cây chuối không... sơ khí hậu của Pleistoxen Nếu sử dụng bức xạ ở các vĩ độ trung bình Bắc bán cầu nh một đại l ợng thay thế cho tác động quỹ đạo, ta thấy có một sự trùng khớp khá tốt giữa các thời gian băng tiến v băng thoái Ngo i ra, khi độ biến động trong hồ sơ khí hậu giảm sút tuân theo một số quy mô thời gian khác nhau, thì ba thời kỳ Milankovitch chính hợp nhất lại với nhau để duy trì phần lớn sự biến đổi khí hậu. .. xuất hiện khoảng 2 giây tr ớc đó Nh vậy, trong suốt phần rất d i của lịch sử Trái Đất, không có ai để m quan sát v ghi lại khí hậu Sự thiếu thốn thông tin đầu tiên còn bị tồi tệ hơn nữa do một thực tế l trong suốt phần lớn lịch sử lo i ng ời không có một ghi chép trực tiếp n o khí hậu đ ợc giữ lại Chúng ta tiếp tục thu l ợm những kiến thức về khí hậu quá khứ dựa trên thông tin còn giữ lại trong các l u... thủy quan trọng) Tiếp theo những nét khái quát trên đây, bây giờ chúng ta xem xét chi tiết hơnvề những hiệu ứng khí hậu học của son khí trong đối l u quyển v bình l u quyển nh các tác nhân của biến đổi khí hậu Son khí trong đối l u quyển Các nguồn tự nhiên của son khí trong đối l u quyển bao gồm những bụi muối trong sóng đại d ơng v bọt, bồ hóng v các chất khí từ những vụ cháy, sự bóc mòn đất do gió, . kiện quá khứ. Vì vậy, các thời kỳ khí hậu đôi khi gắn liền với những đại, kỷ hoặc kỳ cụ thể - những đoạn thời gian m không nên đợc xem nh có điều kiện khí hậu đồng nhất. Hơn nữa, những sự kiện khí. biến đổi khí hậu, những phơng pháp dùng để xác định khí hậu quá khứ v việc sử dụng các mô hình hon lu chung để nghiên cứu những tác động tiềm năng của con ngời. Định nghĩa biến đổi khí hậu Chúng. câu hỏi về biến đổi khí 571 http://www.ebook.edu.vn hậu tơng lai phải đợc quy chiếu tới cả quy mô không gian v quy mô thời gian. Một cách tơng tự, khi xét các khí hậu quá khứ, những bức tranh