Một gia đình xạ hương ầm ầm dọc theo những đỉnh đồi hiểm trở nhìn ra cuộc diễu hành nhỏ của con người băng qua vùng lãnh nguyên Tây Greenland. Nhà sinh thái học Václava Hazuková, dẫn đầu, bắt đầu bước đi nhanh chóng khi chúng tôi đi bụi qua những cây liễu và bạch dương cao đến đầu gối. Nghiêng người về phía trước dưới một chiếc ba lô chứa đầy thiết bị có kích thước gần bằng một nửa kích thước của mình, cô bước cao qua “gối và nệm” – những đám cây xen kẽ với những máng băng vĩnh cửu ướt đẫm mưa. Hai lưỡi của mái chèo kayak nhô ra khỏi túi của Hazuková, hướng tới điểm đến của chúng tôi: Hồ SS85, một hồ nước nhỏ hình cỏ ba lá cách đó khoảng hai giờ.
Hồ SS85 là một trong hàng trăm hồ nằm rải rác trên vùng đất rộng 90 dặm giữa Dải băng Greenland cao chót vót và Biển Labrador. Trong nhiều thế kỷ, 85 và các vùng nước lân cận đã bị băng bao phủ hầu hết thời gian trong năm. Nhưng khi khí hậu ấm lên, các hồ ở vĩ độ cao – từ miền bắc Hoa Kỳ và Canada đến Scandinavia và Siberia – đã bắt đầu tan băng, trung bình sớm hơn một tuần và đóng băng muộn hơn 11 ngày so với một thế kỷ trước, theo Sapna. Sharma, nhà sinh vật học tại Đại học York ở Toronto. Tốc độ mất băng đã tăng lên trong 25 năm qua. Sharma cho biết nhiệt độ các hồ phía Bắc đang tăng nhanh hơn gấp đôi so với mức trung bình toàn cầu. Và không nơi nào khí hậu thay đổi nhanh hơn ở Bắc Cực.
Sổ cái về các bể chứa và nguồn cacbon cung cấp thông tin cho các mô hình mà các nhà khoa học sử dụng để dự đoán khí hậu tương lai của Trái đất.
Các khu rừng phương bắc và vùng đất thấp vùng cực không được phủ băng là quần xã có nhiều hồ nhất trên Trái đất, chiếm gần một nửa số hồ trên hành tinh tính theo diện tích bề mặt. Trong khi dữ liệu chính xác còn thưa thớt, một bản kiểm kê dựa trên vệ tinh năm 2015 ước tính có khoảng 3,5 triệu hồ bao phủ tổng diện tích khoảng 150.000 dặm vuông ở Bắc Cực. Nhưng do khó khăn trong việc tiến hành nghiên cứu ở vùng phía bắc xa xôi, người ta biết rất ít về cách các hệ sinh thái nước ngọt rộng lớn này phản ứng với những thay đổi sâu rộng đang diễn ra.
Một trong những câu hỏi quan trọng của các nhà khoa học là nhiệt độ tăng, mùa băng thu hẹp và lượng mưa ngày càng tăng dự kiến ở nhiều vùng ở Bắc Cực có thể ảnh hưởng đến chu trình carbon của các hồ như thế nào. Nói một cách đơn giản, chu trình này mô tả hoạt động của các vi khuẩn thủy sinh phân hủy vật chất hữu cơ – thải ra carbon dioxide và các loại khí nhà kính khác – và thực vật phù du hấp thụ carbon dioxide để xây dựng bộ xương của chúng – giải phóng oxy. Những hồ thải ra nhiều carbon dioxide hơn lượng chúng hấp thụ là carbon ròng nguồn.nguồntrong khi những chất ở trạng thái cân bằng sẽ loại bỏ carbon dioxide khỏi khí quyển bồn rửa.
Ở phía bắc băng giá, các hồ qua hàng thiên niên kỷ đã tích trữ lượng lớn carbon trong trầm tích. Nhưng liệu các điều kiện ở Bắc Cực đang thay đổi có đang chuyển các bể chứa thành các nguồn phát thải, giải phóng khí thải sẽ đẩy nhanh quá trình biến đổi khí hậu? Đó là điều mà Hazuková, một nghiên cứu sinh tiến sĩ về sinh thái học tại Viện Biến đổi Khí hậu của Đại học Maine, đang ở đây để tìm hiểu.
Các nhà nghiên cứu Václava Hazuková và Ansley Grider của Đại học Maine đi bộ qua vùng lãnh nguyên để nghiên cứu các hồ ở Tây Greenland.
Mariusz Potocki
Hazuková cho biết: “Chúng tôi đang cố gắng tìm hiểu lượng carbon ở Bắc Cực. Tiền đặt cọc rất cao: Sổ cái chứa và nguồn đó cung cấp thông tin cho các mô hình mà các nhà khoa học sử dụng để dự đoán khí hậu tương lai của Trái đất. Tuy nhiên, hiện tại, ước tính “gần như chỉ tập trung vào đất và thảm thực vật”, bà nói. “Nước ngọt hoàn toàn không được bao gồm.”
John Smol, nhà cổ sinh vật học tại Đại học Queens ở Kingston, Ontario, cho biết một số hệ thống nước ngọt này đang thay đổi “rất, rất nhanh”. Sự tan băng sớm hơn và đóng băng muộn hơn khiến các hồ tiếp xúc với nhiều ánh sáng, nhiệt hơn và tiếp xúc với thế giới bên ngoài nhiều hơn. Các tác động phức tạp ở các vĩ độ cao, chẳng hạn như các hồ trên đảo Ellesmere của Canada mà Smol đã nghiên cứu trong nhiều thập kỷ. Ông nói, thời gian không có băng mùa hè ở đó thường kéo dài nhiều nhất là sáu tuần. Với ánh sáng ban ngày 24 giờ trong mùa hè ở Bắc Cực, thời gian dưới lớp băng ít hơn sẽ giúp các hồ có nhiều thời gian dưới ánh mặt trời hơn đáng kể.
Tuy nhiên, các hồ ở Bắc Cực rất đa dạng và biến đổi khí hậu đang biểu hiện khác nhau giữa các khu vực. Ở những khu vực nơi lớp băng vĩnh cửu tan nhanh chóng sẽ giải phóng các kho thực vật và vật liệu hữu cơ khác đã từng đông lạnh vào hồ, vi khuẩn đang tận dụng lượng carbon bổ sung đó và thải ra carbon dioxide và metan. Các hồ Thermokarst như Hồ Giant Path của Alaska đang sôi sục rõ rệt do khí nhà kính thoát ra. Theo một nghiên cứu được thực hiện vào năm 2017 (trước mùa cháy rừng khắc nghiệt gần đây), trên khắp khu vực phương bắc, tổng lượng khí thải carbon dioxide hàng năm từ các hồ tương đương với lượng phát thải từ cháy rừng.
Dữ liệu từ Tây Greenland sẽ giúp lấp đầy khoảng trống thông tin quan trọng đối với các cảnh quan khô hạn tương tự ở Bắc Cực.
Nhưng lượng khí thải tăng lên đó có thể được bù đắp, ít nhất một phần, bởi các hồ thải ra ít hoặc thậm chí hấp thụ carbon. Trong một cuộc khảo sát năm 2019 về lưu vực sông Yukon của Alaska, nhà hóa sinh học Matthew Bogard đã tìm thấy các hồ ở khu vực khô ráo, bằng phẳng đó tạo ra lượng CO “không đáng kể”2 khí thải. Đó là bởi vì những hồ đó có ít mối liên hệ thủy văn với cảnh quan xung quanh, có nghĩa là hầu như không có chất hữu cơ nào được đưa vào hồ thông qua nước bên ngoài chảy vào, Bogard, hiện đang làm việc tại Đại học Lethbridge ở Alberta, giải thích.
Bogard thừa nhận rằng dữ liệu về lượng khí thải ở Bắc Cực nhìn chung rất chắp vá. “Chúng tôi cần thêm dữ liệu từ các khu vực chưa được nghiên cứu đầy đủ.”
Nhưng việc định lượng sản lượng khí của hồ đòi hỏi phải thực hiện nghiên cứu thực địa trên mặt đất để đặt các chuỗi cảm biến được neo vào lòng hồ và một chuyến đi khác để lấy chúng. Điều đó có nghĩa là phải đi bộ đường dài rất nhiều. Khi chúng tôi sải bước trên vùng lãnh nguyên trong chuyến thăm địa điểm nghiên cứu của Hazuková gần Kangerlussuaq vào tháng 7 năm 2023, cô ấy mô tả mục tiêu của mình: cung cấp các phép đo đầu tiên trong nhiều mùa về lượng khí thải carbon dioxide từ các hồ ở địa hình khô cằn này. Giống như các hồ ở lưu vực sông Yukon, các hồ ở Tây Greenland cũng nhận được rất ít dòng chảy từ môi trường xung quanh và Hazuková hy vọng chúng sẽ là bể chứa carbon trong mùa hè thường không có mưa. Bà cho biết, dữ liệu từ Tây Greenland sẽ giúp lấp đầy khoảng trống thông tin quan trọng đối với các cảnh quan khô hạn tương tự, chiếm khoảng 25% diện tích khu vực hồ Bắc Cực.
Bong bóng khí metan trong một hồ nước đóng băng ở Greenland.
Adam Sebire
Ngoại trừ mùa hè này không bình thường. Trên khắp Bắc bán cầu, năm 2023 sẽ trở thành mùa hè nóng nhất được ghi nhận, theo Cơ quan Biến đổi Khí hậu Copernicus của Liên minh Châu Âu. Ở Tây Greenland, chúng ta thấy mưa ngày này qua ngày khác. Mọi người ở Kangerlussuaq đang nói về thời tiết đặc biệt. Cư dân lâu năm Vivi Grønvald nói với tôi rằng cô ấy chưa bao giờ thấy một mùa hè ẩm ướt như thế này. “Cứ như thể chúng ta chưa hề có một mùa hè vậy,” cô than thở. Nhà khí hậu học Sean Birkel, nhà phát triển Công cụ phân tích khí hậu của Đại học Maine, cho thấy khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 7 đã phá vỡ kỷ lục về lượng mưa ở Tây Greenland kể từ năm 1940. Birkel liên kết lượng mưa cực lớn trong mùa với các dị thường hoàn lưu lớn, bao gồm cả gió Bắc Đại Tây Dương yếu bất thường, có khả năng liên quan đến El Niño năm 2023.
Đối với các nhà khoa học về hồ, tất cả những cơn mưa đó khiến công việc trở nên u ám. Đồng trưởng dự án Jasmine Saros, một nhà sinh thái học của Đại học Maine, người đã làm việc trong khu vực này hơn một thập kỷ, cho biết thông thường, những hồ này trong vắt như pha lê. Nhưng năm nay nước lại có màu cà phê. Saros nói: “Đây là lần đầu tiên tôi nhìn thấy những hồ nước như thế này. “Vì thế tối tăm.”
Nhiệt độ trung bình hàng năm ở Greenland đã tăng 3 độ C trong những thập kỷ gần đây và các hồ bắt đầu tan băng sớm hơn một tuần.
Nước đục khiến nhóm gần như không thể lấy được CO2oxy hòa tan và cảm biến ánh sáng từ nửa tá hồ mà chúng đã được triển khai bốn tháng trước đó. Tại Hồ SS85, Hazuková và đồng nghiệp Mariusz Potocki, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Maine, hạ thủy một chiếc thuyền bơm hơi nhỏ mà họ đã kéo qua vùng lãnh nguyên. Trong vài giờ tiếp theo, họ quay vòng tròn xung quanh tọa độ nơi được cho là của chuỗi nhạc cụ. Trong khi Potocki chèo thuyền, Hazuková một tay cầm thiết bị định vị GPS và tay kia cầm ô, cố gắng che chắn mặt hồ để cô có thể nhìn xuống vực sâu mờ mịt bên dưới. Trời mưa. Sau đó, nó mưa đá. Sau đó trời lại mưa. Cuối cùng họ bỏ cuộc.
Ngày hôm sau thành công hơn. Tại một hồ nước đẹp như tranh vẽ có tên SS1590 (Cơ quan Khảo sát Địa chất Đan Mạch và Greenland đưa ra những con số này không theo thứ tự rõ ràng), Hazuková và những người giúp đỡ lại chèo thuyền ra ngoài. Mặc dù năm 1590 cũng tối như năm 85, nhưng lần này họ tìm và lấy được cả ba cảm biến khi Saros quan sát từ trên bờ. Lưu vực hồ rực sáng với những cây đỗ quyên nhỏ màu hoa hồng. Và rải rác trên đó là phân của tuần lộc tuần lộc, loài có những chùm lông trắng tung bay trong đám liễu, nơi lũ parmigan ẩn náu. Một mái vòm băng hình lỗ châu mai nhìn qua những ngọn núi ở phía chân trời.
Hazuková, phía trước, và nhà nghiên cứu Jasmine Saros của Đại học Maine lấy lõi trầm tích từ một hồ nước ở Tây Greenland.
Mariusz Potocki
Saros đã quan sát thấy một số thay đổi lớn khi hệ sinh thái hồ trong khu vực phản ứng với biến đổi khí hậu. Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm ở Greenland đã tăng 3 độ C kể từ cuối thế kỷ trước. Các hồ đột ngột bắt đầu tan băng gần một tuần trước đó.
Tuy nhiên, hiện nay, “sự biến động đang gia tăng”, Saros nói. Giống như một con tàu chao đảo trước khi rơi xuống, băng tan đã dao động từ đầu đến cuối trong vài năm qua. Năm nay đã muộn, dưới bầu trời nhiều mây bất thường. Và với tất cả lượng mưa từ vùng lãnh nguyên, Saros dự đoán hàm lượng carbon trong hồ – và CO2 đầu ra – sẽ nhảy.
Điều đó trở nên rõ ràng vào ban đêm trong phòng thí nghiệm. Sau một ngày dài đi bộ, kéo và chèo thuyền, Hazuková và Saros chuyển đến không gian làm việc ngổn ngang thiết bị của họ tại trạm nghiên cứu của Quỹ Khoa học Quốc gia ở Kangerlussuaq để kiểm tra kết quả trong ngày.
Hazuková nói, nghiêng người về phía màn hình máy tính chứa đầy những con số: “Dữ liệu mà chúng tôi thu được từ các cảm biến carbon cho thấy tất cả các hồ đều là nguồn carbon”. “Từ tháng 4 đến nay, chúng luôn là nguồn carbon.”
Lượng khí thải hồ tăng lên có thể tăng tốc độ tan băng ở Bắc Cực, thúc đẩy nhiều khí thải hơn và băng tan nhiều hơn.
Điều đó trái ngược với những gì các nhà nghiên cứu mong đợi. Hazuková phản ánh: “Lý do chúng tôi bắt đầu nghiên cứu này là vì chúng tôi nghĩ những hồ này sẽ là bể chứa carbon, ít nhất là trong mùa hè… vì chúng không nhận được chất hữu cơ để cung cấp năng lượng cho quá trình hô hấp”. “Nhưng những gì chúng ta thấy trong năm nay là chưa từng có.”
Trên thực tế, chưa từng có tiền lệ đến mức Hazuková và Saros quay trở lại Kangerlussuaq vào tháng 8 để có cái nhìn khác. Họ tăng tốc trên cùng một tuyến đường, đi được khoảng 60 dặm trong một tuần. Thời tiết Tây Greenland đã trở lại với những ngày hè nắng dài không mưa thường thấy. Hazuková cho biết, các hồ vẫn có màu nâu nhưng nồng độ carbon dioxide trong chúng đã giảm và một số hồ lại một lần nữa hoạt động giống như bồn rửa.
Tất nhiên, một năm bất thường không tạo nên xu hướng. Và không có hai hồ nào hoạt động giống nhau: chính mức tăng hoặc giảm ròng của chúng sẽ quyết định tổng lượng carbon. Nhưng phản ứng nhanh chóng của những hồ này trước sự thay đổi của thời tiết có thể mang lại một cái nhìn thoáng qua về đường chân trời. Bogard nói: Nếu ở vùng Bắc Cực có thời tiết ấm hơn, các hồ thường lưu trữ carbon chuyển sang thải carbon vào bầu khí quyển vốn đã quá tải của chúng ta, thì “điều này rõ ràng sẽ có tác động phản hồi tích cực đến hệ thống khí hậu”.
Lượng khí thải hồ tăng lên có thể tăng tốc độ tan băng ở Bắc Cực, thúc đẩy nhiều khí thải hơn và băng tan nhiều hơn. Các tác động sẽ được cảm nhận trên toàn cầu.
Smol nói: “Những gì xảy ra ở Bắc Cực ảnh hưởng đến tất cả chúng ta. Nó chỉ bắt đầu xảy ra ở đó đầu tiên.