Phát hiện hệ thống nước ngầm dưới lớp băng ở Nam Cực

Lần đầu tiên thiết lập thành công bản đồ hệ thống nước ngầm tuần hoàn

Nhiều nhà khoa học cho rằng nước ở thể lỏng là chìa khóa giúp nghiên cứu tính chất của các dòng băng. Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu ở Nam Cực đã phát hiện ra rằng, dưới các dòng băng là sự liên kết của hàng trăm con sông, hồ. Họ cũng chụp được hình ảnh các bồn trầm tích dày dưới các dòng băng, có khả năng chứa các hồ nước ngầm lớn nhất.

Tuy nhiên, cho đến nay, chưa ai xác nhận sự hiện diện của một lượng lớn nước ngầm trong các lớp trầm tích bên dưới dòng băng, cũng như cách mà lượng nước này hoạt động.

Theo Tạp chí Science, lần đầu tiên một nhóm nghiên cứu đã thiết lập thành công bản đồ hệ thống nước ngầm tuần hoàn khổng lồ trong các lớp trầm tích sâu ở Tây Nam Cực. Họ cho rằng, những hệ thống như vậy rất phổ biến ở Nam Cực và có những tác động đối với quá trình hình thành băng ở lục địa, thậm chí là biến đổi khí hậu.

Tác giả chính của nghiên cứu, ông Chloe Gustafson cho biết: "Chúng tôi đã tìm ra một lượng nước ngầm rất lớn. Lượng nước này có thể sẽ ảnh hưởng đến quá trình hình thành và tan chảy của dòng băng. Do vậy, chúng tôi cần tìm hiểu thêm và xây dựng mô hình hoạt động của lượng nước ngầm này”.

Winnie Chu, trợ lý Giáo sư tại Viện Công nghệ Georgia thuộc thành phố Atlanta, Mỹ, viết trong một bài bình luận về nghiên cứu được đăng trên tạp chí Science: "Phát hiện này làm nổi bật thủy văn nước ngầm, giữ vai trò quan trọng tiềm tàng trong việc hiểu tác động của dòng nước đối với động lực học của tảng băng ở Nam Cực".

Nỗ lực tìm kiếm và nghiên cứu

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã sử dụng radar và các thiết bị khác nhằm ghi lại hình ảnh dưới lớp băng Nam Cực. Những bức ảnh này cho thấy, sự tồn tại của các bể trầm tích nằm giữa lớp băng và nền đá gốc (lớp đá cứng, rắn làm nền móng cho các lớp cát và các trầm tích khác dưới đáy đại dương).

Tuy nhiên, do các bể trầm tích của Nam Cực sâu hơn so với các khu vực khác và phần lớn được bao phủ bởi lớp băng dày hơn, nằm ngoài tầm với của các thiết bị bay trên không, các mô hình hoạt động mới chỉ thể hiện được các hệ thống thủy văn bên trong hoặc ngay bên dưới lớp băng.

Có thể nói đây là một thiếu sót lớn. Hầu hết các bể trầm tích đang trong giai đoạn Oligocen - giai đoạn mở rộng - của Nam Cực đều nằm dưới mực nước biển và giữa lớp băng lục địa và các lớp băng nổi bao quanh lục địa. Các bể trầm tích này có thể đã hình thành dưới đáy biển trong thời kỳ mà nhiệt độ và mực nước biển cao hơn.

Nếu khí hậu nóng lên, các tảng băng bao quanh lục địa sẽ bị kéo về gần hơn, nước biển có thể tái xâm lấn các lớp trầm tích, các dòng sông băng phía dưới lớp băng sẽ bị đẩy về phía trước và nâng mực nước biển trên toàn thế giới lên mức cao hơn.

Các nhà nghiên cứu hiện đang tập trung vào nghiên cứu Dòng chảy băng Whillans rộng 96,6 km, một trong số 6 dòng băng cung cấp cho Thềm băng Ross lớn nhất thế giới, có diện tích tương đương Lãnh thổ Yukon của Canada. Nghiên cứu trước đó đã phát hiện ra một hồ dưới băng và một lưu vực trầm tích trải dài bên dưới dòng chảy này.

Vào cuối năm 2018, một máy bay trượt tuyết LC-130 của Không quân Mỹ đã thả ông Gustafson, cùng với nhà địa vật lý Lamont-Doherty Kerry Key, nhà địa vật lý Matthew Siegfried của Trường Mỏ Colorado Mỹ và vận động viên leo núi Meghan Seifert trên Whillans xuống Nam Cực.

Nhiệm vụ của họ là thiết lập bản đồ các lớp trầm tích và đặc tính của chúng rõ ràng hơn bằng cách sử dụng các thiết bị địa vật lý đặt trực tiếp trên bề mặt băng. Họ phải đối mặt với nhiều khó khăn, thử thách khi liên tục làm việc trong sáu tuần mà không có bất kỳ sự hỗ trợ nào nếu có sự cố.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là Magnetotellurics (MT), một phương pháp địa vật lý điện từ giúp đo lường độ dẫn điện dưới bề mặt của Trái đất từ các phép đo biến thiên trường địa từ và địa điện tự nhiên trên bề mặt Trái đất. Băng, trầm tích, nước ngọt, nước mặn và nền đá gốc đều có khả năng dẫn năng lượng điện từ ở các mức độ khác nhau.

Do vậy, bằng cách đo lường sự khác biệt giữa lượng năng lượng điện từ của các chủ thể này, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra các bản đồ giống như MRI, một kỹ thuật tạo hình cắt lớp sử dụng sóng từ trường và sóng radio, cho các chủ thể này.

Nhóm nghiên cứu đã chôn các thiết bị của họ trong các hố tuyết khoảng một ngày hoặc lâu hơn, sau đó thử nghiệm tại các địa điểm khác, cuối cùng họ đã thu được kết quả đo tại khoảng 40 địa điểm. Họ cũng phân tích lại các sóng địa chấn tự nhiên phát ra từ Trái đất, để giúp phân biệt nền đá gốc, trầm tích và băng.

Phân tích cho thấy, tùy thuộc vào vị trí khác nhau mà các lớp trầm tích sẽ kéo dài bên dưới lớp băng từ 0,5 km đến gần 2 km trước khi chạm đến nền đá gốc. Họ cũng xác nhận rằng các lớp trầm tích đều chứa lượng lớn nước ngầm. Các nhà nghiên cứu tính toán rằng nếu họ có thể ép nước ngầm từ các lớp trầm tích trong 100 km2, một hồ nước sâu từ 220m đến 820m sẽ được hình thành.