Với rùa biển và cửa hiểu lướt sóng, Đảo Lớn của Hawaii giống một thế giới nước nhiệt đới. Tuy nhiên đối với các nhà khoa học khí hậu, đó là địa điểm lý tưởng để nghiên cứu không khí có độ ẩm thấp và những quá trình khử nước trong khí quyển.
Từ đỉnh Mauna Loa – 11.000 phút phía trên những bãi biển đầy dừa của Hawaii – các nhà khoa học khí hậu David Noone và Joe Galewsky có thể theo dõi hơi nước để di chuyển đến xích đạo và vùng cực. Họ là những người đầu tiên cố gắng kiểm tra chỉ dấu hóa học của hơi nước trong thời gian thực để tìm hiểu những quá trình kiểm soát chu kỳ nước toàn cầu.
Galewsky, giáo sư tại Đại học New Mexico, cho biết: “Không có nơi nào khác để thực hiện những đo lường này. Một thiết bị tại đây và ở giữa Thái Bình Dương có thể cung cấp cho chúng ta thông tin về toàn bộ bán cầu Bắc”.
Hiện ra lờ mờ bên trên những lớp thời tiết địa phương, không khí trên đỉnh Mauna được làm ẩm từ những nơi cách đó hàng trăm kilomet. Noone, giáo sư tại Đại học Colorado tạo Boulder, đồng thời làm việc tại Học viện nghiên cứu khoa học môi trường, cho biết: “Từ độ cao này bạn có thể nhìn thấy ranh giới giữa những đám mây bên dưới và bầu trời trong vắt bên trên (độ ẩm thấp). Nó gây cảm hứng cho chúng tôi, bạn có thể nhìn thấy cái mình đang đo”.
Charles Keeling, người tiên phong.
Độ cao đặc biệt và sự cô lập của Mauna Loa là lý do mà ngọn núi này được chọn để đo lượng cácbon dioxit 50 năm trước. Do Charles Keeling đi tiên phương, cuộc khảo sát này cho thấy nồng độ CO2 toàn cầu đang tăng lên với nhịp độ rất nhanh. Thiết bị ban đầu vẫn nằm tại một tòa nhà nhỏ cạnh trạm chính của Đài thiên văn mauna Loa. Noon echo biết: “Chúng tôi thích nghĩ rằng mình đang theo bước của Keeling”.
Trên thưuc tế, qua nghiên cứu thực tế do Quỹ khoa học quốc gia tài trợ, Noone và Galewsky đang kiểm tra định lượng của một khí nhà kính có tầm quan trọng tương đương. Giống như CO2, hơi nước cũng giữ và phát nhiệt quay trở lại hành tinh. Hiểu rõ quy trình kiểm soát độ ẩm khí quyển có ý nghĩa quyết định để dự đoán mức độ của hiện tượng ấm lên toàn cầu trong tương lai.
Noone giải thích: “Không nghi ngờ gì rằng CO2 là nguyên nhân chính của những thay đổi trong khí hậu của hành tinh chúng ta. Nhưng rất nhiều thay đổi chúng ta quan sát thấy phụ thuộc vào sự thay đổi của chu kỳ nước, và lượng hơi nước trong không khí”.
Đồng vị khí quyển trong thời gian thực
Để theo dõi hơi ẩm chuyển hóa trên Mauna Loa, các nhà khoa học nghiên cứu những đầu mối do đồng vị oxy và hydro tạo ra. Những phân tử nước với nguyên tử nặng ngưng tự lại. Các nhà khoa học sử dụng thực tế này để xác định liệu việc hình thành và kết tủa của mây có ảnh hưởng đến không khí, cũng như nhận biết con đường mà nó di chuyển. Theo cách này, họ lập ra bản đồ của chu trình di chuyển của nước trong không khí.
| Con đường ngoằn ngoèo lên vùng dung nham của Muân Loa nằm trên mấy. (Ảnh: CIRES, Đại học Colorado tại Boulder). |
Ý tưởng đo đồng vị khí quyển trong thời gian thực vẫn còn mới, do đó các nhà khoa học không để lại bất cứ điều gì cho may rủi. Họ sử dụng tất cả các thiết bị có sẵn để kiểm tra nồng độ của oxy và hydro nặng: hai máy phân tích laze tự động, hai vệ tinh, một loạt các túi cầm tay, và những túi chứa nước khô tự làm được lắp ráp từ ống phẫu thuật và bộ phận của bể cá.
Galewsky, người giống như Noone cũng là một nhà nghiên cứu khi hậu và sử dụng hầu hết thời gian trước màn hình máy tính, nói đùa: “Tôi tưởng tượng rằng tự thọc mạnh vào mình và nằm bất tỉnh giữa Đương Saddle trên Mauna Loa”.
Ngược với những máy phân tích mới, túi chứa nước và mẫu phải được hoạt động theo quy luật tự nhiên và căn để trùng với vệ tinh đi qua. Không may cho các nhà khoa học, điều này có nghĩa rằng phải lấy mẫu lúc 2 giờ sáng, khi nhiệt độ trên những vùng dung nham trên Mauna Loa gần như đóng băng. Trong hai tiếng giữa đêm khuya, những túi bẫy phải được liên tục tắm trong khói của băng khô.
Đo phản hồi đối với thay đổi khí hậu
Quay trở lại lục địa, Noone và Galewsky sẽ làm việc với các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm phản lực của NASA để so sánh những đo lường từ những thiết bị mặt đất với máy quang phổ trên vệ tinh Aura của NASA. Việc này sẽ giúp họ sử dụng những quan sát tách biệt để theo dõi hơi nước trên quy mô toàn cầu và chuẩn đoán những thay đổi lớn trong chu kỳ nước khi hành tinh ấm lên.
Máy phân tích thời gian thực cung cấp cho các nhà khoa học một cơ hội khác: khả năng thực hiện những phép đo lường mở rộng về độ ẩm của khí quyển ở những vị trí quan trọng như Mauna Loa. Noone và Galewsky tin rằng những phép đo lường đó có thể phát triển thành kiểm soát hơi nước lâu dài, tương tự chương trình kiểm soát CO2 toàn cầu lấy cảm hứng từ nghiên cứu trước đây của Keeling.
Noone cho biết: “Lợi thế của đồng vị trong hơi nước đó là chúng có thể giúp chúng tôi đo phản hồi thực đối với thay đổi khí hậu, chứ không phải tác động gián tiếp”.
Khi mạng lưới theo dõi hơi nước trở thành hiện thực, các nhà khoa học khí hậu sẽ có thể làm nhiều hơn là dự đoán sự ấm lên của hành tinh dựa trên lượng CO2 giải phóng. Họ sẽ có thể xác định những cách cơ bản mà hoạt động con người đang thay đổi thời tiết và khí hậu.