Hé mở bí mật của các vụ phun trào núi lửa trong quá khứ

Một đoàn nghiên cứu Mỹ và Pháp vừa phát triển một phương pháp có khả năng xác định sử ảnh hưởng của việc phun trào núi lửa trong quá khứ đến khí hậu và hóa học của tầng khí quyển cao và có thể làm giảm một cách đáng kể các sai sót trong các mô hình dự báo sự thay đổi khí hậu tương lai.

Trong tạp chí “Science” số ra ngày 5 tháng 1, các nhà khoa học của trường Đại Học California, San Diego, Trung Tâm Nghiên Cứu Khoa Học Quốc Gia CNRS và Trường Đại Học Grenoble ở Pháp đã cho biết rằng, dấu vết hóa học của bụi phóng xạ từ các vụ núi lửa trước đây có thể cho biết các chất phun ra từ núi lửa đạt tới độ cao bao nhiêu và những phản ứng hóa học nào đã diễn ra khi các chất đó ở trong bầu khí quyển.

Công trình nghiên cứu này đặc biệt có ý nghĩa rất lớn bởi vì ảnh hưởng của các phần tử khí quyển hay hạt aerosol, là một điều còn chưa được biết rõ trong mô hình dự đoán khí hậu, ông Mark Thiemens, giáo sư sinh hóa và hóa học, trưởng khoa Khoa Học Vật Lý của trường Đại Học California, San Diego cho biết.

Ông Joel Savarino đang thu thập các mẫu tuyết tại khu vực Doem C (Ảnh: Joel Savarino, CNRS)

“Trong các dự đoán về hiện tượng nóng lên toàn cầu thì phần lớn sự sai sót trong các dự đoán là do các hạt aerosol,” Ông Thiemens giải thích (phòng thí nghiệm của ông là nơi phát triển phương pháp dựa trên sự đo lường đồng vị lưu huỳnh) “Giờ đây, chúng tôi đã có thể giải thích tất cả các phản ứng hóa học cần có sulfate và điều này sẽ giúp loại bỏ những điều chưa rõ ràng về cách mà những hạt này được tạo ra và vận chuyển như thế nào. Đó là một phương pháp rất quan trọng trong việc giải quyết sự thay đổi khí hậu.”

Xác định được độ cao của vụ phun trào núi lửa trước đây có thể mang lại những thông tin quan trọng về ảnh hưởng của nó lên khí hậu. Nếu các chất phun ra từ núi lửa chỉ đạt đến độ cao ở tầng khí quyển thấp hơn thì các ảnh hưởng khá cục bộ và tồn tại trong một thời gian khá ngắn bởi vì các chất này sẽ được mưa xóa sạch. Nhưng nếu sự phun trào đạt tới độ cao cao hơn, lên tới tầng bình lưu thì nó sẽ có một ảnh hưởng rất lớn đến khí hậu.

“ Trong tầng bình lưu, sulfur dioxide bắt nguồn từ mácma, bị oxi hóa và hình thành nên những giọt axit sulfuric,” Ông Joël Savarino, nhà khoa học tại trung tâm CNRS và trường đại học Grenoble, đứng đầu nghiên cứu này cho biết. “Lớp axit này có thể sẽ tồn tại nhiều năm trong tầng bình lưu bởi vì không có nước trong phần khí quyển này. Lớp axit này vì vậy sẽ hoạt động như một cái chăn, phản chiếu ánh mặt trời và do đó làm giảm nhiệt độ ở mặt đất một cách đáng kể và trong vòng nhiều năm.”

Để phân biệt các phun trào núi lửa đạt tới độ cao ở tầng bình lưu với các phun trào không đạt tới độ cao này, các nhà khoa học kiểm tra các đồng vị lưu huỳnh trong bụi phóng xạ được lưu giữ trong băng ở Nam Cực. Các chất phun ra từ núi lửa được mang đến đó bởi các luồng không khí. Ông Thiemens, ông Savarino và hai sinh viên của mình đã đi đến Nam Cực và phục hồi các vật mẫu bằng cách đào các hố tuyết gần Nam Cực và khu vực Dome C.

Lưu huỳnh đạt ở độ cao tới tầng bình lưu, trên tầng oxone, sẽ tiếp xúc với ánh sáng cực tím có bước sóng ngắn. Sự tiếp xúc với tia UV này tạo ra một tỷ lệ đáng kể các đồng vị lưu huỳnh. Vì vậy, đặc điểm đặc trưng của đồng vị lưu huỳnh trong bụi phóng xạ có thể cho biết liệu một phun trào núi lửa có đạt tới độ cao ở tầng bình lưu hay không.

Để phát triển phương pháp này, nhóm nghiên cứu tập trung vào hai vụ phun trào núi lửa. Và theo các đo đạc đồng vị thì cả hai phun trào này, phun trào Agung năm 1963 ở Bali và phun trào Pinatubo năm 1991 ở Philippine, đều đạt tới độ cao ở tầng bình lưu.

“Các núi lửa trẻ có lợi thế là đã được các thiết bị hiện đại, như là vệ tinh hoặc máy bay, ghi lại các thông tin về chúng,” Ông Savarino, người bắt đầu thực hiện nghiên cứu của mình trong các đo đạc đồng vị lưu huỳnh khi ông là tiến sĩ khoa học làm việc với ông Thiemens, cho biết. “Chúng tôi vì thế có thể so sánh kết quả đo đạc của mình về bụi phóng xạ được lưu giữ trong tuyết với các quan sát khí quyển.”

Kết quả là, các đo đạc đồng vị của họ chẳng những phù hợp với các quan sát khí quyển mà họ còn có thể phân biệt giữa vụ phun trào núi lửa Pinatubo với vụ phun trào núi lửa Cerro Hudson xảy ra cùng năm đó. Vụ phun trào núi lửa Cerro Hudson không “gửi” các chất nó phun ra đến tầng bình lưu và bụi phóng xạ từ vụ phun trào Cerro Hudson để lại dấu vết đồng vị lưu huỳnh khác với bụi phóng xạ từ vụ phun trào Pinatubo.

Các chất phun ra từ núi lửa của các vụ phun trào cách đây lâu năm hơn nữa được lưu giữ ở Nam Cực nhưng các lớp tuyết thay đổi theo mùa, sâu hơn và lâu năm hơn lại cực kỳ mỏng vì do áp lực của lớp tuyết nằm bên trên.Vì vậy, hiện giờ không thể lấy đủ bụi phóng xạ từ tuyết để áp dụng phương pháp đồng vị cho tất cả các vụ phun trào núi lửa trong quá khứ. Tuy nhiên, Dữ liệu từ những vụ phun trào trong những năm qua đã cho biết những phản ứng hóa học lưu huỳnh nào diễn ra trong tầng khí quyển cao.

Một vài nhà khoa học đề nghị rằng nếu hiện tượng nóng lên toàn cầu trở nên nghiêm trọng thì lưu huỳnh có thể được “tiêm” vào tầng bình lưu để ngăn chặn một số phóng xạ mặt trời và làm giảm nhiệt độ. Ông Thiemens giải thích rằng, hiểu được các phản ứng hóa học lưu huỳnh trong tầng bình lưu là một việc cực kỳ quan trọng trong việc xác định được liệu phương pháp này có hiệu quả hay không.

“Lưu huỳnh có thể gây ra hiện tượng nóng lên hoặc lạnh lên tùy vào cách mà chúng được tạo ra,” Ông nói. “Chúng thường là những phần tử trắng, có khuynh hướng phản chiếu ánh sáng, nhưng nếu chúng được tạo ra trên các phần tử đen như bồ hóng thì chúng có thể hấp thụ nhiệt và làm cho tình trạng nóng lên tồi tệ hơn.”

Thanh Vân