Lõi băng được định tuổi bằng cách đếm các lớp tuyết từng năm ở những nơi tuyết rơi nhiều như Greenland, kết hợp mốc núi lửa và mô hình dòng chảy băng ở nơi tuyết rơi ít như nội địa Nam Cực. Càng sâu, sai số càng lớn.
Một lõi băng nhìn qua chỉ là những ống trụ trong suốt dài khoảng một mét, xếp trong khay kim loại ở kho lạnh. Nhưng mỗi ống là tuyết rơi của vài năm, vài chục năm, hay ở đoạn sâu là vài nghìn năm bị ép mỏng. Câu hỏi đầu tiên với mọi lõi băng không phải là khí hậu xưa ra sao, mà là đoạn này tuổi bao nhiêu. Không có thang tuổi, mọi phép đo hoá học trên băng chỉ là dãy số không có trục thời gian.
Lõi băng là gì và được lấy lên thế nào?
Ở những nơi tuyết rơi nhiều hơn tan, tuyết mỗi năm chồng lên tuyết năm trước. Lớp trên đè lớp dưới, tuyết bị nén thành một lớp trung gian xốp gọi là firn, rồi sâu hơn nữa thành băng đặc. Khối băng ở Greenland dày tới khoảng 3 km, ở Nam Cực có nơi hơn thế.
Để lấy mẫu, đội khoan dùng mũi khoan rỗng hình ống thả xuống bằng cáp, cắt quanh một trụ băng rồi kéo lên từng đoạn. Một lỗ khoan sâu có thể mất vài mùa hè mới tới gần đáy. Lõi được đánh dấu độ sâu, cắt khúc, giữ lạnh liên tục từ bãi khoan tới kho, vì chỉ cần tan một phần là các lớp mỏng bị xoá và khí trong băng bị nhiễm.
Lớp năm trong băng nhận ra bằng gì?
Bằng mắt ở đoạn nông
Tuyết mùa hè và mùa đông khác nhau về kích thước tinh thể, độ xốp, lượng bụi. Ở đoạn nông của những nơi tuyết rơi dày, chiếu đèn qua lõi có thể thấy những dải sáng tối xen kẽ. Nhưng mắt thường nhanh chóng chịu thua khi các lớp bị ép mỏng.
Bằng hoá học và vật lý theo mùa
Nhiều đại lượng thay đổi theo mùa: tỷ lệ đồng vị oxy và hydro của nước phản ánh nhiệt độ lúc tuyết rơi, nên cao vào mùa hè, thấp vào mùa đông. Bụi khoáng, muối biển, một số ion hoá học cũng có nhịp mùa. Người ta làm tan liên tục một dải băng và đo hàng chục chỉ số dọc theo chiều dài, rồi đếm các chu kỳ như đếm vòng cây.
Bằng độ dẫn điện
Kéo hai điện cực dọc theo mặt băng đã cắt phẳng, độ dẫn điện thay đổi theo lượng axit trong băng. Phép đo này nhanh, cho dãy dữ liệu liên tục, đặc biệt nhạy với các lớp axit do núi lửa phun trào để lại.
Vì sao ở Greenland đếm được, còn nội địa Nam Cực thì khó?
Ở những điểm khoan ở Greenland, tuyết rơi tương đối nhiều, mỗi năm để lại một lớp đủ dày để tách mùa hè, mùa đông. Nhờ vậy các nhà nghiên cứu đã dựng thang tuổi bằng đếm lớp năm cho khoảng 60.000 năm gần nhất. Đoạn sâu hơn, các lớp quá mỏng, phải chuyển sang mô hình và mốc.
Ở vùng nội địa cao của Nam Cực, như vùng Dome C, lượng tuyết rơi mỗi năm rất ít, khí hậu khô như sa mạc. Một năm chỉ để lại vài centimét tuyết, sau khi nén còn mỏng hơn nữa, không đủ để tách mùa. Bù lại, vì tuyết tích tụ chậm, cùng một độ dày băng chứa được thời gian dài hơn nhiều. Lõi băng của dự án EPICA ở Dome C chứa băng khoảng 800.000 năm, lõi Vostok khoảng 400.000 năm.
Một lõi băng được chia và lưu giữ ra sao?
Lõi băng là mẫu không thể lấy lại: khoan một lần, tốn nhiều năm và nhiều tiền. Vì vậy mỗi đoạn được cắt dọc thành nhiều thanh theo một sơ đồ định sẵn. Một thanh dành cho đo liên tục bằng cách làm tan, một thanh cho phân tích khí, một thanh cho bụi và tro, và luôn có một thanh lưu trữ nguyên vẹn, để dành cho những câu hỏi và thiết bị của thế hệ sau.
Các kho lưu trữ giữ băng ở nhiệt độ rất thấp, thường quanh âm hai, ba chục độ C. Mỗi thanh mang mã độ sâu chính xác tới milimét, vì toàn bộ thang tuổi được dựng trên trục độ sâu: tuổi là hàm của độ sâu. Khi một phòng thí nghiệm phát hiện điều gì mới ở một độ sâu, mọi nhóm khác tra ngay được lớp đó thuộc năm nào theo thang tuổi chung, và ngược lại, một mốc mới tìm được có thể buộc cả thang tuổi phải chỉnh lại.
So sánh cách định tuổi ở hai vùng băng
Hai vùng bổ sung cho nhau: một bên chính xác, một bên dài.
| Tiêu chí | Greenland (điểm khoan tuyết rơi nhiều) | Nội địa Nam Cực (tuyết rơi ít) |
|---|---|---|
| Độ dày lớp năm ở đoạn nông | Đủ dày để đếm mùa | Quá mỏng, khó tách mùa |
| Cách định tuổi chính | Đếm lớp năm, kiểm bằng mốc núi lửa | Mô hình dòng chảy băng, ghép với mốc và đường cong chuẩn |
| Độ dài bản ghi | Khoảng hơn 100.000 năm | Khoảng 800.000 năm ở lõi dài nhất đã công bố đầy đủ |
| Sai số | Vài năm ở đoạn gần, tăng dần, tới vài phần trăm ở khoảng 60.000 năm | Thường tính bằng nghìn năm ở đoạn sâu |
| Thế mạnh | Dựng biến đổi khí hậu nhanh tới mức từng năm, từng thập kỷ | Theo dõi nhiều chu kỳ băng hà – gian băng |
Các con số trên là mức phổ biến trong tài liệu khoa học, nên đọc như khoảng; các dự án mới đang khoan tìm băng liên tục trên một triệu năm ở Nam Cực.
Vì sao càng xuống sâu sai số càng lớn?
Lớp bị ép mỏng và chảy ngang
Băng không đứng yên mà chảy chậm từ vùng cao ra rìa. Dưới sức nặng phía trên, lớp sâu bị ép mỏng và kéo giãn ngang. Một lớp năm dày vài chục centimét ở gần mặt có thể chỉ còn vài milimét ở độ sâu vài kilômét. Khi lớp mỏng hơn độ phân giải của thiết bị đo, phép đếm không còn tách được.
Sai số đếm cộng dồn
Mỗi lần người đếm bỏ sót hay đếm thừa một lớp mờ, lỗi đó mang theo xuống mọi lớp phía dưới. Vì vậy thang đếm ghi kèm sai số tối đa tăng theo độ sâu. Người ta còn đánh dấu những lớp không chắc là nửa lớp để tính sai số trung thực hơn.
Gần đáy, băng có thể bị xáo
Ở sát nền đá, băng có thể bị gấp nếp, trộn lẫn hoặc tan một phần do nhiệt từ lòng đất. Đoạn này thứ tự lớp không còn tin được, nên các nhà nghiên cứu thường cắt bỏ khi dựng thang tuổi.
Lỗi hay gặp khi đọc tin về lõi băng
Nhầm tuổi băng với tuổi khí trong băng. Khí bị nhốt khi firn đóng kín ở độ sâu nhất định, nên khí luôn trẻ hơn lớp băng bao quanh nó; đây là chủ đề riêng cần đọc kỹ.
Coi con số 800.000 năm chính xác như 1.000 năm. Đoạn gần có sai số vài năm, đoạn sâu sai số có thể vài nghìn năm.
Nghĩ rằng băng ở đâu cũng cổ như nhau. Băng ở sông băng núi cao vùng nhiệt đới thường trẻ hơn nhiều so với Nam Cực; độ tuổi tuỳ lượng tuyết, độ dày và dòng chảy.
Bỏ qua vai trò mốc chung. Lớp tro núi lửa, đỉnh beryli-10 giúp ghép thang tuổi của các lõi khác nhau; đọc kết quả nên xem thang tuổi được kiểm bằng mốc nào.
Câu hỏi thường gặp
Lõi băng cổ nhất có tuổi bao nhiêu?
Lõi băng liên tục dài nhất đã công bố đầy đủ ở Dome C, Nam Cực chứa băng khoảng 800.000 năm. Các dự án mới đang khoan tìm băng liên tục trên một triệu năm.
Làm sao biết một lớp băng là một năm?
Nhờ các đại lượng thay đổi theo mùa như đồng vị oxy, bụi, ion hoá học. Mỗi chu kỳ mùa hè – mùa đông là một năm, đếm như vòng cây.
Vì sao lõi băng Nam Cực không đếm được từng năm?
Vì vùng nội địa Nam Cực tuyết rơi rất ít, mỗi năm chỉ để lại lớp quá mỏng để tách mùa. Tuổi được tính bằng mô hình dòng chảy băng kết hợp các mốc.
Sai số tuổi của lõi băng là bao nhiêu?
Ở đoạn gần, thang đếm Greenland sai vài năm; ở khoảng 60.000 năm sai số tối đa cỡ vài phần trăm. Đoạn sâu ở Nam Cực sai số thường tính bằng nghìn năm.
Firn là gì?
Firn là lớp tuyết đã nén nhưng còn xốp, nằm giữa tuyết mới và băng đặc. Không khí trong firn còn thông với bên ngoài cho tới khi lỗ xốp đóng kín ở đáy lớp này.