Tìm ra thước đo để xác định ô nhiễm tại Bắc Cực và hòn đảo lớn nhất thế giới

Theo một báo cáo trên tạp chí Nature Geoscience, tác động của ô nhiễm đối với Bắc Cực bắt đầu ngay từ thời đại công nghiệp, khi việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch diễn ra tràn lan. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra dấu chân ô nhiễm này ở một nơi không ngờ tới: Bắc Cực. Họ đã đo được sự suy giảm trong không khí của một sản phẩm phụ trong quá trình hoạt động của thực vật phù du biển . Sản phẩm phụ đó được gọi là axit methanesulfonic hay MSA, được lưu lại trong lõi băng khi ô nhiễm không khí bắt đầu gia tăng.

Thực vật phù du là loài chính trong chuỗi thức ăn ở đại dương và chu trình carbon. Chúng còn được coi là chỉ số báo hiệu về phản ứng của đại dương đối với biến đổi khí hậu. Các nhà khoa học đã sử dụng MSA như một dấu hiệu về năng suất thực vật phù du giảm từ đó cho thấy hệ sinh thái đại dương đang gặp nguy hiểm.

Nhưng nhóm nghiên cứu từ Dartmouth báo cáo rằng MSA cũng giảm mạnh trong môi trường có lượng khí thải cao do đốt nhiên liệu hóa thạch, ngay cả khi số lượng thực vật phù du ổn định. Các chương trình tính toán của họ cho thấy rằng những khí thải này khiến phân tử ban đầu mà thực vật phù du tạo ra là dimethyl sulfide, đã bị biến thành sulfat thay vì MSA. Hậu quả là giảm đáng kể mức MSA.

Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy sự kiện MSA sụt giảm đột ngột trùng với thời điểm bắt đầu công nghiệp hóa. Khi Châu Âu và Bắc Mỹ bắt đầu đốt một lượng lớn nhiên liệu hóa thạch vào giữa những năm 1800, MSA bắt đầu giảm mạnh trong lõi băng Greenland. Sau gần một thế kỷ, dấu hiệu sinh học này trong lõi băng từ Alaska đã thêm một lần giảm mạnh vào thời điểm Đông Á trải qua quá trình công nghiệp hóa quy mô lớn.

Tác động lâu dài của ô nhiễm không khí

Jacob Chalif là tác giả phác thảo nghiên cứu và là nghiên cứu sinh trong phòng thí nghiệm của tác giả chính Erich Osterberg - Phó giáo sư khoa học Trái đất tại Dartmouth. Chalif cho biết “Nghiên cứu của chúng tôi là một ví dụ điển hình về cách ô nhiễm không khí có thể thay đổi đáng kể thành phần hóa học của khí quyển cách xa hàng nghìn dặm.

Bằng cách thải tất cả lượng ô nhiễm này ra thế giới, chúng ta đang thay đổi cơ bản các chu trình khí quyển. Thực tế là những vùng xa xôi ở Bắc Cực đã chứng kiến ​​những vết chân ô nhiễm không thể phủ nhận của con người. Điều đó cho thấy rằng thực sự không có góc nào trên hành tinh này mà chúng ta chưa chạm đến".

Osterberg là người đã thu thập lõi băng vào năm 2013 và chỉ đạo việc khai thác lõi băng dài 200 mét từ Khu bảo tồn Denali (Alaska) mà các nhà nghiên cứu sử dụng trong quá trình phân tích. Osterberg cho biết: “Nghiên cứu mới này đã giải quyết một bí ẩn kéo dài nhiều năm về tầm quan trọng của MSA với môi trường biển”.

Lõi Denali chứa một thiên niên kỷ dữ liệu khí hậu dưới dạng bong bóng khí, hạt và hợp chất bị mắc kẹt trong băng, gồm cả MSA. Lõi Denali là đối tượng phổ biến trong phân tích lõi băng. Osterberg cho biết: “Trong nhiều thế kỷ, MSA trong lõi Denali đã trải qua những biến động nhỏ, cho đến giữa thế kỷ 20 thì nó biến động mạnh”.

Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm ICE của Osterbergđã bắt đầu điều tra xem sự sụt giảm đột ngột trong mức MSA chỉ ra điều gì về Bắc Thái Bình Dương. Sau đó, Osterberg và một số đồng nghiệp đã thử nghiệm nhiều lý thuyết để giải thích lý do tại sao MSA trong lõi Denali suy giảm. Giống như nghiên cứu ở Greenland, đầu tiên họ xem xét liệu sự sụt giảm MSA có phải là bằng chứng cho thấy sự sụt giảm năng suất (tạo MSA) của biển hay không. Đến khi ấy, đó vẫn là một bí ẩn.

Chalif đã tiếp quản dự án vào thời điểm cựu sinh viên Dartmouth Ursula Jongebloed, đang đánh giá lại một nghiên cứu năm 2019 về lõi băng ở Greenland. Báo cáo từ nghiên cứu đó cho biết MSA đã giảm đều đặn bắt đầu từ những năm 1800. Ban đầu, nghiên cứu của Jongebloed liên kết hiện tượng đó với sự suy giảm đột ngột của quần thể thực vật phù du ở Đại Tây Dương cận Bắc Cực do dòng hải lưu chậm lại.

Nhưng nghiên cứu được Chalif công bố vào năm ngoái khẳng định rằng sự suy giảm MSA được tìm thấy trong lõi băng Greenland không phải là kết quả của sự sụp đổ của hệ sinh thái biển. Thay vào đó, chúng có thể do ô nhiễm ngăn cản việc tạo ra MSA.

Chalif và Jongebloed đã gặp nhau tại một hội nghị ở Thụy Sĩ vào năm 2022 và thảo luận về hồ sơ MSA của Greenland và Denali. Chalif cho biết: "Chúng tôi đã xem xét lại tất cả các giả định trước đây của mình. Chúng tôi biết rằng MSA đang suy giảm tại Denali không phải do năng suất biển, vì vậy chúng tôi biết một số loại thay đổi trong hóa học khí quyển phải liên quan".

Họ đã thảo luận về tác động có thể xảy ra của ô nhiễm nitrat, thường được thải ra thông qua việc đốt nhiên liệu hóa thạch. Chalif sau đó bắt đầu tìm hiểu tác động của nitrat đối với MSA.

Chalif cho biết: "Khi đo thấy MSA suy giảm trên lõi Denali, nitrat lại tăng vọt. Một điều rất tương tự đã xảy ra ở Greenland. Đo theo lõi Denali, MSA tương đối ổn định trong 500 năm, không có xu hướng đáng chú ý. Sau đó, vào năm 1962, nó giảm mạnh. Nitrat cũng tương tự, nhưng theo hướng ngược lại. Về cơ bản, nitrat vốn ổn định trong nhiều thế kỷ rồi tăng đột biến. Khi tôi thấy điều đó, tôi đã hiểu có một sự liên hệ".

Tác động của ô nhiễm và vai trò của quy định

Kết quả của họ cho thấy ô nhiễm không khí từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch phân tán khắp Đại Tây Dương và Thái Bình Dương và ức chế quá trình sản xuất MSA ở Bắc Cực. Ngoài việc loại trừ sự sụp đổ của hệ sinh thái biển trên diện rộng, các phát hiện này mở ra một cánh cửa mới để đo ô nhiễm trong khí quyển, đặc biệt là ở những khu vực không có nguồn phát thải rõ ràng. Đó là đo MSA.

Tác giả chính của nghiên cứu Osterberg kết luận: "Sự sụp đổ của hệ sinh thái biển không phải là lời giải thích cho sự suy giảm MSA và các nhà khoa học trẻ này đã tìm ra điều thực sự đang diễn ra".

Ông cho biết: "Đối với tôi, đây là một cách mới để hiểu ô nhiễm ảnh hưởng đến bầu khí quyển của chúng ta như thế nào. Tin tốt là chúng ta không thấy sự sụp đổ của các hệ sinh thái biển như chúng ta từng lo sợ. Tin xấu là ô nhiễm không khí đang gây ra điều này".

Nhưng Osterberg cho biết dữ liệu từ lõi Greenland cho thấy bầu khí quyển tại địa phương bắt đầu ổn định khi ô nhiễm không khí ở châu Âu và Mỹ được kiểm soát chặt chẽ hơn. MSA đã phục hồi vào những năm 1990 khi mức ô nhiễm nitơ giảm xuống. Đó là vì oxit nitơ, loại ô nhiễm ảnh hưởng đến MSA, sẽ tiêu tan trong vòng vài ngày, không giống như carbon dioxide tồn tại trong khí quyển trong nhiều thế kỷ.