Khi băng ở Greenland tan, nó cung cấp dưỡng chất cho các sinh vật biển nhỏ bé. Để xác minh điều này, các nhà khoa học đã sử dụng một mô hình máy tính từ JPL và MIT, được xem như một phòng thí nghiệm.
Một nghiên cứu mới do NASA hỗ trợ đã phát hiện ra rằng dòng chảy từ lớp băng Greenland đang đẩy các chất dinh dưỡng từ độ sâu đại dương lên cao và thúc đẩy sự phát triển của thực vật phù du. Báo cáo trên tạp chí Nature Communications: Earth & Environment, các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ điện toán tiên tiến để mô phỏng sự "va chạm" giữa sinh vật biển và tác nhân vật lý trong một vịnh hẹp đầy sóng gió. Các nhà hải dương học rất muốn tìm hiểu nguyên nhân thúc đẩy các sinh vật giống thực vật nhỏ bé này, vốn hấp thụ CO2 và duy trì nguồn lực cho ngành thủy sản trên thế giới.
Tảng băng dày hàng dặm của Greenland đang tan chảy khoảng 293 tỷ tấn (có thể 266 tỷ tấn) băng mỗi năm. Trong thời kỳ tan chảy đỉnh điểm vào mùa hè, hơn 300.000 gallon (1.200 m3) nước ngọt chảy ra biển mỗi giây từ bên dưới sông băng Jakobshavn, còn được gọi là Sermeq Kujalleq, sông băng hoạt động mạnh nhất trên tảng băng. Nước gặp nhau và đổ xuống sâu hàng trăm feet dưới bề mặt.
Luồng nước tan chảy trong lành và nổi hơn nước mặn xung quanh. Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng khi nó dâng lên, nó có thể cung cấp các chất dinh dưỡng như sắt và nitrat - một thành phần quan trọng trong phân bón cho thực vật phù du nổi trên bề mặt.
Các nhà nghiên cứu theo dõi những sinh vật cực nhỏ này bởi vì mặc dù nhỏ hơn nhiều so với đầu kim nhưng chúng là những sinh vật khổng lồ của chuỗi thức ăn đại dương. Sinh sống ở mọi đại dương, từ vùng nhiệt đới đến vùng cực, chúng nuôi dưỡng nhuyễn thể và các loài ăn cỏ khác, từ đó nuôi dưỡng các loài động vật lớn hơn, bao gồm cá và cá voi.
Các nghiên cứu trước đây dựa trên dữ liệu vệ tinh của NASA cho thấy tốc độ tăng trưởng của thực vật phù du ở vùng biển Bắc Cực đã tăng 57% chỉ trong giai đoạn từ năm 1998 đến năm 2018. Việc bổ sung nitrat từ độ sâu lớn trở nên đặc biệt quan trọng đối với thực vật phù du ở Greenland vào mùa hè, sau khi hầu hết các chất dinh dưỡng đã bị tiêu thụ trong các đợt nở hoa mùa xuân trước đó. Tuy nhiên, giả thuyết này rất khó kiểm chứng dọc theo bờ biển, nơi địa hình xa xôi và những tảng băng trôi lớn như cả khu phố khiến việc quan sát dài hạn trở nên phức tạp.
"Chúng tôi đã phải đối mặt với vấn đề kinh điển này khi cố gắng hiểu một hệ thống quá xa xôi và bị chôn vùi dưới băng. Chúng tôi cần một mô hình máy tính tuyệt vời để hỗ trợ" - Dustin Carroll, nhà hải dương học tại Đại học Bang San José, đồng thời là thành viên của Phòng thí nghiệm Động cơ ohản lực của NASA ở Nam California cho biết.
Biển dữ liệu
Để tái tạo những gì đang diễn ra ở vùng nước xung quanh sông băng hoạt động mạnh nhất của Greenland, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một mô hình đại dương được phát triển tại JPL và Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge. Mô hình này tiếp nhận gần như tất cả các phép đo đại dương có sẵn, được thu thập bởi các thiết bị đo đạc trên biển và vệ tinh trong ba thập kỷ qua. Con số này lên tới hàng tỷ điểm dữ liệu, từ nhiệt độ và độ mặn của nước đến áp suất dưới đáy biển. Mô hình được gọi là Ước tính Lưu thông và Khí hậu của Đại dương-Darwin (gọi tắt là ECCO-Darwin).
Theo ông Michael Wood, tác giả chính, một nhà hải dương học tính toán tại Đại học Bang San José cho biết việc mô phỏng "sinh học, hóa học và vật lý kết hợp" ngay cả trong một khu vực dọc theo bờ biển dài 27.000 dặm (43.000 km) của Greenland là một bài toán khổng lồ. Để phân tích sâu hơn, ông cho biết nhóm đã xây dựng một "mô hình trong mô hình trong mô hình" để phóng to các chi tiết của vịnh hẹp dưới chân sông băng.
Sử dụng siêu máy tính tại Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA ở Thung lũng Silicon, các nhà khoa học tính toán rằng các chất dinh dưỡng ở vùng nước sâu được dòng chảy băng hà đẩy lên sẽ đủ để thúc đẩy sự phát triển của thực vật phù du vào mùa hè từ 15 đến 40% trong khu vực nghiên cứu.
Sẽ còn nhiều thay đổi
Liệu sự gia tăng của thực vật phù du có thể là một lợi ích cho các loài động vật biển và nghề cá ở Greenland? Carroll cho biết việc giải quyết những tác động phức tạp đến hệ sinh thái sẽ cần thời gian. Băng tan ở Greenland được dự đoán sẽ tăng tốc trong những thập kỷ tới, ảnh hưởng đến mọi thứ, từ mực nước biển và thảm thực vật trên cạn đến độ mặn của nước biển ven bờ.
"Chúng tôi đã tái tạo lại những gì đang diễn ra trong một hệ thống quan trọng, nhưng có hơn 250 sông băng như vậy xung quanh Greenland. Ông lưu ý rằng nhóm nghiên cứu có kế hoạch mở rộng mô phỏng của họ ra toàn bộ bờ biển Greenland và xa hơn nữa" - Carroll nói.
Một số thay đổi dường như đang tác động đến chu trình carbon theo cả hướng tích cực và tiêu cực: Nhóm nghiên cứu đã tính toán cách dòng chảy từ sông băng làm thay đổi nhiệt độ và thành phần hóa học của nước biển trong vịnh hẹp, khiến khả năng hòa tan CO2 của nó kém hơn. Tuy nhiên, sự mất mát đó được bù đắp bởi sự nở rộ của thực vật phù du hấp thụ nhiều CO2 hơn từ không khí trong quá trình quang hợp.
Wood nói thêm: "Chúng tôi không xây dựng những công cụ này cho một ứng dụng cụ thể nào. Phương pháp của chúng tôi có thể áp dụng cho mọi khu vực, từ Vịnh Texas đến Alaska. Giống như một con dao đa năng, chúng tôi có thể áp dụng nó vào nhiều tình huống khác nhau."
