Siêu bão, đột biến khí hậu và thành phố New York bị đóng cứng trong băng giá. Đó là cách mà bộ phim bom tấn Hollywood “Ngày Kinh Hoàng – The Day After Tomorrow” (2004) mô tả thời điểm ngừng hoạt động đột ngột của Dòng hải lưu Kinh tuyến Đại Tây Dương (The Atlantic Meridional Overturning Circulation – AMOC) và những hậu quả thảm khốc kèm theo.

Mặc dù Hollywood đã mô tả tình huống đó quá mức, bộ phim năm 2004 vẫn đặt ra một câu hỏi nghiêm túc: Nếu tình trạng nóng lên toàn cầu (global warming) dập tắt hoạt động của Dòng hải lưu Kinh tuyến Đại Tây Dương, vốn rất quan trọng để tải nhiệt từ vùng nhiệt đới đến các vĩ độ lạnh hơn ở phía bắc, thì khí hậu sẽ thay đổi đột ngột và nghiêm trọng đến mức nào?

Hai mươi năm sau khi bộ phim được trình chiếu, chúng ta đã biết nhiều hơn về dòng hải lưu này của Đại Tây Dương. Các thiết bị quan trắc được triển khai trên biển bắt đầu từ năm 2004 cho thấy Dòng hải lưu Kinh tuyến Đại Tây Dương đã chậm lại rõ rệt trong hai thập kỷ qua, có thể đạt đến trạng thái yếu nhất trong gần một thiên niên kỷ qua. Các nghiên cứu cũng cho thấy rằng sự luân chuyển của dòng hải lưu đã đạt đến điểm tới hạn nguy hiểm trong quá khứ khiến nó rơi vào tình trạng suy giảm nhanh chóng, không thể ngăn cản tình trạng này, và có thể chạm đến điểm tới hạn đó một lần nữa khi hành tinh này ấm lên và các sông băng cũng như phiến băng tan chảy.

Một báo cáo khoa học mới công bố trên tập san Science Advances vào ngày 9/2/2024, đặc biệt tập trung nghiên cứu vào lĩnh vực này. Tựa đề của nghiên cứu thể hiện nội dung chính của nó: “Dấu hiệu cảnh báo sớm dựa trên vật lý học cho thấy dòng AMOC đang trên tiến trình sụp đổ” (Physics-based early warning signal shows that AMOC is on tipping course). Nghiên cứu này tiếp nối nghiên cứu của các đồng nghiệp chuyên gia ở Đan Mạch đã gây chú ý vào tháng 7 năm ngoái (2023), đồng thời tìm kiếm các dấu hiệu cảnh báo sớm để tiếp cận điểm tới hạn của dòng AMOC, có sử dụng các dữ liệu và phương pháp khá khác biệt [với nghiên cứu ở Đan Mạch].

Nghiên cứu mới của Ts. van Westen và các cộng sự là một tiến bộ lớn trong ngành khoa học tìm hiểu mức độ ổn định của dòng AMOC, xuất phát từ Utrecht/Hà Lan, nơi được xem là trung tâm nghiên cứu hàng đầu thế giới về độ ổn định của dòng AMOC. (Một số đóng góp của họ trong 20 năm qua đều nằm trong danh sách tham khảo của báo cáo khoa học, với các tác giả Henk Dijkstra, René van Westen, Nanne Weber, Sybren Drijfhout và nhiều hơn nữa.) Ts. Stefan Rahmstorf, người đứng đầu bộ phận phân tích hệ thống trái đất của Viện Nghiên cứu Tác động Khí hậu Potsdam (Potsdam Institute for Climate Impact Research), và là giáo sư vật lý đại dương tại Đại học Potsdam (Đức), cho biết phát hiện này là “bước tiến lớn trong ngành khoa học chuyên nghiên cứu về tính ổn định của dòng AMOC.”

Bài báo cáo khoa học này là kết quả của một nỗ lực tính toán quan trọng, dựa trên việc chạy mô hình khí hậu tân tiến nhất (mô hình CESM với độ phân giải ngang 1° đối với băng đại dương/biển và 2° đối với thành phần khí quyển/đất liền) trong khoảng thời gian 4.400 năm phỏng đoán. Quá trình này mất đến 6 tháng để chạy trên 1.024 lõi xử lý tại cơ sở siêu máy tính quốc gia Hà Lan, hệ thống lớn nhất ở Hà Lan về mặt điện toán hiệu năng cao.

Đây là nỗ lực có hệ thống đầu tiên nhằm tìm ra điểm tới hạn của dòng AMOC trong mô hình khí hậu kết hợp đại dương-khí quyển toàn cầu với độ phân giải không gian tốt, có sử dụng phương pháp tiếp cận gần như chạm đến điểm cân bằng (quasi-equilibrium approach), mà đã được bắt đầu tiến hành nghiên cứu từ năm 1995 với mô hình đơn điệu chỉ có đại dương với độ phân giải tương đối thấp vì chỉ dựa trên sức mạnh máy tính hạn chế của 30 năm trước.

Dưới đây là một số điểm chính của nghiên cứu này:

1. Nghiên cứu xác nhận rằng dòng AMOC có một điểm giới hạn, mà nếu vượt qua điểm đó thì dòng hải lưu khổng lồ này sẽ bị phá vỡ nếu khu vực biển phía Bắc của Đại Tây Dương bị pha loãng bởi một lượng nước ngọt quá nhiều xuất hiện (do lượng mưa gia tăng, các dòng sông đổ nước vào biển và nước băng tan), làm giảm độ mặn và mật độ nước biển của nó. Điều kiện này đã được đề xuất bởi các mô hình khái quát đơn giản kể từ nghiên cứu của Stommel (năm 1961), được xác nhận cho mô hình tuần hoàn đại dương 3D trong một báo cáo khoa học trên tập san Nature (năm 1995), và sau đó là trong dự án so sánh liên mô hình đầu tiên vào năm 2005, cùng với các nghiên cứu khác. Giờ đây, điểm tới hạn này đã được chứng minh lần đầu tiên trong một mô hình khí hậu kết hợp toàn cầu tân tiến nhất, đập tan niềm hy vọng [của loài người] trong bấy lâu này cho rằng với một mô hình nghiên cứu chứa nhiều yếu tố [can thiệp] chi tiết hơn và có độ phân giải cao hơn, thì một số tác động phản hồi có thể ngăn chặn được sự sụp đổ của dòng AMOC. (Hy vọng này chưa bao giờ nghe thuyết phục lắm, vì các ghi chép trong ngành cổ khí hậu học – paleoclimate records – cho thấy rõ ràng đã xảy ra những thay đổi đột ngột nơi dòng AMOC trong lịch sử Trái Đất, bao gồm cả sự cố dòng AMOC ngưng trệ hoàn toàn do nước băng tan chảy gây ra (gọi là sự kiện Heinrich). Sự kiện mới nhất về dòng AMOC sụp đổ từng xảy ra cách đây khoảng 12.000 năm, đã kích hoạt Thời kỳ Younger Dryas lạnh lẽo xung quanh khu vực phía Bắc của Đại Tây Dương.)
2. Nghiên cứu xác nhận rằng dòng AMOC trên Đại Tây Dương đang “trên tiến trình sụp đổ”, tức là đang dịch chuyển đến điểm tới hạn, bằng cách sử dụng dữ liệu đã quan sát được. Vậy câu hỏi trị giá hàng tỷ đô la ở đây sẽ là: điểm tới hạn này còn cách bao lâu nữa?
3. Có 3 nghiên cứu khoa học gần đây, khi sử dụng dữ liệu và phương pháp nghiên cứu khác nhau, đã lập luận rằng chúng ta đang tiến gần đến điểm tới hạn, và điều đó có thể “quá đủ gần” để có thể còn phớt lờ chuyện này, và thậm chí có nguy cơ vượt qua điểm tới hạn trong những thập kỷ tới. Tuy nhiên, độ tin cậy của các phương pháp được sử dụng [trong 3 nghiên cứu khoa học này] vẫn còn bị giới chuyên gia nghi ngờ. Thế rồi với nghiên cứu mới được công bố ở trên, thì khi chạy mô hình trên siêu máy tính hoành tráng dựa trên quy luật vật lý và các dữ kiện quan sát được, nhóm nghiên cứu ở Hà Lan đã công bố một dấu hiệu cảnh báo mới [rằng điều này sẽ] sớm xảy ra. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp chẩn đoán – cách mà dòng nước ngọt được vận chuyển bởi AMOC ở lối vào phía Nam của Đại Tây Dương, băng qua vĩ độ cực Nam của Châu Phi – điều đã từng được đề xuất trong một nghiên cứu vào năm 1996. Họ không đưa ra ước tính khoảng thời gian cụ thể để đạt đến điểm tới hạn, vì sẽ cần nhiều quan sát hơn về quá trình tuần hoàn của đại dương ở vĩ độ này, nhưng các nhà khoa học lưu ý rằng nghiên cứu của Ditlevsen hồi năm ngoái với “ước tính của nhóm này về [thời điểm chạm đến] điểm tới hạn (từ năm 2025 đến năm 2095, với độ tin cậy 95%) có thể là chính xác.”
4. Nghiên cứu mới xác nhận những mối lo ngại trước đây rằng các mô hình khí hậu đã đánh giá quá mức một cách có hệ thống khả năng ổn định của dòng AMOC. Liên quan đến khả năng vận chuyển dòng nước ngọt quan trọng của AMOC trong các mô hình nghiên cứu, họ chỉ ra rằng hầu hết các mô hình đều không hiểu đúng: “Điều này không phù hợp với các quan sát, vốn là một sai lệch thường được biết tới trong mô hình khí hậu toàn cầu CMIP (Coupled Model Intercomparison Project) giai đoạn 3, giai đoạn 5 và giai đoạn 6. Hầu hết các mô hình này thậm chí còn có dấu hiệu sai lầm khi đưa ra chẩn đoán quan trọng [về sự kiện này], là việc xác định xem phản hồi về độ mặn ở Đại Tây Dương đang ổn định hay bất ổn, và sự sai lệch mô hình này là lý do chính tại sao IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change – Ủy ban Liên Chính phủ về Biến đổi Khí hậu của Liên Hợp Quốc) cho đến nay đã đánh giá thấp nguy cơ sụp đổ của dòng AMOC bởi vì họ dựa vào những mô hình khí hậu sai lệch này.
5. Nghiên cứu cũng cung cấp các mô phỏng chi tiết hơn và có độ phân giải cao hơn về những tác động của sự sụp đổ dòng AMOC đối với nền khí hậu [toàn cầu], mặc dù [chuyện này] được xem xét riêng biệt và không kết hợp với tác động của hiện tượng nóng lên toàn cầu do khí nhà kính CO2 gây ra (Xem hình bên dưới). Chúng cho thấy đặc biệt khu vực Bắc Âu – từ Vương quốc Anh đến bán đảo Scandinavia – sẽ phải hứng chịu những tác động thảm khốc như thế nào, chẳng hạn như nền nhiệt độ mùa đông sẽ giảm [trong khoảng] từ 10°C đến 30°C [so với nền nhiệt cùng kỳ hiện nay] trong vòng một thế kỷ, dẫn đến một trạng thái khí hậu hoàn toàn khác trong vòng từ một hoặc hai thập kỷ, tương ứng với các bằng chứng của ngành cổ khí hậu học về sự thay đổi đột ngột của dòng hải lưu. Ngoài ra, chúng còn cho thấy những thay đổi lớn nơi các vành đai mưa nhiệt đới. Những tác động này (và nhiều tác động khác) của sự sụp đổ dòng AMOC đã được biết đến từ lâu nhưng cho đến nay vẫn chưa được thể hiện trong một mô hình khí hậu có chất lượng cao như vậy.

Với những tác động nghiêm trọng như thế, thì nguy cơ sụp đổ dòng AMOC là điều cần phải tránh bằng mọi giá. Như đã phân tích trước đây: vấn đề không phải là liệu chúng ta có chắc chắn điều này sẽ xảy ra hay không. Vấn đề là chúng ta cần loại trừ nguy cơ này với xác suất 99,9%. Một khi chúng ta nhận được tín hiệu cảnh báo rõ ràng thì sẽ là quá muộn để làm bất cứ điều gì do quán tính của hệ thống này.

Nhìn chung, nghiên cứu mới đã bổ sung đáng kể vào mối lo ngại ngày càng tăng về sự sụp đổ của dòng AMOC trong tương lai không xa. Nó thậm chí còn tăng thêm sức thuyết phục cho các báo cáo khoa học gần đây nhằm đưa ra tiếng chuông cảnh báo mạnh mẽ, chẳng hạn như báo cáo về Các Điểm Tới hạn về Khí hậu của Tổ chức OECD (OECD Climate Tipping Points Report – tháng 12/2022) và báo cáo về Điểm Tới hạn Toàn cầu (Global Tipping Points Report) vừa được công bố hồi tháng 12/2023. Chúng ta sẽ lại tiếp tục phớt lờ mối rủi ro này trong tình trạng nguy hiểm.

Một số người hiểu lầm báo cáo mới chỉ là một kịch bản mô hình phi thực tế cảnh báo cho một bối cảnh trong tương lai. Không phải vậy đâu. Loại thử nghiệm khoa học này hoàn toàn không phải là một dự báo cho tương lai, mà nó được thực hiện để theo dõi đường cong của trạng thái cân bằng ổn định (equilibrium stability) (là phương pháp tiếp cận gần chạm đến điểm cân bằng – quasi-equlibrium – như đã đề cập ở phần trên). Để theo dõi phản ứng tái lập trạng thái cân bằng (equlibrium response) [của dòng nhiệt tỷ trọng], lượng nước ngọt đầu vào phải được đẩy đi cực kỳ chậm, đó là lý do tại sao thí nghiệm này sử dụng nhiều thời gian tính toán bằng siêu máy tính đến như vậy. Sau khi điểm tới hạn của mô hình được định vị theo cách này, giới khoa học sử dụng nó để xác định những dấu hiệu báo trước (còn gọi là “những tín hiệu cảnh báo sớm”) có thể cảnh cáo chúng ta trước khi đạt đến điểm tới hạn. Sau đó, họ sẽ chuyển sang phân tích lại dữ liệu (là kết quả đến từ việc quan trắc thực tế) để kiểm tra dấu hiệu cảnh báo sớm. Kết luận được thể hiện nơi tựa đề của bài nghiên cứu mới, rằng dòng AMOC đang “trên tiến trình tới hạn”, đều dựa trên những dữ liệu thực tế này.

Nói cách khác: dữ liệu quan sát được từ khu vực phía Nam của Đại Tây Dương cho thấy dòng AMOC đang trên đà sụp đổ. Đây không phải chuyện chỉ xảy ra trên mô hình mô phỏng sự kiện. chỉ mang ý nghĩa để con người hiểu rõ hơn về các dấu hiệu cảnh báo sớm nào đang xảy ra và nguyên nhân tại sao. Đây còn hơn thế nữa, là những gì đang diễn ra và trên xu hướng đi đến hồi kết thúc.

Ts. Stefan Rahmstorf cho biết các phát hiện mới này xác nhận rằng việc bổ sung nước ngọt từ lượng mưa ngày càng tăng, dòng chảy sông ngòi và nước băng tan có thể đẩy dòng AMOC vượt qua điểm tới hạn, và điều này đã được các mô hình khí hậu cơ bản đề xuất từ đầu những năm 1960. Nghiên cứu mới “đập tan hy vọng rằng một số phản hồi có thể ngăn chặn sự sụp đổ của dòng AMOC”. Niềm hy vọng rằng các mô hình nghiên cứu chi tiết hơn sẽ xác định được yếu tố gì đó có thể chặn lại tình trạng ngưng trệ gián đoạn của hệ thống dòng chảy này là không thuyết phục ngay từ đầu, bởi vì các hồ sơ về nền khí hậu cổ cho thấy rõ ràng “sự thay đổi dòng AMOC đột ngột, bao gồm cả sự cố sụp đổ hoàn toàn dòng AMOC đều do nước băng tan chảy gây ra”.

Tính đến năm 2021, khối băng ở Greenland tan chảy đã bổ sung thêm khoảng 400 tỷ tấn nước ngọt vào khu vực Bắc Đại Tây Dương mỗi năm. Theo một nghiên cứu được công bố hồi năm 2021, các con sông chảy vào Bắc Cực cũng đang xả một lượng nước ngọt ngày càng tăng.

Hiện tượng suy giảm mạnh bụi khí công nghiệp có tác dụng làm mát bầu khí quyển trước đây, cả ở trên khu vực Đại Tây Dương, cũng như từ các nguồn khác ở Châu Á và Châu Âu, cũng có thể làm chậm dòng chảy AMOC, thậm chí có khả năng ảnh hưởng đến sự ổn định của băng ở Nam Cực.

Trong một báo cáo khoa học được công bố vào năm 2023 nghiên cứu về sự gia tăng hiện tượng nóng lên toàn cầu gần đây, nhà khoa học khí hậu kỳ cựu James Hansen và các cộng sự đã viết rằng “việc dòng AMOC ngừng hoạt động không phải là điều bất thường, và điều này đã xảy ra ở Thời kỳ băng Eemian (khi nền nhiệt độ toàn cầu tương tự như ngày nay), và mực nước biển lúc đó đã dâng lên vài mét chỉ trong vòng một thế kỷ với nguyên nhân có thể là do phiến băng ở khu vực phía Tây của lục địa Nam Cực sụp đổ.”

Một nghiên cứu khác cũng vào năm 2023, do nhà hải dương học người Úc Matt England dẫn đầu, cho thấy cơ chế của dòng chảy AMOC ở khu vực Nam Bán Cầu cũng có thể bị sụp đổ vì nguyên nhân tương tự như ở Bắc Cực – một sự gia tăng nước băng tan ở Nam Cực làm gián đoạn bộ phận dịch chuyển thẳng đứng của các khối nước biển nơi vòng tuần hoàn, khi cản trở sự hình thành của “khối nước sâu có mật độ nặng hơn và chìm nhanh xuống đáy” mà từ đó đẩy dòng chảy theo chiều ngang song song với đáy biển.

CÁC HẬU QUẢ NẾU DÒNG AMOC SỤP ĐỔ

“Đó là một sự thay đổi trên bình diện toàn cầu”.

Ts. René van Westen, chuyên gia nghiên cứu vật lý và khí hậu thuộc Đại học Utrecht (Hà Lan), và cũng là đồng tác giả của nghiên cứu mới được công bố trên tập san Science Advances, cho biết. Cùng với những thay đổi về phân bố lượng mưa, sự sụp đổ của dòng AMOC cũng có thể khiến một số dòng hải lưu liên quan khác ở Đại Tây Dương, như Dòng Gulf Stream, “biến mất một phần”. Ông nói:

“Điều này sẽ dẫn đến mực nước biển dâng cao mạnh mẽ, lên tới một mét ở khu vực Bắc Đại Tây Dương do sự sụp đổ của AMOC. Và bạn cần phải hiểu rằng, mực nước biển dâng cao này là cộng thêm vào con số nước biển dâng do hiện tượng nóng lên toàn cầu gây ra. Vì vậy, vấn đề thực sự rất nghiêm trọng.”

Ts. René van Westen giải thích rằng Bờ Đông của Hoa Kỳ sẽ là một trong những khu vực bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi mực nước biển dâng cao nếu dòng AMOC ngưng trệ hoàn toàn, bởi vì các khối nước biển ấm lên, làm giãn nở và gia tăng mực nước biển, sẽ tích tụ ở nơi này thay vì tiếp tục chảy lên phía bắc. Các đại dương ven biển ấm lên này cũng có thể góp phần gây ra những đợt nắng nóng cực độ trên đất liền, nhiều cơn bão và lượng mưa có cường độ dữ dội hơn.

Nếu không có dòng nước ấm [ở Đại Tây Dương] chảy về Bắc Cực, diện tích băng biển vào mùa Đông có thể mở rộng đến tận khu vực phía Nam của Vương quốc Anh, và nền khí hậu ở một số vùng của Châu Âu sẽ nhanh chóng khô hạn đi, cũng như nền nhiệt ở đây sẽ nguội đi khoảng 3 độ C mỗi thập kỷ – nhanh hơn nhiều so với tốc độ nóng lên toàn cầu hiện nay ở mức +0.2 độ C mỗi thập kỷ. Nhiều vùng ở Na Uy sẽ có nền nhiệt độ giảm hơn 20 độ C so với hiện nay.

Ông nói: “Có rất nhiều cuộc thảo luận về ngành nông nghiệp nên chuẩn bị như thế nào trước hiểm họa này”. Và ông tiến sĩ khẳng định thêm rằng sự sụp đổ của vòng tuần hoàn tải nhiệt nơi đại dương là một kịch bản phá sản đối với nền nông nghiệp Châu Âu. “Bạn không thể thích nghi với điều kiện mới này đâu. Có một số nghiên cứu về những gì sẽ xảy ra với ngành nông nghiệp ở Vương quốc Anh, và nó cũng giống như việc người ta cố trồng khoai tây ở miền Bắc Na Uy vậy.”

Theo xu hướng nóng lên toàn cầu hiện nay, “mà nền nhiệt độ toàn cầu sẽ ấm hơn từ khoảng 1 đến 2 độ C vào năm 2050, thì việc AMOC sụp đổ sẽ khiến nền nhiệt độ [Châu Âu] lạnh đi một chút.” Ts. van Westen cho rằng, tác động này đến xu hướng ấm lên của nền nhiệt độ trung bình toàn cầu sẽ không quá lớn, nhưng khu vực Tây Âu có thể hạ nhiệt đến mức của thời tiền công nghiệp (1850-1900) và sẽ có lượng mưa ít hơn đáng kể.

Các khu vực khác của hành tinh sẽ ấm lên nhanh hơn, đặc biệt là Nam Bán Cầu và vùng nhiệt đới, vì hệ thống tải nhiệt nơi đại dương này sẽ không thể chuyển bớt nhiệt lượng đại dương ngày càng tăng về phía vùng cực bắc nữa. Mức tăng này có thể lên đến vài độ C. Những thay đổi về nền nhiệt độ này (giữa Châu Âu – Bắc Mỹ và Nam Bán Cầu) sẽ diễn ra trong khoảng 100 năm. Nghe có vẻ như là một khoảng thời gian dài, nhưng nếu xét trên thang thời gian khí hậu điển hình thì nó mang tính cực kỳ đột biến.

Việc chu trình tải nhiệt đại dương ngưng trệ cũng sẽ đẩy các hệ sinh thái khác đến gần điểm tới hạn của chúng do lượng mưa bị phân bố khác đi. Ví dụ như, rừng nhiệt đới Amazon dễ bị tổn thương trước lượng mưa giảm. Nếu hệ sinh thái rừng này chuyển sang đồng cỏ, quá trình chuyển đổi sẽ giải phóng nhiều carbon hơn vào bầu khí quyển, khiến hành tinh này mất đi một bể chứa carbon có giá trị, từ đó càng đẩy nhanh hơn tiến trình biến đổi khí hậu. Những biến động khí hậu lớn trên phạm vi toàn cầu sẽ nổ ra như hậu quả của các chuỗi domino bị ngã đổ, đè lên nhau và xô đổ hệ sinh thái hành tinh xuống bờ vực tuyệt chủng hàng loạt.

“Đó không phải là chuyện khoa học viễn tưởng,” Ts. van Westen nói. Dù có mang tính cảnh báo hay không, thì “chúng ta cần giải thích điều này không chỉ giống như một bộ phim bom tấn của Hollywood, ‘The Day After Tomorrow’. Đây là sự thật, chuyện này có thể xảy ra. Và tôi nghĩ điều quan trọng và cấp bách hiện nay là phải tiếp tục nói với mọi người rằng, được thôi, chúng ta cần thực sự giải quyết lượng khí thải của mình.”

Các bạn có thể xem lại cơ chế hoạt động và các tác động của các dòng hải lưu khổng lồ trên đại dương bằng video dưới đây của TED-Ed. Các bạn nhớ chỉnh phụ đề sang tiếng Việt để cho dễ hiểu hơn nhé.