Nguồn: http://www.space.com/scienceastronom...rs-101104.html
Dịch: Thanh "Lupin".

“Quả cầu tuyết Trái Đất”: Một viễn cảnh đưa hành tinh chúng ta vào mùa đông triệu năm.

Bởi Michael Schirber.
Cộng tác viên Tạp chí Astrobiology.

***

Vài năm gần đây, các tin tức khí hậu đều đề cập đến sự ấm dần lên toàn cầu, nhưng việc nó đóng băng mới là nỗi lo lắng lớn nhất về khí hậu trong quá khứ xa xôi của Trái Đất.
Những thời kỳ kéo dài của cái lạnh dữ dội – như Kỷ Băng Hà trên các xtê-rô-ít – mang các dòng sông băng xuống tận xích đạo và đóng băng nhiều đến nỗi nếu không muốn nói là tất cả các đại dương.
Các nhà khoa học vẫn tranh luận về những gì gây ra những cái gọi là Quả cầu tuyết Trái Đất, nhưng điều không chắc chắn là làm cách nào mà Trái Đất tự đóng băng. Một nhóm nghiên cứu đang xem xét liệu hiệu ứng nhà kính quá mức có thể có khả năng để kết thúc một mùa đông hàng triệu năm.
Bằng chứng cho Quả cầu tuyết Trái Đất dựa trên dữ liệu cổ từ học lấy từ băng cổ đại. Từ các tính chất từ của chúng, các nhà địa chất có thể nói rằng một trong số những băng đá có nguồn gốc từ các vị trí vĩ độ thấp. Kết quả đáng ngạc nhiên này đưa đến việc một hành tinh lạnh lẽo mà chỉ lạnh hơn nữa nếu như băng phản xạ đi nhiều nhiệt hơn.
“Đến khi bạn có băng che phủ các vùng nhiệt đới, tất cả thành Quả cầu tuyết từ đó,” Alexander Pavlov của Đại học Arizona nói.
Băng đá phản xạ ánh sáng Mặt Trời nhiều gấp hai lần từ mặt đất trống trải và nhiều hơn năm lần so với mặt nước, như vậy, khi băng lan rộng, ít nhiệt hơn được giữ lại trên bề mặt. Nhiệt độ trung bình toàn cầu được ước tính đã giảm xuống 50 độ C (Âm 58 độ F).
“Đây là lý do tại sao khó thoát khỏi một Quả cầu tuyết,” Pavlov nói. “Có rất ít bức xạ được hấp thụ để làm ấm hành tinh.”
Nhưng thoát khỏi thì Trái Đất đã thoát. Pavlov và đồng nghiệp của ông đang lập mô hình các điều kiện cần thiết mà có thể đẩy nhiệt độ của Quả cầu tuyết về mức ấm hơn.
Là một phần của Sinh học thiên văn của NASA: sinh học ngoài Trái Đất và chương trình Tiến hóa sinh học, nó cũng sẽ xem xét các gợi ý về các hành tinh có sự sống. Nếu phá vỡ một sự kiện Quả cầu tuyết hoá ra rất khó khăn, kế đó các hành tinh khác mà chúng ta mong đợi có nước dạng lỏng có thể sẽ vĩnh viễn đóng băng.
Đông cứng
Các ghi chép địa chất mang dấu hiệu đặc trưng của ba Quả cầu tuyết Trái Đất, mặc dù có thể đã có nhiều hơn. Sự kiện đầu tiên diễn ra khoảng 2.3 tỷ năm trước và có vẻ gần trùng với sự gia tăng của ôxy trong khí quyển.
Điều thứ hai xảy ra gần đây tại 710 và 640 triệu năm trước. Các nhà khoa học đã đề xuất một số thuyết cho những gì gây ra Quả cầu tuyết Trái Đất. Nổi tiếng nhất trong số này liên quan đến sự giảm sút trong việc giữ nhiệt lượng khí carbon dioxide khi quá nhiều lục địa trôi dạt gần xích đạo.
Nó có thể trông có vẻ lạ khi các mức độ CO2 trong khí quyển có thể được điều chính bởi vị trí của lục địa, nhưng sự kết nối thì thông qua sự phong hoá hoá học của đá. Carbon dioxide trong không khí hoà tan vào nước mưa, tạo ra axit cacbonic hoà tan các khoáng vật như silicat. Thông qua các phản ứng, lượng khí carbon dioxide bị biến đổi thành cacbonat, do đó giảm lượng khí nhà kính này trong khí quyển.
Thông thường, sự phong hoá này thì nhanh hơn nơi có khí hậu ấm áp, do đó có hầu hết các lục địa dọc theo đường xích đạo tăng lên sự phong hoá và dẫn đến sự sụt giảm đáng kể CO2 mà sẽ làm lạnh hành tinh.
Có một số cuộc tranh luận giữa các nhà khoa học chỉ về việc khả năng Trái Đất bị che phủ bởi băng suốt các đoạn Quả cầu tuyết. Nhiều nhà sinh vật học không nghĩ là sự sống trên Trái Đất có thể đã sống sót đang được khóa chặt dưới lớp băng dày vài km, do đó, họ tranh luận rằng có một vùng nước mở ở một nơi nào đó trong vùng biển nhiệt đới.
Tuy nhiên, Pavlov tin rằng điều đó là rất khó để ngăn băng khỏi việc đi khắp nơi một khi nó đạt đến 35 độ vĩ. Hơn nữa, có bằng chứng địa chất cho thấy rằng đại dương đã thực sự chấm dứt từ bầu không khí trong thời kỳ đóng băng kéo dài.
Phá Băng
Giả sử rằng các hành tinh đã bị đóng băng hoàn toàn, làm sao xu hướng nhiệt độ đảo ngược hoàn toàn?
Trước đây, các nhà nghiên cứu cho rằng Trái Đất có thể tự ấm dần lên bằng cách chuyển về lượng khí CO2. Núi lửa sẽ liên tục sinh ra khí CO2, và hầu như không có phong hoá trên một hành tinh bị bao phủ bởi băng để tiêu thụ hết lượng khí nhà kính này.
Các tính toán đã chỉ ra rằng một khi không khí đã tích luỹ 0.2 thanh giá trị của CO2 (hơn 600 lần những gì chúng ta đang có), hiệu ứng nhà kính có thể đủ để bắt đầu làm tan băng.
Tuy nhiên, có một số lỗ hổng trong mô hình nóng lên này. Carbon dioxide sẽ ngưng tụ thành “băng khô” ở khoảng 80 độ C (âm 112 độ F). Nhiệt độ cực mủa đông có thể sẽ giảm xuống mức này suốt một thời kỳ Quả cầu tuyết, do đó, một phần lớn CO2 có thể sẽ bị mắc kẹt trong băng theo mủa ở hai cực (tương tự như những gì diễn ra ở Sao Hỏa).
Pavlov và đồng nghiệp hiện đang làm lại các mô hình để giải thích nguyên nhân sự ngưng tụ và bốc hơi CO2. Họ cũng sẽ xem xét nếu những đám khí CO2 có thể hình thành để chặn một phần ánh sáng Mặt Trời đến mặt đất.
Nó có thể đưa ra rằng lượng khí CO2 từ núi lửa không đủ để làm tan băng hành tinh. Nhóm của ông do đó sẽ xem xét ảnh hưởng của các hiệu ứng khí nhà kính, chẳng hạn như khí mê tan thoát ra từ mỏ đá, hay sunfure dioxide thải ra từ núi lửa.
Nhóm nghiên cứu cũng sẽ quay trở lại vấn đề sự phản xạ, hay “suất phản xạ” của băng. Thường thì điều này được xem như một giới hạn duy nhất, nhưng Paul Hoffman từ Đại học Harvard nói rằng sự tích tự của bụi hay muối trên bề mặt, cũng như việc tan chảy chu kỳ, có thể có một ảnh hưởng lớn đến chỉ bao nhiêu phần sức nóng Mặt Trời bị phản xạ lại hơn là bị hấp thụ.
“Suất phản xạ băng nhiệt đới là “con voi trong một căn phòng” trong mô hình Quả cầu tuyết,” Hoffman cho biết, người không gia vào dự án này.
Quả cầu tuyết ở nơi khác?
Hành tinh của chúng ta có thể thoát khỏi sự kiện Quả cầu tuyết của nó, nhưng các hành tinh khác có may măn được như vậy?
“Có bề mặt càng rộng, thì cơ hội được bảo vệ khỏi Quả cầu tuyết càng lớn,” Pavlov nói. “Sẽ khó khăn hơn để xây dựng một sông băng trong một lục địa rộng lớn nếu không phải tại cực.”
Vì vậy một hành tinh với ít hoặc không có vùng đất khô có thể bản thân nó bị kẹt trong một Quả cầu tuyết và không bao giờ có thể thoát ra. Các nhà thiên học cuối cùng có thể sẽ phải xem xét rằng quá nhiều nước có thể là một thứ không nên có đối với một hành tinh có thể ở được.
“Tôi nói rằng kết luận cuối cùng là chúng ta không nên quá chú tâm vào các hành tinh giàu nước,” Pavlov nói. “Những hành tinh khô với một ít nước có thể ở được ở khoảng cách xa hơn từ các ngôi sao của chúng.”