Dưới lớp băng của nam cực là gì

Các nhà khoa học đã phát hiện một tầng chứa nước rộng lớn chứa đầy nước biển bên dưới dòng băng chảy xiết ở Tây Nam Cực, có khả năng đã tồn tại ở đó hàng nghìn năm. Đây cũng là lần đầu tiên họ tìm thấy mạch nước ngầm bên dưới dòng băng ở  Nam Cực và khám phá này có thể định hình lại hiểu biết của chúng ta về cách lục địa lạnh giá phản ứng với biến đổi khí hậu, hay những loài sinh vật kì bí ẩn náu bên dưới nhiều thềm băng của nó.   

Chloe D. Gustafson, tác giả chính của một nghiên cứu mới về tầng chứa nước bị chôn vùi đã mô tả rằng tầng chứa nước khá lớn, nằm sâu bên dưới giống như một hồ nước dưới băng. Ước tính rằng tầng chứa nước khổng lồ này chứa gấp 10 lần lượng nước chứa trong hệ thống sông hồ nông hơn được tìm thấy ở chân thềm băng. 

Từ rất lâu các nhà khoa học đã suy đoán rằng các tầng chứa nước khổng lồ có thể nằm ẩn dưới lớp băng ở Nam Cực, một phần là do các dòng băng và sông băng của lục địa này lướt trên lớp trầm tích có thể thẩm thấu mà nước có thể thấm qua. Tuy vậy, cho đến nay, hạn chế về công nghệ đã ngăn cản các nhà nghiên cứu thu thập những bằng chứng trực tiếp về các hệ thống thủy văn sâu như vậy. Thay vào đó, nghiên cứu của các nhà khoa học chỉ tập trung vào các hồ và sông tương đối nông được tìm thấy tại hoặc gần chân các sông băng và thềm băng.

Để quan sát những độ sâu ẩn bên dưới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là "hình ảnh từ tế bào". Họ đã thực hiện các phép đo từ dòng băng Whillans ở Tây Nam Cực, một vành đai băng chuyển động dày khoảng 0,8 km và di chuyển khoảng 1,8 mét mỗi ngày trong dòng chảy của nó về phía Thềm băng Ross gần đó. Hình ảnh từ tính dựa trên các trường điện từ được tạo ra bởi gió Mặt trời tương tác với tầng điện ly của Trái đất  - một lớp dày đặc các phân tử và hạt mang điện trong tầng cao khí quyển.

Khi gió mặt trời đi vào tầng điện ly, chúng kích thích các hạt bên trong và tạo ra các trường điện từ chuyển động xuyên qua bề mặt Trái Đất. Sau đó, các trường chuyển động này tạo ra các trường thứ cấp trong băng, tuyết và trầm tích, và chính nhờ những trường thứ cấp này mà các dụng cụ từ tế bào đo lại được. Nhóm nghiên cứu đã chôn những dụng cụ này trong những hố nông trong tuyết và thu thập dữ liệu từ khoảng bốn chục vị trí khác nhau trên dòng băng. Các nhà khoa học cho biết sự hình thành nước hay băng sẽ được kết hợp chặt chẽ với các yếu tố địa chất và thủy văn, có nghĩa là băng sẽ trông rất khác với trầm tích, nước mặn khác với nước ngọt... "Điều này giống như chụp MRI Trái đất, và tín hiệu của chúng tôi chỉ đến từ mặt trời tương tác với từ trường của Trái đất."

Nhiều nhóm các nhà khoa học khác nhau trước đây cũng đã sử dụng kỹ thuật mega-MRI này ở Nam Cực, để kiểm tra lớp vỏ và lớp phủ trên của Trái đất. Những nghiên cứu sử dụng MRI đã được tiến hành từ những năm 1990. 

Ở nghiên cứu mới nhất, các nhà nghiên cứu đã thực hiện các phép đo sâu hơn, kéo dài từ chân con suối xuống khoảng 3 dặm (5 km). Tại đó, họ phát hiện ra một lớp bọt biển trầm tích dày với nước biển cực kỳ mặn ở độ sâu nhất và nước ngọt gần phần nông nhất của nó, nơi bọt biển tiếp cận dòng băng. Độ dốc này cũng gợi ý rằng các hệ thống nông, tầng dưới băng liên kết với tầng chứa nước sâu và cả hai đều có khả năng ảnh hưởng đến dòng chảy của băng ở trên.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu vẫn chưa rõ về việc liệu tầng chứa nước có thể trao đổi nước theo thời gian với thủy văn dưới băng hay đó là chuyển dịch một chiều, nơi nước từ dòng băng chảy xuống và sau đó được lưu trữ trong tầng chứa nước qua thời gian.

Tùy thuộc vào tình huống cụ thể, tầng chứa nước có thể bôi trơn dòng băng này bằng cách bơm nước định kỳ vào hệ thống dưới băng hoặc nó có thể loại bỏ nước khỏi hệ thống, cả hai tác động này sẽ ảnh hưởng đến dòng chảy của dòng băng ở trên. 

Sự trao đổi nước giữa hệ thống sâu và hệ thống nông này cũng có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của các vi sinh vật bên dưới dòng băng và cách những vi sinh vật đó tồn tại. Lý do là bởi vì dòng chảy của nước lỏng qua tầng chứa nước và các hồ và sông nối liền nhau ở trên thúc đẩy dòng chảy của các chất dinh dưỡng trong hệ sinh thái, thêm nữa là độ dốc của nước mặn so với nước ngọt định hình loại vi sinh vật nào có thể tồn tại trong mỗi môi trường.

Các tác giả nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết về vùng nước mặn nhất ở độ sâu của tầng chứa nước, rằng có khả năng nước sẽ chảy từ đại dương vào hệ thống nước ngầm khoảng 5.000 đến 7.000 năm trước, trong thời kỳ ấm áp vào giữa kỷ Holocen khi tảng băng Tây Nam Cực đang tạm ngừng. Sau đó, khi tảng băng chuyển động, sự hiện diện của lớp băng dày đã cắt đứt đường tiếp cận với lòng biển của đại dương, và nước biển còn sót lại bị phong tỏa như nước ngầm bên dưới dòng băng Whillans.

Tầng chứa nước bên dưới dòng băng Whillans là tầng đầu tiên được phát hiện, nhưng nhóm nghiên cứu nghi ngờ rằng các hệ thống thủy văn như vậy vẫn nằm bên dưới tất cả các dòng băng ở Nam Cực và chỉ đang chờ được khám phá. Các hệ thống nước ngầm này có thể "kéo dài hàng trăm km ngược vào bên trong tảng băng". Công việc tiếp theo sẽ là thu thập bằng chứng về các hệ thống như vậy ở những nơi khác trên lục địa và so sánh những gì họ tìm thấy ở Whillans với các khu vực khác.