Tuyết thành băng mất bao lâu: firn, lõi băng và 800.000 năm tích tụ

Tuyết biến thành băng sông băng qua một giai đoạn trung gian gọi là firn, và thời gian chuyển hoá rất khác nhau: vài năm tới vài chục năm ở những sông băng ấm, nhiều tuyết; có thể tới hàng nghìn năm ở nội địa Nam Cực, nơi mỗi năm chỉ thêm khoảng 2–3 cm nước. Chính sự tích tụ chậm, lớp chồng lớp đó đã tạo ra những khối băng dày hơn 3 km, trong đó lõi băng khoan ở Dome C (Nam Cực) chứa băng có tuổi khoảng 800.000 năm.

Từ bông tuyết tới băng xanh

Một bông tuyết mới rơi rất xốp, phần lớn thể tích là không khí. Lớp tuyết mới trên núi có khối lượng riêng chỉ cỡ một phần mười của nước. Băng sông băng thì đặc, khoảng 0,917 tấn mỗi mét khối, gần như không còn khoảng rỗng thông nhau. Giữa hai trạng thái đó là cả một quá trình ép chặt.

Firn là từ gốc Đức, nghĩa là "tuyết của năm ngoái". Ở Nam Cực, lớp firn có thể dày khoảng 50–120 m. Nghĩa là phải đào qua cả một toà nhà ba chục tầng tuyết nén mới chạm tới băng thật.

Vì sao nơi nhanh, nơi chậm

Có hai thứ đẩy nhanh quá trình: nhiều tuyết đè lên và nhiệt độ gần điểm tan. Ở sông băng vùng ôn đới như dãy Alps, mỗi năm tuyết rơi dày, mùa hè có lúc tan rồi đông lại, nước thấm xuống lấp khe hở. Firn có thể biến thành băng chỉ trong vài năm tới vài chục năm.

Nội địa Nam Cực thì ngược lại: lạnh khủng khiếp và rất ít tuyết. Về lượng nước, đây là một trong những sa mạc khô nhất Trái Đất. Ở Dome C, lượng tuyết tích tụ mỗi năm chỉ tương đương khoảng 2–3 cm nước. Không tan, không có nước thấm, chỉ có sức nặng của tuyết bên trên ép từng chút. Từ khi bông tuyết rơi tới lúc bọt khí bị khoá lại có thể mất vài nghìn năm.

Ở đỉnh băng Greenland, lượng tích tụ lớn hơn nhiều, khoảng 20–25 cm băng mỗi năm. Các lớp năm vì thế dày, đủ để các nhà khoa học đếm từng năm một như đếm vòng gỗ.

Cuốn lịch trong băng

Mỗi năm tuyết mùa hè và tuyết mùa đông khác nhau một chút: tỉ lệ đồng vị oxy và hydro, lượng bụi, lượng muối biển, độ dẫn điện. Khoan một lõi băng lên, cắt dọc, chiếu sáng, đo hoá học từng centimét, có thể thấy các lớp năm lặp lại.

Greenland: đếm từng năm

Các lõi băng khoan ở Greenland từ thập niên 1990 như GRIP, GISP2 rồi NGRIP dài khoảng 3 km. Ở phần trên, các lớp năm đủ rõ để đếm trực tiếp về quá khứ khoảng 60.000 năm. Sâu hơn, lớp bị ép quá mỏng, phải dùng mô hình dòng chảy của băng để ước tính tuổi.

Nam Cực: đi xa hơn nhưng không đếm được từng năm

Lõi băng EPICA ở Dome C dài khoảng 3.270 m, công bố đầy đủ vào giữa thập niên 2000, cho bản ghi khí hậu khoảng 800.000 năm, tức khoảng tám chu kỳ băng hà – gian băng. Vì tuyết rơi ít, lớp năm quá mỏng để đếm, tuổi được xác định bằng mô hình kết hợp với các dấu mốc như lớp tro núi lửa và biến đổi quỹ đạo Trái Đất. Đầu năm 2025, dự án Beyond EPICA ở Little Dome C công bố đã khoan tới đá gốc ở độ sâu khoảng 2.800 m, với kỳ vọng phần băng dưới cùng có tuổi trên 1,2 triệu năm.

Phép tính: 3 km băng chứa 800.000 năm

Thử chia đơn giản: 3.270 m chia cho 800.000 năm ra khoảng 4 mm mỗi năm. Nhưng ở bề mặt Dome C, mỗi năm thêm khoảng 2–3 cm nước, tương đương vài centimét băng. Vậy chỗ chênh lệch nằm ở đâu?

1. Lớp tuyết mỗi năm khi bị nén thành băng thì mỏng đi so với lúc còn xốp.
2. Băng không đứng yên: dưới sức nặng, nó chảy ngang ra phía rìa rất chậm. Mỗi lớp bị kéo mỏng ra như bột bánh bị cán.
3. Càng xuống sâu, lớp càng bị kéo mỏng. Ở gần đáy, một centimét băng có thể chứa hàng trăm năm.

Kết quả là phần trên của lõi băng ghi chép rất chi tiết vài nghìn năm gần đây, còn mấy chục mét dưới cùng nén cả trăm nghìn năm. Giống một cuốn sổ nhật ký mà trang đầu viết chữ to, trang cuối viết chữ li ti.

Bọt khí: mẫu không khí cổ

Khi firn chuyển thành băng, không khí bị nhốt trong những bọt khí rất nhỏ. Mỗi bọt là một mẫu khí quyển xưa. Phân tích các bọt khí trong lõi EPICA và lõi Vostok cho thấy nồng độ CO₂ dao động khoảng 180 ppm trong các thời kỳ băng hà và khoảng 280 ppm trong các thời kỳ ấm, lặp lại suốt 800.000 năm. Tính tới năm 2024, nồng độ CO₂ trong khí quyển đã vượt 420 ppm, cao hơn mọi giá trị ghi trong lõi băng.

Có một điểm tinh tế: vì khí còn thông với bên ngoài qua lớp firn, bọt khí bị khoá lại sau khi tuyết bao quanh nó đã rơi từ lâu. Ở Dome C, khí trong một lớp băng có thể trẻ hơn chính lớp băng đó hàng nghìn năm. Các nhà nghiên cứu phải tính toán độ lệch này khi so nhiệt độ với CO₂.

Bao nhiêu băng đã tích lại trên Trái Đất

Lượng băng ở Nam Cực là thành quả của hàng chục triệu năm tuyết rơi tích lại, chỉ thêm vài centimét nước mỗi năm. Chiều ngược lại nhanh hơn nhiều: một nghiên cứu lớn công bố năm 2021 ước tính các sông băng núi trên thế giới (không tính hai tảng băng lớn) mất trung bình khoảng 270 tỉ tấn băng mỗi năm trong giai đoạn 2000–2019, và tốc độ mất tăng dần.

Góc nhìn hôm nay: thấy tuyết, nghĩ tới băng

Việt Nam không có sông băng. Thỉnh thoảng có tuyết trên đỉnh Fansipan hay vùng Sa Pa (Lào Cai) như đợt rét đầu năm 2016, nhưng tuyết tan sau vài ngày, chưa bao giờ qua được một mùa hè để thành firn. Những sông băng gần Việt Nam nhất nằm ở vùng núi cao phía tây Vân Nam và cao nguyên Tây Tạng, nơi khởi nguồn của sông Mê Kông.

Lần tới khi thấy đá tủ lạnh có bọt trắng ở giữa, hãy nhớ đó cũng là khí bị nhốt khi nước đông lại, cùng nguyên lý với bọt khí cổ trong lõi băng, chỉ khác là chỉ mất vài giờ thay vì vài nghìn năm. Muốn tìm hiểu thêm, các trang của những dự án khoan băng lớn như EPICA hay Beyond EPICA có ảnh lõi băng, đồ thị CO₂ và nhiệt độ, đọc được bằng tiếng Anh, dễ hiểu với người không chuyên.