Giới khoa học tung bằng chứng cảnh báo những rủi ro dưới nền Greenland

Tài nguyên thiên nhiên của Greenland, đặc biệt là khoáng sản quan trọng là chìa khóa cho quá trình chuyển đổi năng lượng tái tạo ở những nơi khác trên thế giới (Lý do đơn giản là các bộ phận quan trọng để tạo pin mặt trời hay điện gió đều cần các nguyên tố hiếm mà Greenland sở hữu). Việc khám phá sự phức tạp của lòng đất Greenland, nơi có những tài nguyên này lại hầu như chưa được biết tới. Điều đó buộc ta phải thăm dò để tính toán hiệu quả và quản lý có trách nhiệm các tài nguyên thiên nhiên này.

Gần đây, Liên minh châu Âu đã ký một biên bản ghi nhớ với chính phủ Greenland để đảm bảo nguồn cung cấp đa dạng và ổn định các khoáng sản quan trọng cần thiết cho quá trình chuyển đổi xanh. Tương tự như vậy, Mỹ đang nỗ lực đầu tư vào lĩnh vực khai thác của Greenland để thúc đẩy nguồn cung cấp vật liệu cần thiết cho các công nghệ năng lượng sạch. Các quan chức Mỹ đã làm việc với các nhà chức trách Greenland và các nhà đầu tư tiềm năng, nhấn mạnh tiềm năng của Greenland để trở thành vùng khai thác trọng điểm tới đây.

Cả Liên minh Châu Âu và Mỹ đều nhận ra tầm quan trọng chiến lược của các nguồn tài nguyên của Greenland trong việc đáp ứng nhu cầu toàn cầu về các khoáng sản quan trọng cần thiết cho một tương lai bền vững.

Khi mối quan tâm của quốc tế ngày càng tăng, việc thăm dò và phát triển có trách nhiệm các nguồn tài nguyên của Greenland là rất quan trọng để đảm bảo hài hòa giữa bảo vệ môi trường và lợi ích cho cộng đồng địa phương.

Ít rõ ràng hơn nhưng cũng quan trọng không kém, hiểu biết của chúng ta về các hiện tượng dưới bề mặt đóng vai trò then chốt trong việc lập mô phỏng khí hậu và dự báo dài hạn về mực nước biển dâng, dòng hải lưu và biến đổi khí hậu. Cấu trúc nhiệt sâu bên dưới Greenland kiểm soát quá trình giải phóng năng lượng địa nhiệt ở đáy của lớp băng trên đảo, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ tan chảy của băng trên Greenland. Sự tan chảy này không chỉ góp phần làm mực nước biển dâng cao mà còn làm thay đổi lượng nước ngọt chảy vào đại dương, ảnh hưởng đến dòng hải lưu và khí hậu.

Vào tháng 3.2024, các nhà khoa học từ khắp châu Âu, Mỹ và Canada nghiên cứu thạch quyển của Greenland (gồm lớp vỏ và lớp phủ trên cùng) đã tề tựu tại Copenhagen để tham dự một hội thảo mang tính bước ngoặt. Mục đích hội thảo là xem xét lại hiểu biết của chúng ta cả trong quá khứ và hiện tại về cấu trúc và động lực bên dưới bề mặt của Greenland. Việc xem xét lại là cần thiết trong bối cảnh biến đổi khí hậu và khai thác tài nguyên đang diễn ra với tốc độ và quy mô chưa từng có. Tại đây, các nhà khoa học cũng thảo luận về các bước hợp tác để giải quyết các câu hỏi và thách thức khoa học nổi bật.

Mọi thứ đều được kết nối

Thạch quyển của Greenland ảnh hưởng đến khí hậu bên trên như thế nào? Một loạt các nghiên cứu khoa học gần đây đã làm sáng tỏ tác động của lớp băng tan chảy của Greenland đối với các dòng hải lưu và hình thái khí hậu toàn cầu. Tất nhiên, quá trình tan chảy băng này chịu ảnh hưởng rất lớn từ nhiệt độ không khí tăng cao và các điều kiện khác ở trên bề mặt của lớp băng, nhưng nó cũng liên quan chặt chẽ đến các điều kiện bên dưới lớp băng, gồm dòng nhiệt địa nhiệt và các đặc tính cơ học của phần bên trong Trái đất.

Mối liên hệ này dễ hiểu khi chúng ta xem xét cách sự khác biệt về độ dày của thạch quyển ảnh hưởng đến một loạt các hiệu ứng. Ví dụ, các khu vực có thạch quyển mỏng, chẳng hạn như Đới tách giãn Đông Phi (East African Rift), có độ dốc nhiệt cao (tức là quá trình chuyển đổi từ nhiệt độ bên dưới bề mặt lên nhiệt độ bề mặt diễn ra trong một khoảng cách ngắn hơn), dẫn đến dòng nhiệt bề mặt cao hơn và các mảng kiến ​​tạo yếu hơn về mặt cơ học. Ở Greenland, dòng nhiệt bề mặt cao làm tăng tốc độ tan băng và gây ra các chuyển động theo phương thẳng đứng tương đối nhanh trên bề mặt (ở phần yếu hơn của mảng kiến ​​tạo) khi nó phục hồi để phản ứng với tình trạng mất băng. Đây là hiện tượng được gọi là phục hồi đẳng tĩnh băng tan.

Trong bối cảnh lo ngại ngày càng tăng về tác động của biến đổi khí hậu, nhu cầu về các mô phỏng tan băng chính xác và hệ quả tương ứng để nắm bắt cấu trúc, động lực và dòng nhiệt bề mặt của thạch quyển Greenland đang trở nên cấp thiết hơn.

Tiến trình hướng tới một phương pháp tiếp cận toàn diện hơn

Hội thảo Copenhagen tập trung vào cấu trúc thạch quyển của Greenland và mối liên hệ của nó với các nguồn tài nguyên thiên nhiên cũng như nguy cơ xảy ra thảm họa thiên nhiên, đồng thời làm sáng tỏ những tác động của động lực học dưới bề mặt đối với mô phỏng quá trình tan băng và khí hậu. Những người tham gia đã trình bày, xem xét và đánh giá rất nhiều dữ liệu khoa học về địa chất có liên quan đến sự hiểu biết của chúng ta về thành phần dưới bề mặt, cấu trúc nhiệt và động lực của Greenland từ đỉnh lớp vỏ xuống đến lớp manti trên sâu.

Một chủ đề chính của hội thảo là xử lý bất đồng giữa các tập dữ liệu và dự đoán khác nhau liên quan đến cấu trúc thạch quyển của Greenland. Mười năm trước, các mô phỏng trái chiều về các đặc điểm quan trọng của lớp dưới bề mặt như mật độ vỏ trái đất và độ dày của thạch quyển và lớp vỏ trái đất đã gây ra nhiều tranh cãi và cản trở sự đồng thuận giữa các nhà nghiên cứu. Ví dụ, dự đoán về độ dày của thạch quyển ở các phần lớn miền trung và miền bắc Greenland trong các mô phỏng khác nhau tới 80%–120%.

Trong hội thảo năm ngoái, họ lý giải sự khác biệt của các dự báo có thể bắt nguồn từ việc sử dụng các phương pháp tiếp cận theo một chuyên ngành hoặc một loại dữ liệu (ví dụ: chỉ sử dụng dữ liệu địa chấn cụ thể hoặc dữ liệu phản hồi trọng lực) để mô hình hóa lớp dưới bề mặt trong một khu vực ít dữ liệu. Hiện nay, cộng đồng địa vật lý đều biết rằng nhiều loại dữ liệu, khi được xem xét riêng lẻ, có độ nhạy hạn chế đối với các biến thể về các đặc tính như độ dày của thạch quyển.

Do đó, khi các nhà nghiên cứu tái tạo hình ảnh các đặc điểm dưới bề mặt chỉ bằng một vài quan sát từ một tập dữ liệu duy nhất, họ phải bổ sung các quan sát này bằng các mô phỏng giả định (ví dụ: về mối quan hệ giữa các tham số mô hình hoặc các biến thể tối đa được phép trong mô hình). Các giả định này luôn bổ sung tính chủ quan và có thể dẫn đến các mô phỏng khác nhau của cùng một đặc điểm dưới bề mặt. Ngược lại, làm việc với nhiều tập dữ liệu có độ nhạy bổ sung có xu hướng làm giảm sự mơ hồ trong các phỏng hình và trong các hình ảnh của bề mặt dưới mà chúng tạo ra.

Tại hội thảo, một số nhóm đã giới thiệu các mô hình toàn diện về thạch quyển của Greenland, mỗi mô hình cung cấp các góc nhìn và sắc thái độc đáo nhưng cùng nhau cho thấy sự nhất quán quan trọng trong các đặc điểm cơ bản, chẳng hạn như các mô hình về độ dày thạch quyển, mật độ dị thường và cấu trúc nhiệt độ (Hình dưới). Sự gặp gỡ này đánh dấu một cột mốc quan trọng trong sự hiểu biết của chúng ta, cho thấy những bất cập trong quá khứ đang được giải quyết và nâng cao sự tin tưởng vào tính chính xác và dự đoán của các mô hình.

Bốn mô hình gần đây về cấu trúc nhiệt của toàn bộ thạch quyển của Greenland được thảo luận trong hội thảo tháng 3.2024 tại Copenhagen được thể hiện trong hình A, B, D, E. (Thang màu tương ứng với độ sâu dự đoán của mô hình đến ranh giới thạch quyển nhiệt-quyển mềm - LAB). Hình C và F làm nổi bật sự thống nhất giữa các mô hình này về độ sâu dự đoán của chúng đối với LAB nhiệt bên dưới Greenland. Số lượng mô hình dự đoán LAB ở độ sâu hơn 180 km trên khắp khu vực được mô tả trong hình C, trong khi số lượng mô hình dự đoán LAB ở độ sâu hơn 140 km được mô tả trong hình F.

Từ nghiên cứu đến thực tế

Với sự hiểu biết rõ ràng hơn về kiến ​​trúc thạch quyển và cấu trúc nhiệt của Greenland, các nhà khoa học có nền tảng tốt hơn để tư vấn cho chính quyền địa phương và hướng dẫn các nỗ lực thăm dò nhằm mục đích khám phá các nguồn tài nguyên thiên nhiên dồi dào của nơi này. Từ đó, nguồn năng lượng địa nhiệt và các mỏ khoáng sản tiềm năng có thể được nhắm mục tiêu với độ chính xác cao hơn, thúc đẩy việc sử dụng tài nguyên hiệu quả và bền vững hơn và giúp đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng.

Hơn nữa, với các mô hình thạch quyển được cải thiện, các nhà băng hà học và nhà khoa học nghiên cứu về sự phục hồi đẳng tĩnh băng tan có những khoanh vùng tốt hơn đối với dòng nhiệt ở đáy của tảng băng, cũng như đối với nhiệt độ và thành phần của lớp vỏ và lớp phủ. Với kiến ​​thức này, các nhà nghiên cứu này có thể tinh chỉnh các ước tính mô hình về sự tiến hóa của băng, sự thay đổi mực nước biển và các biến thể trong chuyển động của đất, trọng lực và ứng suất kiến ​​tạo. Những tiến bộ này rất quan trọng để đánh giá tác động khu vực và toàn cầu của phản ứng của lớp băng trên Greenland đối với sự nóng lên của khí hậu toàn cầu.