Vùng tây nam Bắc Mỹ đã phải hứng chịu thời tiết khắc nghiệt trong những năm gần đây, từ những đợt nắng nóng gay gắt và cháy rừng thiêu đốt cho đến những cơn mưa gió mùa gây lũ quét và lở đất.
Khi nhiệt độ trên khắp thế giới tiếp tục tăng do sự nóng lên toàn cầu, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Syracuse, Đại học Connecticut, Đại học Arizona, Đại học George Mason và Đại học Harvard đang tìm kiếm manh mối môi trường từ hàng triệu năm trước để dự đoán khí hậu phía tây nam có thể trông như thế nào trong tương lai.
>> Tham khảo: Trí tuệ nhân tạo giúp tăng tốc nghiên cứu vật liệu.
Bằng cách phân tích dữ liệu khí hậu cổ đại, các nhà khoa học nghi ngờ rằng nhiệt độ cao hơn có thể gây ra lượng mưa mùa hè mạnh hơn và lan rộng hơn trên khắp vùng tây nam Hoa Kỳ.
Các khu vực cận nhiệt đới như tây nam Bắc Mỹ đang trở nên khô hạn hơn do sự nóng lên toàn cầu, vì nhiệt độ cao hơn gây ra tình trạng khô cằn hơn về tổng thể.
Tuy nhiên, nhiệt độ tăng cũng có thể dẫn đến lượng mưa quá mức trong những tháng mùa hè. Cơ chế thúc đẩy điều này là gió mùa tăng cường.
Mới mùa hè vừa qua, miền nam California đã cảm nhận được ảnh hưởng của gió mùa, với lũ lụt lịch sử kéo dài đến những nơi như Thung lũng Chết và các khu vực khác được biết đến là nơi thiếu mưa.
Trong một nghiên cứu do Tripti Bhattacharya, Giáo sư Gia đình Thonis tại Khoa Khoa học Trái đất và Môi trường tại Đại học Syracuse, dẫn đầu, các nhà nghiên cứu đã khám phá một thời điểm khác trong lịch sử Trái đất với gió mùa mùa hè mạnh mẽ ở Bắc Mỹ.
Trong thời kỳ giữa Pliocen, khoảng thời gian khoảng 3 triệu năm trước, mặc dù mức độ carbon dioxide tương tự như ngày nay, phía tây nam Bắc Mỹ có rất nhiều hồ và các loài động thực vật cần môi trường ẩm ướt hơn một cách đáng ngạc nhiên.
Bài báo mới của nhóm, được đăng trên tạp chí AGU Advances, gợi ý rằng một cơn gió mùa mạnh hơn ở giữa Pliocene có thể giải thích các điều kiện ẩm ướt hơn trong quá khứ, với những tác động cho tương lai.
Tìm câu trả lời trong sáp lá cổ đại
Để hiểu gió mùa đã thay đổi như thế nào vào giữa Pliocene, Bhattacharya và nghiên cứu sinh Claire Rubbelke, một Ph.D. ứng cử viên trong khoa học Trái đất và môi trường, đã phân tích sáp lá thời Pliocene được bảo quản trong lõi trầm tích đại dương từ Baja California và miền nam California.
Thành phần đồng vị hydro của các loại sáp này cho thấy những thay đổi trong quá khứ của gió mùa. Vì mưa là nguồn cung cấp hydro được sử dụng để tạo ra sáp lá, nên việc đo nồng độ hydro cho thấy tổng lượng mưa từ một thời điểm cụ thể trong quá khứ.
Các nhà nghiên cứu chiết xuất sáp lá bằng cách chạy dung môi qua trầm tích ở nhiệt độ và áp suất cao và thực hiện các phép đo đồng vị bằng thiết bị gọi là máy quang phổ khối tỷ lệ sắc ký khí-đồng vị, tách sáp theo khối lượng phân tử của chúng.
>> Tham khảo: Các quy trình mới dẫn đến hiệu suất pin sạc tốt hơn.
“Với thông tin được mã hóa trong sáp lá, chúng tôi phát hiện ra rằng Pliocene có gió mùa mùa hè mạnh hơn ở phía tây Mexico kéo dài đến tận miền nam California hiện nay, trái ngược với nghiên cứu trước đây cho rằng những thay đổi khí hậu thủy văn trong Pliocene chỉ là kết quả của mùa đông chứ không phải mùa hè , lượng mưa,” ghi chú Bhattacharya. “Bài báo của chúng tôi trình bày bằng chứng trực tiếp đầu tiên rằng những thay đổi gió mùa gây ra điều kiện ẩm ướt ở giữa Pliocene.”
Được thúc đẩy bởi sự thay đổi nhiệt độ
Chuyên gia lập mô hình khí hậu Ran Feng, giáo sư tại Khoa Khoa học Địa chất của Đại học Connecticut và là tác giả thứ hai của nghiên cứu, đã thực hiện các mô phỏng để xác định nhiệt độ bề mặt biển có thể ảnh hưởng như thế nào đến Gió mùa Bắc Mỹ mạnh hơn vào giữa Pliocene.
Nhóm của cô phát hiện ra rằng nhiệt độ đại dương ở Thái Bình Dương được sắp xếp theo cách vận chuyển nhiều hơi ẩm hơn từ vùng nhiệt đới đến vùng cận nhiệt đới. Cụ thể, đã có sự giảm độ dốc nhiệt độ cận nhiệt đới-nhiệt đới dẫn đến sự tăng cường của gió mùa Bắc Mỹ.
Nhiệt độ là một trong những yếu tố thúc đẩy cường độ gió mùa. Điều kiện ấm hơn ở phía đông xích đạo Thái Bình Dương gây ra chuyển động giảm dần trên nhiều vùng gió mùa ở tây nam Bắc Mỹ, làm giảm sự thuận lợi của bầu khí quyển đối với lượng mưa.
Nhưng khi rìa California ấm hơn vùng xích đạo phía đông Thái Bình Dương – như có thể xảy ra ngày nay trong các sự kiện sóng nhiệt trên biển – thì một lượng lớn hơi ẩm nhiệt đới xâm nhập vào vùng cận nhiệt đới, mang lại lượng mưa gió mùa Bắc Mỹ tăng lên.
>> Tham khảo: Các con đập có thể đóng một vai trò lớn trong việc nuôi sống thế giới bền vững hơn.
“Bằng cách nghiên cứu khí hậu giữa Pliocene, chúng ta có thể xác định hành tinh của chúng ta hoạt động như thế nào trong điều kiện ấm áp,” Feng nói. “Cơ chế mà chúng tôi xác định ở đây đã hoạt động trong các sự kiện sóng nhiệt trên biển ngày nay và chúng tôi dự đoán rằng nó sẽ trở nên phổ biến hơn trong tương lai với khí hậu ấm hơn và có lẽ các sự kiện sóng nhiệt trên biển diễn ra thường xuyên hơn.”
Kết quả của họ đưa ra xác nhận rằng nhiệt độ cao hơn ở rìa California giúp tăng tính thuận lợi của bầu khí quyển đối với lượng mưa gió mùa — về cơ bản là cung cấp nhiều năng lượng hơn để cung cấp năng lượng cho các cơn bão gió mùa.
“Lượng mưa mùa hè và lũ lụt có thể sẽ tăng lên trong tương lai ở tây nam Bắc Mỹ,” Bhattacharya nói. “Chúng tôi tin rằng công việc của chúng tôi là một minh họa hay về cách sử dụng quá khứ để dự đoán các hiểm họa khí hậu trong tương lai.”
Jessica Tierney, giáo sư khoa học địa chất tại Đại học Arizona và là đồng tác giả của nghiên cứu, lưu ý rằng những khoảng thời gian mưa ‘giống Pliocene’ tiềm năng này, cùng tồn tại với siêu hạn hán đang gia tăng ở tây nam Bắc Mỹ, sẽ có tác động đối với các hệ sinh thái, cơ sở hạ tầng con người và tài nguyên nước.
Tierney nói: “Gió mùa mạnh hơn có nghĩa là có nhiều mưa hơn ở phía tây nam Hoa Kỳ, đây là điều tốt cho khu vực đang phải đối mặt với hạn hán kinh niên.
“Thật không may, rất nhiều mưa rơi trong các cơn bão gió mùa rơi rất nhanh, chảy ra khỏi cảnh quan và có thể gây ra lũ lụt thảm khốc, gây nguy hiểm cho cộng đồng.”
Mặc dù các dự báo chính xác về các đợt gió mùa ở Bắc Mỹ trong tương lai vẫn chưa chắc chắn, nhưng nghiên cứu của họ đưa ra bằng chứng rằng khí hậu ấm hơn với các điều kiện tương tự như Pliocene giữa mang đến tiềm năng cho một đợt gió mùa mở rộng và dữ dội hơn.
>> Tham khảo: Trao đổi chất được tìm thấy để điều chỉnh sản xuất tế bào sát thủ.
Với xu hướng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu do con người gây ra hiện nay, các điều kiện gió mùa mùa hè khắc nghiệt có thể sớm trở nên phổ biến hơn ở phía tây nam Bắc Mỹ.
Các tác giả khác trong nghiên cứu bao gồm Claire Rubbelke, Ph.D. ứng cử viên Khoa học Trái đất và Môi trường, Đại học Syracuse; Natalie Burls, phó giáo sư, và Scott Knapp, Ph.D. ứng cử viên, Khoa Khoa học Khí quyển, Đại dương và Trái đất của Đại học George Mason; và Minmin Fu, Ph.D. ứng cử viên, Đại học Harvard.
Công trình của Bhattacharya được hỗ trợ bởi ba khoản tài trợ của Quỹ Khoa học Quốc gia: OCE-1903148, OCE-2103015 và EAR-2018078.
