Trái đất cũng có 'điều hòa nhiệt độ' vận hành tự động

Nghiên cứu mới này được dẫn dắt bởi các giáo sư ngành khoa học Trái đất của Đại học Oxford và Đại học Syracuse.

GS Ros Rickaby - Đại học Oxford (Anh) cho biết: "Chúng ta biết rằng lượng carbon dioxide trong khí quyển đã giảm đáng kể khi Trái đất nguội đi trong 60 triệu năm qua, nhưng chúng ta lại hiểu rất ít về nơi mà lượng carbon đó đã đi đến".

Trái đất có một cơ chế riêng để tự điều hòa nhiệt độ, đã vận hành suốt hàng trăm triệu năm.

Trọng tâm của nghiên cứu là photpho, đặc biệt là photphat, một chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của sinh vật biển.

Khi mực nước biển dâng cao, thềm lục địa nông bao phủ một diện tích lớn hơn. Những thềm lục địa này giữ lại photphat trong trầm tích ven biển, làm giảm lượng chất dinh dưỡng này có sẵn ở đại dương mở.

Khi lượng photphat trong nước giảm, năng suất sinh học biển chậm lại. Số lượng sinh vật phát triển ít hơn, lượng carbon hữu cơ lắng xuống đáy biển giảm, và lượng carbon bị chôn vùi trong trầm tích cũng giảm. Nước biển cũng trở nên giàu oxy hơn, trong khi lượng carbon dioxide tích tụ trong khí quyển tăng lên khiến Trái Đất trở nên ấm hơn.

Khi mực nước biển giảm xuống, quá trình này diễn ra theo chiều ngược lại.

Khi thềm lục địa thu hẹp, lượng photphat thải vào nước tăng lên. Lượng chất dinh dưỡng dư thừa này đã thúc đẩy sự bùng nổ của đời sống sinh vật biển. Khi các sinh vật chết đi, xác của chúng chìm xuống và phân hủy, tiêu thụ oxy trong nước xung quanh.

Theo thời gian, các vùng thiếu oxy hình thành trong đại dương. Khi những vùng này chạm đến các trầm tích giàu carbon trên thềm lục địa, chúng đã kích hoạt một quá trình phản hồi mạnh mẽ.

Cách phản hồi này đạt cường độ mạnh nhất khi mực nước biển cao hơn khoảng 10 đến 40 mét so với mực nước biển hiện tại. Tại điểm "tối ưu" mực nước biển này, vùng nước có hàm lượng oxy thấp trùng khớp với trầm tích giàu chất hữu cơ trên thềm lục địa. Sự kết hợp đó đã cho phép một lượng carbon khổng lồ bị chôn vùi trong hàng triệu năm.

Mực nước biển dâng cao hoặc hạ thấp sẽ điều chỉnh lượng phốt phát mà các đại dương nhận được chính là cơ chế biến thiên nhiệt độ.

Kỷ Eocene, kéo dài từ khoảng 56 đến 34 triệu năm trước, là một ví dụ rõ ràng về những gì đã xảy ra khi cơ chế phản hồi chôn vùi carbon hầu như không hoạt động.

Trong giai đoạn đó, mực nước biển dâng cao bất thường và các thềm lục địa rộng lớn bị ngập lụt. Photphat bị giữ lại trong trầm tích nông, khiến đại dương mở trở nên tương đối nghèo chất dinh dưỡng.

Năng suất sinh học biển vẫn ở mức thấp, đại dương trở nên giàu oxy hơn và lượng carbon hữu cơ bị chôn vùi giảm đi. Khi cơ chế phản hồi bị tắt đi một cách hiệu quả, khí carbon dioxide tích tụ trong khí quyển và Trái đất vẫn ấm áp.

Các nhà nghiên cứu cho rằng các khu vực chôn vùi carbon đã dần thu hẹp lại theo thời gian địa chất khi nước có hàm lượng oxy thấp di chuyển xuống sâu hơn.

Sự thay đổi dài hạn này có thể đã giúp ổn định cả oxy và carbon dioxide trong khí quyển. Sự dao động giữa quá trình chôn vùi carbon và tích lũy carbon trong khí quyển trở nên ít cực đoan hơn, khiến hệ thống khí hậu Trái đất bền vững hơn trước những biến động.

Photphat, một chất dinh dưỡng thiết yếu cho sinh vật biển, đã đóng vai trò như một chất điều hòa ngầm của chu trình carbon trên Trái đất trong 60 triệu năm qua, mặc dù vai trò chính xác của nó vẫn chưa được hiểu đầy đủ.

Điều sẽ xảy ra với Hệ mặt trời của chúng ta sau 5 tỷ năm nữa.