Bài giảng Thời tiết khí hậu: Chương 16- Biến đổi khí hậu: quá khứ và tương lai

Ch€ơng 16 biến đổi khí hậu: quá khứ vˆ t€ơng lai Hãy t‡ởng t‡ợng bạn đang sống ở vùng rìa phía nam của Greenland trong thế kỷ 13. Giữa những ng‡ời Viking hoang sơ, sinh hoạt của gia đình bạn chỉ xoay quanh việc câu cá, săn bắn v gia súc - chủ yếu l cừu đ‡ợc nuôi d‡ỡng trên các đồng cỏ t‡ơi tốt trong những ngy hè di. Nh‡ng dần dần, trải qua những thập kỷ, điều kiện khí hậu xa sút so với trạng thái bình th‡ờng. Dông bão mùa đông trở nên th‡ờng xuyên v khắc nghiệt hơn, những đợt tuyết nặng nề rất phổ biến. Mùa sinh tr‡ởng rút ngắn vì số ngy s‡ơng giá tăng lên. Băng biển gia tăng lm hạn chế nghề cá v buộc ng‡ời ta phải kéo di thời gian đi biển xa hơn đến phía nam. Dần dần, mùa đông thống trị suốt năm v thức ăn cạn kệt l không tránh khỏi. Đối mặt với những thay đổi ny, gia đình bạn sẽ rút lui về các vùng khí hậu Scandinavia ấm áp hơn, bỏ lại sau l‡ng những thế hệ ng‡ời thân tử vong đ‡ợc chôn cất ở cái nơi m chẳng bao lâu sau đã trở thnh vùng băng vĩnh cửu. Suy ngẫm về điều ny, ng‡ời ta không khỏi phân vân liệu những thứ nh‡ thế có xảy ra với hôm nay. Mặc dù các xã hội hiện đại chắc chắn có khả năng thích nghi cao hơn so với những ng‡ời Viking, nh‡ng chúng ta khó thoát khỏi những ảnh h‡ởng của biến đổi khí hậu. (Dù sao, khí hậu thuận lợi vẫn cần thiết đối với tất cả các ngnh sản xuất thực phẩm). Vì vậy, không ngạc nhiên, chủ đề về biến đổi khí hậu đ‡ợc giới khoa học v công luận rất chú ý trong những năm gần đây. Sự chú ý ny không chỉ l xuất phát từ vấn đề các tác động có thể của con ng‡ời tới khí hậu, nó còn do mối lo về biến đổi khí hậu tự nhiên, nh‡ liên quan đến những đợt El Nino v phun tro núi lửa. Trong ch‡ơng ny, chúng ta sẽ xem lại khí hậu trong quá khứ, những nhân tố có thể l nguyên nhân biến đổi khí hậu, những ph‡ơng pháp dùng để xác định khí hậu quá khứ v việc sử dụng các mô hình hon l‡u chung để nghiên cứu những tác động tiềm năng của con ng‡ời. Định nghĩa biến đổi khí hậu Chúng ta đã thấy ở ch‡ơng 15 rằng khí hậu đ‡ợc định nghĩa nh‡ l những tính chất thống kê của các biến số khí quyển, gồm nhiệt độ, l‡ợng m‡a v gió. Vậy, biến đổi khí hậu có thể đ‡ợc định nghĩa nh‡ l một biến đổi của một tính chất thống kê của khí quyển, nh‡ biến đổi về nhiệt độ trung bình. Chúng ta còn thấy ở ch‡ơng 15 rằng khí hậu còn hơn l giá trị trung bình, hay trị số trung bình. Những biến thiên năm đến năm, những biến thiên mùa v xu thế xuất hiện của những năm trên chuẩn v d‡ới chuẩn liên tiếp cũng l một hợp phần quan trọng của khí hậu. Vì 568 vậy, những biến đổi về khí hậu có thể xảy ra thậm chí thông qua các giá trị trung bình của l‡ợng m‡a, nhiệt độ, còn gió không đổi theo thời gian. Ví dụ, thậm chí trong điều kiện không thay đổi l‡ợng m‡a trung bình năm, thay đổi về thời gian của những năm khô hạn v m‡a nhiều có thể gây nên những hậu quả đối với con ng‡ời v nên đ‡ợc xem l biến đổi khí hậu. Tr‡ớc hết, một cách rất tổng quát, ta xem biến đổi khí hậu có thể xảy ra bằng cách no. Bằng cách no đó khí hậu Trái Đất giống nh‡ một hệ thống thích ứng với một loạt các nhân tố bên ngoi, th‡ờng đ‡ợc gọi l các điều kiện biên. Trong tr‡ờng hợp khí hậu ton cầu, các điều kiện biên gồm c‡ờng độ ánh sáng Mặt Trời, phân bố các lục địa v đại d‡ơng, thnh phần của khí quyển v.v... Khi một hoặc nhiều nhân tố bên ngoi ny thay đổi, hệ thống sẽ thích ứng theo. Vì vậy, ví dụ, nếu nh‡ năng l‡ợng phát ra của Mặt Trời tăng lên, chúng ta dự đoán nhiệt độ trung bình ton cầu tăng. Một số năm có thể l lạnh hơn tr‡ớc, nh‡ng về trung bình, ta kỳ vọng một khí hậu ấm hơn, đó l sự biến đổi của một tính chất thống kê. Các điều kiện bên ngoi có thể biến đổi quá nhanh, phá vỡ một loại cân bằng khí hậu no đó, nh‡ng ta có thể không bao giờ cho rằng các điều kiện bên ngoi điều khiển đ‡ợc biến đổi khí hậu. Nếu nhìn nhận sự vật theo cách đó, thì biến đổi khí hậu có thể đ‡ợc định nghĩa nh‡ l sự thích ứng của hệ thống Trái Đất - khí quyển với những thay đổi của các điều kiện biên. Tr‡ớc khi áp dụng quan điểm rất hấp dẫn (v rất phổ biến) ny về biến đổi khí hậu, chúng ta cần hỏi hai câu hỏi. Thứ nhất, ta phân vân liệu một tổ hợp các điều kiên biên đang xét có quyết định khí hậu Trái Đất một cách đơn trị không. Nói khác đi, ta có thể hỏi “một tổ hợp duy nhất các giá trị biên có thể sinh ra hơn một kiểu khí hậu không?” Thật thú vị, cả lý thuyết v quan trắc đều mách bảo rằng câu trả lời l “có”. Ng‡ời ta đã biết tới cung cách diễn biến kiểu đó th‡ờng xảy ra trong các hệ thống phức tạp, nh‡ khí hậu Trái Đất, v gọi nó l tính không chuyển tiếp. Nếu khí hậu Trái Đất l không chuyển tiếp, chắc chắn sẽ lm phức tạp cho câu hỏi có phải các điều kiện biên đã gây nên sự biến đổi nh‡ ta đã thấy không, v lm cho chúng ta khó m quy kết những biến đổi no đó cho các nguyên nhân cụ thể. Câu hỏi thứ hai liên quan tới cách m chúng ta dùng để phát hiện biến đổi khí hậu. Hãy t‡ởng t‡ợng có một dụng cụ hon hảo, có thể đo trạng thái của khí quyển tại thời điểm bất kỳ trong suốt lịch sử Trái Đất. Các số đo từ một thiết bị nh‡ vậy có thể đ‡ợc dùng để tính các đặc tr‡ng thống kê cho những thời kỳ khác nhau, chúng cung cấp bằng chứng về biến đổi khí hậu. Ví dụ, ta có thể lấy trung bình các giá trị nhiệt độ trong các thời kỳ 100 năm liên tiếp để có ý niệm về biến thiên từ thế kỷ đến thế kỷ. Chúng ta phân vân “liệu các đặc tr‡ng thống kê nh‡ thế có khả năng biến đổi theo thời gian không, thậm chí trong tình huống các điều kiện biên không đổi?” Đáp án lại l “có”. Nếu sử dụng lý thuyết thống kê đơn giản, dễ dng chứng minh đ‡ợc rằng các số đo thống kê đ‡ợc tính toán theo kiểu đó có bị biến thiên, không phụ thuộc vo những thay đổi của các điều kiện biên. Vì vậy, dù trị số trung bình đích thực l không đổi, các trị số trung bình 100 năm riêng lẻ tăng v giảm từ thế kỷ ny đến thế kỷ khác. (Các đặc tr‡ng thống kê khác cũng diễn biến t‡ơng tự). Về ph‡ơng diện vật lý, vấn đề l do những biến thiên ngắn hạn, không l‡ờng tr‡ớc 569 đ‡ợc gắn liền với các sự kiện thời tiết, đã gây nên những biến thiên ở các quy mô thời gian di hơn. * Những thiên lệch ngắn hạn khỏi trị trung bình trở thnh những thiên lệch di hạn v lm hỗn tạp những thay đổi nếu có do các điều kiện bên ngoi. Cho nên, dù ta thấy nhiệt độ trung bình 100 năm thay đổi, thì vẫn không rõ có phải ta đang chứng kiến biến đổi khí hậu hay không – có thể đó l lỗi nhân tạo do các mẫu có độ di hạn chế. Rõ rng l, không có ph‡ơng cách no cho bi toán ny; nếu dùng các chu kỳ lấy trung bình di hơn thì giảm đ‡ợc sai số mẫu, nh‡ng lại tăng xác suất lm lu mờ mất các thời kỳ khí hậu thực sự khác biệt (có nguyên nhân do các điều kiện bên ngoi thay đổi). Trong bối cảnh những khó khăn nh‡ vậy, chúng ta sẽ phải mở rộng quan điểm của mình về biến đổi khí hậu để thâu tóm đ‡ợc tất cả những thay đổi, dù l do các giá trị biên hay l không. Nói khác đi, trong sách ny chúng tôi không phân biệt giữa sự biến đổi do các quá trình nội tại v biến đổi do các quá trình bên ngoi. Bất chấp “công cụ” m chúng ta sử dụng (nhiệt kế, l‡ợng tích tụ băng trong băng h, độ rộng của các vòng đời trong thân cây), nếu các giá trị thống kê thay đổi theo thời gian, chúng ta sẽ gọi đó l biến đổi khí hậu. B‡ớc đầu, điều ny dù ch‡a phải l lý t‡ởng (biến đổi bây giờ phụ thuộc một phần vo độ di của mẫu), nh‡ng nó có tính thực tế cao v tránh đ‡ợc những phức tạp nh‡ đã nêu. Các quy mô thời gian của biến đổi khí hậu Các nh khí t‡ợng học hay bị hỏi một câu hỏi rất đơn giản: Khí hậu đang nóng lên? Mặc dù câu hỏi đ‡ợc phát biểu một cách đơn giản, song không có đáp án đơn giản, một phần bởi vì đáp án tùy thuộc vo quy mô thời gian đ‡ợc xét. Xét xu thế giả định của nhiệt độ tại nơi no đó, đ‡ợc biểu diễn trên hình 16.1. Nếu một ng‡ời quan tâm đến xu thế nhiệt độ trong tất cả 150 năm, thì có một xu thế rõ rng đang ấm dần. Mặt khác, ai đó khoảng 20 tuổi có thể sẽ bảo rằng các nhiệt độ đã giảm trong suốt thời gian chị ấy sống. Hình 16.1. Xu thế giả định của nhiệt độ theo thời gian * Chúng ta đã xét điều ny xảy ra ra sao ở ch‡ơng 13, trong chủ đề về những ngẫu nhiên. 570 Hình 16.2. Cột địa tầng Trong cuộc sống thực, tình hình phức tạp hơn ví dụ ny, vì những biến đổi trong khí hậu xảy ra cùng lúc với nhiều quy mô thời gian khác nhau, không phải chỉ có hai. Một số biến đổi diễn ra ở các quy mô thời gian hng trăm triệu năm, một số khác với quy mô hng trăm hoặc hng chục ngn năm, một số t‡ơng ứng với những thế kỷ, nh‡ng một số khác thậm chí chỉ t‡ơng ứng với vi thập niên. Không có một quan hệ chặt chẽ v đơn giản no giữa độ lớn của một biến đổi khí hậu v quy mô thời gian của nó; tuy nhiên, theo quy luật chung, các dao động diễn ra trong những khoảng thời gian di hơn th‡ờng có độ lớn lớn hơn so với những dao động ở các quy mô thời gian ngắn hơn. Vấn đề nóng lên còn rắc rối do một thực tế l biến đổi khí hậu khác nhau theo không gian trên địa cầu. Vì vậy, ví dụ, ở Bắc bán cầu có thể không có một xu thế nhiệt độ, hoặc l có nh‡ng xu h‡ớng ng‡ợc lại so với ở Nam bán cầu. Một lần nữa, không có mối liên hệ nhất định, nh‡ng các vĩ độ nhiệt đới th‡ờng thay đổi ít hơn so với các vĩ độ cao. Những biến đổi đáng kể theo kinh độ cũng có xảy ra, nên có nhiều mức chênh lệch hòa trộn ở trong một dải vĩ độ. Điều ny có thể xảy ra, ví dụ, nếu vị trí trung bình của các sóng Rossby di chuyển từ đông sang tây. Ng‡ợc lại với những biến đổi trong thời gian, có một xu thế phổ biến l những biến đổi ở các quy mô không gian bé lại mạnh hơn so với những biến đổi quan trắc đ‡ợc trên những khu vực rộng lớn. Nh‡ vậy, chúng ta thấy rằng câu trả lời cho các câu hỏi về biến đổi khí 571 hậu t‡ơng lai phải đ‡ợc quy chiếu tới cả quy mô không gian v quy mô thời gian. Một cách t‡ơng tự, khi xét các khí hậu quá khứ, những bức tranh rất khác biệt nhau hòa trộn vo với nhau tùy thuộc vo khu vực đ‡ợc xét v quy mô thời gian chấp nhận. Các nền khí hậu trong quá khứ Các nh khoa học về Trái Đất đã phát triển một sơ đồ phổ dụng để phân chia lịch sử tự nhiên của hnh tinh thnh những trang thời gian khác nhau. Cột địa tầng địa chất trên hình 16.2 dùng một hệ thống nhiều tầng phân chia thời gian thnh các đại, kỷ v kỳ. Những đoạn thời gian ny không dựa trên các đặc tr‡ng khí hậu, m dựa trên bằng chứng địa chất v hóa thạch chỉ thị những điều kiện môi tr‡ờng v sự kiện quá khứ. Vì vậy, các thời kỳ khí hậu đôi khi gắn liền với những đại, kỷ hoặc kỳ cụ thể - những đoạn thời gian m không nên đ‡ợc xem nh‡ có điều kiện khí hậu đồng nhất. Hơn nữa, những sự kiện khí hậu lớn đôi khi cắt qua các ranh giới trong cột địa tầng, vì thế các phân vị không cho biết các thời gian bắt đầu v kết thúc. Đối với mục đích của chúng ta, hệ thống thuật ngữ đ‡ợc sử dụng tốt nhất nh‡ l một loại lịch, để phân định các điểm mốc trong thời gian, chứ không phải l để phân định các khí hậu hay các sự kiện cụ thể. Với tinh thần đó, chúng ta có thể bn luận một số giai đoạn lớn của lịch sử khí hậu Trái Đất. Những thời kỳ ấm v† những kỷ nguyên băng h† Giống nh‡ những c‡ dân Viking, chúng ta có xu h‡ớng cho rằng thời kỳ của chúng ta l “chuẩn”, nh‡ng hon ton không phải nh‡ vậy. Nếu nhìn lại khoảng thời gian di của lịch sử Trái Đất, chúng ta sẽ phải nói khí hậu hiện tại rất không bình th‡ờng, bởi vì phần lớn thời gian hnh tinh của chúng ta đã từng ấm hơn nhiều hơn so với ngy nay. Không giống nh‡ bây giờ, khi m Bắc Băng D‡ơng hầu nh‡ đóng băng quanh năm v những khiên băng lớn bao phủ khắp trên lục địa Nam Cực v Greenland, trong phần lớn tuổi đời của mình, Trái Đất đã từng không có thảm băng vĩnh cửu (quanh năm). Một phác họa chính xác hơn, đó l phác họa về một hnh tinh ấm áp, bị xen kẽ có lẽ bởi bảy kỷ nguyên băng hˆ t‡ơng đối ngắn ngủi. Dù khác nhau, những thời kỳ ấm kéo di hng trăm triệu năm đến nhiều tỷ năm, trong khi các kỷ nguyên băng h chỉ kéo di cỡ vi chục triệu năm đến có lẽ một trăm triệu năm. Tất cả thời gian tồn tại của loi ng‡ời, gồm thời kỳ lịch sử, đã diễn ra trong một kỷ nguyên băng h gần đây nhất trong số những kỷ nguyên băng h vĩ đại ny. Vì vậy, nếu ai đó hỏi rằng kỷ nguyên băng h sắp xuất hiện phải không, thì câu trả lời sẽ l “không, nó đã đang ở đây”. Kỷ nguyên băng h sớm nhất đ‡ợc biết đã có niên đại khoảng 2,3 tỷ năm về tr‡ớc, tiếp sau l ba kỷ nguyên ở khoảng giữa 900 v 600 triệu năm trứơc. Một kỷ nguyên băng h khác có niên đại ở khoảng 440 đến 300 triệu năm tr‡ớc. Kỷ nguyên băng h m chúng ta đang sống, kỷ nguyên muộn nhất, đã diễn ra 15 triệu năm gần đây hoặc khoảng đó. Không có bằng chứng no về các kỷ nguyên băng h trong thời gian 2 tỷ năm 572 đầu tiên của 4,5 tỷ năm tuổi Trái Đất. Theo một ‡ớc l‡ợng, trong 2,5 tỷ năm gần đây, chỉ 10 đến 20% từng l các thời kỳ băng h. Một quan điểm khác, ho phóng hơn thì cho 50% của thời gian ny l những thời kỳ kỷ băng h. Nh‡ng trong cả hai tr‡ờng hợp, rõ rng l phần lớn lịch sử Trái Đất đã từng có những điều kiện ấm hơn so với ngy nay. Đặc biệt nổi trội nhất về ph‡ơng diện ny l đợt ấm của kỷ Creta giữa, kéo di từ khoảng 120 đến 90 triệu năm tr‡ớc. Vo những thời gian ấy, các loi khủng long dạo chơi ở bên trên vòng tròn cực Bắc. Những rạn san hô chỉ phồn thịnh trong các vùng n‡ớc ấm đã phát triển tại những vĩ độ 15o cao hơn về phía cực so với những vị trí ngy nay của chúng, một số quần xã thực vật lục địa cũng vậy. Với rất ít n‡ớc bị giữ trong băng lục địa, mực n‡ớc có lẽ 150 đến 200 m cao hơn, dìm ngập khoảng 20% diện tích lục địa. Về quy mô mùa, khí hậu có lẽ đã hợp lý hơn, đặc biệt tại các vĩ độ trung bình v các vĩ độ cao hơn. Nhiệt độ trung bình ton cầu chắc đâu đó khoảng 5-15oC ấm hơn so với hiện nay v građien nhiệt độ xích đạo- cực có lẽ l 15o nhỏ hơn hiện nay. Mặc dù không giống hon ton, nh‡ng những thời kỳ ấm chắc cũng có những đặc điểm t‡ơng tự. Tất cả các kỷ nguyên băng h đối lập hon ton với “những kỷ nguyên ấm”, nh‡ kỷ Creta giữa. ở một thái cực khác, gần nh‡ ton bộ hnh tinh có thể đã từng bị phủ băng trong thời gian kỷ nguyên băng h khoảng 700 triệu năm tr‡ớc, trong một điều kiện đ‡ợc gọi rất đúng l “Băng cầu”. Bằng chứng mới về một băng cầu ton cầu l những chỉ thị về sản l‡ợng sinh học, chúng cho thấy có thời kỳ sản l‡ợng sinh học giảm gần nh‡ đến số không nối tiếp sau bằng một thời kỳ tăng lên chậm theo các khí hậu ấm hơn ngay sau đó. Nếu không phải l thảm băng gần nh‡ ton cầu, thật khó m hiểu đ‡ợc vì sao sản l‡ợng thấp nh‡ thế. Tuy nhiên, có thể có những cách lý giải khác, v giả thuyết băng cầu vẫn còn l tranh cãi vì l‡ợng băng đ‡ợc đề cập. Cho dù tranh cãi đ‡ợc giải quyết ra sao, rõ rng l tất cả các kỷ nguyên băng h có băng quanh năm dồi do. Ví dụ, ai cũng thừa nhận rằng trong thời gian kỷ nguyên băng h gần đây nhất, các khiên băng lấn tới 40o cách xích đạo, phủ trên mặt đất tới độ dy một số km. Với nhiều n‡ớc nh‡ thế bị giữ trong băng lục địa, mực n‡ớc biển sẽ thấp hơn nhiều trong các kỷ nguyên băng h. Những khác biệt giữa các kỷ nguyên băng h v các kỷ nguyên ấm thay đổi mạnh theo vĩ độ, các vĩ độ cao thể hiện những thay đổi lớn hơn so với các vùng nhiệt đới. Ví dụ, trong thời gian một kỷ băng h, các nhiệt độ n‡ớc mặt biển vùng cực có thể 10oC thấp hơn, nh‡ng nhiệt độ n‡ớc mặt biển vùng nhiệt đới chỉ 1-5oC thấp hơn. Ngoi những quy tắc đó, khó có thể nói chắc chắn gì thêm về sáu kỷ băng h tr‡ớc. Mặt khác, chúng ta có thông tin quan trọng về những điều kiện trong kỷ nguyên băng h gần đây nhất. Kỷ nguyên băng h† hiện tại Một trong những thời kỳ hiện tại của Trái Đất, Pleistoxen, th‡ờng đ‡ợc xem nh‡ Kỷ nguyên Băng h. Tuy nhiên, nh‡ chúng ta đã thấy, Trái Đất đã phải trải qua ít nhất một số kỷ băng h, v hiện chúng ta đang ở trong một kỷ băng h. Ngoi ra, thuật ngữ Kỷ nguyên Băng hu Pleistoxen đang còn l tranh cãi vì nguyên nhân của đợt băng h cuối cùng đã xuất hiện xa hơn về dĩ vãng so với khởi đầu của 573 Pleistoxen. Thực tế, kỷ băng h gần đây nhất có nguồn gốc của nó từ 55 triệu năm tr‡ớc, khi khí hậu ton cầu bắt đầu lạnh đi sau một pha ấm (hình 16.3a). Tích tụ băng lớn đầu tiên đã xảy ra ở Nam Cực khoảng 34 triệu năm tr‡ớc. Nh‡ng sự lạnh đi đã diễn ra rất từ từ, nên thậm chí 20 triệu năm tr‡ớc, khí hậu đã vẫn đủ ấm, các khu vực rừng có thể thấy ở Nam Cực. Đến khoảng 14 triệu năm tr‡ớc, phần phía tây của Nam Cực l băng vĩnh cửu, đến 10 triệu năm tr‡ớc đây, khiên băng Nam Cực đạt kích th‡ớc nh‡ hiện của nó. Cuối cùng, khoảng 5 triệu năm tr‡ớc, một khiên băng lục địa bao phủ gần nh‡ ton bộ Greenland; vì vậy, có thể nói rằng kỷ nguyên băng h cuối cùng đã đ‡ợc hình thnh ổn định. Hình 16.3. Các chỉ số khí hậu của những giai đoạn khác nhau trong 70 triệu năm gần đây. Đ~ờng (a) l† tổ hợp l† trơn của nhiệt độ đại d~ơng trung bình to†n cầu v† thể tích băng. Các đ~ờng (b) v† (c) thể hiện những biến đổi to†n cầu về thể tích băng. Đ~ờng (d) phản ánh những điều kiện khí hậu trên Bắc Đại Tây D~ơng, nh~ng đã đ~ợc l†m hòa hợp với những biến đổi to†n cầu nh~ có thể thấy khi so sánh với các đoạn sau cùng của (c) 574 Trong phạm vi kỷ nguyên băng h của chúng ta, khí hậu đã từng không đồng nhất, có rất nhiều dao động rõ rệt (hình 16.3b). Bắt đầu từ khoảng 2,5 triệu năm tr‡ớc, các dao động ny bắt đầu tăng lên về biên độ, v khoảng 800000 năm tr‡ớc (hình 16.3c) biên độ đã tăng lên một cách ngoạn mục, trở thnh khoảng 2 lần lớn hơn so với một triệu năm tr‡ớc đó. Các dao động về nhiệt độ v thảm băng ny đ‡ợc gọi l chu trình băng v gian băng. Nh‡ có thể thấy trên đồ thị, chúng hon ton không đều. Đối với đa số chu trình, thể tích băng tăng lên chậm rồi sau đó kết thúc nhanh trong một sự kiện ấm lên. Hơn nữa, cả đoạn tăng tr‡ởng lẫn đoạn suy kiệt băng đều không đồng nhất, nói đúng nhất l “biến đổi run rẩy”, với những dao động ngắn hạn chồng lên trên các chu trình di hơn. Ba phần t‡ của một triệu năm cuối cùng đã thịnh hnh những chu trình kéo di khoảng 100000 năm với dao động run rẩy ngắn hạn thể hiện ở quy mô yếu hơn. Trong ton bộ kỷ Đệ tứ, kỷ địa chất hiện tại, đã có tất cả khoảng 30 chu trình, những biến thiên nhiệt độ ton cầu liên quan bằng khoảng 5oC. Những biến thiên thể tích băng lớn nhất xảy ra tại Bắc bán cầu với kích th‡ớc các khiên băng tăng v giảm 3 lần hoặc đại loại nh‡ vậy trong mỗi chu trình băng. Mặc dù khiên Nam Cực thay đổi ít hơn nhiều, song những biến thiên nhiệt độ không khí Nam Cực có thể t‡ơng đ‡ơng với ở các vĩ độ cực của Bắc bán cầu (khoảng 10oC lạnh hơn trong một chu trình băng). Bằng chứng từ các đ‡ờng tuyết sơn văn cho biết rằng, những địa ph‡ơng Nam bán cầu khác thay đổi nhiệt độ cũng nhiều nh‡ ở những nơi t‡ơng tự ở phía bắc giữa các chu trình băng v gian băng, v có bằng chứng khác để cho rằng trình tự thời gian của những sự kiện ấm lên v lạnh đi th‡ờng l t‡ơng ứng trong 150000 năm gần đây. Khi hai bán cầu lệch pha, thì Nam bán cầu dẫn tr‡ớc Bắc bán cầu chỉ khoảng hơn 1000 năm. Nh‡ng nếu thậm chí chấp nhận những chênh lệch nh‡ vậy về trình tự, chúng ta phải kết luận rằng tất cả Nam bán cầu đã tham gia vo các chu trình băng/gian băng giống nh‡ phần còn lại của hnh tinh. Nh‡ thấy rõ từ hình 16.3, bây giờ hnh tinh đang ở trong một thời kỳ gian băng ấm, sánh ngang chỉ với một vi chu trình trong 2 triệu năm gần đây. Rất thú vị l, một trong số chu trình ny l gian băng cuối cùng, đạt đỉnh ở khoảng 125000 năm tr‡ớc v có thể đạt kỷ lục về độ ấm của kỷ Pleistoxen. Mực n‡ớc biển ton cầu khoảng 6 m cao hơn bây giờ, v có bằng chứng rằng các vùng lục địa vĩ độ trung bình 1 đến 3OC ấm hơn. Ng‡ợc lại, các nhiệt độ n‡ớc mặt biển không khác quá nhiều so với hiện nay. Giữa hai thời kỳ ấm ny có thời kỳ băng h gần nhất, một sự kiện đạt cực đại của mình khoảng 20000 năm tr‡ớc. Kỳ cực đại băng h† cuối cùng Tiếp sau thời kỳ gian băng cuối cùng, thể tích băng đã tăng lên, nh‡ng không đồng đều. Có hai xung băng h lớn, một vo khoảng 115000 năm tr‡ớc v một vo khoảng 75000 năm tr‡ớc. Thấy rằng, phần lớn băng đã đ‡ợc thêm vo các mũ băng cực trong thời gian xung thứ nhất v vo các mũ băng ở Bắc Mỹ v lục địa Âu á trong thời gian xung thứ hai. Tại thời gian xuống thấp nhất của kỳ băng h cuối cùng, khoảng 20000 năm tr‡ớc, nhiều tiêu chí của hệ thống Trái Đất - khí quyển khác biệt với nhau. Dĩ nhiên, kịch tính nhất l băng lục địa đã phủ một diện tích lớn hơn rất nhiều, nh‡ đã thấy trên hình 16.4. 575 Hình 16.4. Bản đồ biểu diễn diện tích cực đại của băng v†o thời gian băng h† cuối cùng Tại Bắc Mỹ, chắc chắn l băng lấn sâu xuống phía nam đến Saint Louis ngy nay, nh‡ng chỉ tới vĩ độ của New York v Seattle trên các bờ phía tây v phía đông. Thật nghịch lý, ng‡ời ta rất nghi ngờ về ranh giới phía cực của khiên băng phía bắc, một số ng‡ời cho rằng phần rìa của Bắc băng d‡ơng không đóng băng. Tuy nhiên, những l‡ợng n‡ớc khổng lồ bị chuyển từ đại d‡ơng lên đất liền, tạo nên những khiên dy 3000 đến 4000 m. Trong thời gian đủ di, điều đó có thể đủ để lm lún vỏ lục địa xuống hơn 800 m. Khi băng tan, bề mặt đất liền giãn nở trở lại tới mực ban đầu của nó. (Thậm chí ngy nay các lục địa vẫn đang phải phục hồi tiếp do quá trình lún băng h). Khiên băng Laurentide trên Bắc Mỹ ở chừng mực no đó t‡ơng đ‡ơng với một dãy núi lớn, chạy từ núi Rocky đến Đại Tây D‡ơng. Mực biển đã khoảng 120 m thấp hơn hiện nay, do đó cầu nối đất liền đã tồn tại giữa Siberia v Alaska. (Tại mực cân bằng, dịch chuyển n‡ớc từ đại d‡ơng có thể lm cho đáy đại d‡ơng nâng cao lên khoảng 35 m). Cũng đã có những thay đổi đáng kể về băng 576 biển, đặc biệt ở Nam Băng D‡ơng, nơi vo mùa đông băng biển bao phủ diện tích gấp hai lần so với ngy nay. Tất nhiên, những thay đổi của băng biển ít ảnh h‡ởng tới mực n‡ớc biển, vì n‡ớc không di chuyển giữa đất liền v các bồn chứa đại d‡ơng. Trên đất liền, các biến đổi nhiệt độ khác nhau đáng kể do sự kề cận với những khiên băng v với đại d‡ơng. Ví dụ, tại phần phía tây của Bắc Mỹ, các khối khí đại d‡ơng duy trì nhiệt độ khoảng 4 đến 5oC của ngy nay. Khu vực m ngy nay l Tennessee v Nam California thì t‡ơng phản hơn, nơi đây nhiệt độ đã từng 15 đến 20oC lạnh hơn so với nhiệt độ hiện nay. Hai ví dụ ny có thể thể hiện cho những thái cực về những biến đổi của vùng vĩ độ trung bình – một loạt những nơi khác ở vùng vĩ độ trung bình nằm trong khoảng 5 đến 8oC lạnh hơn. Những thay đổi nhiệt độ tại các vùng nhiệt đới nhỏ hơn, có lẽ l 4 đến 5oC. Їờng tuyết sơn văn khoảng 1000 m thấp hơn, t‡ơng đ‡ơng với giảm nhiệt độ 5 đến 6oC đối với những độ cao trên 2000 m. Phần lớn các nơi không chỉ lạnh hơn, m chúng còn có vẻ khô hơn. Điều ny đặc biệt đúng đối với các vĩ độ cao, nơi tổng l‡ợng m‡a th‡ờng thấp hơn khoảng 50% so với mức hiện nay. Một số vùng sa mạc của Nam Mỹ v châu Phi rộng lớn hơn, v các mực n‡ớc hồ ở châu Phi nhiệt đới v Trung Mỹ thấp hơn. Một hoang mạc lạnh bao phủ phần lớn bộ phận ch‡a bị phủ băng của Tây Âu. Mặc dù khô hạn đã l phổ biến, song một số khu vực ẩm hơn có thể thấy trên tất cả các lục địa (phản ánh qua những biến thiên mực n‡ớc hồ v các chỉ số khác). Những biến đổi về giáng thủy chắc chắn chủ yếu l do những biến đổi về hon l‡u quyết định. Những nơi no gió thịnh hnh chuyển đổi h‡ớng thổi từ các vĩ độ cao (nh‡ đối với phần phía đông của Bắc Mỹ), thì các điều kiện khô hơn. Có một ít bằng chứng nói rằng các tốc độ gió khi ấy mạnh hơn, đúng nh‡ dự đoán với građien nhiệt độ xích đạo-cực lớn hơn. Phải nhấn mạnh rằng kỳ băng h ny không hẳn đã đồng nhất. Thực tế, những biến đổi khí hậu đột ngột rất phổ biến trong suốt chu trình ny, với nhiệt độ cực thay đổi 5 đến 8oC trong khoảng từ một số thập niên đến cỡ thế kỷ (hình 16.3d). Vì những thay đổi nh‡ thế không chỉ xảy ra trong kỳ băng h, nên ở một mục sau chúng sẽ đ‡ợc bn luận chi tiết hơn. Kỷ Holoxen Giống nh‡ những kỳ chuyển tiếp giữa băng h v gian băng, kỳ ấm lên tiếp sau kỳ cực đại băng h cuối cùng đã rất ngắn ngủi, ít ra l so với những kỳ lạnh đi. Sự ấm lên đã bắt đầu khoảng 15000 năm tr‡ớc (tr‡ớc khi bắt đầu thời kỳ Holoxen), chấm dứt vo khoảng 2000 năm sau đó khi các điều kiện lạnh hơn quay trở lại. Sự kiện lạnh cực đoan nhất (gần nh‡ băng h) trên vùng Bắc Đại Tây D‡ơng, nh‡ng cũng có thể tìm thấy theo các dấu hiệu di tích tại những nơi xa nh‡ Nam Cực. Їợc gọi l Younger Dryas, nó kéo di 1200 năm. Tiếp theo sau Younger Dryas, bắt đầu khoảng 11800 năm tr‡ớc, một thời kỳ ấm lên đột ngột đã xuất hiện với các nhiệt độ ở Greenland tăng lên vo khoảng 1oC/thập kỷ, mang theo khí hậu gian băng m chúng ta đang có hiện nay. Thời kỳ ny lại bị chấm dứt bởi một đợt lạnh đi đột ngột 577 v ngắn ngủi nữa ở khoảng 8200 năm trứơc. Ngoi những thời gian đó ra, thời kỳ Holoxen sớm ấm v thậm chí ấm hơn hiện tại 1oC xét theo nhiệt đ