Lục địa Nam Cực là châu lục lạnh nhất, khô nhất, nhiều gió nhất và có độ cao trung bình lớn nhất Trái Đất. Gần như toàn bộ đất liền rộng khoảng 14 triệu km² bị phủ bởi một lớp băng dày trung bình gần 2 km, chỗ dày nhất gần 5 km. Lớp băng này chứa khoảng 90% lượng băng và khoảng 70% lượng nước ngọt của cả hành tinh.
Băng không đứng yên: nó chảy rất chậm từ vùng cao trung tâm ra bờ biển, đổ ra biển thành các thềm băng nổi rộng hàng trăm nghìn km², rồi vỡ thành núi băng trôi. Phần trong lục địa nhận rất ít tuyết, ít tới mức được xếp vào loại hoang mạc, còn ở rìa lục địa, gió lạnh trượt xuống từ cao nguyên băng có thể mạnh như bão.
Bài này giải thích lớp băng Nam Cực hình thành và vận động ra sao, thềm băng là gì, vì sao nơi này vừa lạnh vừa khô vừa nhiều gió, và những gì nằm khuất dưới lớp băng.
Hình dạng lục địa: Đông Nam Cực, Tây Nam Cực và bán đảo
Nếu bóc lớp băng ra, Nam Cực không phải là một khối đất tròn trịa. Dãy núi xuyên Nam Cực chạy ngang lục địa, dài hàng nghìn km, chia nó thành hai phần rất khác nhau. Đông Nam Cực, phần lớn hơn, nằm trên một nền đá cổ và vững chắc, phần lớn đá gốc nằm trên mực nước biển. Tây Nam Cực nhỏ hơn, gồm nhiều khối đá rời, nhiều nơi đá gốc nằm sâu dưới mực nước biển, có chỗ sâu tới vài km nếu tính cả phần bị băng đè lún.
Bán đảo Nam Cực vươn lên phía bắc về hướng mũi Nam Mỹ, như cái đuôi của lục địa. Đây là phần ấm nhất, có mùa hè nhiệt độ trên 0 °C ở một số nơi ven biển, có đá lộ ra, rêu, địa y và những đàn chim cánh cụt đông đúc. Eo biển Drake giữa bán đảo và Nam Mỹ rộng khoảng tám trăm km, nổi tiếng sóng gió.
Núi cao nhất lục địa là khối Vinson, cao gần 4.900 m, nằm ở Tây Nam Cực. Nhiều đỉnh núi chỉ nhô lên khỏi lớp băng như những hòn đảo đá giữa biển trắng; các nhà địa lý gọi chúng là nunatak. Ở rìa biển Ross còn có núi lửa Erebus, một trong số ít núi lửa đang hoạt động ở vùng cực, với một hồ dung nham lâu năm trong miệng núi.
Lớp băng Nam Cực hình thành và chảy như thế nào
Lớp băng Nam Cực không phải nước biển đóng băng mà là tuyết tích tụ qua hàng trăm nghìn năm. Ở vùng lạnh như thế, tuyết rơi xuống gần như không tan. Năm này qua năm khác, lớp tuyết mới đè lên lớp cũ, nén các hạt tuyết thành tuyết hạt, rồi thành băng đặc khi bọt khí bị nhốt lại bên trong. Quá trình này mất vài chục năm ở nơi tuyết rơi nhiều, tới vài nghìn năm ở vùng cao nguyên khô nhất. Chính các bọt khí đó về sau trở thành tư liệu để đọc lại không khí của quá khứ.
Khi đủ dày, băng bắt đầu chảy dưới sức nặng của chính nó, giống một khối bột nhão rất đặc tự dàn ra. Từ vùng vòm băng cao ở trung tâm Đông Nam Cực, băng chảy chậm ra mọi phía, ở vùng trong chỉ vài mét mỗi năm. Gần bờ, băng dồn vào các dòng băng và sông băng chảy nhanh hơn nhiều, có nơi vài trăm mét đến hơn một km mỗi năm, như những con sông băng khổng lồ dẫn băng ra biển.
Lớp băng trong trạng thái cân bằng khi lượng tuyết rơi bù được lượng băng mất ra biển. Các nhà khoa học theo dõi cân bằng này bằng vệ tinh đo độ cao mặt băng, vệ tinh đo trọng lực và đo tốc độ dòng chảy. Những đo đạc nhiều thập kỷ qua cho thấy lục địa đang mất băng, nhiều nhất ở Tây Nam Cực và bán đảo, còn Đông Nam Cực tương đối ổn định hơn.
Thềm băng: phần băng nổi trên biển
Khi băng chảy ra tới bờ, nó không vỡ ngay mà tiếp tục trườn ra biển và nổi lên, tạo thành thềm băng. Thềm băng là phần nối dài nổi trên nước của lớp băng lục địa, vẫn dính với băng trên đất liền. Mép ngoài của thềm có thể là vách băng cao vài chục mét so với mặt biển, trong khi phần chìm dưới nước sâu hơn nhiều lần.
Thềm băng lớn nhất là thềm băng Ross, rộng gần bằng diện tích nước Pháp, tiếp theo là thềm Ronne – Filchner ở biển Weddell. Chính vách băng Ross từng chắn đường các đoàn thám hiểm đầu thế kỷ 20, buộc họ phải tìm chỗ lên bờ rồi mới đi bộ vào trong lục địa.
Thềm băng đóng vai như cái nút chặn: nó tì vào các đảo, các gờ đáy biển, làm chậm dòng băng phía sau. Khi thềm băng mỏng đi vì nước biển ấm hơn bào mòn từ bên dưới, hoặc vỡ sụp như thềm Larsen B ở bán đảo Nam Cực năm 2002, các sông băng phía sau thường chảy nhanh hơn ra biển. Bản thân thềm băng đã nổi nên khi tan không làm nước biển dâng đáng kể, nhưng băng trên đất liền mà nó giữ lại thì có.
Thỉnh thoảng một mảng lớn tách khỏi mép thềm thành núi băng dạng bàn, phẳng như mặt bàn, có tảng rộng hàng nghìn km². Đây là một phần chu kỳ tự nhiên của thềm băng; điều các nhà khoa học quan tâm là tần suất và mức độ có thay đổi so với trước hay không.
Lạnh nhất: vì sao và lạnh đến đâu
Kỷ lục bằng nhiệt kế. Nhiệt độ không khí thấp nhất từng đo trực tiếp là khoảng âm 89 °C, ghi tại trạm Vostok trên cao nguyên Đông Nam Cực năm 1983.
Kỷ lục từ vệ tinh. Vệ tinh đo nhiệt độ bề mặt tuyết cho thấy ở vài hõm nhỏ trên cao nguyên, vào những đêm mùa đông trời quang và lặng gió, bề mặt có thể xuống khoảng âm 90 đến gần âm 100 °C. Con số này là nhiệt độ mặt tuyết, không cùng loại với nhiệt độ không khí đo bằng nhiệt kế nên thường được nêu riêng.
Mùa hè vẫn rất lạnh. Ở cực Nam, mùa hè nhiệt độ thường quanh âm 25 đến âm 30 °C. Chỉ một số nơi ven biển, nhất là bán đảo Nam Cực, mới có những ngày hè trên 0 °C.
Ba nguyên nhân chồng lên nhau. Vùng trung tâm cao vài km, xa biển hàng nghìn km và phủ tuyết trắng phản xạ phần lớn ánh nắng. Mùa đông kéo dài nhiều tháng không có mặt trời, mặt tuyết liên tục toả nhiệt vào bầu trời quang đãng mà không được bù lại.
Ý nghĩa đời thường. Ở nhiệt độ đó, hơi thở đóng băng trên râu tóc, kim loại dính vào da, nhiên liệu thường phải dùng loại riêng không đông đặc. Máy bay chỉ hạ cánh ở vùng trong vào mùa hè, mùa đông các trạm gần như bị cô lập.
Khô nhất: hoang mạc lạnh và những thung lũng không có tuyết
Nghe có vẻ ngược đời khi một lục địa chứa phần lớn nước ngọt của Trái Đất lại là hoang mạc. Nhưng hoang mạc được định nghĩa theo lượng nước rơi xuống mỗi năm, không theo nhiệt độ. Không khí rất lạnh chứa được rất ít hơi nước, nên vùng trung tâm Nam Cực mỗi năm chỉ nhận lượng tuyết tương đương vài chục mm nước, có nơi dưới 50 mm, ít hơn cả nhiều vùng của sa mạc Sahara.
Lớp băng dày không phải vì tuyết rơi nhiều mà vì tuyết gần như không tan. Mỗi năm chỉ thêm một lớp mỏng, nhưng tích tụ qua hàng trăm nghìn năm thì thành vài km băng. Ven biển, nơi không khí ẩm từ đại dương tràn vào, tuyết rơi nhiều hơn hẳn.
Nơi khô nhất là các Thung lũng khô McMurdo gần biển Ross. Dãy núi chắn băng chảy vào, còn gió từ cao nguyên trượt xuống vừa khô vừa mạnh, làm tuyết bốc hơi hoặc bị thổi đi gần như ngay khi rơi xuống. Kết quả là những thung lũng đất đá trơ trụi, có hồ nước mặn, có xác hải cẩu khô lại tự nhiên qua thời gian dài. Các nhà khoa học dùng nơi này như một mô hình để hình dung bề mặt sao Hỏa, và để nghiên cứu vi sinh vật sống được ở môi trường cực khô và cực lạnh.
Lộng gió nhất: gió katabatic trượt từ cao nguyên băng
Gió mạnh nhất ở Nam Cực không phải gió bão từ biển mà là gió katabatic, tức gió trượt dốc. Trên cao nguyên băng, lớp không khí sát mặt tuyết bị làm lạnh mạnh nên nặng hơn lớp phía trên. Mặt băng lại dốc dần từ trung tâm ra bờ biển, nên khối không khí lạnh và nặng ấy trượt xuống theo sườn dốc, như nước chảy xuống đồi, càng xuống càng nhanh.
Khi đổ vào các thung lũng hẹp gần bờ, dòng gió bị dồn lại và có thể giật trên 150 đến 200 km/giờ ở một số trạm ven biển, kéo dài nhiều ngày. Những đoàn thám hiểm đầu thế kỷ 20 dựng trại ở vùng vịnh Commonwealth từng mô tả gió thổi gần như liên tục nhiều tháng, khiến việc đi lại ngoài trời trở thành cuộc vật lộn. Ở vùng trung tâm cao nguyên, nơi mặt băng gần như phẳng, gió thường nhẹ hơn nhưng vẫn đủ đẩy tuyết thành những gờ cứng xếp hàng theo hướng gió.
Gió katabatic còn có vai trò lớn ngoài khơi. Nó thổi băng biển mới hình thành ra xa bờ, để lại những vùng nước mở giữa mùa đông. Ở đó nước biển tiếp tục đóng băng, thải muối ra, làm nước bên dưới mặn và nặng hơn rồi chìm xuống đáy đại dương. Dòng nước đáy lạnh này lan ra các đại dương trên thế giới, là một mắt xích của hệ thống hoàn lưu đại dương toàn cầu.
Những gì nằm khuất dưới lớp băng
Radar xuyên băng, thiết bị phát sóng qua lớp băng rồi đo phản xạ từ nền đá, cho phép vẽ địa hình bên dưới Nam Cực. Kết quả cho thấy cả một thế giới khuất: những dãy núi bị chôn vùi hoàn toàn, có dãy cao như núi Alps nhưng không nhô lên chút nào, những thung lũng sâu và những rãnh đá gốc nằm sâu dưới mực nước biển.
Đáng chú ý nhất là các hồ dưới băng. Sức nặng của băng và hơi ấm từ lòng đất làm đáy băng tan ra một phần, nước gom lại trong các vùng trũng. Các nhà khoa học đã phát hiện hàng trăm hồ như vậy. Lớn nhất là hồ Vostok, nằm dưới lớp băng gần 4 km, dài khoảng 250 km, bị cô lập khỏi khí quyển từ rất lâu. Một số hồ nối với nhau bằng các dòng nước dưới băng, có hồ đầy rồi rút trong vài năm, làm mặt băng phía trên lún xuống hoặc nhô lên đo được bằng vệ tinh.
Nước dưới đáy băng còn làm băng trượt dễ hơn trên nền đá, giống lớp nước trên mặt đường làm bánh xe trơn. Vì vậy hiểu được các hồ và dòng nước dưới băng là một phần quan trọng của việc dự báo băng sẽ chảy ra biển nhanh tới đâu. Các mẫu nước và trầm tích lấy từ một số hồ dưới băng cho thấy vẫn có vi sinh vật sống được trong bóng tối và giá lạnh, gợi ý về giới hạn của sự sống.
Câu hỏi thường gặp
Nếu toàn bộ băng Nam Cực tan thì nước biển dâng bao nhiêu?
Theo các ước tính được giới khoa học dùng rộng rãi, lớp băng Nam Cực chứa lượng nước tương đương mực nước biển dâng khoảng 58 m. Đây là con số giả định để hình dung tầm cỡ, không phải dự báo; việc tan hết cần hàng nghìn năm và không nằm trong các kịch bản thế kỷ này.
Nam Cực có mưa không?
Phần lớn lục địa chỉ có tuyết, vì nhiệt độ hầu như luôn dưới 0 °C. Mưa thật sự thỉnh thoảng xảy ra ở bán đảo Nam Cực và một số vùng ven biển vào mùa hè, khi không khí ấm ẩm từ biển tràn vào. Vùng trung tâm thì tuyết rơi rất ít, thường ở dạng tinh thể băng li ti lấp lánh trong không khí.
Thềm băng khác núi băng trôi thế nào?
Thềm băng là phần băng nổi trên biển nhưng vẫn nối với băng trên đất liền, có thể rộng hàng trăm nghìn km². Núi băng trôi là mảng băng đã tách khỏi thềm băng hoặc sông băng, trôi tự do theo hải lưu và gió, tan dần khi trôi về vùng nước ấm hơn.
Đất đá dưới băng Nam Cực có gì?
Dưới băng là nền đá lục địa với núi, thung lũng, hồ dưới băng và trầm tích cổ. Hoá thạch tìm thấy ở những chỗ đá lộ ra cho thấy Nam Cực từng có rừng và khủng long khi lục địa còn nằm ở vĩ độ ấm hơn, trước khi trôi về vị trí quanh cực.
Băng ở Nam Cực bao nhiêu tuổi?
Băng ở bề mặt mới hình thành gần đây, còn càng xuống sâu băng càng già. Ở vài nơi trên cao nguyên Đông Nam Cực, băng gần đáy đã được xác định khoảng tám trăm nghìn năm tuổi, và các dự án khoan mới đang tìm những lớp băng già hơn nữa.
Vì sao Nam Cực có nhiều thiên thạch được tìm thấy?
Thiên thạch rơi xuống khắp Trái Đất, nhưng ở Nam Cực chúng nằm trên nền băng trắng nên dễ nhận ra. Dòng băng còn mang thiên thạch dồn về một số vùng băng xanh, nơi gió làm bay hơi lớp mặt, đẩy chúng lộ ra. Vì vậy các đoàn khoa học thu được rất nhiều mẫu ở đây.
