Ngân hàng lõi băng là những kho lạnh giữ các ống băng khoan lên từ Greenland, Nam Cực và các sông băng trên núi, ở nhiệt độ khoảng âm vài chục độ C, để các nhà khoa học đọc lại khí hậu quá khứ. Mỗi ống băng chứa bọt khí cổ, bụi, tro núi lửa và dấu vết đồng vị cho biết nhiệt độ hàng trăm nghìn năm trước. Vì nhiều sông băng đang tan, dự án Ice Memory đã mở một kho băng ngay trong tuyết Nam Cực vào đầu năm 2025 để cất những lõi băng có thể không bao giờ khoan lại được nữa.
Lõi băng là gì và vì sao nó là "kho lưu trữ" tự nhiên
Ở vùng tuyết rơi quanh năm không tan, mỗi lớp tuyết mới đè lên lớp cũ. Qua nhiều năm, tuyết bị nén thành firn (tuyết hạt), rồi thành băng. Khi lỗ hổng giữa các hạt tuyết khép lại, không khí lúc đó bị nhốt thành những bọt li ti. Băng vì thế là thứ duy nhất trên Trái Đất giữ lại được mẫu khí quyển thật của quá khứ, chứ không phải số liệu suy luận gián tiếp.
Người ta khoan bằng mũi khoan rỗng, mỗi lần kéo lên một đoạn băng hình trụ dài khoảng vài mét, đường kính cỡ một bàn tay xoè. Mỗi đoạn được đánh dấu chiều trên dưới và độ sâu ngay tại chỗ, cắt thành khúc khoảng một mét, cho vào ống cách nhiệt và chuyển về kho bằng máy bay, tàu, xe lạnh mà không bao giờ để băng ấm lên.
Mỗi thứ trong lõi băng cho biết điều gì
| Thứ đo được | Cho biết điều gì |
|---|---|
| Bọt khí | Nồng độ CO₂, metan và các khí khác trong khí quyển thời đó |
| Đồng vị oxy, hydro trong băng | Nhiệt độ lúc tuyết rơi: tuyết càng lạnh, phân tử nước "nặng" càng ít |
| Lớp sáng tối theo năm | Đếm năm như vòng gỗ, ở nơi tuyết rơi đủ dày như Greenland |
| Đỉnh sunfat, lớp tro | Các vụ phun trào núi lửa lớn, dùng làm mốc thời gian |
| Bụi khoáng, muối biển | Gió mạnh hay yếu, sa mạc mở rộng hay thu hẹp, băng biển nhiều hay ít |
| Kim loại vết | Ô nhiễm từ hoạt động con người, ví dụ chì tăng thời La Mã và thời xăng pha chì |
Những lõi băng nổi tiếng nhất
Lõi băng EPICA ở Dome C, Nam Cực, khoan từ 1996 đến 2004 tới độ sâu khoảng 3.270 m, cho chuỗi số liệu khí hậu khoảng 800.000 năm. Từ lõi này, các nhà khoa học thấy CO₂ dao động trong khoảng 180 đến 300 phần triệu (ppm) qua tám chu kỳ băng hà, thấp khi lạnh và cao khi ấm. Ngày nay con số đo được ở các trạm quan trắc đã vượt 420 ppm. Biểu đồ hai đường này đặt cạnh nhau là một trong những hình ảnh rõ ràng nhất của khoa học khí hậu.
Ở Greenland, các lõi như GISP2 và NorthGRIP có lớp năm đủ rõ để đếm từng năm suốt hàng chục nghìn năm. Chúng cho thấy khí hậu thời băng hà không đều đều mà có những cú nhảy nhiệt độ đột ngột chỉ trong vài thập kỷ, phát hiện từng làm giới khoa học bất ngờ.
Dự án Beyond EPICA – Oldest Ice của châu Âu khoan ở Little Dome C, gần Dome C. Theo nhóm nghiên cứu, đầu năm 2025 họ chạm đá nền ở độ sâu khoảng 2.800 m, và phần băng sâu nhất có thể già hơn 1,2 triệu năm. Mục tiêu là hiểu vì sao khoảng một triệu năm trước, nhịp băng hà đổi từ chu kỳ khoảng 41.000 năm sang khoảng 100.000 năm, một câu hỏi còn chưa có lời giải chắc chắn.
Bên trong một kho lõi băng
Ngân hàng lõi băng quốc gia của Mỹ, nay gọi là NSF Ice Core Facility, đặt gần Denver, bang Colorado. Kho lưu trữ chính được giữ ở khoảng âm 36 °C, còn phòng làm việc để cắt và kiểm tra mẫu ấm hơn một chút, khoảng âm 24 °C, cho người có thể đứng làm việc trong áo phao, găng tay dày. Châu Âu, Nhật, Úc, Trung Quốc đều có kho riêng, thường đặt ở viện nghiên cứu chủ trì các đợt khoan.
Một lõi băng không bao giờ được dùng hết. Quy tắc phổ biến là cắt dọc ống thành nhiều phần: một phần cho các phòng thí nghiệm đo khí, một phần đo hoá học, một phần đo đồng vị, và một phần lưu trữ không đụng tới. Có phương pháp hiện đại làm tan liên tục một thanh băng nhỏ, đưa nước tan vào hàng loạt máy đo cùng lúc, nhờ vậy dùng ít băng mà được nhiều số liệu.
Khi tủ đông hỏng
Tháng 4 năm 2017, hệ thống làm lạnh ở kho lõi băng của Đại học Alberta, Canada, gặp sự cố, khiến nhiệt độ trong kho tăng vọt. Khoảng 13% bộ sưu tập bị tan, trong đó có băng từ vùng Bắc Cực Canada không thể thay thế. Sự cố là lời nhắc đau đớn cho mọi kho lạnh: phải có cảnh báo nhiệt độ hoạt động suốt ngày đêm, máy dự phòng, và nếu được thì chia mẫu ở hai nơi khác nhau.
Ice Memory: kho băng giữa tuyết Nam Cực
Một mối lo lớn hơn tủ hỏng là chính các sông băng trên núi đang tan. Băng ở dãy Alps, Andes, Himalaya giữ lịch sử khí hậu và ô nhiễm của các vùng có người ở, khác với băng Nam Cực ở xa. Khi mùa hè nóng lên, nước tan thấm xuống các lớp băng sâu, làm nhoè hoặc xoá các tín hiệu hoá học. Lõi băng chưa kịp khoan coi như mất.
Năm 2015, một nhóm viện nghiên cứu Pháp và Ý khởi xướng dự án Ice Memory. Họ khoan lõi băng ở những sông băng đang bị đe doạ, mỗi nơi thường lấy hai ống: một để phân tích ngay, một để cất cho các thế hệ sau. Các lõi đầu tiên được lấy ở Col du Dôme trên khối núi Mont Blanc năm 2016.
Nơi cất được chọn là trạm Concordia trên cao nguyên Nam Cực, do Pháp và Ý cùng vận hành. Ở đó nhiệt độ tự nhiên trong một hang đào dưới tuyết vào khoảng âm 50 °C quanh năm, không cần điện để làm lạnh, không lo mất điện hay hỏng máy. Theo các bên tham gia, kho được khánh thành vào tháng 1 năm 2025 khi những lõi băng đầu tiên từ dãy Alps được đặt vào. Dự án mong các nước khác cũng gửi lõi băng của mình, theo tinh thần Hiệp ước Nam Cực dành châu lục này cho khoa học.
So với Kho hạt giống Svalbard cất hạt giống cho nông nghiệp, Ice Memory cất một thứ khác hẳn: dữ liệu về khí hậu quá khứ, mà một khi đã mất thì không thể trồng lại.
Góc nhìn hôm nay: đọc khí hậu từ chính số liệu gốc
Điều thú vị là phần lớn số liệu lõi băng đều công khai. Trung tâm Thông tin Môi trường Quốc gia của Mỹ (NOAA NCEI) có kho dữ liệu cổ khí hậu, cho tải miễn phí chuỗi CO₂ và nhiệt độ từ EPICA, Vostok và các lõi Greenland. Học sinh, sinh viên có thể tự vẽ biểu đồ 800.000 năm CO₂ bằng bảng tính, rồi đặt số đo hiện nay lên cuối đường cong. Tự vẽ một lần thường thuyết phục hơn xem mười bài báo.
Lõi băng cũng dạy một điều về lưu trữ: kho giá trị nhất là kho giữ được thứ không thể tạo lại. Một bức ảnh kỹ thuật số có thể sao chép, một hạt giống có thể gieo lại, nhưng không khí năm 50.000 trước Công nguyên chỉ còn trong vài ống băng. Mất là mất hẳn. Đó là lý do người ta cắt mẫu tiết kiệm, chia kho, và đưa băng lên tận cao nguyên Nam Cực.
Câu hỏi thường gặp
Lõi băng là gì?
Lõi băng là ống băng hình trụ được khoan lên từ các khối băng lớn ở Greenland, Nam Cực hoặc sông băng trên núi. Các lớp băng và bọt khí bên trong ghi lại khí hậu, khí quyển và các sự kiện như phun trào núi lửa trong hàng nghìn đến hàng trăm nghìn năm.
Lõi băng cổ nhất bao nhiêu tuổi?
Lõi EPICA Dome C cho chuỗi khí hậu liên tục khoảng 800.000 năm. Dự án Beyond EPICA cho biết đã khoan tới đá nền năm 2025 với phần băng có thể hơn 1,2 triệu năm; ngoài ra có những mẫu băng già hơn nhưng không thành chuỗi liên tục.
Lõi băng được bảo quản ở nhiệt độ bao nhiêu?
Các kho lớn thường giữ lõi băng ở khoảng âm 30 đến âm 36 °C, ví dụ kho quốc gia của Mỹ ở gần Denver giữ ở khoảng âm 36 °C. Kho Ice Memory ở trạm Concordia, Nam Cực, dựa vào nhiệt độ tự nhiên khoảng âm 50 °C trong hang tuyết.
Làm sao biết nhiệt độ thời xưa từ lõi băng?
Các nhà khoa học đo tỷ lệ đồng vị oxy và hydro trong băng. Khi khí hậu lạnh hơn, tuyết rơi chứa ít phân tử nước "nặng" hơn, nên tỷ lệ này cho biết nhiệt độ tương đối lúc tuyết rơi.
Ice Memory là gì?
Ice Memory là dự án quốc tế khởi xướng năm 2015, khoan lõi băng từ các sông băng trên núi đang tan và cất một bản trong hang tuyết ở trạm Concordia, Nam Cực. Mục đích là giữ dữ liệu khí hậu cho các thế hệ khoa học sau, khi sông băng gốc có thể đã biến mất.
