Cực đại nhiệt Paleocen–Eocen (PETM) là đợt nóng lên toàn cầu đột ngột khoảng 56 triệu năm trước: nhiệt độ trung bình tăng khoảng 5–8 °C trong vài nghìn năm, kéo dài khoảng 150.000–200.000 năm mới trở lại bình thường. Nguyên nhân là hàng nghìn tỷ tấn carbon được đổ vào khí quyển và đại dương. Đây là "thí nghiệm tự nhiên" gần giống nhất với việc con người đốt nhiên liệu hoá thạch – nhưng tốc độ thải carbon hiện nay nhanh hơn nhiều lần.
Phát hiện từ những vỏ sinh vật nhỏ dưới đáy biển
Năm 1991, James Kennett và Lowell Stott công bố trên Nature phân tích lõi trầm tích khoan ở biển Weddell, gần Nam Cực, trong Chương trình Khoan Đại dương (ODP). Họ thấy ở ranh giới Paleocen – Eocen, nhiều loài trùng lỗ sống ở đáy biển sâu tuyệt chủng đột ngột, trong khi đồng vị oxy cho thấy nước đáy biển nóng lên mạnh.
Cùng lúc, tỷ lệ đồng vị carbon trong vỏ sinh vật và trong đất hoá thạch khắp thế giới tụt mạnh – gọi là "dị thường đồng vị carbon" (CIE), khoảng 3–4 phần nghìn (‰) tuỳ nơi đo. Dấu vết này chỉ có thể giải thích bằng việc một lượng rất lớn carbon "nhẹ" – tức carbon có nguồn gốc hữu cơ hoặc mê-tan – được đưa vào hệ thống khí quyển – đại dương.
Bao nhiêu carbon, từ đâu ra
Ước tính tổng carbon giải phóng dao động rộng, phổ biến trong khoảng 3.000–7.000 tỷ tấn carbon, có nghiên cứu cao hơn. Con số phụ thuộc vào nguồn: carbon càng "nhẹ" (như mê-tan) thì cần ít hơn để tạo cùng dị thường đồng vị.
| Nguồn được đề xuất | Cơ chế | Tình trạng |
|---|---|---|
| Mê-tan hydrat đáy biển | Đáy biển ấm lên làm tan băng cháy (mê-tan đông kết), giải phóng mê-tan | Giả thuyết kinh điển; bị chất vấn vì lượng hydrat thời đó có thể không đủ |
| Núi lửa Bắc Đại Tây Dương | Magma xâm nhập vào trầm tích giàu hữu cơ khi Greenland tách khỏi châu Âu, nung ra CO₂ và mê-tan | Được ủng hộ nhiều; định tuổi trùng khớp tương đối |
| Than bùn, đất đóng băng vùng cực | Nóng lên làm mục rữa lượng lớn carbon hữu cơ trên cạn | Có thể góp phần như phản hồi khuếch đại |
| Va chạm sao chổi | Đưa carbon nhẹ và gây cháy | Ít được ủng hộ, bằng chứng tranh cãi |
Nhiều nhà khoa học cho rằng PETM là tổ hợp: một nguồn kích hoạt (có thể núi lửa) đẩy nhiệt độ lên, rồi các kho carbon nhạy nhiệt như hydrat và than bùn giải phóng thêm, khuếch đại thay đổi.
Nhanh đến mức nào: câu hỏi quan trọng nhất
Thời gian khởi đầu PETM là điểm tranh luận lớn. Phần lớn ước tính cho rằng carbon được giải phóng trong vài nghìn năm, có thể dưới 20.000 năm. Năm 2013, một nghiên cứu đề xuất khởi đầu chỉ trong khoảng 13 năm dựa trên các lớp trầm tích ở New Jersey; ý kiến này bị nhiều nhà khoa học phản bác vì các lớp đó có thể không phải lớp năm.
Năm 2016, Richard Zeebe và cộng sự trên Nature Geoscience ước tính tốc độ thải carbon tối đa trong PETM vào khoảng dưới 1,1 tỷ tấn carbon mỗi năm. Để so sánh, con người hiện thải khoảng 10 tỷ tấn carbon mỗi năm từ nhiên liệu hoá thạch và công nghiệp. Nghĩa là tốc độ hiện nay nhanh hơn khoảng 10 lần – nhóm tác giả cho rằng chưa có tiền lệ trong ít nhất 66 triệu năm.
Hành tinh trong cơn sốt
Đại dương
- Axit hoá: CO₂ hoà vào biển làm giảm pH. Trầm tích đá vôi dưới đáy biển sâu bị hoà tan – đường bù đắp carbonat (độ sâu dưới đó đá vôi không tích tụ được) dâng lên hơn 2 km ở Nam Đại Tây Dương. Trong lõi khoan, lớp trầm tích trắng đột ngột chuyển thành lớp sét đỏ nâu.
- Thiếu oxy: nước ấm giữ ít oxy hơn, nhiều vùng biển thiếu oxy.
- Tuyệt chủng chọn lọc: khoảng 30–50% loài trùng lỗ đáy biển sâu biến mất. Sinh vật phù du bề mặt thì phần lớn di cư, đổi thành phần chứ không tuyệt chủng hàng loạt.
Vùng cực
Lõi khoan ở Bắc Băng Dương (dự án ACEX, 2004) cho thấy nước bề mặt khi đó ấm tới khoảng 20–25 °C theo các chỉ dấu hoá học – nhiệt độ của biển cận nhiệt đới ngày nay. Không có băng vĩnh cửu ở hai cực.
Trên cạn
- Lượng mưa thay đổi mạnh: một số nơi khô hơn, một số nơi mưa dữ dội theo đợt, dấu vết là những quạt sỏi lớn ở dãy Pyrenees.
- Thú có vú lùn đi: hoá thạch ngựa sớm Sifrhippus ở lưu vực Bighorn (Wyoming) nhỏ đi khoảng 30% trong thời PETM, rồi lớn lại khi khí hậu dịu. Cơ thể nhỏ toả nhiệt tốt hơn; thức ăn kém dinh dưỡng hơn khi CO₂ cao cũng có thể là lý do.
- Di cư và xuất hiện: bộ Linh trưởng, bộ Guốc chẵn, bộ Guốc lẻ xuất hiện gần như đồng thời ở Bắc Mỹ, châu Âu, châu Á – có thể nhờ cầu đất vùng cực ấm lên cho phép di chuyển.
Mốc thời gian
- ~56 triệu năm trước: khởi đầu PETM, carbon nhẹ đổ vào hệ thống trong vài nghìn năm.
- Vài chục nghìn năm đầu: đỉnh nóng, axit hoá đại dương mạnh nhất.
- ~150.000–200.000 năm sau: carbon dần bị rút khỏi khí quyển nhờ phong hoá đá và chôn vùi hữu cơ; khí hậu hồi phục.
- ~53–49 triệu năm trước: Tối ưu khí hậu Eocen sớm, thời kỳ ấm kéo dài, kèm vài đợt nóng nhỏ hơn PETM.
Vì sao PETM được nhắc nhiều khi bàn về hiện nay
PETM là ví dụ tốt nhất trong lịch sử địa chất về một lượng carbon lớn được đưa vào khí quyển nhanh (theo thang địa chất), và cách Trái Đất phản ứng. Nó cho thấy: khí hậu nóng lên, đại dương axit hoá, vùng cực ấm mạnh hơn, hệ sinh thái tái sắp xếp, và quá trình hồi phục tự nhiên cần hàng trăm nghìn năm qua phong hoá đá.
Nhưng các nhà khoa học cũng lưu ý khác biệt: Trái Đất 56 triệu năm trước đã ấm hơn hiện nay, không có băng ở cực, cấu hình lục địa khác. Và tốc độ thải hiện nay nhanh hơn nhiều, nghĩa là đại dương và sinh vật có ít thời gian thích nghi hơn. PETM không phải bản sao của tương lai, mà là một điểm tham chiếu.
Góc nhìn hôm nay
- Muốn đọc tổng quan: bài "The Paleocene–Eocene Thermal Maximum" của McInerney và Wing (Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 2011) là điểm khởi đầu được trích dẫn nhiều.
- Lưu vực Bighorn (Wyoming, Mỹ) và các lõi khoan đại dương của chương trình IODP là hai "kho lưu trữ" chính; nhiều dữ liệu được công bố mở.
- Liên hệ: so với đại tuyệt chủng kỷ Permi, PETM nhẹ hơn nhiều về tuyệt chủng – cho thấy tác động phụ thuộc vào lượng carbon, tốc độ và trạng thái ban đầu của hành tinh.
Câu hỏi thường gặp
Cực đại nhiệt Paleocen–Eocen là gì?
Đó là đợt nóng lên toàn cầu đột ngột khoảng 56 triệu năm trước, khi nhiệt độ trung bình tăng khoảng 5–8 °C do lượng lớn carbon được giải phóng vào khí quyển và đại dương. Sự kiện kéo dài khoảng 150.000–200.000 năm. Tên viết tắt tiếng Anh là PETM.
PETM do đâu gây ra?
Nguồn carbon chính xác vẫn còn tranh luận. Các ứng viên gồm núi lửa ở Bắc Đại Tây Dương nung nóng trầm tích giàu hữu cơ, mê-tan hydrat đáy biển và than bùn vùng cực. Nhiều khả năng là tổ hợp: một nguồn kích hoạt rồi các nguồn khác khuếch đại.
PETM nóng lên nhanh hơn hay chậm hơn hiện nay?
Chậm hơn. Ước tính tốc độ thải carbon tối đa trong PETM dưới khoảng 1,1 tỷ tấn carbon mỗi năm, trong khi con người hiện thải khoảng 10 tỷ tấn mỗi năm. Tổng lượng carbon của PETM lại lớn hơn lượng con người đã thải tới nay.
PETM có gây tuyệt chủng hàng loạt không?
Không ở quy mô đại tuyệt chủng. Khoảng 30–50% loài trùng lỗ đáy biển sâu tuyệt chủng, nhưng phần lớn sinh vật khác di cư hoặc thay đổi kích thước. Trên cạn, thú có vú lùn đi và nhiều bộ thú hiện đại lan rộng.
Trái Đất mất bao lâu để hồi phục sau PETM?
Khoảng 150.000–200.000 năm. Carbon thừa được rút dần khỏi khí quyển chủ yếu nhờ phong hoá đá silicat và chôn vùi carbon hữu cơ, những quá trình rất chậm theo thang thời gian của con người.
