Các con sông ở Bắc Cực chuyển sang màu cam bí ẩn: Khoa học tìm ra lời giải

Ban đầu, người ta cho rằng hiện tượng này chỉ là hệ quả của biến đổi khí hậu khiến đất đai, khoáng chất bị rửa trôi. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (PNAS) đã cung cấp lời giải bất ngờ: chính băng tuyết, thứ vốn được coi là "trơ lỳ" lại đóng vai trò then chốt trong quá trình này.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học do Jean-François Boivry, nhà hóa học thuộc Đại học Umeå (Thụy Điển) dẫn dắt, đã phát hiện ra rằng băng có thể hòa tan sắt hiệu quả hơn cả nước lỏng.

Cụ thể, nhóm nhận thấy những khoáng chất sắt phổ biến, như goethite (một loại oxit sắt), giải phóng nhiều ion sắt hơn trong nước đá ở nhiệt độ -10°C so với trong nước lỏng ở 4°C. Đây là một phát hiện đi ngược lại nhận định trước đây rằng môi trường băng giá sẽ làm chậm hoặc ức chế hầu hết các phản ứng hóa học.

Giải thích cho hiện tượng tưởng chừng nghịch lý này, Boivry nhấn mạnh rằng băng không đơn thuần là một khối đông lạnh thụ động. Trong quá trình đóng băng, những túi nước nhỏ li ti hình thành giữa các tinh thể băng, tạo ra môi trường đặc biệt: cô đặc, có tính axit cao và đủ điều kiện để các phản ứng hóa học diễn ra mạnh mẽ.

Chính tại đây, các hợp chất trong nước có thể phản ứng trực tiếp với khoáng chất sắt, giải phóng chúng ra ngoài, ngay cả ở mức nhiệt độ cực thấp, tới -30°C.

Điều thú vị là các chu kỳ đóng băng - tan băng liên tiếp khiến hiệu quả hòa tan sắt tăng lên nhiều lần. Khi băng tan, các hợp chất hữu cơ bị "giam giữ" trước đó được giải phóng, kích hoạt các phản ứng bổ sung và giải phóng thêm sắt. Các nhà khoa học cũng lưu ý sự khác biệt quan trọng: trong khi nước ngọt và nước lợ thúc đẩy quá trình hòa tan, thì nước biển mặn lại có tác dụng ngược, ức chế việc giải phóng sắt.

Hệ quả của cơ chế này là nguồn sắt từ đất, đá và tầng đất đóng băng vĩnh cửu liên tục bị cuốn vào sông ngòi, nhất là khi hiện tượng đóng băng – tan băng xảy ra thường xuyên hơn do biến đổi khí hậu.

Angelo Pio Sebali, nghiên cứu sinh ngành hóa học tại Đại học Umeå và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: "Mỗi chu kỳ đều giải phóng thêm sắt từ lớp đất và băng vĩnh cửu vào trong nước. Đây là một yếu tố có thể ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nước cũng như toàn bộ hệ sinh thái thủy sinh ở quy mô lớn".

Vậy sắt liên quan gì đến màu cam kỳ lạ ở các con sông Bắc Cực? Khi sắt hòa tan tiếp xúc với oxy trong không khí, chúng dễ dàng oxy hóa và hình thành các hợp chất có màu gỉ sét, vốn mang sắc cam đặc trưng.

Sự tích tụ của những hợp chất này khiến nhiều con sông, vốn chỉ được kỳ vọng thay đổi độ đục theo mùa, nay chuyển sang màu cam rực rỡ, tạo nên cảnh tượng vừa đẹp mắt nhưng cũng đầy lo âu về tác động môi trường.

Nghiên cứu cũng mở ra cách hiểu mới về vai trò của băng trong hệ sinh thái. Nếu trước đây băng được coi là "bức tường chắn" thụ động, chỉ đơn giản đóng vai trò lưu trữ hoặc cô lập, thì nay nó được nhìn nhận là một "nhân tố chủ động" có thể định hình mạnh mẽ các quá trình hóa học. Tuyên bố của nhóm nghiên cứu nhấn mạnh: "Băng không chỉ là nơi lưu giữ tạm thời mà chính là một phần tích cực trong chu trình hóa học toàn cầu".

Phát hiện này cũng có ý nghĩa vượt ra ngoài khu vực Bắc Cực. Quá trình tương tự có thể đang diễn ra tại nhiều môi trường khác, từ các khu vực thoát nước mỏ axit, đất sunfat ven biển Baltic, đến bụi băng trong khí quyển. Trong tất cả những môi trường đó, sự tương tác giữa khoáng chất sắt và hợp chất hữu cơ đều có thể chịu tác động từ cơ chế hòa tan trong băng.

Các nhà khoa học cho rằng bước tiếp theo là kiểm tra xem cơ chế này có áp dụng rộng rãi cho tất cả các loại băng chứa sắt hay không. Nếu kết quả nhất quán, điều này sẽ giúp cộng đồng khoa học hiểu rõ hơn về cách biến đổi khí hậu đang tác động đến nguồn sắt toàn cầu, một yếu tố quan trọng cho cả hệ sinh thái thủy sinh lẫn chu trình sinh địa hóa của Trái Đất.

Điều đáng lo ngại là Bắc Cực hiện nay đang chứng kiến sự gia tăng nhanh chóng của các chu kỳ đóng băng - tan băng do nhiệt độ toàn cầu tăng. Lớp băng vĩnh cửu, vốn tồn tại hàng chục nghìn năm, đang tan chảy với tốc độ kỷ lục.

Điều này không chỉ giải phóng khí metan gây hiệu ứng nhà kính, mà còn đẩy thêm lượng lớn sắt vào các dòng sông, làm thay đổi tính chất nước, tác động đến sinh vật phù du, cá, và toàn bộ chuỗi thức ăn thủy sinh.

Bức tranh toàn cảnh cho thấy, những con sông màu cam ở Bắc Cực không đơn thuần là hiện tượng hiếm gặp, mà là lời cảnh báo trực quan về sự thay đổi sâu sắc trong cân bằng sinh thái khi Trái Đất tiếp tục nóng lên. Từ những túi nước li ti trong tinh thể băng cho đến cả hệ thống sông ngòi rộng lớn, mọi quá trình đều được kết nối và bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu.

Nghiên cứu trên PNAS vì thế không chỉ giải thích hiện tượng thị giác kỳ lạ mà người ta quan sát thấy, mà còn là hồi chuông cảnh báo. Khi các nhà khoa học khẳng định rằng băng là một "nhân tố chủ động", thông điệp được gửi đi rõ ràng: những gì chúng ta coi là ổn định và bất biến hóa ra lại chính là điểm khởi phát cho những biến động môi trường lớn lao.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng phức tạp, việc theo dõi sát sao các hiện tượng tưởng như nhỏ bé này lại càng trở nên quan trọng. Bởi màu cam của những con sông Bắc Cực không chỉ là màu của sắt, mà còn là màu của những thách thức môi trường đang nổi lên trước mắt nhân loại.