Một nghiên cứu quốc tế mới cho thấy bụi khoáng từ các sa mạc xa xôi có thể kích hoạt quá trình đóng băng của mây trên khắp Bắc bán cầu, qua đó ảnh hưởng đến lượng ánh sáng Mặt Trời bị phản xạ trở lại không gian và quá trình hình thành mưa, tuyết — yếu tố quan trọng đối với các mô hình dự báo khí hậu.
Kết quả dựa trên 35 năm dữ liệu vệ tinh do nhóm khoa học dẫn đầu bởi Trường Bách khoa Liên bang Zurich (ETH Zurich) phân tích. Nghiên cứu cho thấy các hạt bụi cực nhỏ bị gió cuốn khỏi bề mặt sa mạc, bay lên tầng cao khí quyển và đóng vai trò như “hạt nhân tạo băng”, khiến các giọt nước trong mây đóng băng.
Theo các nhà khoa học, hiệu ứng này đặc biệt rõ ở các khu vực vĩ độ trung bình và cao của Bắc bán cầu, nơi mây thường hình thành ở nhiệt độ chỉ thấp hơn mức đóng băng một chút.
“Chúng tôi phát hiện rằng ở những nơi có nồng độ bụi cao hơn, khả năng mây đóng băng ở phần đỉnh tăng lên đáng kể,” Diego Villanueva, nhà nghiên cứu vật lý khí quyển tại ETH Zurich và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. “Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến lượng ánh sáng Mặt Trời bị phản xạ trở lại không gian và lượng mưa được tạo ra.”
Mây pha trộn dễ bị ảnh hưởng bởi bụi
Nhóm nghiên cứu tập trung vào mây pha trộn (mixed-phase clouds) – loại mây chứa cả giọt nước siêu lạnh và tinh thể băng. Những đám mây này hình thành ở nhiệt độ từ –39°C đến 0°C và phổ biến tại các khu vực như Bắc Đại Tây Dương, Siberia và Canada.
Mây pha trộn rất nhạy cảm với các hạt nhân tạo băng trong khí quyển. Các hạt này thường có nguồn gốc từ bụi sa mạc bay xa, được gió đưa đi hàng nghìn kilomet.
Bằng cách so sánh nồng độ bụi trong khí quyển từ dữ liệu vệ tinh với tần suất xuất hiện của mây có đỉnh băng, nhóm nghiên cứu phát hiện một xu hướng rõ ràng: khi lượng bụi tăng và nhiệt độ giảm, các đám mây có đỉnh băng xuất hiện thường xuyên hơn.
Theo nhóm nghiên cứu, kết quả này phù hợp với các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm trước đây về cách bụi khoáng khiến các giọt nước đóng băng.
“Đây là một trong những nghiên cứu đầu tiên cho thấy các quan sát vệ tinh ở quy mô toàn cầu khớp với những gì chúng ta biết từ thí nghiệm trong phòng thí nghiệm,” Ulrike Lohmann, giáo sư vật lý khí quyển tại ETH Zurich và đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.
Ý nghĩa đối với dự báo khí hậu
Quá trình đóng băng của mây đóng vai trò quan trọng trong hệ thống khí hậu Trái Đất. Nó quyết định mức độ phản xạ bức xạ Mặt Trời của mây và hiệu quả tạo mưa hoặc tuyết.
Tuy nhiên, trong nhiều năm, các nhà khoa học thiếu dữ liệu quan sát toàn cầu đủ rõ ràng để liên kết bụi khí quyển với quá trình đóng băng của mây.
Nghiên cứu mới đã xác lập mối quan hệ có thể đo lường giữa nồng độ bụi trong khí quyển và sự xuất hiện của băng ở đỉnh mây, cung cấp một cơ sở quan trọng giúp cải thiện các mô hình khí hậu toàn cầu.
“Điều này giúp xác định một trong những phần còn thiếu trong bài toán khí hậu,” Villanueva nói.
Từ hạt bụi nano đến hệ mây khổng lồ
Các nhà khoa học từ lâu đã nghiên cứu quá trình đóng băng của từng giọt nước ở quy mô vi mô. Nghiên cứu mới cho thấy những cơ chế vật lý tương tự cũng chi phối các hệ mây khổng lồ trong khí quyển.
Mối liên hệ này nối kết cấu trúc cực nhỏ trên bề mặt hạt bụi – chỉ vài nanomet với các hệ mây kéo dài hàng kilomet, có thể quan sát từ vệ tinh trên quỹ đạo.
Tuy vậy, tác động của bụi không đồng đều trên toàn cầu. Ở các khu vực sa mạc như Sahara, mây xuất hiện ít hơn và các dòng khí nóng bốc lên có thể hạn chế quá trình đóng băng. Trong khi đó, tại Nam bán cầu, khí dung muối biển có thể đóng vai trò quan trọng hơn bụi sa mạc.
Các nhà nghiên cứu cho biết cần thêm nghiên cứu để hiểu rõ ảnh hưởng của các yếu tố khác như độ ẩm khí quyển và dòng khí bốc lên. Dù vậy, phát hiện mới cho thấy những hạt bụi cực nhỏ từ các sa mạc xa xôi có thể ảnh hưởng tới hệ thống mây trên quy mô toàn bán cầu — và qua đó tác động đến khí hậu Trái Đất.
Quan sát vệ tinh trong 35 năm cho thấy bụi sa mạc đóng vai trò bất ngờ trong quá trình mây đóng băng ở Bắc bán cầu. Ảnh: SciTechDaily
Gió mang các hạt bụi từ sa mạc Sahara đi xa trong khí quyển, tạo điều kiện hình thành mây băng. Ảnh: ETH Zurich
