"Trái Đất quả cầu tuyết" là giả thuyết cho rằng khoảng 720–635 triệu năm trước, băng đã phủ gần như toàn bộ hành tinh, kể cả vùng xích đạo, ít nhất hai lần. Đó là những thời kỳ băng hà khắc nghiệt nhất từng biết. Còn "kỷ băng hà" mà nhiều người hình dung — với voi ma mút và băng phủ Bắc Âu — là các đợt băng hà trong khoảng 2,6 triệu năm gần đây, và về mặt kỹ thuật, chúng ta vẫn đang sống trong một kỷ băng hà, ở một giai đoạn ấm giữa hai đợt băng.
Phân biệt cho rõ: kỷ băng hà, thời kỳ băng hà, gian băng
Ba khái niệm hay bị trộn lẫn:
- Kỷ băng hà (ice age) theo nghĩa rộng: giai đoạn dài hàng triệu năm mà hành tinh có chỏm băng lớn ở ít nhất một cực. Vì Nam Cực và Greenland vẫn đang phủ băng, ta đang ở trong một kỷ băng hà bắt đầu khoảng 2,58 triệu năm trước (kỷ Đệ Tứ).
- Thời kỳ băng hà (glacial): các pha lạnh trong kỷ băng hà, khi băng lan rộng xuống vĩ độ trung bình.
- Gian băng (interglacial): các pha ấm giữa hai thời kỳ băng hà. Khoảng 11.700 năm qua — toàn bộ lịch sử nông nghiệp và văn minh — là một gian băng tên là Holocen.
Trái Đất quả cầu tuyết: những gì ta biết
Ai đặt ra giả thuyết
Từ giữa thế kỷ 20, các nhà địa chất đã thấy một điều khó hiểu: trầm tích do sông băng để lại (đá tảng lẫn bùn, gọi là tillit) xuất hiện trong những lớp đá mà từ tính cổ cho thấy khi đó nằm gần xích đạo. Năm 1992, nhà địa chất Joseph Kirschvink (Viện Công nghệ California) đặt tên cho ý tưởng này là "Snowball Earth" trong một bài báo ngắn. Năm 1998, Paul Hoffman và Daniel Schrag (Đại học Harvard) công bố bằng chứng từ Namibia khiến giả thuyết được chú ý rộng rãi.
Hai lần đóng băng chính
| Sự kiện | Thời điểm (ước tính) | Kéo dài |
|---|---|---|
| Băng hà Sturt (Sturtian) | Khoảng 717–660 triệu năm trước | Khoảng 50–60 triệu năm |
| Băng hà Marino (Marinoan) | Kết thúc khoảng 635 triệu năm trước | Vài triệu đến khoảng 15 triệu năm |
Hai sự kiện này thuộc một kỷ địa chất có tên Cryogen (nghĩa là "sinh ra băng"). Trước đó rất lâu, khoảng 2,4–2,1 tỷ năm trước, cũng có băng hà Huron mà một số nhà khoa học cho là lần "quả cầu tuyết" sớm hơn, liên quan đến việc oxy lần đầu tích tụ trong khí quyển và làm giảm khí mê-tan.
Đóng băng thế nào và thoát ra thế nào
Cơ chế cốt lõi là vòng phản hồi băng – phản xạ. Băng trắng phản xạ ánh nắng tốt hơn đất và nước. Khi băng lan đến một vĩ độ nhất định (khoảng 30 độ theo một số mô hình), hành tinh mất nhiệt nhanh hơn nhận vào, băng lan tiếp, phản xạ càng nhiều — cho đến khi phủ gần kín.
Vậy làm sao thoát ra? Câu trả lời là núi lửa. Băng phủ kín làm dừng quá trình phong hoá đá — vốn là cách Trái Đất rút CO₂ khỏi khí quyển. Núi lửa vẫn tiếp tục thải CO₂. Qua hàng triệu năm, CO₂ tích tụ tới mức cực cao, hiệu ứng nhà kính đủ mạnh để làm tan băng. Khi băng bắt đầu tan, vòng phản hồi chạy ngược, tan rất nhanh.
Dấu vết "đá vôi mũ"
Ngay trên lớp trầm tích băng hà, ở nhiều nơi trên thế giới, có một lớp đá cacbonat (gọi là "đá cacbonat mũ") — loại đá hình thành trong nước biển ấm. Sự chuyển đột ngột từ băng sang biển ấm này phù hợp với kịch bản: khí quyển giàu CO₂ sau khi băng tan, phong hoá mạnh, lượng lớn cacbonat lắng xuống biển. Đây là một trong những bằng chứng chính của Hoffman và Schrag.
Còn tranh cãi: quả cầu tuyết hay quả cầu tuyết tan
Câu hỏi lớn nhất: băng phủ hoàn toàn hay còn những vùng nước mở gần xích đạo? Phiên bản "quả cầu bùn tuyết" (slushball) cho rằng còn dải nước mở — giải thích dễ hơn vì sao sinh vật quang hợp như tảo vẫn sống qua được. Phe ủng hộ quả cầu tuyết cứng cho rằng sự sống có thể trú trong vùng băng mỏng, quanh suối nóng hoặc ở các khe nứt. Bằng chứng hiện nay chưa phân xử được dứt khoát.
Một điểm thú vị: ngay sau thời kỳ Cryogen là sự xuất hiện của sinh vật đa bào phức tạp đầu tiên (hệ sinh vật Ediacara, khoảng 575 triệu năm trước). Có giả thuyết cho rằng quả cầu tuyết đã thúc đẩy sự tiến hoá này, nhưng mối quan hệ nhân quả chưa được chứng minh.
Kỷ băng hà gần đây và Việt Nam
Trong kỷ Đệ Tứ, băng hà đến và đi theo chu kỳ, gần đây khoảng 100.000 năm một lần, do các dao động nhỏ trong quỹ đạo Trái Đất (chu kỳ Milankovitch) được khuếch đại bởi CO₂ và băng. Lần cực đại băng hà gần nhất khoảng 26.000–19.000 năm trước.
Khi đó, mực nước biển thấp hơn hiện nay khoảng 120 m vì nước bị giữ trong các chỏm băng lục địa. Thềm lục địa Sunda nối liền bán đảo Đông Dương với Sumatra, Java, Borneo thành một vùng đất rộng lớn. Phần lớn vịnh Bắc Bộ và nhiều vùng biển nông ven bờ Việt Nam ngày nay là đồng bằng khô. Người xưa và động vật có thể đi bộ qua những vùng giờ đã chìm sâu dưới biển. Khi băng tan, nước biển dâng lên, có giai đoạn dâng nhanh; các nhà địa chất nghiên cứu những đường bờ biển cổ đó qua trầm tích ở đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long.
Thời kỳ băng hà tiếp theo khi nào
Theo một nghiên cứu được trích nhiều của Andrey Ganopolski và cộng sự (2016, Nature), nếu không có tác động của con người, thời kỳ băng hà tiếp theo có thể bắt đầu sau khoảng 50.000 năm. Với lượng CO₂ con người đã thải ra, thời điểm đó có thể bị đẩy lùi xa hơn nhiều, tới khoảng 100.000 năm. Tóm lại: không có kỷ băng hà nào "sắp đến" trong tương lai nhìn thấy được.
"Tiểu băng hà" (khoảng thế kỷ 14–19) mà sách sử hay nhắc là một giai đoạn mát đi nhẹ ở nhiều vùng, không phải thời kỳ băng hà thật sự.
Góc nhìn hôm nay
Lịch sử băng hà dạy hai điều trái ngược mà phải giữ cùng lúc. Một, khí hậu Trái Đất có thể thay đổi cực kỳ mạnh — từ băng phủ xích đạo đến không có băng ở hai cực. Hai, những thay đổi ấy thường diễn ra qua hàng nghìn đến hàng triệu năm, và chính sự ổn định hiếm có của 11.700 năm qua đã cho phép nông nghiệp ra đời. Đó là lý do giới khoa học quan tâm đến tốc độ thay đổi khí hậu hiện nay.
Đọc thêm: Snowball Earth (Gabrielle Walker, 2003) kể câu chuyện Paul Hoffman săn bằng chứng ở Namibia như một cuốn phiêu lưu; các bảo tàng địa chất ở Hà Nội có trưng bày mẫu đá và giải thích về lịch sử Trái Đất, phù hợp cho cả gia đình.
Câu hỏi thường gặp
Trái Đất quả cầu tuyết là gì?
Là giả thuyết cho rằng khoảng 720–635 triệu năm trước, băng đã phủ gần như toàn bộ bề mặt Trái Đất, kể cả xích đạo, ít nhất hai lần. Mức độ phủ băng hoàn toàn hay còn nước mở vẫn đang tranh luận.
Chúng ta có đang sống trong kỷ băng hà không?
Về mặt kỹ thuật là có, vì Nam Cực và Greenland vẫn phủ băng. Ta đang ở trong một gian băng ấm tên Holocen, bắt đầu khoảng 11.700 năm trước.
Thời kỳ băng hà gần nhất là khi nào?
Cực đại băng hà gần nhất khoảng 26.000–19.000 năm trước. Khi đó mực nước biển thấp hơn hiện nay khoảng 120 m.
Trái Đất thoát khỏi quả cầu tuyết thế nào?
Núi lửa tiếp tục thải CO₂ trong khi băng chặn quá trình rút CO₂ qua phong hoá. Sau hàng triệu năm, hiệu ứng nhà kính đủ mạnh làm tan băng.
Bao giờ có kỷ băng hà tiếp theo?
Theo nghiên cứu năm 2016 của Ganopolski và cộng sự, nếu không có tác động của con người thì khoảng 50.000 năm nữa; với lượng CO₂ đã thải, có thể lùi tới khoảng 100.000 năm.
