ขั้วโลกใต้ : ทำไมนักวิทยาศาสตร์ต้องการขุดเจาะ 'น้ำแข็งที่เก่าแก่ที่สุด' ในแอนตาร์กติกา

โครงการเก็บข้อมูลสภาพภูมิอากาศและชั้นบรรยากาศโลกย้อนกลับไป 1.5 ล้านปี ได้เริ่มขึ้นแล้วอย่างเป็นทางการ คณะเจ้าหน้าที่จากยุโรปจะมุ่งหน้าสู่แอนตาร์กติกาในเดือน ธ.ค. นี้ เพื่อเริ่มกระบวนการขุดเจาะแผ่นน้ำแข็งทางฝั่งตะวันออกของทวีป

เป้าหมายของภารกิจนี้คือ การเจาะเพื่อนำแกนวัสดุที่เย็นจนเป็นน้ำแข็งความยาวเกือบ 3 กิโลเมตรขึ้นมา นักวิทยาศาสตร์หวังว่า สิ่งนี้จะนำไปสู่การอธิบายความถี่ของการเกิดยุคน้ำแข็งต่าง ๆ ในอดีตได้

แม้ว่า มันอาจจะดูเหมือนเป็นข้อสงสัยที่ยากจะทำความเข้าใจ แต่นักวิจัยระบุว่า มันเกี่ยวข้องโดยตรงกับคำถามที่ว่า โลกน่าจะร้อนขึ้นอีกมากแค่ไหนในอีกหลายร้อยปีข้างหน้า

"มีบางอย่างเกิดขึ้นราว 900,000 ปีก่อน วัฏจักรของยุคน้ำแข็งเปลี่ยนจากทุก ๆ ประมาณ 40,000 ปี มาเป็นทุก ๆ 100,000 ปี และเราไม่รู้ว่าเพราะอะไร" ดร. แคทเธอรีน ริตซ์ จากสถาบันวิทยาศาสตร์ภูมิศาสตร์สิ่งแวดล้อม ในเมืองโกรโนเบิล ประเทศฝรั่งเศส บอกกับ บีบีซี นิวส์

"มันค่อนข้างสำคัญ เพราะถ้าเราอยากทำนายว่า จะเกิดอะไรขึ้นกับสภาพภูมิอากาศในอนาคต ซึ่งมีก๊าซเรือนกระจกเพิ่มขึ้น เราก็จะต้องใช้แบบจำลองต่าง ๆ และแบบจำลองเหล่านี้ จะถูกสร้างขึ้นจากสิ่งที่เกิดขึ้นแล้วในอดีต"

ดร. ริตซ์ กล่าวต่อที่ประชุมใหญ่สหภาพวิทยาศาสตร์ภูมิศาสตร์ยุโรป ซึ่งมีการประกาศปฏิบัติการขุดเจาะแห่งใหม่อย่างเป็นทางการ

จุดขุดเจาะจะอยู่ที่บริเวณสันเขาสูงห่างจาก โดมคอนคอร์เดีย สถานีวิจัยของฝรั่งเศสและอิตาลีไปทางตะวันตกเฉียงใต้ราว 40 กิโลเมตร จุดนั้นถูกเรียกขานว่า "โดมซีน้อย" หรือ "ลิตเติ้ลโดมซี"

สถาบันต่าง ๆ 14 แห่ง จาก 10 ประเทศ จะเข้าร่วมโครงการที่ถูกเรียกว่า "บียอนด์อีพิกา" ซึ่งอาจจะต้องใช้เวลาราว 5 ปี ในการนำแกนน้ำแข็งทั้งหมดออกมาได้ และใช้เวลาอีกอย่างน้อย 1 ปี ในการศึกษา

คาดว่า โครงการนี้มีค่าใช้จ่ายราว 30 ล้านยูโร (ประมาณ 1,075 ล้านบาท) จะได้รับการจัดสรรจากงบประมาณด้านวิทยาศาสตร์ของสหภาพยุโรป ในนาม ฮอไรซัน 2020 (Horizon 2020)

แกนน้ำแข็งบันทึกสภาพภูมิอากาศในอดีตไว้ได้อย่างไร

น้ำแข็งในแอนตาร์กติกามาจากหิมะที่ตกสะสมในทวีปนี้ในช่วงหลายล้านปีที่ผ่านมา เมื่อน้ำแข็งถูกกดทับ ทำให้เกิดฟองอากาศขึ้น ถุงอากาศขนาดเล็กเหล่านี้ถือเป็นการเก็บบันทึกชั้นดีของบรรยากาศในแต่ละช่วง

นักวิทยาศาสตร์สามารถอ่านระดับคาร์บอนไอออกไซด์ และก๊าซเก็บความร้อนอื่น ๆ เช่น มีเทน ได้

การวิเคราะห์อะตอมในโมเลกุลน้ำแข็งที่อยู่ล้อมรอบก๊าซ ยังช่วยบ่งบอกถึงอุณหภูมิในช่วงนั้นได้ด้วย

ปัจจุบัน แกนน้ำแข็งที่ยาวต่อกันและเก่าแก่ที่สุดเท่าที่เคยถูกขุดเจาะขึ้นมา มาจากโครงการยุโรปเพื่อการเจาะแกนน้ำแข็งในแอนตาร์กติกา (European Project for Ice Coring in Antarctica) หรือที่เรียกว่า อีพีกา (EPICA) ที่บริเวณโดมซี (Dome C)

โครงการนี้ดำเนินไประหว่างปี 1996-2004 โดยได้ดึงแกนน้ำแข็งขนาดกว้าง 10 เซ็นติเมตร ยาว 2,774 เมตร ขึ้นมา

แกนน้ำแข็งก่อนหน้านี้ได้เปิดเผยอะไรไปแล้วบ้าง

แกนน้ำแข็งอีพิกาได้เผยข้อมูลเกี่ยวกับอุณหภูมิและคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเป็นเวลา 800,000 ปี

ข้อมูลทั้งสองอย่างนี้ ถูกมองว่า มีความใกล้ชิดกัน เมื่อไหร่ที่โลกเข้าสู่ยุคน้ำแข็งและอุณหภูมิลดต่ำลง การกระจุกตัวของก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศก็จะลดลงด้วย และเมื่อสภาพอากาศอุ่นขึ้น คาร์บอนไดออกไซด์ก็เพิ่มขึ้นคู่ขนานกัน

วัฏจักรเหล่านี้ เกิดขึ้นประมาณทุก ๆ 100,000 ปี ในแกนน้ำแข็งอีพิกา ซึ่งน่าจะมีส่วนเกี่ยวข้องกับการขยับวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์เล็กน้อย (เป็นรูปวงรีที่ใหญ่ขึ้นหรือเล็กลง)

ส่วนข้อมูลของสภาพอากาศในอดีตที่ถูกถอดรหัสมาจากตะกอนในทะเล ระบุว่า ในอดีตที่เก่าแก่กว่านั้น วัฏจักรยุคน้ำแข็งสั้นกว่ามาก โดยอยู่ที่ประมาณทุก ๆ 41,000 ปี

นั่นคือ น่าจะเป็นช่วงเวลาที่แกนโลกมีการเอียงไปด้านหลังและด้านหน้า แต่ยังไม่มีใครแน่ใจเกี่ยวกับสาเหตุที่มันขยับ

อะไรคือเหตุผลที่ทำให้แกนโลกขยับ?

การเปลี่ยนแปลงของวงโคจร ส่งผลกระทบต่อปริมาณพลังงานจากดวงอาทิตย์ที่ส่งมาถึงโลก และนั่นได้ทำให้เกิดการผันแปรของอุณหภูมิโลกประมาณ 1.5 องศาเซลเซียส

แต่ยุคน้ำแข็ง ตั้งแต่สภาวะต่ำสุดไปจนถึงสภาวะสูงสุด มีอุณหภูมิที่ผันแปร 6 องศาเซลเซียส นี่หมายความว่าต้องมีกระบวนการที่ทำให้การผันแปรเพิ่มขึ้น

ความแตกต่างของปริมาณและส่วนผสมของก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศมีส่วนอย่างไม่ต้องสงสัย และถ้าแกนน้ำแข็งบียอนด์อีพิกา สามารถเก็บข้อมูลย้อนกลับไปได้ถึง 1.5 ล้านปีก่อน มันก็จะช่วยเปิดเผยความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะนี้ได้ อย่างไรก็ตาม จะต้องมีปัจจัยนอกเหนือจากนี้อย่างแน่นอน

ศ. โอลาฟ ไอเซน ผู้ประสานงานโครงการบียอนด์อีพิกา จากสถาบันอัลเฟรดเวเกอเนอร์ของเยอรมนี กล่าวว่า "ในความเห็นส่วนตัวของผม ตัวเลือกที่ดีที่สุดก็คือ กลไกภายในในระบบสภาพภูมิอากาศ ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของปริมาณน้ำแข็งบนพื้นโลก"

"ถ้าคุณเปลี่ยนแปลงปริมาณน้ำแข็ง คุณก็จะเปลี่ยนแปลงระดับน้ำทะเลและการไหลเวียนของมหาสมุทรด้วย แต่บางอย่างเกิดขึ้นในสิ่งที่เราเรียกว่า การเปลี่ยนผ่านไพลสโตซีนตอนกลาง (Middle Pleistocene Transition--MPT)"

"แรงขับเคลื่อนที่อยู่เบื้องหลัง MPT ยังคงถกเถียงกันอยู่ และยังมีความเกี่ยวข้องถึงความเข้าใจพื้นฐานของระบบสภาพภูมิอากาศ"

ยุโรปได้เลือกสถานที่ที่เหมาะสมแล้วใช่ไหม

อเมริกา, รัสเซีย, จีน, ญี่ปุ่น ออสเตรเลีย และอีกหลายชาติพยายามค้นหาสถานที่สำหรับการขุดเจาะแกนน้ำแข็งที่เก่าแก่ที่สุด แต่ยุโรปได้เริ่มโครงการแรกที่อยู่ในขั้นของการนำไปปฏิบัติ

พื้นที่นี้มีจุดแข็งในแง่ของการขนส่ง จากการที่อยู่ใกล้กับฐานวิจัยที่อยู่ในพื้นที่ ทว่าการเลือก โดมซีน้อย หรือ ลิตเติ้ลโดมซี (Little Dome C) ได้รับอนุมัติหลังจากมีการสำรวจอย่างละเอียดนาน 3 ปี

คณะเจ้าหน้าที่หลายคณะได้ลากอุปกรณ์เรดาร์ไปทั่วบริเวณแผ่นน้ำแข็ง เพื่อสร้างแผนที่ของชั้นน้ำแข็งที่อยู่ข้างล่าง พวกเขาถึงขั้นลงไปในหลุมเจาะทดสอบ เพื่อดูว่าที่ฐานของแผ่นน้ำแข็งอุ่นแค่ไหน

หนึ่งในความซับซ้อนคือ ความร้อนที่มาจากชั้นหินแข็งที่อยู่ใต้ดินจะทำให้ชั้นน้ำแข็งที่อยู่ใกล้ระดับต่ำสุดและเก่าแก่ที่สุดละลายได้ นี่คืออันตรายเมื่อมีการขุดเจาะลึกลงไป เพราะอุณหภูมิที่เย็นที่สุดจะอยู่ใกล้กับพื้นผิวของแผ่นน้ำแข็งมากที่สุด

"แกนน้ำแข็งจะยาว 4 เมตรเมื่อถูกนำขึ้นมา" ดร. ร็อบ มัลวานีย์ จากบริติช แอนตาร์กติก เซอร์เวย์ (British Antarctic Survey) อธิบาย "เราจะตัดมันเป็นส่วน ๆ ส่วนละ 1 เมตร ที่ลิตเติ้ลโดมซี จากนั้นจะย้ายพวกมันไปไว้ที่สถานีคอนคอร์เดีย"

"ที่สถานี เราจะแบ่งครึ่งชิ้นส่วนเหล่านี้ ครึ่งหนึ่งเราจะทิ้งไว้ที่แอนตาร์กติกา เพื่อเก็บไว้เป็นฐานข้อมูลในระยะยาว (เราจะได้ไม่ต้องจ่ายค่าตู้แช่แข็ง!) และอีกครึ่งหนึ่ง เราจะนำกลับมายังยุโรปเพื่อวิเคราะห์"