ธารน้ำแข็งแอนตาร์กติกาได้ผ่านจุดเปลี่ยนที่สำคัญเมื่อประมาณ 1 ล้านปีที่แล้ว ทำให้พฤติกรรมของมันเปลี่ยนจากที่เคยค่อยเป็นค่อยไปกลายเป็นการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศอย่างรุนแรงขึ้น การค้นพบนี้เผยแพร่ในวารสาร Nature Geoscience และชี้ให้เห็นว่าแผ่นน้ำแข็งขั้วโลกใต้สูญเสียความเสถียรสัมพัทธ์หลังจากที่สภาพอากาศข้ามขีดจำกัดบางอย่างที่นักวิทยาศาสตร์เพิ่งระบุได้ ปัจจัยดังกล่าวส่งผลโดยตรงต่อการคาดการณ์ระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้น ซึ่งเป็นหนึ่งในความไม่แน่นอนที่ใหญ่ที่สุดของแบบจำลองสภาพอากาศในปัจจุบัน ทีมวิจัยสามารถสร้างวิวัฒนาการของสภาพอากาศโลกในช่วง 3 ล้านปีที่ผ่านมาขึ้นใหม่และระบุช่วงเวลาที่แน่นอนที่ธารน้ำแข็งเปลี่ยนไป
การย้อนอดีตสู่ช่วงเปลี่ยนผ่านครั้งสำคัญของแอนตาร์กติกา
การศึกษานี้มุ่งเน้นไปที่สิ่งที่เรียกว่าช่วงเปลี่ยนผ่านของไพลสโตซีนกลาง (Mid-Pleistocene Transition) ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างประมาณ 1.2 ล้านถึง 700,000 ปีก่อน ก่อนหน้านั้นวัฏจักรของธารน้ำแข็งและช่วงอบอุ่นของโลกเกิดขึ้นทุกๆ 41,000 ปี อย่างค่อนข้างคาดการณ์ได้ หลังจากนั้นวัฏจักรเหล่านี้กลับยืดยาวออกไปเป็นประมาณ 100,000 ปี โดยมีช่วงเย็นยาวนานและรุนแรงกว่าเดิม แม้ว่าจะรู้กันมานานแล้วว่าการเปลี่ยนแปลงนี้มีอยู่จริง แต่หลักฐานโดยละเอียดเกี่ยวกับการตอบสนองของแผ่นน้ำแข็งในระหว่างกระบวนการนั้นยังขาดแคลน สาเหตุหลักเกิดจากการขาดแคลนบันทึกสภาพอากาศที่เก่ามากพอที่เกี่ยวข้องกับธารน้ำแข็ง
บทบาทของ CO₂ ในการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างน้ำแข็ง
เพื่อเติมเต็มช่องว่างดังกล่าว ทีมงานที่นำโดย คยองซุก ยุน (Kyung-Sook Yun) จากศูนย์ฟิสิกส์สภาพอากาศแห่งมหาวิทยาลัยแห่งชาติปูซานในเกาหลีใต้ ได้ใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ความละเอียดสูง นักวิจัยได้ป้อนข้อมูลอุณหภูมิและปริมาณน้ำฝนเข้าไปในแบบจำลองที่เชี่ยวชาญด้านการจำลองพฤติกรรมของแผ่นน้ำแข็งแอนตาร์กติกา ซึ่งสามารถติดตามกระบวนการต่างๆ เช่น การไหล ความหนา ความร้อนภายใน และปฏิสัมพันธ์กับมหาสมุทร การจำลองนี้จำเป็นต้องใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทางวิทยาศาสตร์ที่ทันสมัยที่สุดแห่งหนึ่งของประเทศ ด้วยวิธีนี้เองนักวิทยาศาสตร์จึงตรวจพบจุดเปลี่ยนที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน นั่นคือเมื่อความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศลดลงต่ำกว่าประมาณ 240 ส่วนในล้านส่วน (ppm) แผ่นน้ำแข็งก็เปลี่ยนรูปแบบการตอบสนองอย่างสิ้นเชิง
สามปัจจัยที่ทำให้เกิดการพลิกผันอย่างฉับพลัน
ตามที่ผู้เขียนรายงานระบุ การเปลี่ยนแปลงครั้งนี้ไม่ใช่แบบค่อยเป็นค่อยไป แต่เกิดขึ้นค่อนข้างฉับพลัน หลังจากถึงขีดจำกัดของ CO₂ น้ำแข็งก็เริ่มตอบสนองต่อสิ่งเร้าทางสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรงขึ้น ซึ่งถือเป็นการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานในการทำงานของระบบ นักวิจัยชี้ให้เห็นถึงองค์ประกอบหลักสามประการที่ทำให้เกิดการพลิกผันนี้ ประการแรกคือการเย็นตัวของมหาสมุทรในช่วงยุคน้ำแข็ง ซึ่งลดการละลายของฐานธารน้ำแข็ง ประการที่สองคือการลดลงของระดับน้ำทะเลโลก ซึ่งเมื่อลดน้ำหนักที่กดทับเปลือกโลก ก็ทำให้พื้นหินใต้แอนตาร์กติกาค่อยๆ ยกตัวขึ้น
กลไกเสริมที่สร้างสภาวะใหม่ให้กับแผ่นน้ำแข็ง
การยกตัวของพื้นหินนี้รวมกับน้ำที่เย็นลง ทำให้เกิดการสะสมของน้ำแข็งในพื้นที่ชายฝั่งและก่อตัวเป็นชั้นน้ำแข็งที่หนาและเสถียรยิ่งขึ้น ปัจจัยเหล่านี้ร่วมกันสร้างสภาวะสภาพอากาศรูปแบบใหม่ที่แผ่นน้ำแข็งกลายเป็นทั้งทนทานมากขึ้นและในขณะเดียวกันก็อ่อนไหวต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าการผสมผสานนี้สำคัญอย่างยิ่งในการกระตุ้นจุดเปลี่ยนดังกล่าว การค้นพบนี้เผยแพร่ทาง EurekAlert ตอกย้ำแนวคิดที่ว่ามวลน้ำแข็งขนาดใหญ่สามารถตอบสนองต่อแรงภายนอกได้ในลักษณะที่ไม่เป็นเส้นตรง ซึ่งหมายถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันเมื่อถึงขีดจำกัด
บทเรียนที่เชื่อมโยงอดีตและอนาคตของสภาพอากาศโลก
แม้เหตุการณ์ที่วิเคราะห์เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 1 ล้านปีก่อน แต่ข้อสรุปของการศึกษามีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับสถานการณ์ปัจจุบัน ผลลัพธ์ตอกย้ำการมีอยู่ของสิ่งที่เรียกว่าจุดเปลี่ยนสภาพภูมิอากาศ (tipping points) — ขีดจำกัดที่เมื่อผ่านไปแล้วระบบสามารถเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันและไม่สามารถย้อนกลับได้ หากแผ่นน้ำแข็งแอนตาร์กติกาสามารถเปลี่ยนความอ่อนไหวอย่างรุนแรงเพื่อตอบสนองต่อการเย็นตัว มันก็อาจแสดงการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันเมื่อเผชิญกับภาวะโลกร้อนเช่นกัน แอ็กเซล ทิมเมอร์มันน์ (Axel Timmermann) ผู้ร่วมวิจัยกล่าวว่างานนี้แสดงให้เห็นว่าน้ำแข็งแอนตาร์กติกาสามารถตอบสนองต่อแรงภายนอกได้รุนแรงกว่าที่เคยคิดไว้ ซึ่งชี้ว่าการคาดการณ์บางอย่างอาจไม่สามารถจับการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในระบบได้
ความไม่แน่นอนของแอนตาร์กติกาในแบบจำลองระดับน้ำทะเล
แอนตาร์กติกาถือเป็นหนึ่งในแหล่งความไม่แน่นอนที่ใหญ่ที่สุดในการประมาณการระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้นในศตวรรษนี้ ดังนั้นการเข้าใจกลไกการตอบสนองของแผ่นน้ำแข็งจึงเป็นสิ่งจำเป็นในการปรับปรุงแบบจำลองสภาพอากาศ การมีส่วนร่วมหลักของงานวิจัยนี้คือการให้หลักฐานว่าน้ำแข็งเคยข้ามขีดจำกัดวิกฤตในอดีตมาก่อน ด้วยการระบุจุดเปลี่ยนนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงมีเครื่องมือใหม่ในการปรับปรุงการคาดการณ์เกี่ยวกับอนาคตของพื้นที่ชายฝั่งทะเลในโลกที่กำลังร้อนขึ้น เรื่องนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับประเทศที่มีแนวชายฝั่งยาวและเมืองใหญ่ที่ตั้งอยู่ใกล้ทะเล