Nam cực là gì? Các nghiên cứu khoa học về Nam cực

Định nghĩa và vị trí địa lý

Nam Cực (Antarctica) là lục địa cực nam của Trái Đất, bao phủ bởi lớp băng khổng lồ chiếm khoảng 98% diện tích bề mặt. Với diện tích khoảng 14 triệu km², Nam Cực lớn hơn cả châu Âu và gần gấp đôi diện tích Úc. Lục địa này được bao quanh bởi Nam Đại Dương, tách biệt với các lục địa khác bởi dòng hải lưu xoáy mạnh gọi là Antarctic Circumpolar Current, giúp duy trì khí hậu cực kỳ lạnh giá. (Britannica)

Điểm cực Nam địa lý được xác định ở vĩ độ 90° Nam, nơi Mặt Trời chỉ mọc và lặn một lần mỗi năm, tạo ra hiện tượng ngày – đêm địa cực. Các điểm cực khác bao gồm cực Nam từ tính và cực Nam không thể tiếp cận. Những yếu tố này làm cho Nam Cực vừa có giá trị khoa học to lớn, vừa là biểu tượng của môi trường khắc nghiệt nhất trên hành tinh. (British Antarctic Survey)

Với vị trí biệt lập, Nam Cực đóng vai trò quan trọng trong cân bằng hệ thống khí hậu toàn cầu. Lớp băng khổng lồ phản xạ phần lớn bức xạ Mặt Trời, góp phần ổn định nhiệt độ Trái Đất. Ngoài ra, sự tương tác giữa Nam Đại Dương và băng lục địa ảnh hưởng mạnh mẽ đến mực nước biển và các dòng hải lưu toàn cầu.

Đặc điểm địa chất và băng hà

Nền địa chất của Nam Cực gồm hai phần chính: Đông Nam Cực và Tây Nam Cực, được chia cắt bởi dãy Transantarctic Mountains. Đông Nam Cực chiếm khoảng 2/3 diện tích và là một khối nền đá cổ vững chắc, trong khi Tây Nam Cực có địa hình phức tạp hơn, bao gồm nhiều thung lũng sâu và đảo núi lửa. Một số khu vực như Thwaites Glacier và Pine Island Glacier đặc biệt được quan tâm vì có tốc độ tan băng nhanh, có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến mực nước biển. (National Geographic)

Lớp băng Nam Cực dày trung bình khoảng 1,9 km, nơi dày nhất lên tới 4,8 km. Khối băng này chứa khoảng 60% tổng lượng nước ngọt của Trái Đất. Nếu toàn bộ băng tan chảy, mực nước biển toàn cầu có thể dâng khoảng 58 m, gây ra hậu quả khôn lường cho các thành phố ven biển. Dữ liệu lõi băng lấy từ các dự án như EPICA đã cho phép các nhà khoa học tái hiện lại khí hậu Trái Đất trong suốt 800.000 năm qua. (NOAA Climate)

Địa hình bên dưới băng có những thung lũng sâu và hồ nước ngầm. Hồ Vostok, nằm dưới lớp băng dày hơn 4 km, là một trong những hồ ngầm lớn nhất thế giới và có thể chứa hệ sinh vật cổ xưa chưa từng được khám phá. Việc nghiên cứu các hồ này giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về tiềm năng tồn tại sự sống trong điều kiện khắc nghiệt, thậm chí trên các hành tinh khác.

Khí hậu và thời tiết

Nam Cực là nơi lạnh nhất trên Trái Đất, với nhiệt độ thấp kỷ lục -89,2°C ghi nhận tại trạm Vostok năm 1983. Nhiệt độ trung bình mùa đông dao động từ -60°C đến -80°C, trong khi mùa hè ven biển có thể lên tới -5°C. Lượng mưa trung bình rất thấp, dưới 200 mm/năm, chủ yếu là tuyết rơi, khiến Nam Cực được xếp vào loại sa mạc băng khô cằn nhất thế giới. (National Geographic)

Hiện tượng thời tiết đặc trưng bao gồm gió katabatic, dòng gió lạnh mạnh chảy từ trung tâm cao nguyên xuống bờ biển, với tốc độ có thể vượt quá 300 km/h. Ngoài ra, Nam Cực còn có hiện tượng ngày đêm cực, khi ánh sáng Mặt Trời kéo dài liên tục trong nhiều tháng vào mùa hè, và hoàn toàn biến mất vào mùa đông.

Do khí hậu khắc nghiệt, Nam Cực gần như không có cư dân thường trú. Chỉ có các nhà khoa học và nhân viên hỗ trợ sống trong các trạm nghiên cứu quốc tế theo mùa hoặc quanh năm. Bảng dưới đây tóm tắt đặc điểm khí hậu chính:

Khu vực	Nhiệt độ mùa đông	Nhiệt độ mùa hè	Lượng mưa
Nội địa	-60°C đến -80°C	-30°C đến -20°C	<100 mm/năm
Ven biển	-20°C đến -40°C	-5°C đến +5°C	200–500 mm/năm

Động thực vật

Do điều kiện khí hậu khắc nghiệt, thảm thực vật trên lục địa Nam Cực rất hạn chế. Chỉ có khoảng 100 loài thực vật bậc thấp, chủ yếu là địa y, rêu và tảo có thể sinh trưởng. Ngoài ra, các vi sinh vật như vi khuẩn và nấm cũng phát triển trong môi trường cực lạnh, thậm chí trong băng và hồ ngầm. (BAS Biodiversity)

Động vật trên đất liền hầu như không có loài có xương sống, ngoại trừ vài loài chim di cư đến vào mùa hè. Tuy nhiên, vùng biển Nam Cực lại cực kỳ phong phú, là nơi sinh sống của nhiều loài chim cánh cụt (Emperor, Adélie, Chinstrap), hải cẩu (Weddell, Leopard, Crabeater) và cá voi (Blue, Minke, Humpback). Nguồn thức ăn chính trong chuỗi sinh thái biển là loài nhuyễn thể krill (Euphausia superba), cung cấp năng lượng cho phần lớn động vật biển. (NOAA)

Sự thích nghi sinh học ở Nam Cực rất đặc biệt: chim cánh cụt Emperor có lớp mỡ dày và lông chống thấm nước, có thể chịu được nhiệt độ dưới -40°C; hải cẩu Weddell có khả năng lặn hơn 600 m dưới lớp băng để tìm thức ăn. Những nghiên cứu về sự thích nghi này cung cấp hiểu biết quan trọng về tiến hóa và sinh lý học động vật.

Lịch sử khám phá

Nam Cực được suy đoán sự tồn tại từ thời cổ đại như “Terra Australis Incognita” – vùng đất phía nam chưa được biết đến. Các thủy thủ châu Âu trong thế kỷ 16–17 đã vẽ nhiều bản đồ giả định, nhưng chưa có bằng chứng thực tế. Đến đầu thế kỷ 19, các chuyến hải trình đã chính thức xác nhận sự hiện diện của lục địa này. Năm 1820, ba đoàn thám hiểm từ Nga (Fabian Gottlieb von Bellingshausen), Anh (Edward Bransfield) và Mỹ (Nathaniel Palmer) đều ghi nhận quan sát trực tiếp bờ biển Nam Cực. (Britannica – History of Antarctica)

Trong thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, nhiều hành trình thám hiểm đã diễn ra, trong đó nổi bật là cuộc đua đến Cực Nam địa lý. Năm 1911, Roald Amundsen (Na Uy) là người đầu tiên đặt chân đến cực Nam, vượt qua đoàn của Robert Falcon Scott (Anh) chỉ vài tuần. Những thám hiểm này đánh dấu bước ngoặt lớn trong hiểu biết về địa lý và môi trường Nam Cực.

Thế kỷ 20 chứng kiến nhiều thảm họa nhưng cũng có những thành công quan trọng. Ernest Shackleton nổi tiếng với hành trình bất thành đến cực Nam nhưng cuộc giải cứu phi thường của ông đã đi vào lịch sử hàng hải. Đến giữa thế kỷ 20, Nam Cực trở thành tâm điểm nghiên cứu quốc tế trong Năm Địa Vật lý Quốc tế (1957–1958), với sự ra đời của nhiều trạm nghiên cứu đầu tiên.

Nghiên cứu khoa học và các trạm nghiên cứu

Ngày nay, Nam Cực là một phòng thí nghiệm tự nhiên khổng lồ cho nhiều ngành khoa học: băng hà học, khí hậu học, sinh học, thiên văn học và địa chất. Nhiều dự án quốc tế đã khai thác dữ liệu lõi băng, cho phép phục dựng lịch sử khí hậu hàng trăm nghìn năm. Các quan sát này cung cấp bằng chứng trực tiếp về biến đổi khí hậu và nồng độ khí nhà kính trong khí quyển. (NOAA Climate)

Hiện có khoảng 70 trạm nghiên cứu tại Nam Cực, trong đó khoảng 40 trạm hoạt động quanh năm. McMurdo (Mỹ) là trạm lớn nhất, có thể chứa hơn 1.000 người vào mùa hè. Trạm Vostok (Nga) nằm tại trung tâm nội địa, nổi tiếng nhờ việc khoan vào hồ ngầm Vostok dưới lớp băng dày 4 km. Trạm Concordia (Pháp – Ý) được biết đến như nơi có điều kiện gần giống môi trường không gian, hữu ích cho nghiên cứu y sinh học và chuẩn bị cho các sứ mệnh lên Sao Hỏa. (SCAR)

Thiên văn học tại Nam Cực đặc biệt phát triển nhờ bầu trời khô, sạch và ít nhiễu loạn khí quyển. Kính viễn vọng tại Dome A và Dome C đã cung cấp dữ liệu quý giá về vũ trụ sơ khai, hỗ trợ nghiên cứu bức xạ nền vi sóng vũ trụ.

Hiệp ước Nam Cực

Hiệp ước Nam Cực được ký kết năm 1959, có hiệu lực từ 1961, là một trong những thỏa thuận quốc tế quan trọng nhất trong lịch sử hiện đại. Hiệp ước quy định lục địa Nam Cực chỉ được sử dụng cho mục đích hòa bình và nghiên cứu khoa học. Mọi hoạt động quân sự, thử vũ khí hạt nhân và khai thác khoáng sản thương mại đều bị cấm. (Antarctic Treaty System)

Tính đến nay, có hơn 50 quốc gia tham gia hiệp ước, chiếm phần lớn dân số thế giới. Các điều khoản bảo đảm rằng mọi dữ liệu khoa học được chia sẻ công khai, khuyến khích hợp tác quốc tế. Đây là một ví dụ hiếm hoi về quản trị toàn cầu thành công, vượt lên trên lợi ích quốc gia.

Ngoài hiệp ước gốc, còn có các nghị định bổ sung như Nghị định thư Madrid năm 1991 về bảo vệ môi trường, cấm mọi hoạt động khai thác tài nguyên khoáng sản và yêu cầu bảo tồn hệ sinh thái mong manh của lục địa này.

Tác động biến đổi khí hậu

Nam Cực là một trong những khu vực chịu ảnh hưởng mạnh mẽ nhất từ biến đổi khí hậu. Bán đảo Nam Cực đã ấm lên hơn 3°C trong 50 năm qua, gấp ba lần mức trung bình toàn cầu. Hiện tượng tan băng ở Tây Nam Cực, đặc biệt là các sông băng như Thwaites, đang góp phần quan trọng vào việc mực nước biển toàn cầu dâng cao. (NASA Climate)

Ngoài ra, Nam Cực còn nổi tiếng với hiện tượng lỗ thủng tầng ozone, lần đầu phát hiện vào năm 1985. Nhờ Nghị định thư Montreal (1987) hạn chế khí CFC, lỗ thủng ozone hiện đang phục hồi dần, là minh chứng điển hình cho hiệu quả của các nỗ lực quốc tế trong bảo vệ môi trường. (UNEP)

Các nhà khoa học cảnh báo rằng sự mất ổn định của các dải băng Nam Cực có thể dẫn đến những thay đổi không thể đảo ngược trong hệ thống khí hậu và mực nước biển toàn cầu. Việc theo dõi khu vực này là ưu tiên hàng đầu trong nghiên cứu khí hậu quốc tế.

Vai trò toàn cầu

Nam Cực có vai trò thiết yếu trong hệ thống Trái Đất. Lớp băng phản xạ hơn 80% bức xạ Mặt Trời, giúp điều tiết nhiệt độ toàn cầu. Dòng hải lưu Nam Đại Dương góp phần lưu thông năng lượng và chất dinh dưỡng giữa các đại dương, ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái biển toàn cầu. (NOAA)

Lõi băng tại Nam Cực là một “kho lưu trữ khí hậu” độc đáo, chứa các bong bóng khí từ hàng trăm nghìn năm trước. Phân tích những lõi băng này giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về chu trình carbon, các kỷ băng hà và mối quan hệ giữa khí nhà kính và nhiệt độ toàn cầu. (NSF Antarctic Program)

Trong tương lai, Nam Cực còn có tiềm năng trở thành trung tâm nghiên cứu không gian và công nghệ sinh học. Môi trường cực đoan của nó cung cấp mô hình tự nhiên để thử nghiệm các công nghệ và chiến lược sinh tồn ngoài Trái Đất.

Tài liệu tham khảo

• Britannica – History of Antarctica: Britannica
• NOAA Climate – Climate data: NOAA
• Scientific Committee on Antarctic Research: SCAR
• Antarctic Treaty System official site: ATS
• NASA Climate – Antarctica melting: NASA Climate
• United Nations Environment Programme (UNEP): UNEP
• NOAA Education – Antarctica resources: NOAA Education
• NSF – Antarctic Program: NSF