Nghiên cứu về khí hậu toàn cầu bằng mô hình mô phỏng các dòng hải lưu đại dương trong phòng thí nghiệm

Làm thế nào để mô phỏng thay thế các dòng hải lưu trong phòng thí nghiệm là câu hỏi các nhà khoa học cần tìm ra phương án. Các ống nước plastic được dựng lên cao 4.5m và súng bắn tia laser và các dụng cụ đo đạc để tạo 1 phòng thí nghiệm cho nhiều mục đích nghiên cứu của nhóm nghiên cứu của Trung tâm Bjerknes thuộc Đại học Stavanger (UiS) ở Bergen, Na Uy.


Các ống nước mô phỏng các dòng hải lưu đại dương trong phòng thí nghiệm của Đại học Stavanger, Na Uy


Sự nóng lên toàn cầu

Đại Tây Dương có rất nhiều dòng hải lưu chảy theo nhiều hướng khác nhau ở những độ sâu khác nhau. Trong quá trình tìm hiểu các dòng hải lưu này thì các nhân tố về độ mặn và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng nhất.

Các dòng hải lưu quy mô lớn không chỉ phụ thuộc vào gió mà còn được điều khiển bởi yếu tố biến động nhiệt độ nước ‘thermo’ và độ mặn ‘halo’. Những thông số này ảnh hưởng đến mật độ nước. Quá trình này còn gọi là “vòng lưu thông nhiệt” và hình dáng của các vịnh là những yếu tố quan trọng của quá trình này.

Mô phỏng

Một hệ thống được thiết lập để mô phỏng giống thực tế trong phòng thí nghiệm tại Đại học Stavanger: Nước ở nhiều mức nhiệt độ, và độ mặn sẽ được chảy theo các vòng đường ống nước đã được sắp đặt giống như đường vận chuyển của các dòng hải lưu ngoài đại dương.

Trong phòng thí nghiệm, các chất lỏng khác nhau hay là các “dòng hải lưu khoa học” sẽ được vận chuyển thông qua các đường ống và kênh dẫn, ngoài ra nhóm nghiên cứu sử dụng các dụng cụ đo đạc như camera tốc độ cao, camera laser và siêu âm để nghiên cứu dòng chảy của các chất lỏng này khi kết hợp với các loại khí và các hạt ánh sáng khác nhau.

Nghiên cứu khí hậu từ Dầu khí

Thí nghiệm này dùng để nghiên cứu dòng chảy của dầu và khí trong các đường ống và vận chuyển ra khỏi các lỗ khoan trong suốt quá trình khoan trong các giếng khoan sâu và dầy.

Giáo sư Rune WiggoTime và kĩ sư cao cấp Herimonja A Rabenjafimanantsoa cho biết, có thể thấy được các lợi ích cho các ứng dụng khác. Họ muốn sử dụng các hệ thống dòng chảy tương tự để nghiên cứu các dòng hải lưu khác có mà họ quan tâm trong quá trình nghiên cứu khí hậu tại Trung tâm Bjerknes.

 “Điều may mắn là có rất nhiều khoảng trống trong phòng thí nghiệm nơi các ống nhựa trong suốt có thể kết nối lại để tạo thành một vòng cao khoảng 4.5m.  Mô hình này giống với mô hình tương tự những gì sử dụng trong các thí nghiệm với khí gas trong các giếng sản xuất dầu”- Giáo sư Professor Time cho biết.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu sẽ phải đưa ra một số giải pháp tùy chỉnh để mô phỏng các dòng hải lưu. Họ sẽ cải tiến thử nghiệm các đồng hồ, tại các điểm đo nhạy cảm dọc theo hệ thống điều khiển qua hệ thống máy tính các thông số nhiệt độ và độ ẩm ở nhiều điểm khác nhau của hệ thống.

Một sự cân bằng tinh tế của tự nhiên

Trong đại dương thực sự, các nước thuộc khu vực miền nam Đại Tây Dương ấm áp và có độ mặn cao. Mặc dù muối làm cho nước nặng hơn, điều này là bù đắp nhiều hơn do nhiệt nên làm cho các nước nhẹ. Do đó, các dòng hải lưu đại dương bình thường nông hơn trên đường về phía bắc với khoảng cột nước trên 400-800 mét. Khi đi đến vùng Bắc Cực, nước lạnh dần đi, độ mặn giảm do nguồn nước ngọt tan từ các tảng băng trôi và các dòng sông băng tan chảy xung quanh Bắc Băng Dương. Do độ mặn giảm nên dòng hải lưu này chìm xuống sâu hơn và lạnh đi và trở thành “dòng hải lưu nước sâu” khi quay trở lại phía Nam. Vòng di chuyển này được lặp đi lặp lại liên tục trên đại dương.

Trong những năm gần đây, sự cân bằng như trên giữa độ mặn và nhiệt độ của dòng hải lưu đã bị xáo trộn bởi sự nóng lên toàn cầu, lượng bốc hơi tăng và mưa tăng cộng thêm hiện tượng tan băng. Sự tan băng ở Đảo Greenland là một nguyên nhân quan trọng gây ra hiện tượng này. Lượng nước ngọt tan ra hòa vào nước đại dương làm cho nước bề mặt trở nên nhẹ hơn, làm cho một lượng nước ấm chảy từ Bắc Đại Tây Dương chảy vào dọc bờ biển Na Uy.

Các nhà nghiên cứu biển đã liên tục nghiên cứu và thảo luận về “các dòng nhiệt” này bao gồm cả dòng hải lưu Gulf Stream, hiện cũng đang bị chậm lại do quá trình này.

 “Phòng thí nghiệm mô phỏng này hiện nay là phòng thí nghiệm mô phỏng chặt chẽ nhất có thể và cũng đã phát hiện ra nhiều yếu tố quan trọng, các thông số được đưa vào các mô hình toán học cơ bản, điều mà trước kia chưa từng được làm” - Ông Time cho biết trong bài nghiên cứu được công bố tháng 12.2015