Sông băng trên trái đất đã bị tan chảy một lượng lớn kể từ những năm 1970. Tỷ lệ tuyết rơi so với lượng băng tan bị mất cân bằng do sự nóng lên toàn cầu. Hàng loạt cấu trúc băng lớn đang bị tan chảy, suy yếu, sụp đổ và biến mất. Hậu quả gây ra là lũ lụt, hạn hán, nguồn cung cấp nước bị đe dọa và dẫn tới suy yếu nền kinh tế. Tất cả đều góp phần dẫn tới những tác động thảm khốc của biến đổi khí hậu. Với nhiều người hiện đang bị phụ thuộc vào sông băng để lấy nước uống, nông nghiệp, thủy điện và du lịch, việc dự đoán và lập kế hoạch chính xác cho những gì sẽ xảy ra tiếp theo là rất quan trọng.
Thụy Sĩ là quốc gia có hầu hết người dân sinh sống dựa vào các sông băng. Theo Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Sĩ, các sông băng ở nước này đã bị tan chảy hơn 6% thể tích trong năm 2022. Các nhà nghiên cứu nói rằng sông băng Aletsch, lớn nhất ở Thụy Sĩ, có thể mất một nửa khối lượng băng vào cuối thế kỷ này. Họ theo dõi chuyển động của sông băng bằng cách sử dụng các phương pháp truyền thống như phương pháp tạo điểm đánh dấu (que đo, tranh ảnh lịch sử) để so sánh sự thay đổi của băng theo thời gian. Các dấu hiệu ngẫu nhiên, chẳng hạn như máy bay bị rơi, cũng có thể báo hiệu sự di chuyển của sông băng. Tuy nhiên, những phương pháp đó thường dự đoán với độ lệch lớn, khả năng dự đoán chậm. Mới đây, kỹ thuật hạt nhân đã có thể giúp các nhà nghiên cứu về sông băng lập mô hình chính xác hơn về hành vi của sông băng và từ đó dự đoán tương lai của chúng. Điều này hỗ trợ nhà quản lý ra quyết định lập kế hoạch đối phó với hiện tượng suy giảm hoặc biến mất hoàn toàn của sông băng.
Các sông băng ở Thụy Sĩ đã tan chảy hơn 6% năm 2022 (Nguồn: Phòng thí nghiệm Spiez)
Cách thủ đô Bern của Thụy Sĩ khoảng 40 km về phía nam, Phòng thí nghiệm Spiez đã phát triển một phương pháp sử dụng kỹ thuật hạt nhân dựa trên chất chỉ thị được ghi lại trong băng trong các vụ thử vũ khí hạt nhân (NWT) từ những năm 1950 và 1960. Những NWT này đã tạo ra và giải phóng vào khí quyển các hạt nhân phóng xạ nhân tạo rơi lắng trên các lớp bề mặt của sông băng ở khắp thế giới. Dựa theo niên đại của các NWT này, việc xác định nồng độ cực đại của chúng, cũng như các kiểu phân tán hạt nhân phóng xạ do dòng chảy của băng, có thể xác định niên đại của các lớp băng. Stefan Röllin, nhà nghiên cứu từ Phòng Hóa học Hạt nhân tại Phòng thí nghiệm Spiez cho biết: “Chúng tôi đã sử dụng một kỹ thuật hiện có để đo các hạt nhân phóng xạ trong đất và các vật liệu rắn khác, đồng thời lần đầu tiên áp dụng kỹ thuật này cho nước, băng và tuyết”.
Kỹ thuật dựa trên hạt nhân phóng xạ trong băng
Năm 2019 và 2020, các chuyên gia Phòng thí nghiệm Spiez và Lực lượng Vũ trang Thụy Sĩ đã mở rộng quy mô sông băng Aletsch và Gauli trên địa hình hiểm trở của dãy núi Bernese Alps để thu thập dữ liệu đồng vị về dòng chảy băng. Phương pháp dựa trên kỹ thuật hạt nhân được tiến hành bằng cách đã trích xuất mẫu băng trên bề mặt từ mỗi sông bang (khoảng 200 mẫu), mỗi mẫu nặng 1 kg – lượng đủ lớn để phát hiện mức độ hạt nhân phóng xạ thấp. Sau đó, các mẫu này được nấu chảy và áp dụng các phương pháp hóa phóng xạ để chiết xuất và tinh chế các đồng vị urani và plutonium, rồi phân tích chúng bằng một thiết bị có độ nhạy cao gọi là máy quang phổ khối plasma kết hợp cảm ứng đa bộ thu, hay MC-ICP-MS. Các nhà nghiên cứu cũng áp dụng các kỹ thuật hạt nhân khác để phát hiện sự hiện diện của hạt nhân phóng xạ NWT trong các mẫu môi trường, bao gồm phép đo phổ tia gamma có độ phân giải cao, phát hiện sự hiện diện của caesium và các ống đếm nhấp nháy lỏng để phát hiện sự hiện diện của triti. Những dữ liệu này có thể được sử dụng để tinh chỉnh và điều chỉnh các mô hình dòng chảy của sông băng, hiểu rõ hơn về tốc độ tan chảy của sông băng, dự đoán tương lai của nó và hiệu chỉnh các mô hình dòng chảy của băng để có độ chính xác cao hơn. Các phương pháp do Phòng thí nghiệm Spiez phát triển đã được xác nhận dựa trên các mẫu nước tham chiếu của IAEA từ Biển Ireland để đảm bảo độ chính xác. Các mẫu tham chiếu được các nhà khoa học sử dụng để kiểm tra xem phương pháp thử nghiệm của họ có mang lại kết quả chính xác hay không. IAEA cung cấp các mẫu như vậy cho các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới.
Tỷ lệ sông băng trong mực nước biển dâng từ năm 1962 đến 2016. Sự thay đổi khối lượng và khu vực tích lũy sông băng tương ứng với thể tích của các bong bóng. Với hơn 3.000 Gt, sông băng ở Alaska (ALA) đóng góp nhiều nhất vào sự gia tăng mực nước biển. Các sông băng ở Tây Nam Á (ASW, bong bóng xanh) là những sông băng duy nhất tăng khối lượng. (Nguồn: Zemp et al. (2019)).
Rollin cho biết: “Các thử nghiệm của chúng tôi đối với vật liệu tham chiếu của IAEA đã xác nhận khả năng trong việc phân tích nồng độ hạt nhân phóng xạ cực kỳ thấp trong nước — một phần triệu của một phần triệu của một phần triệu của gam trên kilogam — một điều khó thực hiện trước đây”. Phòng thí nghiệm Spiez đã trình bày nghiên cứu này tại Hội nghị quốc tế về phóng xạ môi trường (ENVIRA 2021) ở Hy Lạp vào năm 2021 và tại Hội nghị quốc tế về đo lường hạt nhân phóng xạ — Kỹ thuật đo lường hoạt độ phóng xạ ở mức độ thấp (ICRM–LLRMT) năm 2022, ở Ý. Phòng thí nghiệm Spiez đã trở thành Trung tâm hợp tác của IAEA từ năm 2016 và vào năm 2020, được chỉ định lại cho đến năm 2025, để hỗ trợ các hoạt động theo chương trình của IAEA. Là một Trung tâm hợp tác của IAEA, Phòng thí nghiệm này cung cấp các khóa đào tạo cho các nghiên cứu sinh, đồng thời tổ chức các khóa bồi dưỡng chuyên môn và tham quan khoa học. Phòng thí nghiệm cũng tham gia vào các nhiệm vụ chuyên gia tới các Quốc gia Thành viên của IAEA, để thúc đẩy ứng dụng thực tế của kỹ thuật này ở những nơi khác, nơi sông băng đóng vai trò quan trọng đối với chính sách môi trường và nền kinh tế. Iolanda Osvath, Trưởng phòng thí nghiệm đo phóng xạ của IAEA cho biết: “Phòng thí nghiệm Spiez là một trung tâm có thành tích xuất sắc về phân tích và kinh nghiệm sâu rộng về lấy mẫu và đo lường tại hiện trường đối với tất cả các loại chất gây ô nhiễm, đặc biệt là các hạt nhân phóng xạ”. Phòng thí nghiệm này cung cấp hỗ trợ lớn cho việc đào tạo và phát triển phương pháp luận cho mạng lưới Phòng thí nghiệm Phân tích Đo lường Độ phóng xạ Môi trường (ALMERA) của IAEA. Nghiên cứu và phát triển của Phòng thí nghiệm giải quyết một loạt các vấn đề môi trường bằng các phương pháp tiếp cận sáng tạo, như nghiên cứu về sông băng.
Từ khóa: Kỹ thuật đánh dấu; sông băng; tan chảy; hạt nhân phóng xạ;
– CMD&DND –
