Tôi có một giấc mơ, mà không hoàn toàn là mơ.
Mặt trời đã tắt, và các vì sao Lang thang…
Byron, Bóng tối
Năm 1815, trên đảo Sumbawa của Indonesia, ngọn núi lửa Tambora đang yên bình bỗng lại phun trào. Thảm họa này giết chết hàng trăm nghìn người xấu số và ngay sau đó kéo theo những đợt sóng thần dữ dội. Không có ai đang sống ngày nay từng chứng kiến một điều kinh hoàng tương tự. Đó là vụ phun trào lớn nhất vòng trong 10.000 năm, lớn gấp 150 lần vụ phun trào của núi lửa St Helens và tương đương với 60.000 quả bom nguyên tử cỡ từng ném xuống thành phố Hiroshima.
Thời đó, thông tin không lan truyền nhanh như bây giờ. Phải đến bảy tháng sau, tờ Times mới cho đăng một câu chuyện nhỏ từ lá thư của một thương nhân về thảm họa này. Nhưng đến lúc đó thì ảnh hưởng của nó đã quá rõ ràng. 240km3 tro bụi phủ kín bầu khí quyển, khiến mặt trời không thể chiếu sáng và làm Trái Đất lạnh hơn. Hoàng hôn trở nên sậm màu một cách khác thường, cảnh tượng này đã được họa sĩ nổi tiếng J. M. W Turner vẽ lại trong nhiều bức tranh hoàng hôn với các gam màu tối sẫm u ám. Sự tối tăm chết chóc cũng là cảm hứng để Byron viết nên những dòng thơ được trích dẫn phía trên.
Năm sau đó, mùa xuân không bao giờ đến và mùa hè cũng rất lạnh: 1816 được gọi là năm không có mùa hè. Mùa màng thất bát khắp nơi. Tại Iceland, nạn đói và thương hàn đã cướp đi mạng sống của 65.000 người. Người dân New England gọi năm 1816 là năm “Đóng băng tới chết”. Sương giá kéo dài đến tận tháng 6 khiến hạt giống không thể nảy mầm, gia súc chết vì thiếu cỏ hoặc bị giết mổ sớm. Đó là năm kinh hoàng tồi tệ nhất trong lịch sử nông nghiệp hiện đại. Tuy nhiên, nhiệt độ trung bình toàn cầu chỉ giảm chưa đến 1oC nhờ cơ chế bình ổn nhiệt tự nhiên của Trái Đất, thật là một công cụ tuyệt vời.
Thế kỷ XIX dù sao cũng đã đủ lạnh giá. Trong 200 năm, châu Âu và Bắc Mỹ trải qua một kỷ băng hà nhỏ, nhờ đó người ta tổ chức được các sự kiện mùa đông hiếm hoi như hội chợ sương giá trên sông Thames hoặc đua trượt băng trên các kênh rạch ở Hà Lan. Vào thời điểm đó, hiện tượng đóng băng luôn có trong tâm trí mọi người. Vì vậy, ta có thể thứ lỗi cho các nhà địa chất thế kỷ XIX đã chậm trễ không nhận ra rằng thế giới họ đang sống ấm hơn các kỷ nguyên trước đó rất nhiều, và phần lớn đất xung quanh họ được tạo ra bởi những sông băng vỡ vụn và cái lạnh có thể tàn phá cả một hội chợ sương giá.
Họ biết trong quá khứ có gì đó rất lạ. Khắp châu Âu từng có những quang cảnh dị thường – xương của tuần lộc Bắc Cực xuất hiện tại miền nam ấm áp của nước Pháp, những tảng đá khổng lồ kẹt trên sườn núi đá vôi. Để giải thích điều này, người ta thường chỉ đưa ra những nhận định sáng tạo thiếu cơ sở. Nhà tự nhiên học người Pháp, de Luc, khi cố gắng tìm ra nguyên nhân tại sao những tảng đá granit lại xuất hiện trên sườn núi đá vôi của dãy Jura, cho rằng chúng có thể đã bị bắn bởi khí nén trong hang động, giống như trò chơi nút chai của trẻ con. Những tảng đá đặt nhầm chỗ như vậy còn được gọi là Đá tảng lang thang vì chúng rất bất ổn. Thực tế thì vào thế kỷ XIX, chính các lý thuyết mới bất ổn.
Nhà địa chất người Anh, Arthur Hallam, cho rằng nếu như James Hutton, cha đẻ của ngành địa chất thế kỷ XVIII, đến Thụy Sĩ, chắc hẳn ông sẽ thấy ngay dấu vết của những tảng băng đã đi qua vô số những thung lũng bị chia cắt, những rãnh đá được mài bóng, những bờ đất sụt. Thật không may, Hutton lại không thích du lịch. Nhưng dù chỉ qua những mô tả gián tiếp, Hutton cũng thẳng thừng từ chối quan điểm cho rằng các tảng đá đã được mang 1.000m lên sườn núi bằng các đợt lũ lụt – ông cho rằng tất cả nước trên thế giới cũng không đủ sức làm như vậy, ông trở thành một trong những người đầu tiên nghĩ đến sự đóng băng trên diện rộng. Tư tưởng này của ông không được chú ý, và đến nửa thế kỷ sau các nhà tự nhiên học vẫn tin rằng những khe rãnh trên nền đá là dấu vết của xe ngựa hoặc thậm chí là đinh trên giày bốt.
Chính nông dân địa phương, những người không biết đến khoa học chính thống, lại biết nhiều hơn. Nhà tự nhiên học Jean de Charpentier kể lại, vào năm 1834 khi ông hỏi chuyện một tiều phu người Thụy Sĩ về những tảng đá ven đường, người này thản nhiên nói rằng những tảng đá đến từ Grimsel, một vùng đá granit cách đó rất xa, và rằng chính các sông băng Grimsel đã đưa chúng lên cả hai phía của thung lũng, trong quá khứ sông băng còn trải dài đến tận thị trấn Bern.
Charpentier rất vui mừng vì chính ông cũng nghĩ như vậy. Nhưng khi ông nêu ra giả thiết này tại một cuộc họp khoa học, nó lập tức bị bác bỏ. Nhưng một trong những người bạn thân nhất của Charpentier, Loius Agassiz, cũng là một nhà tự nhiên học người Thụy Sĩ, sau nhiều hoài nghi đã bắt đầu tán đồng quan điểm này.
Agassiz được dìu dắt bởi Cuvier, nhà tự nhiên học danh tiếng nhất châu Âu, và sau khi Cuvier qua đời, ông là giáo sư Lịch sử Tự nhiên tại trường Neuchâtel, Thụy Sĩ. Một người bạn khác của Agassiz, nhà thực vật học Karl Schimper, người đầu tiên đưa ra thuật ngữ “kỷ băng hà” (trong tiếng Đức là Eiszeit) vào năm 1837 cùng những bằng chứng cho thấy trong quá khứ, băng không chỉ phủ kín dãy Alps của Thụy Sĩ, mà còn trải dài qua nhiều nước châu Âu, châu Á và Bắc Mỹ. Ông đã cho Agassiz xem những ghi chép, để rồi sau đó phải hối tiếc khi Agassiz ngày càng nổi danh nhờ lý thuyết mà Schimper cho rằng chính là của mình. Charpentier sau đó cũng trở thành kẻ thù không đội trời chung với người bạn cũ vì lý do tương tự. Alexander von Humboldt chắc hẳn đã nghĩ đến trường hợp của Agassiz khi ông nhận xét rằng có ba giai đoạn trong một khám phá khoa học: Đầu tiên, người ta phủ nhận nó là sự thật. Sau đó, người ta phủ nhận nó quan trọng. Cuối cùng, người ta tung hô nhầm người.
Nhưng dù thế nào thì không ai có thể phủ nhận đóng góp của Agassiz. Để tìm hiểu động lực học của sông băng, ông đã đi khắp nơi – từ những khe đá nguy hiểm hay lên đến đỉnh của những ngọn núi Alps lởm chởm nhất, nơi chưa ai từng dám đặt chân đến. Đi đến đâu ông cũng vấp phải sự ngờ vực về lý thuyết của mình. Humboldt đã đề nghị ông quay lại với chuyên môn về cá hóa thạch và từ bỏ đam mê với băng đá, nhưng Agassiz là một người đàn ông kiên định.
Nước Anh thậm chí cũng không ủng hộ học thuyết của Agassiz, nơi đây hầu hết các nhà tự nhiên học chưa từng nhìn thấy sông băng, và tất nhiên không thể tưởng tượng nổi những tảng băng khổng lồ sẽ có lực nghiền lớn như thế nào. Roderick Murchison từng mỉa mai trong một cuộc họp: “Liệu băng có đủ sức làm xước hoặc mài bóng các tảng đá hay không?” Đến tận những năm cuối đời, ông vẫn bày tỏ rõ sự nghi ngờ với các nhà địa chất cuồng băng, và phủ nhận rằng sông băng đóng vai trò quan trọng trong lịch sử của Trái Đất. William Hopkins, một giáo sư của Đại học Cambridge, thành viên đứng đầu Hiệp hội địa chất, cũng có chung quan điểm. Ông cho rằng việc băng có thể di dời những tảng đá là một quan điểm vô nghĩa lý và quá máy móc, không đáng khiến giới khoa học quan tâm.
Không nản lòng, Agassiz vẫn miệt mài tìm đường cho lý thuyết của mình. Năm 1840, khi ông trình bày một bài báo tại Hiệp hội vì sự Tiến bộ Khoa học Anh tại Glasgow, ông bị nhà địa chất vĩ đại Charles Lyell công khai chỉ trích. Năm tiếp theo Hiệp hội Địa chất Endinburgh thông qua một nghị quyết cho rằng lý thuyết của Agassiz có thể có những giá trị nhất định, nhưng hoàn toàn không phải ở Scotland.
Charles Lyell cuối cùng đã nghĩ lại khi chính ông phát hiện một băng tích gần quê mình ở Scotland, nơi ông đã đi qua hàng trăm lần và chỉ có thể hiểu được nếu chấp nhận từng có một sông băng ở đó. Nhưng vì đã cải đạo, Lyell không còn tỉnh táo và bị lung lay trước quan điểm của số đông về kỷ Băng hà. Đó là quãng thời gian khó khăn đối với Agassiz. Hôn nhân của ông đổ bể, người bạn cũ Schimper ráo riết cáo buộc ông ăn cắp học thuyết của mình, Charpentier thì tuyệt giao, còn nhà địa chất vĩ đại nhất đang sống là Lyell thì chỉ trao cho ông một sự ủng hộ lãnh đạm và do dự.
Năm 1846, Agassiz đến Mỹ, chính tại đây ông có được sự tôn kính mà ông hằng khao khát. Đại học Harvard phong hàm giáo sư và xây dựng cho ông cả một bảo tàng cao cấp, Bảo tàng Động vật học So sánh. Sự đãi ngộ này khiến ông quyết định ở lại New England, nơi những mùa đông dài làm người ta cảm thông cho học thuyết về giai đoạn băng hà vô tận. Sáu năm sau, ông nhận được tin vui. Một đoàn thám hiểm khoa học đến Greenland đã báo cáo rằng gần một nửa lục địa đó vẫn chìm trong băng đúng như học thuyết của Agassiz. Cuối cùng, thuyết băng hà của ông bắt đầu sáng tỏ, nhưng khiếm khuyết lớn nhất vẫn là câu hỏi về nguyên nhân của kỷ băng hà. Lời đáp đến từ một nơi thật khó tin.
Những năm 1860, các tạp chí khoa học ở Anh bắt đầu nhận được những bài báo về thủy tĩnh, điện và những chủ đề khác từ tác giả James Croll ở Đại học Anderson, Glasgow. Trong một bài báo xuất bản trên tờ Philosophical Magazine năm 1864, ông cho rằng sự biến đổi của quỹ đạo Trái Đất đã góp phần tạo ra kỷ băng hà. Bài báo nhanh chóng gây được tiếng vang lớn và mọi người đều vô cùng bối rối khi biết tác giả thực ra không phải là một học giả ở đại học Anderson, mà chỉ là một người gác cổng.
Sinh năm 1821, Croll lớn lên trong nghèo túng và phải thôi học khi mới 13 tuổi. Ông đã làm rất nhiều nghề, từ thợ mộc, bán bảo hiểm đến bảo vệ khách sạn trước khi trở thành người gác cổng ở Đại học Anderson (nay là Đại học Strathclyde) ở Glasgow. Bằng cách nhờ anh trai mình trực gác, ông có thể dành các buổi tối trong thư viện trường, tự học vật lý, cơ học, thiên văn học, thủy tĩnh và các ngành khoa học thức thời khác. Dần dần, ông đã có thể viết một loạt bài báo, chủ yếu là về chuyển động của Trái Đất và những ảnh hưởng đến khí hậu.
Croll là người đầu tiên đề xuất rằng những thay đổi mang tính chu kì trong hình dạng quỹ đạo Trái Đất, từ hình elip (nói một cách dễ hiểu là hình bầu dục) đến hình tròn rồi lại thành hình elip, có thể giải thích cho sự khởi phát và rút lui của kỷ băng hà. Chưa ai từng nghĩ đến một lời giải thích từ góc độ thiên văn cho những thay đổi khí hậu của Trái Đất. Chính nhờ học thuyết đầy thuyết phục của Croll, người Anh đã dần chấp nhận rằng trong quá khứ, có một bộ phận Trái Đất chìm trong băng giá. Khi tài năng và sự tận tụy được công nhận, Croll được vào làm việc ở Ban Khảo sát Địa chất Scotland, sau đó, ông là thành viên Hội Hoàng gia London và Học viện Khoa học New York, ông còn nhận được bằng danh dự từ Đại học St Andrews, cùng nhiều danh hiệu khác.
Không may, ngay khi lý thuyết của Agassiz bắt đầu tìm được chỗ đứng ở châu Âu, ông lại đang bận rộn đưa nó vào một nơi còn xa xôi hơn châu Mỹ. Ông bắt đầu tìm thấy dấu vết của sông băng ở khắp mọi nơi, kể cả khu vực xích đạo. Cuối cùng, ông tin rằng băng đã từng bao phủ khắp nơi trên Trái Đất, dập tắt toàn bộ sự sống và sau đó Chúa đã phải tái sinh tất cả. Không có bằng chứng nào ủng hộ cho quan điểm này. Tuy nhiên, tại đất nước đã cưu mang ông, danh tiếng của Agassiz ngày càng lớn dần và tầm vóc trở nên vĩ đại. Khi ông qua đời vào năm 1873, Harvard thậm chí đã phải bổ nhiệm đến ba giáo sư để đảm nhiệm vị trí của ông.
Tuy nhiên, như vẫn thường xảy ra, các lý thuyết của ông nhanh chóng trở nên lỗi thời. Chưa đến một thập kỷ sau khi ông qua đời, những người kế nhiệm ông ở Harvard cho rằng “cái gọi là thời kỳ băng hà… rất phổ biến vài năm trước có thể bị bác bỏ thẳng thừng trong giới băng địa chất ngày nay.”
Một phần của vấn đề là bởi các tính toán của Croll chỉ ra thời kỳ băng hà gần đây nhất là khoảng 80.000 năm trước, trong khi các bằng chứng địa chất lại cho thấy xáo trộn cực lớn trong giai đoạn gần hơn rất nhiều. Nếu không có một lời giải thích thỏa đáng cho nguyên nhân của kỷ Băng hà, toàn bộ lý thuyết sẽ trở nên vô giá trị. Nó sẽ vẫn ở chỗ đó nếu không có một học giả người Serbia là Milutin Milankovitch, vốn không biết gì về chuyển động thiên thạch – từng được đào tạo làm thợ cơ khí – nhưng đến đầu những năm 1900 đột nhiên yêu thích nghiên cứu địa chất. Milankovitch nhận thấy vấn đề với lý thuyết của Croll không phải là nó không đúng, mà là nó quá đơn giản.
Hình dạng quỹ đạo, góc hướng tới mặt trời – độ nghiêng, độ cao và độ rung – tất cả đều ảnh hưởng đến thời gian và cường độ ánh sáng trên bất cứ phần nào của Trái Đất. Như vậy, ba nhân tố cụ thể là độ nghiêng trục, tuế sai và độ lệch tâm sẽ ảnh hưởng lâu dài lên khí hậu của Trái Đất. Milankovitch muốn tìm mối liên hệ giữa những chu kỳ phức tạp đó với sự xuất hiện và chấm dứt của kỷ Băng hà. Cái khó ở đây là những chu kỳ đó có độ dài lần lượt là 20.000, 40.000 và 100.000 năm – song độ xê dịch có thể lên đến vài nghìn năm, nghĩa là để xác định điểm giao nhau trong một khoảng thời gian dài đòi hỏi các phép tính vô cùng tỉ mỉ. Về cơ bản, Milankovitch phải tính góc và thời gian của bức xạ mặt trời tới mọi vĩ độ trên Trái Đất, vào mọi mùa, trong một triệu năm, điều chỉnh với ba biến số trên.
Thật may mắn, đây lại chính là loại công việc cực nhọc phù hợp với tính khí của Milankovitch. Trong suốt 20 năm tiếp theo, ông miệt mài dành các ngày nghỉ cho những bảng chu kỳ phức tạp bên bút chì và thước – công việc này ngày nay có thể hoàn thành trong vài ngày với máy tính. Tuy nhiên, khi Thế chiến I nổ ra, Milankovitch bị buộc phải làm quân dự bị trong quân đội Serbia. Ông lại gặp may vì trong bốn năm tiếp theo sống dưới sự quản thúc lỏng lẻo ở Budapest, ông chỉ cần báo cáo với cảnh sát mỗi tuần một lần. Thời gian còn lại ông ở thư viện Hàn lâm Khoa học Hungary. Có lẽ Milankovitch chính là tù nhân chiến tranh hạnh phúc nhất trong lịch sử.
Kết quả là cuốn Mathematical Climatology and the Astronomical Theory of Climatic Changes [tạm dịch: Toán học Khí hậu và Lý thuyết thiên văn trong Thay đổi khí hậu] ra đời vào năm 1930. Ông đã đúng khi cho rằng có một sự liên quan giữa thời kỳ băng hà và sự dao động của Trái Đất dù, cũng như mọi người, ông cho rằng chính sự gia tăng dần mức độ khắc nghiệt của mùa đông đã dẫn tới những quãng thời gian băng giá này. Người tìm ra câu trả lời đúng là nhà khí tượng học người Nga gốc Đức, Wladimir Köppen, cha vợ của Alfred Wegener. Ông nhận thấy quá trình thực tế lại tinh vi và gây khó hiểu hơn nhiều.
Köppen cho rằng, nguyên nhân của kỷ Băng hà chính là những mùa hè mát mẻ chứ không phải mùa đông lạnh giá. Vì nếu nhiệt độ mùa hè không cao, băng sẽ không thể tan ở một số vùng nhất định, ánh sáng mặt trời sẽ bị dội ngược và gia tăng hiệu ứng làm lạnh, thậm chí làm tuyết rơi ở nhiều hơn. Đây là cơ chế tự duy trì, khi tuyết tích tụ, cả vùng xung quanh cũng sẽ trở nên lạnh hơn và khiến tuyết rơi càng dày. Nhà băng học Gwen Schultz đã nhận xét: “Bản thân lượng tuyết không tạo ra các tảng băng, nhưng vấn đề là tuyết luôn tồn tại lâu.” Băng có thể được tạo ra vào một mùa hè trái mùa, khi lượng tuyết còn sót lại phản xạ nhiệt và tăng hiệu ứng làm lạnh. “Quá trình tạo băng này tự mở rộng không ngừng và khi băng đủ lớn, chúng bắt đầu di chuyển,” McPhee nói. Đó chính là cách mà các sông băng của kỷ băng hà được tạo ra.
Vào những năm 1950, với kỹ thuật xác định niên đại còn thô sơ, các nhà khoa học vẫn chưa thể tìm ra mối tương quan giữa chu kỳ Milankovitch và thời gian của kỷ Băng hà, vì vậy những tính toán của Milankovitch mờ nhạt dần. Ông mất vào năm 1958 khi chưa hoàn toàn chứng minh được lý thuyết của mình. Vào thời điểm đó, theo lời một nhà sử học, “các nhà địa chất hay khí tượng học đều chỉ xem những mô hình đó là một sự hiếu kỳ cố hữu.” Mãi đến những năm 1970, phương pháp dùng kali-argon để xác định trầm tích dưới đáy biển mới làm sáng tỏ được lý thuyết của ông.
Chỉ riêng chu kỳ Milankovitch thì chưa đủ để giải thích chu kỳ của kỷ Băng hà. Còn rất nhiều yếu tố khác nữa buộc phải tính đến, ví dụ như sự bố trí các lục địa, đặc biệt là các vùng cực. Người ta cho rằng nếu bạn dịch Bắc Mỹ, lục địa Á-Âu và Greenland khoảng 500km về phía bắc thì kỷ Băng hà sẽ tồn tại vĩnh viễn. Chúng ta thực sự rất may mắn khi có được thời tiết tốt đẹp. Trong mỗi kỷ Băng hà sẽ có một thời kỳ êm dịu gọi là giai đoạn giãn băng, chính là giai đoạn chúng ta đang sống. Toàn bộ lịch sử loài người – phát triển về nông nghiệp, hình thành các thị trấn, sự phát triển của toán học, chữ viết và khoa học – tất cả đều cần đến thời tiết thuận lợi này. Những giai đoạn giãn băng trước đây kéo dài khoảng 8.000 năm, còn giai đoạn mà ta đang sống đã kéo dài được 10.000 năm.
Như vậy, loài người thực sự vẫn đang sống trong kỷBăng hà. Tại cao điểm của kỷ Băng hà cuối cùng, khoảng 20.000 năm trước, 30% sự sống trên Trái Đất nằm dưới các lớp băng. Ngày nay, con số này là 10%. (14% khác ở trong tình trạng đóng băng vĩnh viễn.) Ba phần tư lượng nước ngọt trên Trái Đất được giữ trong các khối băng, và hiện nay chúng ta vẫn có băng ở hai cực – đây là tình trạng hy hữu trong lịch sử Trái Đất. Chúng ta nghĩ rằng việc tuyết rơi nhiều và sông băng tồn tại vĩnh viễn ở những vùng ôn đới như New Zealand là bình thường. Trên thực tế, nó hoàn toàn trái với tự nhiên.
Loại hình khí hậu phổ biến trên Trái Đất là nóng và không có băng dài hạn ở bất cứ nơi nào. Kỷ Băng hà hiện tại đã bắt đầu cách đây 40.000 năm, chuyển dần từ quãng thời gian rất tồi tệ sang giai đoạn không tệ chút nào. Chúng ta may mắn sống trong giai đoạn thứ hai. Các kỷ Băng hà đều có xu hướng xóa sạch mọi dấu vết trước đó, vì vậy nếu bạn quay lại quá khứ càng xa thì bạn càng có ít hình dung về các kỷ Băng hà. Tuy nhiên, các nhà khoa học ước tính ít nhất chúng ta đã có 17 giai đoạn băng hà trong khoảng 2,5 triệu năm qua – khoảng thời gian trùng với sự xuất hiện của loài người đứng thẳng ở châu Phi và sau đó là con người hiện đại. Hai nguyên nhân thường được nhắc đến về thời kỳ băng hà đương thời là sự nâng cao của dãy Himalaya và sự hình thành eo đất Panama, lần lượt làm cho các luồng không khí và các dòng hải lưu bị phá vỡ. Ấn Độ, nơi từng là một hòn đảo, đã đẩy dần 2.000km đất vào châu Á trong suốt 45 triệu năm qua, làm dâng lên không chỉ dãy Himalaya mà cả những cao nguyên Tây Tạng rộng lớn đằng sau nó. Các vùng này không chỉ trở nên lạnh hơn mà còn làm đổi hướng gió về phía bắc, chính xác hơn là vùng Bắc Mỹ, gây ra những đợt lạnh kéo dài. Sau đó, khoảng 5 triệu năm trước, eo đất Panama trồi lên từ đáy biển, thu hẹp khoảng cách giữa Bắc và Nam Mỹ, làm gián đoạn những dòng biển nóng giữa Thái Bình Dương và Đại Tây Dương, khiến biểu đồ lượng mưa tại ít nhất một nửa thế giới thay đổi. Một hậu quả lập tức là châu Phi trở nên khô cằn, khiến cho loài dã nhân phải rời những cành cây và đi tìm nguồn sống trên những thảo nguyên mới trồi lên.
Trên tất cả những điều đó, với cấu tạo hiện tại của các đại dương và lục địa, có vẻ như kỷ Băng hà sẽ còn dài. Theo John McPhee, khoảng 50 giai đoạn băng hà nữa sẽ xuất hiện, mỗi giai đoạn có thể kéo dài khoảng 100.000 năm, trước khi chúng ta có thể hy vọng băng tan.
50 triệu năm trước, Trái Đất hầu như không có những giai đoạn băng hà, nhưng nếu có thì sẽ rất khắc nghiệt. Một kỷ Băng hà lớn xảy ra khoảng 2,2 tỷ năm trước, sau đó là khí hậu ấm áp trong hàng tỷ năm. Mùa băng hà tiếp theo còn lớn hơn, đến nỗi ngày nay, các nhà khoa học gọi nó với tên Kỷ Cryogen hoặc kỷ Đại băng hà. Giai đoạn này được biết đến với hình ảnh Quả cầu tuyết Trái Đất.
Quả cầu tuyết chỉ lột tả một phần sự khắc nghiệt của giai đoạn này. Về lý thuyết khi bức xạ mặt trời giảm khoảng 6% và việc sản xuất (hoặc duy trì) các khí nhà kính giảm, Trái Đất đã mất khả năng giữ nhiệt. Nó trở thành một Nam Cực toàn phần. Nhiệt độ giảm khoảng 45oC. Toàn bộ bề mặt Trái Đất là một khối băng cứng, băng ở các đại dương dày đến 800m tại vùng vĩ độ cao và hàng chục mét tại vùng nhiệt đới.
Vấn đề phức tạp ở chỗ bằng chứng địa chất đều chỉ ra băng tồn tại khắp mọi nơi, kể cả quanh xích đạo, trong khi bằng chứng sinh học cũng kết luận hùng hồn không kém rằng chắc chắn phải có các vùng nước ở đâu đó. Bởi tảo lam đã sống sót và lấy năng lượng nhờ quang hợp. Nếu từng nhìn xuyên qua lớp băng, bạn sẽ thấy băng càng dày thì càng đục, và chỉ sau vài mét sẽ không thể truyền được ánh sáng. Có hai khả năng được đưa ra về loài tảo lam. Một là nhờ một ít nước biển còn lại (có thể do sự ấm lên cục bộ tại một số điểm nóng); thứ hai là băng hình thành nhưng chỉ hơi mờ và ánh sáng vẫn có thể xuyên qua – trường hợp này đôi khi vẫn xảy ra trong tự nhiên.
Nếu Trái Đất đóng băng cục bộ, sẽ rất khó để biết được khi nào nó sẽ ấm trở lại. Cả một hành tinh băng giá sẽ dội ngược toàn bộ nhiệt, và gây ra sự đóng băng vĩnh viễn. Chỉ có thể nhờ một yếu tố nội tại để thoát khỏi tình trạng đó, chính là những kiến tạo địa chất đã tạo ra Trái Đất. Chúng ta có thể đã được cứu bởi núi lửa, đẩy thông các bề mặt bị chôn vùi, bơm ra nhiều nhiệt làm tan chảy băng và tái tạo luồng không khí. Theo đó, dấu chấm hết cho thời kỳ Đại băng hà này chính là vụ nổ Cambri – mùa xuân của sự sống. Trên thực tế, viễn cảnh này có thể không thanh bình như chúng ta nghĩ, khi Trái Đất ấm lên cũng là lúc xuất hiện những đợt thời tiết dữ dội, bão đủ mạnh để dâng sóng lên độ cao của những tòa nhà chọc trời, và mưa có cường độ khôn tả.
Trong suốt giai đoạn này, giun ống, nghêu và các dạng sinh vật khác vốn chỉ sống ở biển sâu bắt đầu ngoi lên như thể không có vấn đề gì, trong khi các dạng sống khác gần như biến mất hoàn toàn. Mọi thứ đã xảy ra đã rất lâu và hiện nay chúng ta chỉ đơn thuần là không biết gì nhiều về chúng.
So với kỷ Đại băng hà Cryogen thì những kỷ Băng hà gần đây khá nhỏ, nhưng chúng đang có xu hướng lớn dần. Dải băng Wisconsian trong quá khứ, bao phủ một phần lớn châu Âu và Bắc Mỹ ngày nay, dày 3km tại một số điểm và phát triển rộng thêm 120m mỗi năm. Quả là kinh ngạc bởi ngay cả ở những vùng rìa băng cũng có thể dày đến 800m. Dưới những rìa băng này là một diện tích băng rộng hàng triệu cây số vuông, chỉ có vài đỉnh núi cao nhất xuyên được lên khỏi lớp băng. Toàn lục địa rũ xuống bởi sức nặng của băng và ngay cả bây giờ, 10.000 năm sau khi các sông băng đã rút đi, vẫn chưa trở về được nguyên trạng. Các tảng băng không chỉ cuốn theo đá và các đường trầm tích sỏi, mà còn chôn vùi toàn bộ địa hình, như Đảo Long, Mũi Cod và Nantucket – khi chúng chậm chạp quét qua đó. Vì vậy chẳng có gì đáng ngạc nhiên khi các nhà địa chất trước Agassiz không tưởng tượng nổi khả năng kiến tạo vĩ đại của chúng.
Nếu các dải băng lại bành trướng lần nữa, chúng ta sẽ chẳng có vũ khí gì đủ sức ngăn chúng lại. Năm 1964, vịnh Prince William Sound ở Alaska, một trong những vùng băng lớn nhất Bắc Mỹ, đã bị tấn công bởi một trận động đất lớn nhất trên lục địa này. Nó mạnh đến 9,2 độ Richter. Dọc theo những đường nứt, đất nâng cao đến 6m. Trận động đất mạnh đến nỗi nó làm nước ở các hồ tại Texas bắn tung. Nhưng vụ động đất vô song này không ảnh hưởng gì tới các sông băng vùng Prince William Sound. Chúng còn lớn thêm nhờ nước và tiếp tục dịch chuyển.
Suốt một thời gian dài, người ta cho rằng loài người đã dần thoát khỏi giai đoạn băng hà suốt hàng trăm hay hàng nghìn năm, nhưng thực tế không phải vậy. Nhờ các lõi băng ở Greenland, chúng ta đã có bằng chứng cụ thể về khí hậu trong khoảng 100.000 năm. Nó cho thấy Trái Đất trong suốt quãng thời gian gần đây không hề ổn định và yên tĩnh, mà đã chòng chành bởi những đợt nóng kéo dài và những giai đoạn lạnh cắt da cắt thịt.
Đến cuối kỷ Băng hà gần đây nhất, khoảng 12.000 năm trước, Trái Đất bắt đầu ấm lên nhanh chóng, nhưng sau đó lại tiếp tục trở nên lạnh buốt trong 1.000 năm hoặc hơn. Sự kiện này được đặt tên là Thời kỳ Dryas trẻ (Cái tên Dryas vốn là tên một loại cây vùng Bắc Cực, một trong các loài đầu tiên tiếp tục mọc trên mặt đất khi băng tan). Trong 20 năm cuối của 1.000 năm này, nhiệt độ trung bình lại tăng thêm 4oC. Mới nghe thì không có gì nghiêm trọng, nhưng lại đủ để biến khí hậu Scandianavi thành khí hậu Địa Trung Hải chỉ trong 2 thập kỷ. Tại nhiều nơi, sự thay đổi còn lớn hơn. Lõi băng Greenland thay đổi 8 độ trong 10 năm, gây xáo trộn lượng mưa và điều kiện trồng trọt. Trong quá khứ điều này đã đủ đáng lo rồi, ngày nay hậu quả sẽ càng nghiêm trọng hơn vì Trái Đất đang vô cùng đông đúc.
Chúng ta không tưởng tượng được nhưng quả thật hiện tượng tự nhiên này sẽ đe dọa nhiệt biểu của Trái Đất một cách đáng báo động. Như Elizabeth Kolbert viết trong tờ New Yorker: “Không một ngoại lực nào, thậm chí là trong giả thuyết, có thể thay đổi nhiệt độ Trái Đất nhanh như những lõi băng này.” Bà nhấn mạnh rằng “đó là một chu kỳ hồi tiếp lớn và dữ dội”, có thể ảnh hưởng đến cả các đại dương và gây gián đoạn các dòng hải lưu, và chúng ta vẫn chưa tìm ra giải pháp.
Một giả thuyết cho rằng băng tan vào nước biển ở thời kỳ đầu của Dryas trẻ đã làm giảm độ mặn (và cả mật độ) của các vùng biển phía bắc, khiến dòng Vịnh lách về phía nam, giống như một người lái xe tránh vụ va chạm. Mất đi sức nóng của dòng Vịnh, các vĩ độ bắc trở lại lạnh lẽo. Nhưng giả thuyết này không giải thích được tại sao 1.000 năm sau, khi Trái Đất đã ấm lên, dòng Vịnh không trở lại như trước đó. Thay vào đó, chúng ta có một giai đoạn bình yên bất thường, được biết đến như là thế Holocene, hay thời mà chúng ta đang sống.
Không ai biết trước thế địa chất này sẽ kéo dài bao lâu. Trên thực tế, một số nhà chức năng lo ngại về những điều tồi tệ hơn có thể xảy ra. Tuy nhiên, từ góc độ tự nhiên, hiện tượng nóng lên toàn cầu là một đối trọng hữu ích với xu hướng quay trở lại khí hậu băng hà của Trái Đất. Tuy nhiên, như Kolbert đã chỉ ra, trong điều kiện khí hậu biến động và khó đoán, “người ta sẽ không thể thực hiện các thí nghiệm.” Khả năng cao là kỷ Băng hà thực sự có thể bị kích phát bởi một sự gia tăng nhiệt độ. Nhiệt độ tăng nhẹ sẽ làm tăng cường sự bốc hơi, từ đó tăng độ che phủ của mây, khiến cho các vùng vĩ độ cao phủ tuyết. Tuy có vẻ nghịch lý nhưng có lẽ chính sự nóng lên toàn cầu lại dẫn đến việc làm mát cục bộ ở Bắc Mỹ và Bắc Âu.
Khí hậu là tổng hòa của rất nhiều yếu tố – sự tăng giảm nồng độ cácbon điôxít, sự chuyển dịch của các lục địa, hoạt động của Mặt Trời, độ rung của chu kỳ Milankovitch – đến nỗi việc dự đoán về tương lai nằm ngoài khả năng của con người. Ví dụ, sau ít nhất 20 triệu năm hình thành, việc vẫn có thực vật sống không bị đóng băng ở Nam Cực rõ ràng là không thể lý giải.
Không kém phần kỳ lạ là trường hợp các loài khủng long cuối cùng. Nhà địa chất người Anh, Stephen Drury, ghi lại rằng trong vòng 10 vĩ độ của Bắc Cực là nơi cư trú của những loài lớn nhất, bao gồm cả khủng long tyrannosaur- rex. Ông viết: “Thật kỳ lạ vì ở vùng vĩ độ cao này ba tháng không có ánh sáng mặt trời.” Hơn nữa, những vùng này có mùa đông vô cùng khắc nghiệt. Nghiên cứu đồng vị ôxy đã chỉ ra rằng khí hậu trên Fairbanks, Alaska, giờ đây vẫn lạnh như ở cuối kỷ Phấn Trắng. Khủng long đã làm gì ở đó? Hoặc chúng di cư theo mùa qua một khoảng cách rất xa, hoặc chúng sống ở đó trong tuyết và bóng tối. Tại Australia, thời kỳ đó, việc di cư về những vùng ấm áp gần như là không thể. Vì vậy, không ai hiểu được loài khủng long đã tồn tại ở vùng cực như thế nào.
Có một điều cần lưu ý rằng nếu vì bất cứ lý do nào, các phiến băng hình thành một lần nữa, thì dù vì lý do gì, lần này sẽ có rất nhiều nước để hút. Biển Hồ, vịnh Hudson và vô số các hồ của Canada trước đây không hề tồn tại để cung cấp nước cho kỷ băng hà trước. Chúng được chính kỷ Băng hà tạo ra.
Mặt khác, giai đoạn lịch sử tiếp theo sẽ chứng kiến hiện tượng băng tan nhiều hơn là sự tạo băng. Nếu tất cả băng tan chảy, mực nước biển sẽ dâng 60m, bằng chiều cao của một tòa tháp 20 tầng – và tất cả những thành phố ven biển sẽ bị nhấn chìm. Nhiều khả năng, trong thời gian ngắn, khối băng tây Nam Cực sẽ biến mất do trong 50 năm qua, các vùng biển quanh nó đã bị hâm nóng thêm 2,5oC, và băng đã tan rất nhiều. Do đặc tính địa chất của vùng này, một sự tan băng với quy mô lớn rất dễ xảy ra. Nếu như vậy, mực nước biển sẽ tăng nhanh trên toàn cầu, trung bình từ 4,5 đến 6m.
Có một sự thật là chúng ta không biết rằng điều gì có khả năng xảy ra hơn: liệu tương lai sẽ mang tới cho chúng ta các thế kỷ giá lạnh khắc nghiệt hay sự gia tăng hơi nóng chết chóc. Chỉ có một điều chắc chắn là chúng ta đang sống với sự lo lắng bồn chồn.
Về lâu dài thì kỷ Băng hà không phải là tồi tệ. Chúng sẽ nghiền đá, để lại sau lưng những vùng đất màu mỡ, và tạo ra những hồ nước ngọt dồi dào dinh dưỡng cho hàng trăm loài động thực vật. Chúng khuyến khích di cư và làm cho hành tinh chúng ta luôn sôi động. Như Tim Flannery nhận xét: “Chỉ có một câu hỏi bạn cần hỏi một châu lục để xác định được số phận các cư dân của chúng: “Ở đây đã từng có một kỷ Băng hà tốt chứ?” Với ý niệm đó, hãy cùng quan sát một loài dã nhân từng có một kỷ băng hà như thế.
