Bắc Cực chìm trong mùa đông tăm tối 53 triệu năm trước

Tổ tiên của loài heo vòi và những người họ hàng cổ đại của tê giác phía trên Vành đai Bắc Cực 53 triệu năm trước sống trong bóng tối 6 tháng mỗi năm với điều kiện thời tiết ôn hòa hơn ngày nay rất nhiều, theo một nghiên cứu của Đại học Colorado tại Boulder.

Giáo sư Jaelyn Eberle thuộc CU-Boulder cho biết nghiên cứu này cho thấy một số loài động vật có vú thời tiền sử với cân nặng khoảng 1.000 pao, sống ở khu vực mà ngày này là đảo Ellesmere gần Greenland. Khẩu phần ăn mùa hè của chúng là thực vật có hoa, lá cây và thực vật dưới nước, nhưng vào mùa đông chúng chuyển sang thức ăn như cành cây con, lá kim xanh và nấm, theo Eberle, người phụ trách hóa thạch động vật có xương sống tại Bảo tàng lịch sử tự nhiên, Đại học Colorado đồng thời là trưởng nhóm nghiên cứu.

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng đối với việc tìm hiểu sự phân bố của động vật có vú cổ đại dọc theo dải đất nối liền vùng cực với Bắc Mỹ, cũng như đối với sự di chuyển về phương Bắc của những động vật có vú hiện đại nếu khí hậu Trái Đất tiếp tục ấm lên. Một bài báo về chủ đề này, với đồng tác giả Henry Fricke thuộc Cao đẳng Colorado tại Colorado Springs và John Humphrey thuộc Trường mỏ Colorado tại Golden được công bố trên tạp chí Geology số tháng 6.

Nhóm nghiên cứu sử dụng phép phân tịch đồng vị cácbon và oxy chiết xuất từ bộ răng hóa thạch của 3 nhóm động vật có vú thuộc Đảo Ellesmere – một loài giống như hà mã, động vật nửa sống dưới nước gọi là Coryphodon, một loài khác là tổ tiên của heo vòi ngày nay, và loài thứ 3 là động vật có vú giống như tê giác gọi là brontothere. Răng động vật là một trong những hóa thạch quan trọng nhất ở vùng Bắc Cực, vì chúng rất khó để sống sót qua vòng tuần hoàn đông lạnh rồi tan ra xuất hiện mỗi năm.

Những chỉ dấu đồng vị cácbon từ những lớp men hình thành theo chuỗi trong thời kỳ mọc răng cho phép nhóm nghiên cứu xác định loại thực vật mà những loài động vật này tiêu thụ.

Eberle cho biết: “Chúng tôi sử dụng những dấu hiệu đồng vị trong men răng để cho thấy rằng những loài động vật có vú này không di trú hoặc ngủ đông. Thay vào đó, chúng sống ở vùng Bắc Cực cao trong cả năm, ăn những thực phẩm lạ trong những tháng mùa đông”. Nghiên cứu do Quỹ khoa học quốc gia tài trợ.

Phân tích đồng vị oxy từ hóa thạch răng giúp xác định những thay đổi theo mùa ở lớp nước uống bề mặt dựa trên kết tủa và nhiệt độ, cung cấp thêm thông tin về khí hậu. Những kết quả chỉ ra mùa hè ấm và ẩm ướt và mùa đông ôn hòa ở vùng Bắc Cực cao 53 triệu năm trước, nhiệt độ tại đây dao động từ trên mức đóng băng một chút đến 70 độ F, Eberle giải thích.

Môi trường ở vùng trung tâm Đảo Ellesmere, nằm tại 80 vĩ độ Bắc, là một phần của khu vực vòng Bắc Cực lớn hơn nhiều tại thời điểm đó. Nó có thể giống như khu rừng đầm lầy phía Đông Nam Hoa Kỳ ngày nay, và chứa những hóa thạch gốc cây lớn như những chiếc máy giặt.

Trung tâm đảo Ellesmere thuộc vùng Bắc Cực cao ngày nay - hoang mạc vùng cực với lãnh nguyên, những tầng đất đóng băng vĩnh cửu, thực vật thưa thớt và một số loài vật có vú – nhiệt độ dao động từ âm 37 độ F vào mùa đông đến 48 độ F vào mùa hè, đây là môi trường lạnh nhất và khô nhất trên Trái Đất. Ánh nắng Mặt Trời chỉ xuất hiện từ tháng 10 đến tháng 2, và từ giữa tháng 4 đến cuối tháng 8, khu vực vùng cực này bao trùm trong bóng tối. Sự xuất hiện quanh năm của những động vật có vú như loài Coryphdon giống hà mã, heo vòi và brontotheres ở Bắc Cực cao là “điều kiện” cho sự phân bố dọc theo dải đất vĩ độ cao mà các nhà địa chất tin rằng nối liền châu Á và châu Âu với Bắc Mỹ. Những chỉ dấu hóa học khẩu phần ăn, và bằng chứng hóa thạch phủ nhận ý tưởng về sự di trú theo mùa của những loài vật này để thoát khỏi màn đêm mùa đông.

Eberle cho biết: “Để có thể bao phủ khoảng cách dọc theo những dải đất đã từng nối liền các lục địa, những loài vật có vú này phải có khả năng sống ở vùng Bắc Cực cao quanh năm”.

Thay vào đó, những loài vật này di chuyển dần xuống phía Nam trong nhiều triệu năm khi khí hậu thay đổi. Eberle nhận định: “Nghiên cứu này có thể đưa ra lời giải thích cho việc làm thế nào những nhóm động vật có vú như động vật có móng guốc – tổ tiên của ngựa và gia súc ngày nay – và linh trưởng đến được Bắc Mỹ”.

Số lượng đáng ngạc nhiên các loài động vật tại Bắc Cực trong thời kỳ đầu của kỷ Eocene, kéo dài từ 50 đến 55 triệu năm trước, được làm sáng tỏ lần đầu tiên năm 1975 khi một nhóm nghiên cứu dưới sự chỉ đạo của Mary Dawson thuộc Bảo tàng lịch sử tự nhiên Carnegie tại Pittsburg phát hiện hóa thạch xương hàm của cá sấu. Kể từ đó, hóa thạch của rùa nước, rùa cạn khổng lồ, rắn, và thậm chí vượn cáo bay – một trong những dạng linh trưởng sớm nhất – đã được phát hiện tại Đảo Ellesmere.

Nghiên cứu mới cũng báo hiệu tác động của hiện tượng ấm lên toàn cầu đối với thực vật và động vật Bắc Cực. Nhiệt độ tại Bắc Cực đang tăng lên nhanh gấp đôi so với những khu vực tại vĩ độ trung, vì khí nhà kính tập trung trong khí quyển của Trái Đất từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, và nhiệt độ không khí tại Greenland đã tăng hơn 7 độ F kể từ năm 1991.

Eberle cho biết: “Chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng những động vật có vú ở khu vực vĩ độ thấp hơn sẽ di trú lên phương Bắc, khi nhiệt độ tiếp tục tăng lên trong những thế kỷ tới. Nếu nhiệt độ trong tương lai tương đương với kỷ Eocene, rất có khả năng sẽ có sự di trú xuyên lục địa của động vật có vú”.

Vì hóa thạch heo vòi lâu đời nhất được tìm thấy tại Bắc Cực, có khả năng một số loài vật có vú thời tiền sử đã tiến hóa từ vòng cung Bắc Cực rồi phân tán đến châu Á, châu Âu và Bắc Mỹ, Eberle nhận định. “Chúng ta rất có thể phải xem xét lại thế giới đầu kỷ Eocene, khi tất cả các vùng đất của Bắc Cực được nối liền với các lục địa”.