Trong nhiều năm, khái niệm “khí hậu” thường bị sử dụng lẫn lộn với “thời tiết”, dù trên thực tế đây là hai phạm trù hoàn toàn khác nhau. Thời tiết phản ánh những biến đổi ngắn hạn của môi trường, diễn ra trong vài giờ hoặc vài ngày, trong khi khí hậu là bức tranh tổng thể của các xu hướng kéo dài qua hàng nghìn, thậm chí hàng triệu năm.
Chính trong bối cảnh những chu kỳ dài hạn đó, các kỷ băng hà của Trái Đất đã hình thành và biến mất theo những nhịp điệu phức tạp mà khoa học vẫn đang từng bước giải mã.
Các nhà khoa học từ lâu đã nhận diện nhiều chu kỳ khí hậu khác nhau. Ở quy mô ngắn, những hiện tượng như El Niño và La Niña gây ra các biến động rõ rệt về nhiệt độ và lượng mưa trong vài năm.
Xa hơn, các chu kỳ kéo dài hàng thập kỷ hay hàng thế kỷ cũng góp phần định hình khí hậu khu vực và toàn cầu. Tuy nhiên, khi nhìn ở thang thời gian địa chất, những chu kỳ kéo dài hàng trăm nghìn đến hàng triệu năm mới là yếu tố quyết định những thay đổi lớn như sự xuất hiện của các kỷ băng hà.
Một trong những cơ chế quan trọng nhất được biết đến là các chu kỳ Milankovitch, xuất phát từ tác động hấp dẫn của các hành tinh lớn như Sao Mộc và Sao Kim lên quỹ đạo Trái Đất. Những lực kéo này khiến quỹ đạo Trái Đất không còn hoàn toàn tròn mà trở nên hơi elip, làm thay đổi khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trời trong năm. Hệ quả là lượng bức xạ Mặt Trời chiếu xuống hành tinh có thể biến thiên tới 23%, đủ để gây ra những thay đổi khí hậu sâu rộng.
Dù vậy, theo nghiên cứu của Stephen Kane, bức tranh này vẫn chưa đầy đủ nếu bỏ qua vai trò của Sao Hỏa. Thông qua các mô hình máy tính mô phỏng quỹ đạo hành tinh trong thời gian dài, Kane nhận thấy lực hấp dẫn của Sao Hỏa, dù nhỏ hơn nhiều so với Sao Mộc, vẫn đủ để tạo ra những tác động đáng kể lên khí hậu Trái Đất. Phát hiện này đi ngược lại với giả định ban đầu của chính ông, rằng ảnh hưởng từ sao Hỏa là quá nhỏ để có thể quan sát trong lịch sử địa chất.
Một trong những điểm nổi bật của nghiên cứu là việc giải thích chu kỳ băng hà khoảng 100.000 năm, vốn đã lặp lại nhiều lần trong khoảng 2,6 triệu năm gần đây. Theo các quan điểm trước đó, Sao Kim và Sao Mộc đóng vai trò như một “nhịp đồng hồ” dài hạn, điều chỉnh cường độ của các quá trình băng hà nhưng không trực tiếp gây ra chúng.
Tuy nhiên, mô phỏng của Kane cho thấy nếu thiếu đi Sao Hỏa, những chuyển đổi mạnh mẽ giữa các kỷ băng hà sâu và các giai đoạn gian băng ấm áp sẽ không xảy ra với tần suất và mức độ như đã ghi nhận.
Thay vào đó, Sao Hỏa dường như kiểm soát một chu kỳ dài hơn, khoảng 2,4 triệu năm, được gọi là “Chu kỳ Lớn”. Dấu vết của chu kỳ này được tìm thấy trong các trầm tích biển sâu, nơi xuất hiện những khoảng trống địa chất do các dòng hải lưu trở nên quá mạnh, bào mòn đáy biển và ngăn cản sự tích tụ trầm tích. Chính chu kỳ này đã kích hoạt các cơ chế làm cho khí hậu Trái Đất dao động mạnh hơn, khiến các kỷ băng hà trở nên lạnh giá hơn và các giai đoạn ấm trở nên nóng hơn.
Ý nghĩa của phát hiện này không chỉ dừng lại ở lĩnh vực khí hậu học. Một số nhà nhân học cho rằng những biến động khí hậu nhanh và mạnh do các chu kỳ quỹ đạo gây ra đã tác động sâu sắc đến môi trường sống của tổ tiên loài người. Sự chuyển đổi của châu Phi từ rừng rậm sang thảo nguyên được xem là hệ quả của những thay đổi đó, tạo ra áp lực sinh tồn buộc con người phải thích nghi, từ việc đứng thẳng bằng hai chân đến sự phát triển của bộ não lớn hơn.
Từ một hành tinh đỏ lặng lẽ quay quanh Mặt Trời, Sao Hỏa có thể đã âm thầm để lại dấu ấn sâu đậm lên lịch sử khí hậu và cả tiến trình tiến hóa của Trái Đất. Phát hiện của Stephen Kane cho thấy, trong vũ trụ rộng lớn, ngay cả những lực hấp dẫn tưởng chừng nhỏ bé cũng có thể góp phần định hình vận mệnh của một hành tinh.
