Ứng dụng Gom Rác GRAC
FACEBOOK GRAC TẶNG ĐỒ VÀ PHÂN LOẠI RÁC TẠI NGUỒN

tương lai của đại dương chúng ta

#1
Bộ ứng cứu tràn đổ hóa chất, tràn dầu và sự cố môi trường 25L
Terric Klinger bắt đầu băn khoăn về tương lai giới tính của tảo bẹ biển.
Klinger, thuộc Đại học Washington ở Seattle, nghiên cứu về loại tảo bẹ cánh và tảo bẹ bò, loài vươn dải lá như cao su của mình từ đáy biển xa bờ biển Thái Bình Dương. Những dải lá hình lược của tảo bẹ không cần bất cứ hành động quyến rũ mời gọi nào mà chỉ vỡ ra thành từng mảnh màu sô-cô-la.

Những mảnh này phóng thích ra các bào tử. Chúng bơi ra xa và định cư trên một bề mặt và bắt đầu thế hệ tiếp theo. Gốc tảo bẹ mới nhỏ bé trông không có vẻ giống như cùng loài, hoặc thậm chí cùng họ, với bố mẹ chúng. Những gốc tảo bẹ con chỉ mọc thành hàng dây các tế bào, nhưng vấn đề ở đây là về giới tính của chúng.

“Chỉ có những người trong số chúng tôi từng dành rất nhiều thời gian quan sát bọn chúng mới có thể phân biệt tảo đực và tảo cái.” Những sợi tinh vi của tảo cái hình thành trứng và phóng thích ra pheromones để mời gọi tinh trùng từ sợi tảo đực.

Những sợi sinh dục đã giữ cho loài tảo bẹ tồn tại qua hàng thiên niên kỷ, nhưng Klinger nói bà muốn biết điều gì sẽ xảy ra khi mà khí thải cacbon đang làm thay đổi cấu trúc hóa học của nước biển. Vòng sinh sản phức tạp của tảo bẹ là ví dụ cho một hệ thống tinh vi có thể chịu những tác động to lớn từ những thay đổi dường như nhỏ nhoi của thành phần hóa học nước biển.

Thành phần hóa học này hiện đã dần thay đổi do sự tập trung khí thải CO2 trong khí quyển từ những hoạt động của con người gây ra đang gia tăng. Theo Richard Feely, Cơ quan Khí quyển và Đại dương quốc gia, Seattle, thì không hẳn tất cả khí thải CO2 từ việc đốt nhiên liệu đều ở lại trong không khí. Đại dương đã hấp thụ phân nửa lượng CO2 từ việc đốt nhiên liệu kể từ khi khởi đầu thời đại công nghiệp. Đại dương thu vào khoảng 22 triệu tấn CO2 mỗi ngày.

Sự hấp thụ này đã gây ra một quá trình mà các nhà khoa học gọi là a-xít hóa đại dương. Đây chỉ mới là thuật ngữ. Môi trường đại dương hiện nay chưa phải là a-xít và Feely hay các nhà khoa học khác cũng không mong đợi nước biển sẽ thành a-xít trong tương lai. Tuy nhiên, lượng CO2 tăng cao đang lèo lái đại dương về phía môi trường a-xít trên thang đo pH. Feely cho biết vào cuối thế kỷ này, khoảng 100m, hoặc hơn, bề mặt của nước biển sẽ có tính a-xít hơn bất cứ thời điểm nào trong vòng 20 triệu năm trở lại đây.

Klinger chỉ là một trong nhiều nhà khoa học đang cố gắng hình dung sự thay đổi thành phần hóa học nước biển sẽ gây ra điều gì cho các loài tảo, san hô, cá và những sinh vật biển khác. Những sợi tảo bẹ cánh và tảo bẹ bò phát triển chậm hơn rõ rệt trong nước biển có tính a-xít, theo báo cáo của Klinger tại buổi họp Các ngành khoa học biển 2008 tại Orlando, Florida.

Các nhà sinh học đang thảo luận sự thay đổi hóa học sẽ gây ra điều gì cho sinh vật biển: dường như đó là tin xấu cho những sinh vật sử dụng can-xi và là một khởi đầu mới cho những tảng đá nhớt. Nó có thể bắt đầu một thời kỳ đơn giản hóa hệ sinh thái đại dương. Dù xảy ra theo cách nào thì mọi người đều nhất trí rằng đốt cháy các nhiên liệu sẽ sinh ra một loại hình đại dương mới bằng cách thay đổi hóa học và sinh học của đại dương.

Môi trường nước biển đang thay đổi

Các nhà khoa học cho rằng trong những đại dương ngày nay đang diễn ra sự thay đổi hóa chất mặc dù ban đầu sự thay đổi này có vẻ rất nhỏ.

Feely xếp lớp nước biển mặt trên ở mức 8.10 trên thang pH. Thang đo này xê dịch từ 14 đến 0 và miêu tả sự đậm đặc của các ion hi-đrô. Nước trắng, được xếp vào mức trung tính, nằm ở mức 7. Các giá trị thấp hơn hàm ý tính a-xít tăng dần và càng nhiều ion hi-đrô. Feely cho biết kể từ khi giai đoạn công nghiệp bắt đầu thì độ pH nước biển đã trượt khoảng 0.11 trên một đơn vị pH.

Theo báo cáo năm 2005 về sự a-xít hóa đại dương của Cộng đồng hoàng gia Vương quốc Anh thì đó là một thay đổi đáng kể. Thang đo pH tính theo hệ loga nên mức 7 có nghĩa là lượng ion cao gấp 10 lần so với mức 8. Thời đại công nghiệp đã làm tăng sự đậm đặc ion hi-đrô lên khoảng 1/3.

Sự thay đổi độ pH kể từ thế kỷ này có thể còn lớn hơn. Viễn cảnh khí thải cacbon như hiện nay sẽ đẩy độ pH của bề mặt đại dương xuống thấp thêm 0,3 hoặc 0,4 đơn vị vào cuối thế kỷ này.

Mặc dù vậy, đây chưa hẳn là môi trường a-xít. Để độ pH đại dương dưới 7, người ta dự đoán nhân loại phải đốt cháy tất cả lượng cacbon từ nhiên liệu trên trái đất cộng thêm một lượng tương đối mê-tan hi-đrat.

GeoEyeSự nở rộ của tảo đơn bào phytoplankton (vùng nước màu xanh nhạt) ở biển Bering cách bờ quần đảo Aleutian vào tháng 7-1998 có thể quan sát được qua ảnh chụp vệ tinh. Những thay đổi môi trường hóa học của nước biển dù nhỏ nhưng cũng có thể có ảnh hưởng lớn đến loài sinh vật nhỏ tương tự. (Ảnh: (SeaWiFS)/ NASA/ GSFC, GeoEye)
Tuy nhiên, mô tả quá trình này là a-xít hóa đại dương cũng không hề sai. Nước biển đang bị a-xít hóa với ý nghĩa nó đang leo dần lên mức a-xít trên thang đo. Thậm chí nếu đại dương không mang tính a-xít quá nhiều, thay đổi pH dù nhỏ cũng có thể gây những tác động lớn lên đời sống sinh vật biển.

Các loài sinh vật biển từ san hô cho đến ốc sên hoặc loài sinh vật trôi nổi tên là coccolithophores tạo ra các cấu trúc can-xi cacbonat. CO2 gia tăng khiến việc này trở nên khó khăn hơn.

Một thành phần quan trọng tạo ra can-xi cacbonat là ion cacbonat, CO3-2. Khi ion này tiếp xúc với nước, CO2 hình thành a-xít cacbonic H2CO3. “Cũng tương tự như khi thêm CO2 vào nước uống có ga để nó sủi bọt lên vậy.” A-xít cacbonic phân rã, giải phóng ion hi-đrô phản ứng với ion cacbonat trong nước, khiến các loài sinh vật can-xi hóa như san hô khó phát triển. Feely cho rằng độ đậm đặc cacbon trong nước ấm ở những nơi sinh sống của san hô đã giảm 16% kể từ thời tiền công nghiệp.

Hiểm nguy với loài san hô

Loài polyp san hô hồng (Hải Nam, Trung Quốc) sẽ gặp khó khăn trong việc tạo thành các rặng đá san hô khi lượng khí thải cacbon thay đổi thành phần hóa học của đại dương. (Ảnh: iStockphoto)


Theo Ove Hoegh-Guldbergh, Đại học Queensland, St. Lucia, Australia thì tương lai của loài san hô phụ thuộc vào hàm lượng CO2 có mặt trong bầu khí quyển. Trong cuộc họp thường niên của Hiệp hội vì sự tiến bộ khoa học Mỹ tại Boston, ông đã đề cập đến công trình gần đây nhất của mình. Trên tờ Science số ngày 14 tháng 02, ông và 16 nhà khoa học khác tóm tắt những dự đoán của mình về ba tương lai khả dĩ của san hô.

Hoegh-Guldbergh đưa ra một bộ ba bức ảnh chụp các rặng san hô. Trong bức thứ nhất, những chú cá nhiều màu bơi lượn trên dãy san hô nâu nằm chen chúc nhau, một tấm bưu thiếp cổ điển của một dãy san hô đa dạng. Khung cảnh này biểu hiện một thế giới mà con người còn thải ra ít CO2. CO2 trong không khí ổn định ở mức 380 phần /1 triệu (ppm). Một số thay đổi trong hệ sinh thái đại dương hiện đã không thể tránh khỏi, nhưng đối với phần lớn các rặng đá ngầm hiện tại trên thế giới thì san hô vẫn là loài chiếm ưu thế.

Ảnh thứ hai miêu tả thế giới này khi lượng CO2 khí quyển đã vọt lên vào khoảng giữa 450 và 500 ppm. Vệt cỏ đại dương từng là nơi thân thiện với những dãy đá ngầm trở nên đói cacbonat đến nỗi ngày càng nhiều san hô trong phạm vi 100m trên cùng của nước biển không thể bồi đắp thêm vào khung san hô nữa. Những con cá nhiều màu thu hẹp lại vì dãy đá này không còn cung cấp chỗ trú ẩn cho chúng nữa. Những loài vi tảo lớn và tua tủa tràn ngập khung san hô bỏ hoang, khiến các bào tử san hô càng gặp khó khăn hơn khi định cư.

Bức ảnh cuối là thế giới với hàm lượng CO2 trên 500, cho thấy một đoạn dốc âm u đầy những đống đổ nát. “Bạn nhận được những tảng đá đầy nhớt.”

Viễn cảnh đại dương này có thể trở thành hiện thực vào cuối thế kỷ này thậm chí cả khi Hội đồng liên chính phủ về Thay đổi khí hậu lạc quan rằng tương lai của hàm lượng CO2 khí quyển là vào khoảng 550 ppm vào năm 2100.

Sự tăng nhiệt

Lượng CO2 gia tăng đồng nghĩa với việc san hô sẽ phải đấu tranh với vấn đề nhiệt độ tăng. Tùy thuộc vào loài và nơi cư trú của san hô, nhiệt độ cao hơn nhiệt độ cao nhất vào mùa hè khoảng 1- 2oC trong 3 hoặc 4 tuần sẽ biến một dãy đá thành tượng trắng. Sự tẩy trắng này bắt nguồn từ mối giao hảo bị phá vỡ giữa nước ấm, san hô thân mềm và loài tảo nội sinh sặc sỡ tên zooxanthellae. Chúng có trách nhiệm quang hợp và chủ nhà san hô hưởng lợi một phần. Đôi khi các bên lại đoàn tụ sau khi bị chia cách vì tẩy trắng, nhưng sự thiếu hụt về lâu dài loài tảo zooxanthellae sẽ giết chết loài san hô nước cạn.

Các công trình về zooxanthellae trong thập kỷ gần đây đã tiết lộ tính chất đặc biệt trong khả năng chịu nhiệt của loài tảo. Theo Ray Berkelmans, Viện Khoa học biển Australia ở Townsville thì rặng san hô chủ yếu bị một biến thể dòng D chịu được nhiệt tốt hơn những dòng khác chiếm ngụ. Các nhà khoa học có cả Andrew Baker, Đại học Miami, Florida đang tìm cách cứu các rặng san hô bằng cách thay thế loài tảo zooxanthellae yếu ớt bằng loài chịu nhiệt tốt hơn.

Chiến lược này không khiến Hoegh-Guldberg lạc quan hơn về tương lai của san hô nếu khí thải cacbon tiếp tục tăng cao. Sóng nhiệt đã tẩy san hô trên diện rộng trong những năm gần đây, nhưng Hoegh-Guldberg đã chứng kiến tảo zooxanthellae thích nghi tự nhiên. “Mọi người sẽ có đủ thời gian để chứng kiến được sự thích nghi thần kỳ của san hô.”

Triển vọng thích nghi của san hô cũng không làm Hoegh-Guldbergh vui mừng hơn mấy. CO2 khí quyển đã từng đạt mức đỉnh điểm và độ pH đại dương từng tăng cao trong lịch sử tồn tại của trái đất. Vì vậy câu hỏi đặt ra là liệu san hô có sống sót được nếu chúng chỉ áp dụng những chiến thuật thích nghi trước đây.

“Điều này thật vô lý. San hô cổ đại có nhiều thời gian để quen với môi trường nóng và độ pH thấp hơn ngày nay.” Ông minh họa bằng dữ liệu từ bài nghiên cứu trên tờ Science. Ông và các cộng sự sử dụng các số liệu đã được xuất bản nghiên cứu về bong bóng khí trong băng cổ đại để tính toán sự thay đổi mật độ CO2 trong khí quyển. Mật độ này đã tăng nhanh gấp 1.000 lần qua mỗi thế kỷ trong suốt thời cách mạng công nghiệp so với cách đó 420.000 năm.

Thêm vào đó, Hoegh-Guldberg phát biểu ông khó mà tin rằng các sinh vật can-xi hóa thực sự tìm được cách sống sót qua những đợt bùng nổ khí nhà kính trước đây. Suốt thời kỳ đầu kỷ Triat, mật độ CO2 đạt đến mức cao gấp 5 lần ngày nay. Hoegh-Guldberg chú ý đến sự vắng mặt bằng chứng hóa thạch ở cả hai loài san hô đá ngầm và tảo.

Một số loài san hô ngày nay cổ xưa đến mức chúng đã sống sót qua môi trường nóng và thành phần hóa chất đại dương. Những loài này có lẽ đã tồn tại mà không cần đến bộ khung xương can-xi hóa. “Chúng thực sự đã thành loài hải quỳ.”

Thậm chí nếu tất cả các loài san hô chuyển thành loài thân mềm, trần trụi thành công thì những loài sống ở rặng đá ngầm sẽ không còn nơi sinh sống. Những khe nứt và vách đá phức tạp ở các rặng đá ngầm là chỗ ở của phần lớn đa dạng sinh học đại dương, có lẽ là hàng triệu loài. Nếu không có những địa điểm cư trú phức tạp trên đá ngầm do san hô tạo nên, đại dương sẽ trở nên đơn giản hơn nhiều.

Vi sinh vật trôi nổi


Bé bằng một hạt ngô, loài chân cánh Limacina helicina là thức ăn yêu thích của những sinh vật lớn hơn. Độ pH của nước biển giảm có thể can thiệp vào quá trình hình thành lớp vỏ ngoài của nó. (Ảnh: Hofmann)


Nhỏ hơn san hô, một số sự sống đơn giản trôi nổi trong nước biển như loài phiêu sinh vật cũng cần có can-xi cacbonat để phát triển.

Loài vi sinh vật coccolithophores, đã trở thành một biểu tượng trong công trình nghiên cứu sự thay đổi pH đại dương nhờ Ulf Riebesell thuộc Viện Khoa học biển Leibniz ở Kiel, Đức. Loài phiêu sinh vật này trông như vô số nắp tròn đậy trục bánh xe được hàn xung quanh một quả bóng trò chơi bãi biển khổng lồ. Những nắp tròn lộng lẫy này có những tiểu cầu cấu tạo từ chất can-xi cacbonat, đóng vai trò như một loại tế bào quang hợp.

Loài coccolithophores nở rộ vào mùa xuân như Emiliania huxleyi có thể trải dài một khu vực có kích cỡ bằng nước Ai-len. Ánh sáng phản chiếu tất cả các tiểu cầu tạo nên những dải màu xanh **c trên mặt biển có thể quan sát được từ vũ trụ.

Emiliania huxleyi có cách cấu thành các cấu trúc oxy hóa không như san hô. Tuy vậy coccolithophores cũng không thể phát triển bình thường như trong nước biển có độ pH thấp. Trong những lần thí nghiệm mô phỏng môi trường nước như thế, ông đã chứng kiến những tế bào còi cọc và tiểu cầu bị yếu đi hoặc bị phá hủy.

Dị tật sinh trưởng đang xuất hiện ở những loài ”thợ xây dưới biển” khác, ví dụ như loài sò. Và trong số ít các công trình nghiên cứu về ấu trùng, Gretchen Hofmann, Đại học California, Santa Barbara, đã trình bày những rắc rối xảy đến với loài nhím biển ở giai đoạn ấu trùng. Trong nước biển thừa CO2, ấu trùng nhím biển trở nên “ngắn hơn và phình to hơn.”

Bên ngoài lớp vỏ

Nước biển ngày càng bị a-xít hóa có thể gây hại lên loài Emiliania huxleyi, một loài sinh vật có vỏ từ những tiểu cầu can-xi cacbonat, nhưng lại có ích đối với Trichodesmium, loài cố định ni-tơ. (Ảnh: Björn Rost; David Caron/Univ. of Southern California)
Phần lớn làn sóng nghiên cứu đầu tiên về thế hệ đại dương kế tiếp tập trung vào tương lai của sự can-xi hóa. Điều này không vớ vẩn chút nào. Theo Scott Doney, Viện Hải dương học Woods Hole thì những sinh vật chiếm 46% sản lượng hải sản hàng năm của Mỹ đều hình thành một dạng cấu trúc can-xi hóa, ví dụ như loài trai biển. Thêm vào đó là những loài ăn loài can-xi hóa như cá hồi hồng vỗ béo bản thân bằng sên biển thuộc nhóm pteropod. Số lượng những loài này sẽ làm gia tăng con số % trên.

Tuy nhiên, thành phần hóa học của nước cũng ảnh hưởng lên đời sống của các loài sinh vật đại dương không can-xi hóa và các nhà nghiên cứu đang cố tìm hiểu đến những vấn đề này. Ví dụ, theo như công trình đang nghiên cứu của Brad Seibel, Đại học Rhode Island ở Kingston, và cộng sự thì loài mực ống có vẻ gặp khó khăn khi di chuyển trong môi trường có độ pH thấp. Ở trong môi trường nước biển như thế, sự vận chuyển oxy trong máu của mực ống bị rối loạn và chúng trở nên lờ đờ, chậm chạp.

Theo như David Hutchins, Đại học Nam California ở Los Angeles, tương lai đại dương như thế sẽ là tin lành cho một số loài khác, đặc biệt là các loài không can-xi hóa. Loài cyanobacteria cố định ni-tơ cho thấy chúng phát triển mạnh hơn trong những thí nghiệm mô phỏng môi trường a-xít hóa đại dương. “Chúng thực sự yêu thích khí CO2”.

Các tế bào của loài cyanobacteria, ví dụ như những tế bào trong cơ thể giống Trichodesmium, không vận chuyển CO2 từ môi trường xung quanh vào cơ quan giữ nhiệt bên trong của chúng hiệu quả lắm. Môi trường khí đậm đặc hơn sẽ giúp các tế bào hoạt động hiệu quả hơn.

Kẻ nào sống sót hay biến mất đi trong số các loài phiêu sinh vật trong môi trường đại dương mới đều ảnh hưởng đến những sinh vật lớn hơn. Động vật biển sống bằng phiêu sinh vật có thể thích thú với loài này và hờ hững với loài khác. Nếu số lượng phiêu sinh vật thay đổi thì các loài động vật đấy cũng sẽ bị thay đổi. Điều này cũng sẽ ảnh hưởng lên cả những động vật săn mồi cấp cao nhất, thậm chí những động vật trên đất liền.

Dựa trên các thí nghiệm mô phỏng đại dương tương lai, Hutchins tính toán rằng sự biến đổi của phiêu sinh vật có nghĩa là sẽ xuất hiện nhiều loài săn vi khuẩn hơn và ít cá hơn.

“Nó sẽ là một thế giới mà chúng ta chả thích thú gì.”
Theo vnpress.vn
__________________
 
Top