ThienNhien.Net -Kể từ sau cuộc Cách mạng công nghiệp, cacbon dioxit (CO2) trong không khí được hấp thụ vào nước biển khiến nồng độ axit trong nước biển tăng lên 30%. Độ pH của các đại dương trên toàn thế giới đã giảm từ 8,2 xuống còn 8,1 và dự kiến vẫn có thể giảm thêm 0,4 đơn vị nữa vào cuối thế kỷ này. Mới đây, nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học bang Oregon (Mỹ) đã làm nghiên cứu thí điểm ở bờ biển phía tây Bắc Mỹ, nơi nước biển bị axit hóa đã ăn mòn lớp bọc của các loài giáp xác và ăn đến tận xương các loài san hô, và khẳng định thực vật biển có thể giúp làm chậm quá trình axit hóa đại dương.
Tảo biển giúp hấp thụ CO2
Mùa hè năm ngoái, nhà sinh thái biển George Waldbusser và các cộng sự của của ông tại Đại học bang Oregon đã đáp tàu ra Vịnh Netarts để quan sát tình trạng của những con hàu được nuôi tại đây. Nhóm nghiên cứu nhận thấy những con hàu phát triển tốt là những con được bảo vệ bởi các lớp rong lươn – một loài thực vật được cho là đã hấp thụ khí CO2 vào thời gian cao điểm mỗi ngày, giúp làm giảm tác động của axit để loài hàu có thể sinh trưởng.
Ông Waldbusser là thành viên trong một nhóm nhỏ các nhà khoa học hiện đang khai phá những ý tưởng về các thảm cỏ biển và tảo bẹ có khả năng chống lại các cơn thủy triều axit tại nhiều điểm nóng để các loài động vật đang phải đấu tranh sinh tồn có điều kiện phát triển tốt hơn. Ông cho biết, về cơ bản, không có gì khác biệt ngoài những lớp rong lươn.
Trại nuôi Thủy sản giáp xác Whiskey Creek tại Vịnh Netarts (Mỹ) đã bắt đầu chỉ lấy nước vào bể vào buổi chiều vì khi đó hiệu suất quang hợp là cao nhất và nồng độ axit trong nước ở mức thấp. Theo ông Waldbusser và các chuyên gia khác trong Ủy ban Axit hóa Đại dương Bờ Tây và Khoa học Dưỡng khí (Hoa Kỳ), các nhà khoa học và các nhà quản lý nên thúc đẩy các phương thức tương tự để hút bớt CO2 ra khỏi nước.
Đã từng có các đề xuất hấp thụ axit dư thừa trong đại dương bằng cách thả sắt, đá vôi hoặc đá olivin vào trong nước; thúc đẩy các sinh vật phù du sinh trưởng; thêm các khối cư trú cho các loài giáp xác; hoặc hấp thụ CO2 theo phương pháp hóa học. Tuy nhiên, phản ứng chung trước các kế hoạch trên thường là những cái lắc đầu hoài nghi về tính khả thi và mức độ hiệu quả; hay những mối quan ngại lớn về tác dụng phụ có thể xảy ra đối với hệ sinh thái. Thêm vào đó, tiềm lực cần thiết để khai thác và phân phối các loại đá và sự di chuyển không thể đoán trước được của chúng trong chuỗi thức ăn khiến những kế hoạch này không khả thi trên quy mô toàn cầu.
Với quy mô địa phương, ý tưởng dùng cỏ biển và tảo bẹ không chỉ có chi phí thấp với khả năng phục hồi sinh thái cao mà còn mang đến lợi ích kép là mang đến một môi trường sống tốt hơn và một nơi ẩn náu cho các sinh vật biển đang bị đe dọa.
Ông Derek Manzello, quản lý khu vực đang được theo dõi quá trình axit hóa đại dương trong dài hạn tại Cheeca Rocks, Florida Keys, thuộc Chương trình Giám sát Rạn San hô Quốc gia Hoa Kỳ cho hay hàu không phải là sinh vật duy nhất được hưởng lợi. Cheeca Rocks là một trong những rạn san hô duy nhất vẫn còn phát triển tại Florida Keys, hầu hết các rạn san hô khác đã chết vì bị bệnh và bị tẩy trắng từ đầu những năm 1980. Điều này khá kỳ lạ vì Cheeca Rocks cũng giống như những khu vực gần bờ khác ở Florida đều phải chịu sự biến động của nhiệt độ và một lượng lớn đất cùng phù sa đổ xuống, hạn chế sự phát triển của san hô. Một trong số những lý giải cho hiện tượng ở Cheeca Rocks là các loài san hô ở đây có gien di truyền thích nghi phát triển mạnh trong điều kiện khắc nghiệt. Tuy nhiên, còn một lý giải khác, thuyết phục hơn là chúng có thể đang được ẩn náu ở nơi nồng độ axit thấp nhờ các thảm cỏ biển gần đó.
Năm 2012, vùng nước ven bờ của Florida, bao gồm cả vị trí của Cheeca Rocks được phát hiện có chứa chất aragonit hòa tan, cần thiết cho sự phát triển san hô. Axit trong nước làm giảm chỉ số bão hòa của aragonit; nếu chỉ số này dưới 1, san hô và các lớp vỏ của sinh vật biển sẽ bắt đầu bị hòa tan. Trong thời kỳ tiền công nghiệp, các vùng biển ven bờ thường có giá trị bão hòa là 4,6. Ngày nay, hầu hết độ bão hòa của các rạn san hô ở Florida và vùng Caribe đã giảm xuống còn 3,8. Vùng biển ven bờ Florida may mắn giữ ở mức 4,7. Lý do cho sự khác biệt trên là các vùng biển ven bờ Florida có các thảm cỏ biển như cỏ rùa và cỏ lợn biển phát triển mạnh, giúp hấp thụ khí CO2 trong nước.
Cũng trong năm này, một nghiên cứu khác cũng cho thấy tác dụng tương tự của cỏ biển ở các vùng biển nhiệt đới là Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương. Cỏ biển có khả năng tăng độ bão hòa aragonit lên 2,9 đơn vị và độ pH lên 0,38, từ đó giúp mức tăng mức tăng trưởng của san hô thêm 18%. Do vậy, cỏ biển trở thành một công cụ tiềm năng cho các nhà quản lý công viên biển.
Thực vật trong đại dương, từ cỏ biển đến sinh vật phù du chỉ bằng 0,05% sinh khối thực vật trên đất liền, nhưng rất phổ biến và hấp thụ carbon rất hiệu quả. Mỗi ngày, chúng hấp thu gần như cùng lượng lượng carbon so với tất cả các thực vật sinh trưởng trên mặt đất. Tuy nhiên, các hệ sinh thái cỏ biển đang bị xóa sổ do nhiều nguyên nhân như bệnh dịch, ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng của các dự án xây dựng ven biển. Tỷ lệ bị xóa sổ của cỏ biển toàn cầu đã tăng vọt từ mức dưới 1% mỗi năm trong những năm 1970 lên 7% mỗi năm trong những năm 2000, con số này cho thấy cỏ biển trở thành một trong những hệ sinh thái bị đe dọa nhất hành tinh. Những nỗ lực để khôi phục hoặc trồng lại các loài cỏ này sẽ mang lại nhiều lợi ích, bao gồm cả việc hấp thụ carbon trong khí quyển.
Ông Waldbusser lưu ý rằng nhiều nhà khoa học vẫn chưa biết về tác dụng của từng loại thảm cỏ biển đối với hóa học đại dương. Một số giống cây như loài rong lươn Zostera japonica xâm lấn ở Oregon lại có xu hướng rụng lá vào mùa đông, do vậy sẽ làm tăng nồng độ cacbon dioxit trong nước thay vì làm giảm. Đối với các khu vực dòng chảy mạnh, thường là vùng nước ít axít, các thảm cỏ có khả năng sẽ bị cuốn đi trước khi chúng có cơ hội giúp ích cho sinh vật có vỏ hay san hô.
Ngoài cỏ biển, tảo bẹ cũng là một giải pháp khả thi với khả năng hút chất dinh dưỡng dư thừa và làm sạch nước. Hầu hết các công trình nghiên cứu về những lợi ích của tảo bẹ đều không đề cập đến khả năng giảm axit hóa đại dương của loài này. Bà Nichole Price (Phòng thí nghiệm về Khoa học Đại dương Bigelow, Bang Maine) đặt ra vấn đề: “Thách thức lớn nhất của các vườn ươm tảo bẹ trên đất liền là giữ cho độ pH đủ thấp bởi chúng tiêu thụ quá nhiều CO2,” và câu hỏi đặt ra là làm thế nào để những loại tảo có chức năng quang hợp tương tự tác động tới nước biển.
Bà Price đã hợp tác với Ocean Approved – trang trại tảo bẹ thương mại đầu tiên tại Bắc Mỹ – để đặt dụng cụ bên trong và bên ngoài của các trang trại nhằm quan sát những gì đang xảy ra. Họ nhận thấy mức độ bão hòa aragonit trong trang trại cao hơn từ 0,5 – 1 đơn vị. Kết quả này lớn hơn so với những gì họ mong đợi từ mức axit hóa. Họ có kế hoạch lập bản đồ về mức độ tác động và kiểm tra tác động của tảo bẹ tới một trang trại trai. Trang trại này đã bắt đầu trồng tảo bẹ dựa trên những kết quả sơ bộ của nghiên cứu.
Theo bà Price, điều cốt yếu là thu hoạch tảo bẹ đúng thời điểm để lượng cacbon chúng thải ra sẽ bị rút khỏi hệ sinh thái. Tảo bẹ tại địa phương có thể được sấy khô và sử dụng như thực phẩm, phân bón, góp phần đa dạng hóa nguồn thu cho người dân vùng ven biển. Tiềm năng của ngành nuôi trồng thủy sản giáp xác là rất lớn nhưng vẫn cần có sự cân nhắc do những tác động của ngành tới quá trình axit hóa đại dương. Nuôi tảo bẹ kết hợp với rong biển có thể là giải pháp đảm bảo an toàn cho các doanh nghiệp mới trước những rủi ro trong tương lai.
Dự kiến Tháng 10 năm nay, các nhà nghiên cứu thuộc Quỹ Phục hồi Puget Sound sẽ bắt đầu triển khai các dự án trồng và phát triển tảo bẹ quy mô lớn đầu tiên để nghiên cứu tiềm năng hấp thụ carbon dioxit, giúp giảm nồng độ axit trong nước biển của tảo bẹ.
Các phương pháp hạn chế axit hóa khác
Ngoài ra, chúng ta có thể chống axit hóa nước biển bằng vật liệu phi sinh vật. Thay vì hấp thụ cacbon dioxit, phương pháp thêm cacbonat vào nước sẽ giúp thay đổi giá trị bão hòa aragonit và tạo điều kiện phát triển dễ dàng hơn cho sinh vật biển có vỏ.
Ông Waldbusser chia sẻ, đã có nhiều dự án cố gắng đưa vỏ hàu chết được nạo vét trở lại đáy biển tại những cửa sông từng có nguồn hàu dồi dào. Hầu hết những dự án này đều tập trung vào việc tạo điều kiện cho những con hàu hoặc loài có vỏ phát triển trên đống vỏ đồng loại đã chết, thay vì bị chôn vùi dưới lớp bùn. Và việc những cái vỏ giúp giảm axit trong nước là một lợi ích phát sinh.
Vịnh Chesapeake là mô hình trình diễn những nỗ lực phục hồi đàn hàu lớn nhất ở Mỹ và cũng là nơi thí nghiệm hiệu quả giảm axit hóa đại dương của lớp đệm vỏ hàu một cách không chủ ý. 196 triệu giạ vỏ hàu nạo vét đã được đưa trở lại vào vịnh Chesapeake từ năm 1960 cho đến năm 2006, trước khi hết nguồn vỏ. Hiện vẫn còn khoảng 100 triệu giạ tại Chesapeake nơi hàu chưa được khai thác trong nhiều thế kỷ và khó có thể theo dõi những tác động hóa học diễn ra phức tạp trong nước biển từ đó tới nay. Nhưng điều đó không có nghĩa là các loại vỏ không thể thay đổi đáng kể độ pH trong nước biển của khu vực.
Trong công trình ngoài khơi bờ biển Maine, nhóm nghiên cứu của của ông Waldbusser (Trường Đại học Saint Joseph Maine) đã trộn vỏ hàu cũ tìm được trên đất liền với trầm tích đại dương và cấy lại xuống biển. Sau đó, họ quan sát thấy số ấu trùng hàu định cư trong lớp đất giàu vỏ nhiều hơn gấp ba lần so với trong đất không có vỏ. Lý do là vì sự thay đổi nồng độ axit dưới nước trong các lỗ trầm tích. Bởi vì môi trường trong các lỗ rỗng có tính axit cao hơn so với lớp nước nằm phía trên. Trộn vỏ vào trong lớp trầm tích làm giảm tính axit của nước.
Ông Waldbusser còn đưa ra một đề xuất khác về thay đổi độ pH của các đại dương là sử dụng khí CO2 thải ra từ trại giống để hòa tan các loại đá canxi cacbonat và sản phẩm đầu ra là các bong bóng khí, giúp giảm axit theo cách tương tự như trong các bể cá cảnh.
Hiện có rất nhiều công nghệ và nhiều hoạt động có thể giúp giảm axit hóa đại dương. Tuy nhiên, cần đối chiếu các phương pháp với khả năng triển khai trên diện rộng cũng như hậu quả ngoài ý muốn của mô hình. Ví dụ như sử dụng đá để làm tấm đệm dưới biển còn liên quan đến khâu xử lý các khoáng chất trong đá trước khi chúng phân rã và còn cần quan tâm đến mực độ độc hại của niken hoặc cadmium có trong đá.
