Tương lai ảm đạm của đại dương (phần 1)

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 H₂CO^₃. “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.