Khi viên đá thiên thạch gây ra sự tuyệt chủng hàng loạt vào cuối kỷ Phấn Trắng rơi xuống Trái Đất và làm cho loài khủng long phải đối mặt với số phận bi thảm, nó đã chạm phải những khối đá chứa lưu huỳnh, dẫn đến việc mức pH trong đại dương sụt giảm nghiêm trọng. Sự axit hóa của biển là nguyên nhân khiến hơn một nửa cuộc sống dưới nước phải biến mất. Đến 66 triệu năm sau, chúng ta đang chứng kiến điều tương tự xảy ra một lần nữa, nhưng lần này không phải do thiên thạch mà do chính con người.
Hoạt động của con người như phá rừng và đốt nhiên liệu hóa thạch đã thải ra khối lượng lớn khí thải, chủ yếu là carbon dioxide. Hiện tượng này làm cho mức pH của đại dương giảm xuống một cách thảm khốc, dẫn đến sự gia tăng độ axit lên đến 30%, ảnh hưởng đến tất cả các môi trường sống dưới nước, từ các rạn san hô cho đến các vùng đại dương sâu thẳm.
Ranh giới hành tinh cho sự axit hóa đại dương – giới hạn mà Trái Đất có thể chịu đựng trước khi xảy ra những hậu quả tàn phá – là một sự giảm 20% nồng độ calcium carbonate (một loại khoáng chất phổ biến trong đá vôi và vỏ sò) so với mức trước khi công nghiệp hóa. Đến năm 2020, ranh giới này đã rất gần kề, và giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Biển Plymouth (PML) của Vương quốc Anh đang cảm thấy lo lắng. Trong nỗ lực do nhà khoa học sinh học biển Helen Findlay dẫn dắt, các chuyên gia đã phát hiện ra rằng ranh giới axit hóa đại dương đã bị vượt qua ở đến 60% của các lớp nước đại dương nằm dưới 200 mét (khoảng 656 feet) so với bề mặt.
Findlay và nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng “Đánh giá ranh giới hành tinh định nghĩa chín quy trình lớn của hệ thống Trái Đất và các ranh giới đi kèm, nếu vượt qua sẽ gây ra những thay đổi môi trường không thể chấp nhận được”.
Các sinh vật tự tạo vỏ qua quá trình khoáng hóa phụ thuộc vào những phân tử canxi và carbonat có sẵn trong đại dương. Quá nhiều carbon dioxide có thể làm rối loạn quy trình này. Khi CO2 được hấp thụ vào nước biển, nó phản ứng với các phân tử nước để tạo ra axit carbonic (H2CO3), dễ dàng phân tách thành các ion hydro (H+) và bicarbonate (HCO3-). Những ion hydro này làm giảm pH của nước, còn các ion bicarbonate lại gây ra vấn đề riêng của chúng. Các loài sinh vật tạo vỏ cần các ion carbonat (CO32-) để liên kết với canxi, nhưng chúng không thể tiếp cận được nếu chúng đã bị khóa trong bicarbonate. Khi lượng CO2 trong đại dương gia tăng, số lượng ion carbonat khả dụng giảm, và các sinh vật này rơi vào tình thế khó khăn.
Vấn đề không dừng lại ở đó. Khi nhiệt độ gia tăng, đại dương nóng lên sẽ giữ ít oxy hơn. Nước nóng có tỷ trọng thấp hơn và không trộn lẫn tốt với các lớp nước sâu, lạnh hơn và nhiều oxy hơn, do đó nguồn cung oxy giảm đi nhanh chóng. Nếu lượng oxy tiêu thụ lớn hơn lượng oxy được bổ sung, điều này dẫn đến tình trạng thiếu oxy (hypoxia). Thiếu oxy có nghĩa là các sinh vật hóa thạch phải tiêu tốn nhiều năng lượng hơn để xây dựng và duy trì vỏ của chúng, trong khi tình trạng thiếu oxy càng gia tăng có thể gây nguy hiểm hơn nữa cho chúng. Nếu mức pH quá thấp, vỏ và ngoại hình của chúng sẽ thực sự bị hòa tan, điều này khiến Findlay đề xuất rằng ranh giới giảm 20% canxi carbonate so với mức trước công nghiệp nên được điều chỉnh xuống còn 10%. Điều này sẽ tạo cho sự sống dưới biển một cơ hội để phục hồi và phát triển trở lại.
Nếu carbon thải ra tiếp tục tăng, tình hình sẽ ngày càng tồi tệ hơn cho các sinh vật biển. Một thí nghiệm đáng lo ngại khác từ NOAA cho thấy một số loài pteropod – những loài nhuyễn thể nhỏ (còn được gọi là bướm biển) tạo ra vỏ của chính chúng – có thể sớm không thể duy trì được những chiếc vỏ mà chúng cần để tồn tại. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã đặt vỏ pteropod vào nước với mức carbonat điều chỉnh phản ánh các điều kiện dự kiến cho năm 2100. Chỉ sau 45 ngày, những chiếc vỏ này đã tan ra. Ngay cả ở đại dương hiện tại, vỏ pteropod ngoài khơi bờ biển Nam Cực cũng đã được phát hiện đang tan rã.
Có thể thấy rằng việc biến mất của những sinh vật nhỏ bé này có vẻ không quan trọng, nhưng thực tế là pteropod – cùng với các sinh vật khác được coi là zooplankton – tạo thành nền tảng của một mạng lưới thức ăn rộng lớn, có thể chịu ảnh hưởng nặng nề nếu bị gián đoạn. Các sinh vật không khoáng hóa cũng sẽ cảm thấy tác động của sự axit hóa đại dương theo những cách khác. Chẳng hạn, nếu có thay đổi đáng kể trong hóa học nước biển, một số loài cá sẽ gặp khó khăn trong việc phát hiện ra kẻ thù.
Findlay cũng phát hiện ra rằng các đại dương ở vùng cực đã trải qua sự thay đổi đáng kể nhất ở bề mặt, nhưng những thay đổi đáng lo ngại nhất ở các lớp nước dưới bề mặt đang diễn ra ở những vùng thấp và dưới cực. Nếu các rạn san hô ở vùng sâu không thể xây dựng vỏ, toàn bộ hệ sinh thái phụ thuộc vào chúng để có thực phẩm và nơi trú ẩn có thể bị xóa sổ. Sự mất mát của hệ sinh thái có thể dẫn đến việc các quần thể hoàn toàn cô lập ở những khu vực nhỏ hơn, nơi chúng dễ bị tổn thương và có nguy cơ tuyệt chủng.
“Điểm tiến bộ chính là chuyển từ đánh giá dựa chủ yếu vào hóa học thay đổi sang một phương pháp tổng thể hơn xem xét những bất định, sự khác biệt khu vực, ảnh hưởng dưới bề mặt và hậu quả sinh học của việc vượt qua ranh giới,” Findlay cho biết.
Có thể không có viên thiên thạch hủy diệt nào đang hướng đến Trái Đất trong thời gian tới, nhưng nếu khí thải carbon tiếp tục tăng với tốc độ hiện tại, chúng ta có thể đang tự tạo ra một hiệu ứng thiên thạch chết người của riêng mình.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65034031/planetary-boundary-acid-ocean/
Hoạt động của con người như phá rừng và đốt nhiên liệu hóa thạch đã thải ra khối lượng lớn khí thải, chủ yếu là carbon dioxide. Hiện tượng này làm cho mức pH của đại dương giảm xuống một cách thảm khốc, dẫn đến sự gia tăng độ axit lên đến 30%, ảnh hưởng đến tất cả các môi trường sống dưới nước, từ các rạn san hô cho đến các vùng đại dương sâu thẳm.
Ranh giới hành tinh cho sự axit hóa đại dương – giới hạn mà Trái Đất có thể chịu đựng trước khi xảy ra những hậu quả tàn phá – là một sự giảm 20% nồng độ calcium carbonate (một loại khoáng chất phổ biến trong đá vôi và vỏ sò) so với mức trước khi công nghiệp hóa. Đến năm 2020, ranh giới này đã rất gần kề, và giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Biển Plymouth (PML) của Vương quốc Anh đang cảm thấy lo lắng. Trong nỗ lực do nhà khoa học sinh học biển Helen Findlay dẫn dắt, các chuyên gia đã phát hiện ra rằng ranh giới axit hóa đại dương đã bị vượt qua ở đến 60% của các lớp nước đại dương nằm dưới 200 mét (khoảng 656 feet) so với bề mặt.
Findlay và nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng “Đánh giá ranh giới hành tinh định nghĩa chín quy trình lớn của hệ thống Trái Đất và các ranh giới đi kèm, nếu vượt qua sẽ gây ra những thay đổi môi trường không thể chấp nhận được”.
Các sinh vật tự tạo vỏ qua quá trình khoáng hóa phụ thuộc vào những phân tử canxi và carbonat có sẵn trong đại dương. Quá nhiều carbon dioxide có thể làm rối loạn quy trình này. Khi CO2 được hấp thụ vào nước biển, nó phản ứng với các phân tử nước để tạo ra axit carbonic (H2CO3), dễ dàng phân tách thành các ion hydro (H+) và bicarbonate (HCO3-). Những ion hydro này làm giảm pH của nước, còn các ion bicarbonate lại gây ra vấn đề riêng của chúng. Các loài sinh vật tạo vỏ cần các ion carbonat (CO32-) để liên kết với canxi, nhưng chúng không thể tiếp cận được nếu chúng đã bị khóa trong bicarbonate. Khi lượng CO2 trong đại dương gia tăng, số lượng ion carbonat khả dụng giảm, và các sinh vật này rơi vào tình thế khó khăn.
Vấn đề không dừng lại ở đó. Khi nhiệt độ gia tăng, đại dương nóng lên sẽ giữ ít oxy hơn. Nước nóng có tỷ trọng thấp hơn và không trộn lẫn tốt với các lớp nước sâu, lạnh hơn và nhiều oxy hơn, do đó nguồn cung oxy giảm đi nhanh chóng. Nếu lượng oxy tiêu thụ lớn hơn lượng oxy được bổ sung, điều này dẫn đến tình trạng thiếu oxy (hypoxia). Thiếu oxy có nghĩa là các sinh vật hóa thạch phải tiêu tốn nhiều năng lượng hơn để xây dựng và duy trì vỏ của chúng, trong khi tình trạng thiếu oxy càng gia tăng có thể gây nguy hiểm hơn nữa cho chúng. Nếu mức pH quá thấp, vỏ và ngoại hình của chúng sẽ thực sự bị hòa tan, điều này khiến Findlay đề xuất rằng ranh giới giảm 20% canxi carbonate so với mức trước công nghiệp nên được điều chỉnh xuống còn 10%. Điều này sẽ tạo cho sự sống dưới biển một cơ hội để phục hồi và phát triển trở lại.
Nếu carbon thải ra tiếp tục tăng, tình hình sẽ ngày càng tồi tệ hơn cho các sinh vật biển. Một thí nghiệm đáng lo ngại khác từ NOAA cho thấy một số loài pteropod – những loài nhuyễn thể nhỏ (còn được gọi là bướm biển) tạo ra vỏ của chính chúng – có thể sớm không thể duy trì được những chiếc vỏ mà chúng cần để tồn tại. Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã đặt vỏ pteropod vào nước với mức carbonat điều chỉnh phản ánh các điều kiện dự kiến cho năm 2100. Chỉ sau 45 ngày, những chiếc vỏ này đã tan ra. Ngay cả ở đại dương hiện tại, vỏ pteropod ngoài khơi bờ biển Nam Cực cũng đã được phát hiện đang tan rã.
Có thể thấy rằng việc biến mất của những sinh vật nhỏ bé này có vẻ không quan trọng, nhưng thực tế là pteropod – cùng với các sinh vật khác được coi là zooplankton – tạo thành nền tảng của một mạng lưới thức ăn rộng lớn, có thể chịu ảnh hưởng nặng nề nếu bị gián đoạn. Các sinh vật không khoáng hóa cũng sẽ cảm thấy tác động của sự axit hóa đại dương theo những cách khác. Chẳng hạn, nếu có thay đổi đáng kể trong hóa học nước biển, một số loài cá sẽ gặp khó khăn trong việc phát hiện ra kẻ thù.
Findlay cũng phát hiện ra rằng các đại dương ở vùng cực đã trải qua sự thay đổi đáng kể nhất ở bề mặt, nhưng những thay đổi đáng lo ngại nhất ở các lớp nước dưới bề mặt đang diễn ra ở những vùng thấp và dưới cực. Nếu các rạn san hô ở vùng sâu không thể xây dựng vỏ, toàn bộ hệ sinh thái phụ thuộc vào chúng để có thực phẩm và nơi trú ẩn có thể bị xóa sổ. Sự mất mát của hệ sinh thái có thể dẫn đến việc các quần thể hoàn toàn cô lập ở những khu vực nhỏ hơn, nơi chúng dễ bị tổn thương và có nguy cơ tuyệt chủng.
“Điểm tiến bộ chính là chuyển từ đánh giá dựa chủ yếu vào hóa học thay đổi sang một phương pháp tổng thể hơn xem xét những bất định, sự khác biệt khu vực, ảnh hưởng dưới bề mặt và hậu quả sinh học của việc vượt qua ranh giới,” Findlay cho biết.
Có thể không có viên thiên thạch hủy diệt nào đang hướng đến Trái Đất trong thời gian tới, nhưng nếu khí thải carbon tiếp tục tăng với tốc độ hiện tại, chúng ta có thể đang tự tạo ra một hiệu ứng thiên thạch chết người của riêng mình.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65034031/planetary-boundary-acid-ocean/
