Sự Đảo Lưu Độc Hại Đang Đến với Đại Dương Bắc Cực

Hãy tưởng tượng, trong một khoảnh khắc, bạn đang đứng trên một bến cảng ven biển, nắm chặt một quả bóng bowling một cách khó hiểu. Bất ngờ, bạn mất trụ và nó rơi xuống dưới làn sóng với âm thanh đanh thật. Bây giờ hãy tưởng tượng rằng quả bóng đó được làm từ khí - nói cụ thể là carbon dioxide, được nén xuống kích thước và trọng lượng quen thuộc đó. Đó chính là số lượng khí CO₂ do con người gây ra mỗi ngày, được tính trên cơ sở đầu người của bạn: Lượng CO₂ thêm vào của bạn, cộng thêm khoảng 8 tỷ từ mọi người khác. Từ Cách mạng Công nghiệp đến nay, đại dương đã hấp thụ 30% khí thải thêm vào đó.

Lý do mà nhiều CO₂ kết thúc trong đại dương là vì phân tử đó rất thích nước - nhiều hơn so với các khí khác trong không khí, như ôxy. Sản phẩm đầu tiên của phản ứng đó là một hợp chất được gọi là axit cacbonic, sau đó sớm nhường ion hydro. Đó là công thức cho một dung dịch độc hại. Dung dịch có nhiều ion hydro hơn, nó sẽ càng axit hơn, đó là lý do tại sao khi CO₂ trong không khí của Trái Đất tăng lên, nước của nó cũng trở nên axit hơn. Đến cuối thế kỷ, mô hình dự đoán rằng đại dương sẽ đạt đến một mức độ axit không thấy từ hàng triệu năm nay. Các kỷ nguyên trước đó của sự axit hóa và nóng lên đã được liên kết với sự tuyệt chủng hàng loạt của một số loài sinh vật nước, và làm cho những loài khác tuyệt chủng. Các nhà khoa học tin rằng vòng axit hóa này đang diễn ra nhanh chóng hơn.

Biến đổi này đang tác động mạnh và nhanh chóng nhất ở các vùng nước cực bắc của hành tinh, nơi tác động của quá trình axit hóa đã trở nên rõ ràng, theo lời Nina Bednaršek, một nghiên cứu viên tại Viện Sinh học Quốc gia Slovenia. Cô nghiên cứu pteropods, những con ốc biển nhỏ còn được gọi là "bướm biển" vì vỏ trong suốt của chúng, nhấp nhô như cánh. Nhưng nhấc những con ốc từ nước cực Bắc, và nhìn kỹ vào vỏ bọc ngoại vi của chúng sẽ cho thấy một hiện thực nhạt nhòa hơn. Trong nước ăn mòn hơn, vỏ trước kia trở nên nứt và có nhiều lỗ - một điềm báo cho cái chết sớm. Những sinh vật đó là "chim báo thời trầm tắc", như Bednaršek mô tả - một phần quan trọng của chuỗi thức ăn hỗ trợ cá to, cua, và động vật có vú lớn hơn, và là dấu hiệu của sự đau đớn sắp tới đối với nhiều loài khác khi đại dương trở nên độc hại hơn.

Nước lạnh của Vùng Bắc Cực là một trường hợp đặc biệt với nhiều lý do, theo Wei-Jun Cai, một nhà hải dương học tại Đại học Delaware. Một trong những lý do là băng đá đang tan. Thông thường, nó hoạt động như một nắp trên nước ở dưới nó, ngăn chặn sự trao đổi khí giữa khí quyển và đại dương. Khi nó biến mất, nước hút lên lượng CO₂ thêm vào ở không khí phía trên. Ngoài ra, nước tan chảy làm pha loãng các hợp chất có thể trung hòa axit. Và sau đó, nó thường chỉ đứng đó, không pha trộn nhiều với nước sâu hơn phía dưới. Điều này dẫn đến một bể nước gần bề mặt có độ axit cao hơn bình thường. Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Science, đội của Cai xem xét dữ liệu từ các nhiệm vụ điều tra biển Bắc Cực từ năm 1994 đến 2020 và kết luận rằng quá trình axit hóa đang diễn ra với tốc độ ba đến bốn lần so với các lưu vực đại dương khác. "Axit hóa sẽ diễn ra nhanh chóng, chúng tôi biết. Nhưng chúng tôi không biết như thế nào nhanh," Cai nói. Phần tử tội ác, theo họ suy luận, là sự giảm nhanh chóng về phạm vi băng mùa hè trong những năm đó. Từ năm 1979 đến 2021, băng mùa hè đã giảm mức trung bình 13% mỗi thập kỷ.

Tuy nhiên, việc đặt các con số cụ thể về tốc độ axit hóa trên toàn bộ khung cảnh biển Bắc Cực là khó khăn. Ở một số nơi, nước nông và pha trộn mạnh mẽ với nước tan và nước ngọt từ các lục địa xung quanh. Ở những nơi khác, nước sâu và hiện đang bị khóa bởi băng quanh năm. Lí tưởng, nhà nghiên cứu muốn có một cửa sổ nhìn vào mọi thứ: dữ liệu nhất quán từ năm này sang năm khác, bao phủ một lãnh thổ rộng lớn và mùa vụ đa dạng, thu giữ sự xoay chuyển đại dương thường kéo dài hàng thập kỷ. Thời gian ngắn hạn cũng rất quan trọng, vì điều kiện địa phương có thể thay đổi mạnh mẽ hàng tuần tùy thuộc vào các yếu tố như hoạt động của tảo nước, có thể nở rộ ngắn ngủi ở một khu vực nào đó trong mùa hè và đột ngột hút một số lượng CO₂ thêm vào. Nhưng rất khó để có dữ liệu ở đó. Nhà khoa học nghiên cứu axit hóa, như Cai, đang nhìn qua một kính viễn cảnh hẹp - trong trường hợp của ông, phụ thuộc vào các chuyến đi mùa hè qua một phần nhỏ tương đối của biển, vẫn chủ yếu bị kẹt bởi băng.

Nhưng có những cách khác để giải mã những xu hướng lớn hơn. James Orr, một nhà khoa học cấp cao tại Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Pháp, sử dụng các mô hình khí hậu toàn cầu theo dõi xu hướng về muối, nhiệt độ và sự chuyển động của lực lượng sinh học trong nước, chẳng hạn như tảo. Sau đó, đội của ông có thể đưa ra dự đoán về hướng mà axit hóa đang hướng đến. Trong một nghiên cứu gần đây xuất hiện trên Nature, Orr và đồng tác giả của ông phát hiện ra rằng những mô hình đó gợi ý vào cuối thế kỷ này, mô hình mùa vụ thông thường về độ axit của đại dương có thể bị đảo ngược. Thông thường, tảo nở rộ giảm độ axit trong mùa hè. Nhưng khi băng tan và rút ngắn trở lại nhanh chóng hơn so với trước đây, thay vì mang lại sự nghỉ ngơi, mùa hè đang đứng trước nguy cơ trở thành giai đoạn có độ axit cao nhất trong năm. Đối với Orr, đó là một kết luận đáng kinh ngạc. “Chúng tôi nghĩ rằng nó sẽ khá nhàm chán, có thể dời lên đến một tháng trong mô hình,” ông nói. “Nhưng có thể lên đến sáu tháng.”

Trong khi độ axit của đại dương một mình là tin xấu đối với nhiều sinh vật ở Bắc Cực, Orr chỉ ra rằng ảnh hưởng nặng nề nhất có khả năng đến từ sự hợp nhất của nhiều yếu tố liên quan đến khí hậu, đặc biệt là nhiệt độ nước tăng. Sự thay đổi mùa vụ có tiềm năng làm cho những tác động đó trở nên mạnh mẽ hơn, thêm vào đó là Claudine Hauri, một nhà hải dương học tại Đại học Alaska, Fairbanks, không liên quan đến nghiên cứu. “Chúng ta đã chuyển sang nhận ra rằng axit hóa đại dương không xảy ra độc lập,” cô nói. “Chúng ta có sự ấm lên. Chúng ta có sự giảm muối. Chúng ta có ít ôxy hơn. Bây giờ đột nhiên có những thí nghiệm chỉ ra rằng các sinh vật không quan tâm đến axit hóa một mình nhưng lại quan tâm nếu có tăng nhiệt độ.”

Tại một hội thảo gần đây do Mạng lưới Axit Hóa Đại Dương Alaska tổ chức, một loạt các kết quả từ các nhà nghiên cứu về cua và cá đã minh họa những ảnh hưởng rộng lớn của nước biến đổi. Tóm lại: Nó phức tạp, vì chính những sinh vật này là phức tạp. Một loài như cua vua có thể sống hàng thập kỷ và tiến triển qua nhiều giai đoạn cuộc sống, mỗi giai đoạn là phù hợp nhất cho một loại hóa học nước cụ thể. Chỉ cần một sự phá vỡ trong quá trình phát triển - phát triển như một ấu trùng, hoặc trong quá trình xây dựng vỏ hoặc sinh sản - có thể làm xáo lạc toàn bộ chu kỳ sinh trưởng. Trong khi đó, một số loài cá nhất định, như cá tuyết Thái Bình Dương, đã thấy khả năng bơi của họ bị ảnh hưởng trong nước axit hơn. Những loài khác đã mất thính giác. Một số loài có vẻ làm tốt.

Một chìa khóa để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng sinh thái của axit hóa đại dương là tìm hiểu thêm về nơi nó đang xảy ra và mức độ mạnh mẽ như thế nào. Ngay cả khi có nhiều sự chú ý hơn về axit hóa và khi có nhiều vùng Bắc Cực mở cửa cho những chuyến đi nghiên cứu khi băng tan, thách thức và chi phí của các cuộc hành trình nghiên cứu với phi hành đoàn vẫn còn. Là một giải pháp thay thế, đội của Hauri đã làm việc trên một tàu con không người lái, gọi là Carbon Seaglider, từ năm 2014. Phương tiện màu hồng nổi bật, được thiết kế để lặn xuống 3,000 feet dưới bề mặt, được trang bị cảm biến để đo nồng độ CO₂ và methane. Hành trình nghiên cứu đầu tiên sẽ được bắt đầu vào tháng 2 tại Vịnh Alaska, ở Bắc Thái Bình Dương. Nếu mọi thứ diễn ra suôn sẻ, Hauri tưởng tượng một đội chúng lướt về phía bắc hơn ở Bắc Cực trong những năm sắp tới.