Nghiên cứu mới cung cấp cái nhìn toàn diện đầu tiên về sự thiếu oxy trên các rạn san hô

Các rạn san hô tại một địa điểm nghiên cứu ngoài khơi đảo Taiping, Biển Đông. Nguồn: Yi Bei Liang.

Một nghiên cứu gần đây của các nhà nghiên cứu tại Viện Hải dương học Scripps tại Đại học Califonia (UC), San Diego cùng một nhóm lớn gồm các đồng nghiệp trong nước và quốc tế đã cung cấp dữ liệu chưa từng có về tình trạng thiếu ôxy trên các rạn san hô trên toàn cầu dưới sự nóng lên của đại dương. Nghiên chỉ ra tình trạng thiếu ôxy - hoặc mức ôxy thấp - tại 32 địa điểm khác nhau và tình trạng này đã lan rộng trên nhiều rạn san hô.

Trong khi sự suy giảm chung về nồng độ ôxy trong các đại dương và vùng nước ven biển trên thế giới - một quá trình được gọi là khử ôxy đại dương - đã được nghiên cứu nhiều, thì tình trạng thiếu ôxy ở rạn san hô lại chưa nhận được nhiều sự chú ý. Thiếu ôxy trong đại dương được cho là sẽ đe dọa các hệ sinh thái biển trên toàn thế giới, nhưng cần nhiều nghiên cứu hơn để hiểu rõ hơn về tác động sinh học đối với san hô và các rạn san hô nhiệt đới.

Nghiên cứu được công bố ngày 16 tháng 3 trên tạp chí Nature Climate Change. Đây là nghiên cứu đầu tiên ghi nhận tình trạng ôxy trong hệ sinh thái rạn san hô ở quy mô này.

Nhà khoa học biển Ariel Pezner, hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Trạm Hàng hải Smithsonian ở Florida cho biết: " Nghiên cứu này là duy nhất vì phòng thí nghiệm của chúng tôi đã hợp tác với các cộng tác viên để biên soạn bộ dữ liệu ôxy toàn cầu, tập trung đặc biệt vào các rạn san hô - điều chưa từng có trước đây". "Chúng tôi rất ngạc nhiên khi thấy rằng rất nhiều rạn san hô đang ở trong tình trạng hiện được định nghĩa là thiếu ôxy”

Các tác giả nhận thấy rằng mức ôxy thấp đã xảy ra ở một số môi trường sống của rạn san hô và dự kiến sẽ trở nên tồi tệ hơn khi nhiệt độ đại dương tiếp tục tăng do biến đổi khí hậu. Họ cũng sử dụng các mô hình của bốn kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau để thấy rằng sự nóng lên của đại dương và sự suy giảm ôxy dự kiến sẽ làm tăng đáng kể thời gian, cường độ và mức độ nghiêm trọng của tình trạng thiếu ôxy ở rạn san hô vào năm 2100.

Những phân tích này được chủ trì bởi Pezner khi cô là nghiên cứu sinh tại Viện Hải dương học Scripps, nơi cô làm việc trong phòng thí nghiệm Nghiên cứu Địa hóa sinh học Ven biển và Đại dương Mở Scripps (SCOOBY) cùng với nhà hóa sinh học Andreas Andersson.

Pezner và các đồng nghiệp đã sử dụng dữ liệu cảm biến tự động để xác định sự biến đổi ôxy và mức độ tiếp xúc với tình trạng thiếu ôxy tại 32 địa điểm rạn san hô khác nhau trên 12 khu vực ở vùng biển ngoài khơi Nhật Bản, Hawaii, Panama, Palmyra, Đài Loan và các vùng biển khác. Nhiều bộ dữ liệu được thu thập bằng cảm biến SeapHOx, công cụ ban đầu được phát triển bởi phòng thí nghiệm của nhà nghiên cứu Todd Martz thuộc Viện Hải dương học Scripps. Những cảm biến này và các cảm biến tự động khác đã được triển khai ở các môi trường sống rạn san hô khác nhau để đo nhiệt độ, độ mặn, độ pH và ôxy cứ sau 30 phút.

Hầu hết thông tin được thu thập bởi phòng thí nghiệm SCOOBY và các cộng tác viên nhằm nỗ lực mô tả tính chất hóa học của nước biển và quá trình trao đổi chất của rạn san hô trong các môi trường sống rạn san hô khác nhau. Việc tiếp cận một số địa điểm nghiên cứu và tổ chức hậu cần nghiên cứu đã được thực hiện nhờ các đối tác quốc tế. Các tác giả khác đã đóng góp thêm dữ liệu từ nghiên cứu của riêng họ. Phòng thí nghiệm Martz, Phòng thí nghiệm Smith và Phòng thí nghiệm Tresguerres tại Scripps Oceanography đều đóng góp đáng kể cho nghiên cứu này.

Vào những năm 1950, tình trạng thiếu ôxy đã được xác định bằng một ngưỡng nồng độ ôxy rất cụ thể trong nước - nhỏ hơn hai miligam ôxy trên một lít. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng một ngưỡng chung có thể không áp dụng cho mọi môi trường hoặc mọi rạn san hô hoặc mọi hệ sinh thái và họ đã chỉ khả năng có bốn ngưỡng thiếu ôxy khác nhau: yếu (5 mg/L), nhẹ (4 mg/L), trung bình (3 mg/L) và thiếu ôxy nghiêm trọng (2 mg/L).

Dựa trên các ngưỡng này, họ phát hiện ra rằng hơn 84% rạn san hô trong nghiên cứu bị thiếu ôxy "từ yếu đến trung bình" và 13% bị thiếu ôxy "nghiêm trọng" tại một số thời điểm trong giai đoạn thu thập dữ liệu.

Như các nhà nghiên cứu dự đoán, tại tất cả các địa điểm nghiên cứu, mức ôxy thấp nhất vào sáng sớm và cao nhất vào buổi chiều, tương ứng phản ánh quá trình hô hấp về đêm và quang hợp vào ban ngày. Pezner cho biết vào ban ngày, khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, các sinh vật tự dưỡng trên các rạn san hô sẽ tiến hành quá trình quang hợp và tạo ra ôxy. Tuy nhiên, vào ban đêm,  khi không có ánh sáng mặt trời, không có quá trình sản xuất oxy và tất cả các rạn san hô đều hô hấp - chúng hít khí ôxy và thải ra khí cacbonic - dẫn đến môi trường mất đi ôxy, gây ra tình trạng thiếu ôxy.

Theo Andersson, tác giả chính của nghiên cứu, đây là một quá trình bình thường, nhưng khi nhiệt độ đại dương tăng lên, nước biển có thể chứa ít ôxy hơn trong khi nhu cầu sinh học về ôxy sẽ tăng lên, làm trầm trọng thêm tình trạng thiếu ôxy vào ban đêm.

Andersson cho biết: "Hãy tưởng tượng rằng bạn là một người đã quen với điều kiện ở mực nước biển, rồi mỗi đêm bạn phải đi ngủ ở đâu đó trên dãy núi Rocky, nơi không khí có ít ôxy hơn. Điều này tương tự như những gì các rạn san hô này trải qua vào ban đêm và sáng sớm khi chúng bị thiếu ôxy”; "Và trong tương lai, nếu thời gian và cường độ của tình trạng thiếu ôxy trở nên nghiêm trọng hơn, thì nó có thể giống như việc bạn phải ngủ trên đỉnh Everest mỗi đêm."

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khi nhiệt độ toàn cầu tiếp tục tăng và các đợt nắng nóng trên biển trở nên thường xuyên và nghiêm trọng hơn, tình trạng thiếu ôxy trên các rạn san hô có thể sẽ trở nên phổ biến hơn. Bằng cách sử dụng các dự báo được áp dụng từ các mô hình khí hậu, nhóm nghiên cứu đã tính toán rằng vào năm 2100, trong tất cả các kịch bản ấm lên, tình trạng thiếu ôxy trên các rạn san hô này sẽ tăng lên, từ mức 13 đến 42% theo một kịch bản lên 97 đến 287% theo một kịch bản khác cực đoan hơn so với bây giờ.

Theo các nhà nghiên cứu, phép đo ôxy liên tục và bổ sung trên các rạn san hô trong các mùa khác nhau và quy mô thời gian dài hơn sẽ là "bắt buộc" để thiết lập các điều kiện cơ bản, theo dõi các thời điểm thiếu ôxy tiềm ẩn và dự đoán tốt hơn các tác động trong tương lai đối với hệ sinh thái, sức khỏe và chức năng của rạn san hô.

Pezner cho biết thêm: "Các điều kiện ôxy cơ bản rất khác nhau giữa các môi trường sống rạn san hô của chúng ta, cho thấy rằng một định nghĩa đơn lẻ về 'tình trạng thiếu ôxy' có thể không phù hợp đối với tất cả các môi trường"; "Việc xác định các ngưỡng liên quan sẽ rất quan trọng trong việc đưa ra dự đoán về cách các rạn san hô có thể thay đổi dưới sự nóng lên và mất ôxy."

Nguồn: https://phys.org/news/2023-03-comprehensive-oxygen-loss-coral-reefs.html

Người dịch: Nguyễn Xuân Ngọc (Phòng TTKHQS)