Biển có thực sự luôn “hút” CO₂? Câu chuyện hệ đệm carbonat ở ven bờ Đông Bắc

Hệ đệm carbonat - “lá chắn hóa học” của nước biển

Trong nhiều thập niên qua, khi nồng độ CO₂ trong khí quyển không ngừng gia tăng, đại dương được xem như một trong những đồng minh quan trọng giúp làm chậm biến đổi khí hậu. Theo các đánh giá quốc tế, biển đã hấp thụ khoảng một phần tư lượng CO₂ phát thải từ hoạt động của con người.

Tuy nhiên, bức tranh toàn cầu ấy không đồng nhất ở mọi không gian. Đặc biệt tại các vùng ven bờ - nơi giao thoa giữa đất liền, biển và khí quyển - vai trò của nước biển linh hoạt và biến động hơn nhiều so với vùng khơi xa.

Chính tại những khu vực này, chu trình carbon diễn ra với cường độ cao và chịu tác động đồng thời của dòng chảy sông, chế độ gió mùa, hoạt động sinh học và cả yếu tố nhân sinh. Điều đó đặt ra một câu hỏi quan trọng: Liệu các thủy vực ven bờ của Việt Nam đang thực sự là bể hấp thụ CO₂, hay trong một số điều kiện nhất định, chúng lại trở thành nguồn phát thải?

Để trả lời câu hỏi này, TS. Cao Thị Thu Trang và nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học Công nghệ Năng lượng và Môi trường (cơ sở Hải Phòng), trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã triển khai đề tài nghiên cứu về hệ đệm carbonat trong các thủy vực ven bờ Đông Bắc.

Hai khu vực đại diện được lựa chọn là Vịnh Hạ Long - tiêu biểu cho hệ vũng vịnh ven bờ - và cửa sông Bạch Đằng, nơi chịu ảnh hưởng mạnh từ nguồn nước và vật chất từ đất liền.

Hệ đệm carbonat chính là trung tâm của nghiên cứu này. Về bản chất, đây là cơ chế hóa học giúp nước biển duy trì độ pH tương đối ổn định khi có sự xâm nhập của CO₂ từ khí quyển. Khi CO₂ hòa tan vào nước, nó không tồn tại đơn lẻ mà tham gia vào chuỗi phản ứng tạo thành axit carbonic, ion bicarbonat và ion carbonat.

Sự cân bằng giữa các dạng carbon vô cơ hòa tan này giúp “giảm sốc” cho hệ sinh thái biển, ngăn pH giảm quá nhanh. Nhờ vậy, đại dương có thể tiếp nhận một lượng lớn CO₂ mà không lập tức bị axit hóa nghiêm trọng.

Tuy nhiên, khả năng đệm ấy không phải vô hạn. Nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra rằng khi nồng độ CO₂ khí quyển tăng cao kéo dài, cân bằng hóa học trong nước biển dần bị dịch chuyển, làm suy giảm hiệu quả đệm tự nhiên.

Hệ quả là nguy cơ axit hóa đại dương ngày càng hiện hữu, đe dọa sinh vật biển, đặc biệt là những loài có vỏ hoặc bộ xương cấu tạo từ canxi carbonat.

Lấp khoảng trống dữ liệu từ thực địa Đông Bắc

Tại Việt Nam, dù có hệ thống cửa sông và vùng ven bờ phong phú, dữ liệu về hệ đệm carbonat vẫn còn thưa thớt. Phần lớn các nghiên cứu trước đây mới dừng ở quy mô cục bộ hoặc thiếu chuỗi số liệu theo mùa. Điều này khiến việc đánh giá vai trò thực sự của thủy vực ven bờ trong cân bằng carbon quốc gia gặp nhiều hạn chế.

Nhằm lấp khoảng trống đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành hai đợt khảo sát lớn vào mùa mưa và mùa khô. Hàng trăm mẫu nước được thu thập ở cả tầng mặt và tầng đáy tại hai khu vực nghiên cứu. Các chỉ tiêu như pH, độ mặn, tổng carbon vô cơ hòa tan (DIC), áp suất riêng phần CO₂ và thành phần ion carbonat được phân tích chi tiết.

Dữ liệu thực địa sau đó được tích hợp vào mô hình hóa nhằm tái hiện cơ chế vận hành của hệ đệm carbonat trong từng điều kiện thủy văn cụ thể.

Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa hai thủy vực. Tại Vịnh Hạ Long, khối nước tương đối đồng nhất, độ mặn cao và ít chịu ảnh hưởng trực tiếp từ dòng chảy sông lớn. Trong cả mùa mưa lẫn mùa khô, giá trị pH duy trì ổn định, còn áp suất riêng phần CO₂ trong nước thường thấp hơn so với khí quyển.

Điều đó đồng nghĩa với việc vịnh có xu hướng hấp thụ CO₂ từ không khí, đóng vai trò như một bể chứa tương đối ổn định.

Trong khi đó, cửa sông Bạch Đằng lại cho thấy tính động mạnh mẽ theo mùa. Vào mùa khô, khi lưu lượng nước ngọt giảm, hệ đệm carbonat hoạt động hiệu quả hơn và khu vực này có thể hấp thụ CO₂. Nhưng đến mùa mưa, lượng nước từ đất liền tăng đột biến, mang theo vật chất hữu cơ và CO₂ hòa tan.

Quá trình phân hủy sinh học trong nước làm gia tăng CO₂ nội sinh, khiến áp suất riêng phần CO₂ vượt mức khí quyển. Khi đó, vùng cửa sông chuyển sang trạng thái phát thải.

Sự “đổi vai” chỉ trong một chu kỳ mùa cho thấy các thủy vực ven bờ không phải là những bể chứa cố định, mà là hệ thống linh hoạt, nhạy cảm với biến động khí hậu và tác động từ lưu vực sông. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh Việt Nam có chế độ gió mùa rõ rệt và hệ thống sông ngòi dày đặc.

Nhóm nghiên cứu cũng tiến hành mô phỏng kịch bản gia tăng CO₂ khí quyển trong tương lai. Kết quả cho thấy, dù cơ chế vận hành tổng thể của hệ đệm carbonat không thay đổi đột ngột, hàm lượng CO₂ hòa tan và DIC có xu hướng tăng nhẹ.

Giá trị pH tại một số khu vực ven biển Hạ Long - Hải Phòng giảm ở mức nhỏ nhưng có ý nghĩa về xu thế dài hạn. Đây là tín hiệu cảnh báo rằng nếu phát thải khí nhà kính tiếp tục gia tăng, nguy cơ axit hóa vùng ven bờ sẽ ngày càng rõ rệt.

Khi biển trở thành chỉ báo khí hậu

Không chỉ dừng ở giá trị khoa học thuần túy, đề tài còn có ý nghĩa thực tiễn rõ ràng. Bộ dữ liệu được xây dựng có thể sử dụng để hiệu chỉnh các mô hình carbon khu vực, phục vụ dự báo và hoạch định chính sách môi trường biển.

Đồng thời, kết quả nghiên cứu mở ra khả năng thiết lập các hệ thống quan trắc tự động pH và CO₂, góp phần theo dõi dài hạn biến động hóa học của nước biển.

Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đánh giá đề tài đạt loại A, ghi nhận đây là công trình có chất lượng chuyên môn cao và đóng góp thiết thực cho nghiên cứu chu trình carbon tại Việt Nam.

Các kết quả đã được công bố trên các tạp chí khoa học trong và ngoài nước, đồng thời hỗ trợ đào tạo nghiên cứu sinh và học viên cao học trong lĩnh vực khoa học biển và biến đổi khí hậu.

Nghiên cứu này không chỉ trả lời câu hỏi liệu biển có luôn hấp thụ CO₂ hay không, mà còn nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu rõ đặc thù từng thủy vực.

Trong bối cảnh Việt Nam hướng tới phát triển kinh tế biển bền vững, việc nhận diện những khu vực có nguy cơ phát thải theo mùa sẽ giúp cơ quan quản lý đưa ra giải pháp phù hợp hơn.

Biển không đơn thuần là một “bể chứa” thụ động. Nó là hệ thống sống động, phản ứng linh hoạt trước thay đổi của khí hậu và hoạt động con người.

Khi hiểu được cách hệ đệm carbonat vận hành, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn cách biển “thở” - khi nào hấp thụ, khi nào giải phóng CO₂. Và từ đó, có thể chủ động hơn trong chiến lược thích ứng và giảm nhẹ biến đổi khí hậu, bảo vệ bền vững các vùng ven bờ - nơi sinh kế, đa dạng sinh học và phát triển kinh tế hội tụ./.