Thế giới tí hon cô lập carbon

 

Mọi sự bắt đầu từ những thực vật phù du tí hon, phân bố ở tầng nước mặt nhiều ánh nắng. Để phát triển và sinh sản, chúng quang hợp: hấp thụ ánh sáng mặt trời và khí carbonic hòa tan trong nước - tạo ra đường (chứa carbon) và khí oxy. 

Nhiều nghiên cứu đồng thuận rằng những vi sinh vật này có thể thu giữ từ 30 đến 50 tỉ tấn carbon mỗi năm. Trong khi đó, 36,7 tỉ tấn CO2 là lượng phát thải toàn cầu trong năm 2019, nếu chỉ tính việc đốt nhiên liệu hóa thạch và công nghiệp, theo trang Statista. (Một tấn CO2 sẽ lấp đầy một quả cầu có bề ngang gần 10 mét).

Trên thực tế, vi sinh vật biển nói chung, bao gồm vi tảo, vi khuẩn và cổ khuẩn, chịu trách nhiệm cho gần một nửa hoạt động quang hợp trên Trái đất, khiến chúng giữ vai trò quan trọng trong chuyện cô lập carbon.

Sau khi carbon từ không khí được chuyển hóa thành một phần “cơ thể” của vi sinh vật, nó bắt đầu chuyến hành trình hướng về đáy biển. Đôi khi chuyến đi khá đơn điệu: phù du chết, rồi lắng xuống. Nhưng phần lớn thời gian, chúng sẽ tham gia vào chuỗi thức ăn, chẳng hạn như tôm ăn phù du và rồi trở thành bữa tối của bạch tuộc. 

Khi những kẻ săn mồi chết, thải phân hoặc bong da tróc vảy, ta có "tuyết biển" (marine snow), tức vô số mảnh vụn hữu cơ giàu carbon. Chắc hẳn chúng sẽ bị nuốt chửng thêm nhiều lần nữa nhưng đến cuối cùng, tất cả đều sẽ “rơi” xuống đáy biển. Bằng cách này, hàng triệu năm qua, một lượng lớn carbon đã được phù du và tuyết biển tách khỏi bầu khí quyển, mất đi khả năng làm ấm Trái đất.

 

Tàu con thoi virus

Con người chỉ mới thấu hiểu một phần nhỏ của quá trình vĩ đại kể trên, bởi đại dương bao la và chứa đựng vô vàn biến số. Đóng góp đáng kể cho lĩnh vực nghiên cứu này là chuyến thám hiểm đại dương mang tên “Tara”. 

Từ 2009 đến 2013, các nhà khoa học đã lần theo bờ Thái Bình Dương, căng buồm qua mũi Nam Mỹ, băng qua Đại Tây Dương và kênh đào Suez, thu thập hàng ngàn mẫu vi sinh vật biển, tạo nên một kho dữ liệu khổng lồ mà đến hôm nay người ta vẫn còn đang xử lý.

Nhóm nghiên cứu đã ghi lại hình ảnh tuyết biển “rơi” bằng camera, rồi dùng phần mềm để dự đoán tốc độ carbon di chuyển qua hàng cây số giữa mặt biển và đáy biển. Kết hợp thông tin đó với tên tuổi các vi sinh vật đã hiện diện tại khu vực nghiên cứu, ta có thể xác định những sinh vật tí hon nào chịu trách nhiệm lớn nhất trong chuyện cô lập carbon nơi biển sâu. Ví dụ, vi sinh vật có lớp vỏ ngoài cứng cáp hoặc vỏ silicat đặc sẽ nhanh chóng lắng xuống sau khi chết.

 

Ngoài ra, Tara đã mang về đất liền một vài bất ngờ về virus

Ấn tượng của chúng ta về virus thường gắn với bệnh tật, từ cảm lạnh đến COVID-19, đến HIV. Thế nhưng, trong các hệ sinh thái tự nhiên đầy rẫy virus, chính vi sinh vật mới phải lo lắng. Trên thực tế, nếu bạn ngậm một miệng đầy nước biển, bạn đang tiếp nhận khoảng 200 triệu virus, nhưng “không ai trong số chúng quan tâm đến bạn - Jennifer Brum, giáo sư tại ĐH Bang Louisiana (Mỹ) nói với tạp chí Hakai - Thay vào đó, chúng đang lây nhiễm cho 20 triệu vi khuẩn trong miệng bạn”.

Trước Tara, theo hiểu biết thông thường, nếu vi sinh vật bị virus giết chết, chúng sẽ phân hủy thành các hạt nhỏ, lơ lửng trong nước cho đến khi có sinh vật khác đến “xơi”. Vì vậy, Brum và đồng nghiệp đã ngạc nhiên khi thấy rất nhiều hạt không lửng lơ mà chậm rãi chìm xuống. Sau Tara, giới khoa học đang kiểm tra xem có phải virus đã khiến “xác” của các nạn nhân trở nên khá dính dấp, nên dễ dàng liên kết các mảnh vụn lại với nhau để đủ kích thước cho một tấm vé du hành xuống đáy biển.

Trong một thí nghiệm, Yosuke Yamada tại Viện Khoa học và công nghệ Okinawa (Nhật) đã chứng minh giả thuyết đó trên loài tảo cát (diatom).

Lâu nay chúng ta đã biết rằng có mối quan hệ giữa kích thước của một hạt và tốc độ chìm của nó. “Kích thước nhân đôi thì tốc độ chìm nhân bốn” - Yamada nói với Hakai. Các nhà khoa học đã đặt tên cho cơ chế kéo carbon xuống biển sâu này: tàu con thoi virus.

Câu hỏi đặt ra là: giữa hàng ngàn loại virus độc nhất vô nhị trong lòng đại dương, loại nào có thể điều khiển tàu con thoi? Song song đó, việc xác định những loại virus nào đang tồn tại cũng đã là một thách thức. Phân tích vật liệu di truyền thu thập từ chuyến thám hiểm đại dương Tara đã xác định được hơn 5.500 loại virus RNA mới toanh, theo nghiên cứu vừa công bố trên tạp chí Science. Chắc hẳn đây chưa phải là con số cuối cùng.

Nhưng, còn có một câu hỏi lớn hơn đang đặt ra cho cả thế giới vi sinh vật biển: sự ấm lên toàn cầu và axit hóa đại dương sẽ ảnh hưởng như thế nào đến các cơ chế cô lập carbon tự nhiên này?

Không dễ tìm được đáp số chung cho một môi trường rộng lớn và đa dạng như đại dương. “Bạn có thể vẽ ra các kịch bản theo bất kỳ hướng nào bạn muốn”, theo Emmanuel Boss của ĐH bang Ohio (Mỹ), cựu điều phối viên nghiên cứu của Tara. Vì các nhà khoa học chưa hiểu đầy đủ về cách vật chất di chuyển trong mạng lưới thức ăn, nên “nhiều giả thuyết về đại dương của chúng ta tốt nhất sẽ hơi sai và tệ nhất là rất sai”.

Thao túng biển cả?

Bất chấp những điều con người chưa biết, một số nhà khoa học và nhà hoạch định chính sách đang muốn khai thác vi sinh vật biển để khắc phục những tác động khắc nghiệt nhất của biến đổi khí hậu. Ví dụ như ý tưởng sử dụng phân bón chứa sắt để kích thích thực vật phù du “nở hoa”, đẩy mạnh hoạt động quang hợp, nhờ đó hấp thụ thêm nhiều khí carbonic. Nhưng một khi chúng chết đi và lắng xuống, các vi sinh vật “dọn rác” ở tầng nước thấp hơn có thể bùng nổ số lượng, làm cạn kiệt nguồn oxy hòa tan, từ đó gây hại cho các loài sinh vật khác.

Một cách làm khác là… khuấy động nước biển để các chất dinh dưỡng từ tầng thấp di chuyển lên tầng cao hơn, nhằm kích thích sự phát triển của vi sinh vật tầng mặt. Một số thử nghiệm cho thấy: nước biển dâng lên do tác động của con người có thể làm số lượng thực vật phù du ở địa phương tăng gấp ba lần. Nhưng kết quả thử nghiệm không ổn định, theo tạp chí Haika. Ngoài ra, một số chuyên gia đã ước tính rằng hệ thống “trộn nước biển” rộng khắp sẽ phải cần tới hàng triệu máy bơm - một thách thức lớn về mặt hậu cần. Thêm vào đó, không ai biết chắc về những tác dụng phụ lên hệ sinh thái.

David Siegel, một nhà hải dương học tại ĐH California ở Santa Barbara (Mỹ), cho rằng tất cả những ý tưởng nhằm thao túng lực lượng sinh vật hùng hậu nhất đại dương đều “khủng khiếp”. “Bất cứ điều gì chúng ta đang làm nhằm cố tình thay đổi mặt sinh thái và vật lý của cơ chế hoạt động của các đại dương đều sẽ có những tác động tiêu cực. Không có cách nào tránh khỏi”, vị này nhận định.

Nhưng khi Trái đất đang ngày một nóng hơn, chúng ta có lẽ phải thử một trong những lựa chọn khủng khiếp đó. Siegel nói: “Phải làm một việc gì đó hoặc chúng ta phải thích nghi với một hành tinh sẽ nóng hơn hiện tại rất nhiều... Và chúng ta phải hành động nhanh chóng”.

 

Gần đây, một vi sinh vật biển đơn bào với khả năng tự dưỡng (quang hợp) lẫn dị dưỡng (săn mồi) mang lại niềm hứng khởi cho công cuộc cô lập carbon. Prorocentrum cf. balticum, do ĐH Công nghệ Sydney (Úc) phát hiện, sẽ khó mà “chết đói” ngay cả khi đại dương ấm lên và tăng tính axit, vốn là 2 điều kiện bất lợi cho những loài thực vật phù du khác. Sống biệt lập ở vùng biển ngoài khơi Sydney, chúng có khả năng nhận chìm 20 đến 150 triệu tấn carbon mỗi năm, theo ước tính của nhóm nghiên cứu. Họ kỳ vọng vào việc “nuôi trồng” loài vi sinh vật này ở quy mô lớn, một khi chúng đã được nghiên cứu đầy đủ.

Nhưng ngay cả khi chúng ta có thể học cách thao túng và thúc đẩy các quá trình cô lập carbon hiệu quả, thì lợi ích có xứng đáng với rủi ro không?

Ngay lúc này, không thiếu những giải pháp “công nghệ thấp” để loại bỏ carbon. Điển hình là đề xuất hạn chế đánh bắt cá - nhằm giữ carbon lại trong cá biển, và vì thế nằm ngoài khí quyển. Chẳng hạn như loài cá voi khổng lồ là những “bể chứa carbon” sống rất quan trọng. Khi chết đi, “kình lạc”, tức xác của chúng sẽ chìm xuống đáy đại dương, giữ lại carbon trong nhiều thiên niên kỷ.■