Nghiên cứu mới do Stanford dẫn đầu đã tiết lộ một yếu tố ẩn có thể thay đổi hiểu biết của chúng ta về cách đại dương làm giảm biến đổi khí hậu. Nghiên cứu được công bố ngày 11 tháng 10 trên tạp chí Science , tiết lộ những "chiếc dù" nhầy chưa từng thấy do các sinh vật biển cực nhỏ tạo ra, làm chậm đáng kể quá trình chìm của chúng, ngăn chặn quá trình quan trọng để loại bỏ carbon dioxide khỏi khí quyển.
Phát hiện đáng ngạc nhiên này ngụ ý rằng các ước tính trước đây về tiềm năng cô lập carbon của đại dương có thể đã bị ước tính quá cao, nhưng cũng mở đường cho việc cải thiện các mô hình khí hậu và cung cấp thông tin cho các nhà hoạch định chính sách trong nỗ lực làm chậm quá trình biến đổi khí hậu.
"Chúng ta chưa nhìn đúng hướng", tác giả cấp cao của nghiên cứu Manu Prakash, phó giáo sư về kỹ thuật sinh học và đại dương tại Trường Kỹ thuật Stanford và Trường Phát triển bền vững Stanford Doerr, cho biết.
"Những gì chúng tôi tìm thấy nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quan sát khoa học cơ bản và nhu cầu nghiên cứu các quá trình tự nhiên trong môi trường thực tế của chúng. Điều này rất quan trọng đối với khả năng giảm thiểu biến đổi khí hậu của chúng ta."
Video về tuyết biển chìm trong một cột nước vô hạn được tạo ra bởi máy trọng lực. Tuyết biển chìm tương tác với nhiều loại sinh vật phù du khi nó di chuyển qua cột thẳng đứng. Tín dụng: PrakashLab, Stanford
Máy bơm sinh học
Tuyết biển—hỗn hợp gồm thực vật phù du chết, vi khuẩn, viên phân và các hạt hữu cơ khác—hấp thụ khoảng một phần ba lượng carbon dioxide do con người tạo ra từ khí quyển và đưa nó xuống đáy đại dương, nơi nó bị giữ lại trong hàng thiên niên kỷ.
Các nhà khoa học đã biết về hiện tượng này—được gọi là máy bơm sinh học—trong một thời gian. Tuy nhiên, cách chính xác mà các hạt mỏng manh này rơi xuống (độ sâu trung bình của đại dương là 4 km, hoặc 2,5 dặm) vẫn còn là một bí ẩn cho đến bây giờ.
Các nhà nghiên cứu đã giải mã được bí ẩn này bằng một phát minh khác thường—một kính hiển vi xoay được phát triển trong phòng thí nghiệm của Prakash, giúp lật ngược vấn đề. Thiết bị này di chuyển khi các sinh vật di chuyển bên trong, mô phỏng chuyển động thẳng đứng trên khoảng cách vô hạn và điều chỉnh các khía cạnh như nhiệt độ, ánh sáng và áp suất để mô phỏng các điều kiện cụ thể của đại dương.
Trong năm năm qua, Prakash và các thành viên trong phòng thí nghiệm của ông đã mang những chiếc kính hiển vi được chế tạo riêng của họ trên các tàu nghiên cứu đến tất cả các đại dương lớn trên thế giới—từ Bắc Cực đến Nam Cực.
Trong chuyến thám hiểm gần đây đến Vịnh Maine, họ đã thu thập tuyết biển bằng cách treo bẫy trong nước, sau đó nhanh chóng phân tích quá trình chìm của các hạt trong kính hiển vi quay của họ.
Vì tuyết biển là một hệ sinh thái sống, nên việc thực hiện các phép đo này trên biển là rất quan trọng. Kính hiển vi xoay cho phép nhóm nghiên cứu quan sát tuyết biển trong môi trường tự nhiên của nó với độ chi tiết tinh tế—thay vì trong một phòng thí nghiệm xa xôi—lần đầu tiên.
Kết quả khiến các nhà nghiên cứu kinh ngạc. Họ tiết lộ rằng tuyết biển đôi khi tạo ra các cấu trúc chất nhầy giống như dù, có tác dụng tăng gấp đôi thời gian các sinh vật tồn tại ở độ sâu 100 mét trên cùng của đại dương.
Sự đình trệ kéo dài này làm tăng khả năng các vi khuẩn khác phân hủy cacbon hữu cơ trong các hạt tuyết biển và chuyển đổi nó trở lại thành cacbon hữu cơ dễ hấp thụ cho các sinh vật phù du khác, làm chậm quá trình hấp thụ carbon dioxide từ khí quyển.
Vẻ đẹp và sự phức tạp trong từng chi tiết nhỏ nhất
Các nhà nghiên cứu chỉ ra công trình của họ là một ví dụ về nghiên cứu dựa trên quan sát, rất cần thiết để hiểu được cách thức hoạt động của ngay cả những quá trình sinh học và vật lý nhỏ nhất trong các hệ thống tự nhiên.
"Lý thuyết cho bạn biết dòng chảy xung quanh một hạt nhỏ trông như thế nào, nhưng những gì chúng tôi thấy trên thuyền lại khác biệt đáng kể", tác giả chính của nghiên cứu Rahul Chajwa, một học giả sau tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Prakash, cho biết. "Chúng tôi đang ở giai đoạn đầu của quá trình hiểu những động lực phức tạp này".
Công trình này nêu ra một sự thật quan trọng. Trong 200 năm qua, các nhà khoa học đã nghiên cứu sự sống, bao gồm cả sinh vật phù du, trên một mặt phẳng hai chiều, được giữ trong các tấm kính nhỏ dưới kính hiển vi.
Mặt khác, việc thực hiện kính hiển vi ở độ phân giải cao rất khó khăn trên biển khơi. Chajwa và Prakash nhấn mạnh tầm quan trọng của việc rời khỏi phòng thí nghiệm và tiến hành các phép đo khoa học càng gần với môi trường nơi chúng diễn ra càng tốt.
Các nhà nghiên cứu cho rằng việc hỗ trợ nghiên cứu ưu tiên quan sát trong môi trường tự nhiên nên là ưu tiên của các tổ chức công và tư tài trợ cho khoa học.
"Chúng ta thậm chí không thể đặt câu hỏi cơ bản về việc sự sống làm gì nếu không mô phỏng môi trường mà nó tiến hóa cùng", Prakash nói. "Trong sinh học, việc tách nó khỏi môi trường của nó đã tước đi mọi khả năng của chúng ta để đặt ra những câu hỏi đúng đắn".
Ngoài tầm quan trọng trong việc đo trực tiếp quá trình cô lập carbon ở biển, nghiên cứu này còn tiết lộ vẻ đẹp trong các hiện tượng hàng ngày. Giống như đường hòa tan trong cà phê, quá trình tuyết biển lắng xuống độ sâu của đại dương là một quá trình phức tạp chịu ảnh hưởng của các yếu tố mà chúng ta không phải lúc nào cũng nhìn thấy hoặc đánh giá cao.
"Chúng ta coi một số hiện tượng là điều hiển nhiên, nhưng tập hợp các ý tưởng đơn giản nhất có thể có tác động sâu sắc", Prakash nói. "Quan sát những chi tiết này—giống như đuôi chất nhầy của tuyết biển—mở ra cánh cửa mới để hiểu các nguyên tắc cơ bản của thế giới chúng ta".
Các nhà nghiên cứu đang làm việc để tinh chỉnh các mô hình của họ, tích hợp các tập dữ liệu vào các mô hình quy mô Trái đất và phát hành một tập dữ liệu mở từ sáu cuộc thám hiểm toàn cầu mà họ đã thực hiện cho đến nay. Đây sẽ là tập dữ liệu lớn nhất thế giới về các phép đo trực tiếp về lắng đọng tuyết biển. Họ cũng đặt mục tiêu khám phá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất chất nhầy, chẳng hạn như các tác nhân gây căng thẳng về môi trường hoặc sự hiện diện của một số loài vi khuẩn nhất định.
Mặc dù khám phá của các nhà nghiên cứu là một cú sốc đáng kể đối với cách các nhà khoa học nghĩ về các điểm tới hạn trong quá trình cô lập trên đại dương, Prakash và các đồng nghiệp của ông vẫn còn hy vọng. Trong một chuyến thám hiểm gần đây ngoài khơi bờ biển Bắc California, họ đã phát hiện ra các quá trình có khả năng đẩy nhanh quá trình cô lập carbon.
Prakash cho biết: "Mỗi lần quan sát thế giới sinh vật phù du thông qua các công cụ của chúng tôi, tôi lại học được điều gì đó mới".
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
