BM: Nước xanh, thủy triều đỏ và sa mạc biển

Thursday, May 5, 2016

Nước xanh, thủy triều đỏ và sa mạc biển

Disney pixar ocean disney pixar disney gif

Bạn có nghĩ màu nước biển trông phải thế này?

James Joyce mô tả nó có màu xanh gỉ mũi. Lord Byron cho rằng đó là màu xanh dương sẫm cũ kỹ. Homer thì thường gọi là màu "rượu sẫm".

Đó là những gì mà những tên tuổi lớn trong văn học dùng khi nói tới màu nước biển.

Theo trải nghiệm riêng của chúng ta thì màu nước biển, màu đại dương có thể thay đổi đáng kể, tuỳ vào thời gian, địa điểm. Có thể là màu xanh ngọc lam lấp lánh sắc trắng, xanh biếc, xanh lục, hoặc có thể là màu xám hay nâu đục.

Vì sao vậy? Và tại sao chúng ta khi lớn lên đều nghĩ rằng nước biển là màu xanh?

Sắc biển đổi màu thực ra là do cả tác động vật lý lẫn sinh học.

...hay phải là màu này?

Sắc cầu vồng

Nếu chỉ là nước thôi thì nó trong suốt, tất nhiên.

Thế nhưng ở độ sâu cần thiết, nơi ánh sáng không phản chiếu xuống đáy biển thì nó sẽ có màu xanh sẫm. Điều này chủ yếu do một số yếu tố vật lý căn bản.

Mắt người có những tế bào có khả năng phát hiện ra bức xạ điện tử với bước sóng trong khoảng 380-700 nanometre. Trong dải tần số này, các bước sóng khác nhau sẽ tương ứng với các màu sắc khác nhau mà ta nhìn thấy trong cầu vồng.

Các phân tử nước hấp thụ tốt hơn các ánh sáng có bước sóng dài, tức là các màu đỏ, cam, vàng và xanh lục, trong lúc loại trừ màu xanh lam vốn có bước sóng ngắn.

Các thành phần khác nhau trong nước khiến khu vực biển ngoài khơi Tasmania có những màu sắc khác nhau.

Màu lam nhạt ít bị hấp thụ hơn, cho nên nó có thể đi xuống được xuống phần nước ở sâu hơn, khiến nơi nước càng sâu sắc màu trông càng xanh.

Ánh sáng có bước sóng ngắn cũng nhiều khả năng bị phân tán hoặc bị làm chệch hướng thay vì đi thẳng, khiến mắt thường càng thấy biển sâu xanh hơn nữa.

Tuy nhiên, độ trong của nước biển có những khác biệt. Các thành phần dạng hạt lơ lửng trong nước có thể làm tăng độ phân tán ánh sáng.

Cát và bùn theo những dòng sông đổ ra biển, hoặc do những cơn sóng, những trận bão đánh lên từ đáy biển, cũng có thể làm ảnh hưởng tới màu sắc của nước ở vùng duyên hải.

Các mảnh vụn vặt hữu cơ như mẩu rữa ra từ cây cỏ cũng khiến cho bức tranh càng trở nên phức tạp, bởi chúng sẽ thêm sắc màu xanh lục, vàng hoặc nâu vào nước.

Đó là các yếu tố vật lý.

Thực vật phù du làm thay đổi màu của biển

Quan trọng hơn là các yếu tố sinh học, bởi thứ gây tác động lớn nhất đến màu sắc nước biển là các sinh vật bé li ti, được gọi là thực vật phù du (phytoplankton).

Thường có kích cỡ nhỏ hơn đầu kim, những thành phần tảo chỉ có một tế bào đơn lẻ này dùng sắc diệp lục xanh để hấp thụ năng lượng từ mặt trời để biến nước và carbon dioxide thành các thành phần hữu cơ vốn tạo nên cơ thể chúng.

Hoạt động quang hợp này của tảo được cho là tạo ra khoảng một nửa lượng oxygen mà chúng ta hít thở.

Điều then chốt ở đây là thực vật phù du hấp thụ các phần bức xạ điện tử màu đỏ và xanh trong dải quang phổ ánh sáng mà mắt người nhìn được, nhưng phản chiếu lại ánh xanh lục. Điều này giải thích lý do khiến biển nơi có nhiều thực vật phù du trông sẽ ngả sắc xanh ngọc nhiều hơn.

Tảo nở hoa - Thuỷ triều đỏ

Việc xác định màu đại dương không chỉ đơn thuần là cách đánh giá về mỹ thuật.

Các khoa học gia đã theo dõi màu đại dương từ vệ tinh kể từ 1978. Các nghiên cứu này đã đem lại cho chúng ta những bức ảnh rất khơi gợi trí tưởng tượng, chẳng hạn như hình ảnh trông như những xúc tu màu xanh lam và xanh lục nhảy múa uốn lượn quanh nhau.

Không chỉ đẹp đến kỳ lạ mà những hình ảnh này cũng có những tác dụng to lớn. Chúng được dùng để theo dõi tình trạng ô nhiễm và đời sống của các luồng thực vật phù du.

Thực vật phù du có thể tự sinh sản nhân đôi một cách nhanh chóng để ứng phó với những thay đổi trong môi trường xung quanh, chẳng hạn như do có sự thay đổi nhiệt độ hoặc do có thay đổi đột ngột về chất dinh dưỡng.

Các khoa học gia đã chứng minh rằng một luồng thực vật phù du có thể tăng gấp đôi số lượng chỉ trong một ngày.

Vịnh Maine nhìn từ vệ tinh

Bởi chúng sinh sống trong môi trường thức ăn biển, điều này có những tác động to lớn, quan trọng tới toàn bộ hệ sinh thái.

Chúng là nguồn thức ăn cơ bản cho động vật phù du (zooplankton), những loài động vật nhỏ tí như giáp xác, moi lân, và sứa.

Về phần mình, động vật phù du lại bị cá ăn, rồi cá bé lại bị cá lớn ăn.

Những thay đổi trong số lượng và nơi phân bố thực vật phù du cũng như tỷ lệ tăng trước hay giảm sút chúng sẽ giúp các khoa học gia có được những dấu hiệu cảnh báo sớm về các thay đổi môi trường.

Càng có nhiều thực vật phù do trôi nổi trong nước biển, thì càng có nhiều khí carbon dioxide trong khí quyển được hấp thụ.

Bởi carbone dioxide là thành phần chính trong khí thải nhà kính, càng nhiều lượng chất này được chuyển hoá thành chất hữu cơ rồi chìm xuống đáy biển khi thực vật phù du chết đi, thì nhiệt độ trung bình trong tương lai sẽ càng thấp xuống.

"Bởi thực vật phu du hấp thụ carbone dioxide và nhả ra oxygen, chúng đóng vai trò quan trọng trong vòng chuyển hoá carbon toàn cầu," Venetia Stuart, điều phối viên khoa học thuộc Nhóm Điều phối Sắc màu Đại dương, nói.

"Vòng chuyển hoá carbon sẽ quyết định tới mức độ đậm đặc của khí CO2 trong tương lai, cho nên đây là loại thông tin có thể dùng để giúp ta mô phỏng về những kịch bản thay đổi khí hậu."

Hiện tượng tảo nở hoa ở vùng biển Baltic

Những thay đổi trong màu nước biển cũng là những dấu hiệu cho thấy hiện tượng chết chóc, còn được biết đến với tên gọi thuỷ triều đỏ, hay tảo nở hoa độc hại.

Một số loại thực vật phù du nhả ra chất độc làm chết cá, chim và các động vật khác, và gây hại cho sức khoẻ con người.

Nếu tập trung dày đặc, chúng tạo thành hiện tượng được gọi là thuỷ triều đỏ, tuy không phải lúc nào nó cũng tạo sắc đỏ cho biển.

Chúng cũng không tác động gì tới việc lên xuống của nước biển, cho nên các khoa học gia ưa dùng tên gọi tảo nở hoa độc hại (HAB) hơn.

Vậy làm thế nào các khoa học gia có thể khảo sát được sự thay đổi trong màu sắc nước biển và đại dương?

Theo dõi màu nước biển

Kỹ thuật chính là sử dụng vệ tinh có mang theo các công cụ có thể đo được độ đậm đặc của ánh sáng mắt người nhìn thấy được phản xạ lên từ mặt nước.

Hầu hết các tia nắng mặt trời bị phân tán trong quá trình đi xuống đến bề mặt nước biển, do tác động của các hạt lơ lửng trong không khí.

Những gì vượt qua được quá trình phân tán đó thì hoặc sẽ bị hấp thụ hết, hoặc sẽ bị phân tán nốt trong lớp nước.

Thế nhưng khoảng 10% bị khuếch tán ngược trở lại khỏi lớp nước để đi trở lại vào khí quyển, và có thể đi theo hướng mà vệ tinh bắt được, qua đó vệ tinh đo được tỷ lệ màu xanh dương hoặc xanh lá của dải quang phổ.

Làn nước biển Caribbe xanh như ngọc

Các thuật toán trên máy tính sẽ dùng những dữ liệu này để ước tính xem mức độ diệp lục có ở lớp nước bên dưới là nhiều ít thế nào.

Những khảo sát này được bắt đầu thực hiện từ 1978, với chương trình thử nghiệm của Nasa, Quét Màu Vùng Duyên Hải (Coastal Zone Color Scanner).

Năm 1997, Nasa đưa thiết bị cảm ứng có khả năng quan sát biển trên diện rộng (Sea-Viewing Wide Field-of-View, viết tắ là SeaWiFS) lên một vệ tinh khác, giúp cải thiện chất lượng theo dõi màu đại dương.

Kể từ đó, Cơ quan Không gia châu Âu (Esa), Ấn Độ và Nam Hàn đã đưa lên không trung các thiết bị cảm ứng riêng của mình.

Một thế hệ cảm ứng mới, như thiết bị theo kế hoạch được đưa lên vệ tinh Sentinel-3 của Esa vào cuối năm 2015, cho phép các nhà nghiên cứu ánh sáng được phản chiếu lại từ biển ở mức độ chi tiết hơn, và thậm chí còn phát hiện được các loại sinh vật phù du khác nhau, David Antoine, giám đốc chương trình nghiên cứu cảm ứng từ xa và vệ tinh tại Đại học Curtin, Perth, Úc, nói.

Ví dụ như các khoa học gia đã tìm ra cách để phát hiện được các nhóm thực vật phù du được gọi là tảo gai vôi (coccolithophores) và tảo cát (diatoms).

"Việc phân biệt được các loại thực vật phù du là điều rất có tác dụng, đương nhiên rồi, bởi mỗi nhóm này lại có những vai trò riêng trong hệ sinh thái," Stuart nói.

Nơi biển có màu xanh dương

Những sa mạc trên đại dương

Việc khảo sát màu nước biển và màu nước đại dương còn đem lại những kết quả còn quan trọng hơn nữa.

Hồi 2014, các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ đã công bố kết quả cho thấy mức độ diệp lục trong đại dương trên thế giới đã thay đổi ra sao trong thời gian từ 1998 đến 2012.

Không có xu hướng thay đổi chung cho tất cả các biển và đại dương. Nhưng việc thay đổi màu sắc mà các vệ tinh thu thập được cho thấy mức diệp lục ở một số đại dương thuộc bắc bán cầu đã giảm xuống, trong lúc lại tăng lên tại một số lòng chảo đại dương nam bán cầu.

Điều đó khiến người ta cho rằng các vùng biển với mức diệp lục đặc biệt thấp, còn được gọi là "sa mạc đại dương", đang ngày càng mở rộng ra do nhiệt độ biển ngày càng cao hơn.

Các thay đổi ở Biển Ả-rập đã được vệ tinh phát hiện

"Các vùng sa mạc biển ở bắc bán cầu đang ngày càng rộng hơn, rất đáng quan ngại," Stuart nói.

"Đây là điều đã được xác nhận bằng các dữ liệu thu được từ các thiết bị cảm ứng, cho nên rõ ràng là đang có điều gì đó xảy ra."

Những người khác tin rằng hiện con người vẫn chưa thu thập đủ dữ liệu để chứng minh rằng hiện tượng nóng ấm toàn cầu đang gây tác động tới mức độ thực vật phù du có trong biển, điều mà nếu theo quy luật tự nhiên có lẽ sẽ thay đổi trong khoảng 15 năm một lần.

Một số nghiên cứu thậm chí còn cho rằng các khoa học gia cần giám sát màu của nước biển trong thời gian trên 40 năm mới đủ để xác định liệu việc thay đổi khí hậu có tác động tới thực vật phù du hay không.

Và điều đó cũng đồng nghĩa với việc chúng ta phải chờ cho tới năm 2038 mới có được kết quả dựa trên những cuộc khảo sát chất lượng cao.

Chỉ tới khi đó chúng ta mới thực sự biết liệu màu đại dương có phải là đã thay đổi hay không, hoặc đã thay đổi tới mức nào. Và từ đó ta sẽ biết được liệu con người đã có tác động tới đâu tới thực vật phu du trong biển, tác động tới đâu tới vòng chuyển hoá carbon toàn cầu.

Nic Fleming