Sự tăng nhiệt
Lượng CO2 gia tăng đồng nghĩa với việc san hô sẽ phải đấu tranh với vấn đề nhiệt độ tăng. Tùy thuộc vào loài và nơi cư trú của san hô, nhiệt độ cao hơn nhiệt độ cao nhất vào mùa hè khoảng 1- 2oC trong 3 hoặc 4 tuần sẽ biến một dãy đá thành tượng trắng. Sự tẩy trắng này bắt nguồn từ mối giao hảo bị phá vỡ giữa nước ấm, san hô thân mềm và loài tảo nội sinh sặc sỡ tên zooxanthellae. Chúng có trách nhiệm quang hợp và chủ nhà san hô hưởng lợi một phần. Đôi khi các bên lại đoàn tụ sau khi bị chia cách vì tẩy trắng, nhưng sự thiếu hụt về lâu dài loài tảo zooxanthellae sẽ giết chết loài san hô nước cạn.
Các công trình về zooxanthellae trong thập kỷ gần đây đã tiết lộ tính chất đặc biệt trong khả năng chịu nhiệt của loài tảo. Theo Ray Berkelmans, Viện Khoa học biển Australia ở Townsville thì rặng san hô chủ yếu bị một biến thể dòng D chịu được nhiệt tốt hơn những dòng khác chiếm ngụ. Các nhà khoa học có cả Andrew Baker, Đại học Miami, Florida đang tìm cách cứu các rặng san hô bằng cách thay thế loài tảo zooxanthellae yếu ớt bằng loài chịu nhiệt tốt hơn.
Chiến lược này không khiến Hoegh-Guldberg lạc quan hơn về tương lai của san hô nếu khí thải cacbon tiếp tục tăng cao. Sóng nhiệt đã tẩy san hô trên diện rộng trong những năm gần đây, nhưng Hoegh-Guldberg đã chứng kiến tảo zooxanthellae thích nghi tự nhiên. “Mọi người sẽ có đủ thời gian để chứng kiến được sự thích nghi thần kỳ của san hô.”
Triển vọng thích nghi của san hô cũng không làm Hoegh-Guldbergh vui mừng hơn mấy. CO2 khí quyển đã từng đạt mức đỉnh điểm và độ pH đại dương từng tăng cao trong lịch sử tồn tại của trái đất. Vì vậy câu hỏi đặt ra là liệu san hô có sống sót được nếu chúng chỉ áp dụng những chiến thuật thích nghi trước đây.
“Điều này thật vô lý. San hô cổ đại có nhiều thời gian để quen với môi trường nóng và độ pH thấp hơn ngày nay.” Ông minh họa bằng dữ liệu từ bài nghiên cứu trên tờ Science. Ông và các cộng sự sử dụng các số liệu đã được xuất bản nghiên cứu về bong bóng khí trong băng cổ đại để tính toán sự thay đổi mật độ CO2 trong khí quyển. Mật độ này đã tăng nhanh gấp 1.000 lần qua mỗi thế kỷ trong suốt thời cách mạng công nghiệp so với cách đó 420.000 năm.
Thêm vào đó, Hoegh-Guldberg phát biểu ông khó mà tin rằng các sinh vật can-xi hóa thực sự tìm được cách sống sót qua những đợt bùng nổ khí nhà kính trước đây. Suốt thời kỳ đầu kỷ Triat, mật độ CO2 đạt đến mức cao gấp 5 lần ngày nay. Hoegh-Guldberg chú ý đến sự vắng mặt bằng chứng hóa thạch ở cả hai loài san hô đá ngầm và tảo.
Một số loài san hô ngày nay cổ xưa đến mức chúng đã sống sót qua môi trường nóng và thành phần hóa chất đại dương. Những loài này có lẽ đã tồn tại mà không cần đến bộ khung xương can-xi hóa. “Chúng thực sự đã thành loài hải quỳ.”
Thậm chí nếu tất cả các loài san hô chuyển thành loài thân mềm, trần trụi thành công thì những loài sống ở rặng đá ngầm sẽ không còn nơi sinh sống. Những khe nứt và vách đá phức tạp ở các rặng đá ngầm là chỗ ở của phần lớn đa dạng sinh học đại dương, có lẽ là hàng triệu loài. Nếu không có những địa điểm cư trú phức tạp trên đá ngầm do san hô tạo nên, đại dương sẽ trở nên đơn giản hơn nhiều.
Vi sinh vật trôi nổi
Bé bằng một hạt ngô, loài chân cánh Limacina helicina là thức ăn yêu thích của những sinh vật lớn hơn. Độ pH của nước biển giảm có thể can thiệp vào quá trình hình thành lớp vỏ ngoài của nó. (Ảnh: Hofmann) |
Nhỏ hơn san hô, một số sự sống đơn giản trôi nổi trong nước biển như loài phiêu sinh vật cũng cần có can-xi cacbonat để phát triển.
Loài vi sinh vật coccolithophores, đã trở thành một biểu tượng trong công trình nghiên cứu sự thay đổi pH đại dương nhờ Ulf Riebesell thuộc Viện Khoa học biển Leibniz ở Kiel, Đức. Loài phiêu sinh vật này trông như vô số nắp tròn đậy trục bánh xe được hàn xung quanh một quả bóng trò chơi bãi biển khổng lồ. Những nắp tròn lộng lẫy này có những tiểu cầu cấu tạo từ chất can-xi cacbonat, đóng vai trò như một loại tế bào quang hợp.
Loài coccolithophores nở rộ vào mùa xuân như Emiliania huxleyi có thể trải dài một khu vực có kích cỡ bằng nước Ai-len. Ánh sáng phản chiếu tất cả các tiểu cầu tạo nên những dải màu xanh đục trên mặt biển có thể quan sát được từ vũ trụ.
Emiliania huxleyi có cách cấu thành các cấu trúc oxy hóa không như san hô. Tuy vậy coccolithophores cũng không thể phát triển bình thường như trong nước biển có độ pH thấp. Trong những lần thí nghiệm mô phỏng môi trường nước như thế, ông đã chứng kiến những tế bào còi cọc và tiểu cầu bị yếu đi hoặc bị phá hủy.
Dị tật sinh trưởng đang xuất hiện ở những loài ”thợ xây dưới biển” khác, ví dụ như loài sò. Và trong số ít các công trình nghiên cứu về ấu trùng, Gretchen Hofmann, Đại học California, Santa Barbara, đã trình bày những rắc rối xảy đến với loài nhím biển ở giai đoạn ấu trùng. Trong nước biển thừa CO2, ấu trùng nhím biển trở nên “ngắn hơn và phình to hơn.”
Bên ngoài lớp vỏ
Nước biển ngày càng bị a-xít hóa có thể gây hại lên loài Emiliania huxleyi, một loài sinh vật có vỏ từ những tiểu cầu can-xi cacbonat, nhưng lại có ích đối với Trichodesmium, loài cố định ni-tơ. (Ảnh: Björn Rost; David Caron/Univ. of Southern California) |
Phần lớn làn sóng nghiên cứu đầu tiên về thế hệ đại dương kế tiếp tập trung vào tương lai của sự can-xi hóa. Điều này không vớ vẩn chút nào. Theo Scott Doney, Viện Hải dương học Woods Hole thì những sinh vật chiếm 46% sản lượng hải sản hàng năm của Mỹ đều hình thành một dạng cấu trúc can-xi hóa, ví dụ như loài trai biển. Thêm vào đó là những loài ăn loài can-xi hóa như cá hồi hồng vỗ béo bản thân bằng sên biển thuộc nhóm pteropod. Số lượng những loài này sẽ làm gia tăng con số % trên.
Tuy nhiên, thành phần hóa học của nước cũng ảnh hưởng lên đời sống của các loài sinh vật đại dương không can-xi hóa và các nhà nghiên cứu đang cố tìm hiểu đến những vấn đề này. Ví dụ, theo như công trình đang nghiên cứu của Brad Seibel, Đại học Rhode Island ở Kingston, và cộng sự thì loài mực ống có vẻ gặp khó khăn khi di chuyển trong môi trường có độ pH thấp. Ở trong môi trường nước biển như thế, sự vận chuyển oxy trong máu của mực ống bị rối loạn và chúng trở nên lờ đờ, chậm chạp.
Theo như David Hutchins, Đại học Nam California ở Los Angeles, tương lai đại dương như thế sẽ là tin lành cho một số loài khác, đặc biệt là các loài không can-xi hóa. Loài cyanobacteria cố định ni-tơ cho thấy chúng phát triển mạnh hơn trong những thí nghiệm mô phỏng môi trường a-xít hóa đại dương. “Chúng thực sự yêu thích khí CO2”.
Các tế bào của loài cyanobacteria, ví dụ như những tế bào trong cơ thể giống Trichodesmium, không vận chuyển CO2 từ môi trường xung quanh vào cơ quan giữ nhiệt bên trong của chúng hiệu quả lắm. Môi trường khí đậm đặc hơn sẽ giúp các tế bào hoạt động hiệu quả hơn.
Kẻ nào sống sót hay biến mất đi trong số các loài phiêu sinh vật trong môi trường đại dương mới đều ảnh hưởng đến những sinh vật lớn hơn. Động vật biển sống bằng phiêu sinh vật có thể thích thú với loài này và hờ hững với loài khác. Nếu số lượng phiêu sinh vật thay đổi thì các loài động vật đấy cũng sẽ bị thay đổi. Điều này cũng sẽ ảnh hưởng lên cả những động vật săn mồi cấp cao nhất, thậm chí những động vật trên đất liền.
Dựa trên các thí nghiệm mô phỏng đại dương tương lai, Hutchins tính toán rằng sự biến đổi của phiêu sinh vật có nghĩa là sẽ xuất hiện nhiều loài săn vi khuẩn hơn và ít cá hơn.
“Nó sẽ là một thế giới mà chúng ta chả thích thú gì.”