Phân cá rất quan trọng đối với hóa học đại dương: Bức tường thành giúp chống lại biến đổi khí hậu trên trái đất

Theo nhiều nghiên cứu khoa học, cá và phân của chúng có vai trò to lớn trong hóa học đại dương. Phân cá có thể lưu trữ carbon trong nhiều thập kỷ, giúp chống lại biến đổi khí hậu.

Theo một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science Advances, cá và phân của chúng đóng một vai trò cực kỳ quan trọng nhưng bị đánh giá rất thấp trong hóa học đại dương và chu trình carbon hình thành khí hậu Trái đất.

Cuộc khủng hoảng đa dạng sinh học có một thông điệp cho các nhà khoa học khí hậu ở khắp mọi nơi: Hãy chú ý nhiều hơn đến phân cá, trưởng nhóm nghiên cứu, tiến sĩ chuyên ngành Khoa học Đại dương và Khí quyển Daniele Bianchi cho biết.

Câu chuyện diễn ra như sau: Các sinh vật biển nhỏ bé thường được gọi là thực vật phù du hấp thụ carbon từ nước và không khí xung quanh chúng. Khi thực vật phù du bị những sinh vật lớn hơn ăn chúng, carbon sẽ đi lên trong chuỗi thức ăn và đi vào cá. Sau đó, những con cá đó thải rất nhiều carbon trở lại đại dương qua phân của chúng, phần lớn trong đó chìm xuống đáy biển và có thể tích trữ carbon trong nhiều thế kỷ. Thuật ngữ khoa học cho việc lưu trữ carbon là sự cô lập hay lưu giữ carbon (sequestration).

“Chúng tôi nghĩ rằng đây là một trong những cơ chế hấp thụ carbon hiệu quả nhất trong đại dương”. "Nó chạm đến các lớp sâu, nơi carbon được cô lập trong hàng trăm hoặc hàng nghìn năm", Vox dẫn lại lời ông Daniele.

Carbon được lưu trữ dưới biển sâu là carbon không làm cho các đại dương có tính axit hơn hoặc giữ nhiệt trong khí quyển. Nói cách khác, phân cá có thể là một bức tường thành chống lại biến đổi khí hậu.

Vấn đề là hoạt động đánh bắt cá thương mại đã làm cho miếng bánh dân số cá toàn cầu bé hơn so với trước đây. Khi các nhà khoa học khám phá ra tầm quan trọng của phân cá, họ cũng nhận ra một mối nguy hiểm mới là việc đánh bắt cá quy mô lớn. Ngoài việc khiến các hệ sinh thái gặp rủi ro, ngành công nghiệp này đang làm xáo trộn các chu trình dinh dưỡng lớn và có lẽ là ăn mòn một bồn chứa carbon quan trọng.

Lượng carbon mà cá thải ra là bao nhiêu?

Hàng năm, khoảng một phần tư lượng khí cacbonic thải ra từ ô tô, nhà máy và trang trại sẽ đi vào đại dương, biến đại dương thành một trong những bồn chứa carbon lớn nhất thế giới. Phần lớn lượng carbon đó bị sinh vật phù du hút lấy, rồi chúng bị các sinh vật biển khác ăn thịt, sau đó các sinh vật này bị cá ăn. Đó là chuỗi thực phẩm 101.

Điều mà Daniele và các đồng tác giả của ông muốn biết là số lượng thực vật phù du đó, số lượng carbon trong chúng kết thúc trong bụng cá và carbon từ cá sẽ đi về đâu. Các nhà nghiên cứu tập trung phân tích đại dương trước khi đánh bắt công nghiệp bắt đầu vào thế kỷ 19 và trong thời kỳ “đánh bắt đỉnh cao” vào khoảng đầu thế kỷ 20. “Đánh bắt đỉnh cao” đã dẫn đến việc các đại dương đều bị đánh bắt quá mức theo như cách mà chúng ta nhận ra hiện nay, Daniele lưu ý.

Nhóm nghiên cứu có dữ liệu đáng tin cậy về cá thương mại như cá ngừ và cá tuyết đã được ngành đánh bắt cá nghiên cứu rộng rãi. Theo phân tích của họ, trước thời đánh bắt tiền công nghiệp, chỉ riêng những loài cá này mỗi năm đã tiêu thụ khoảng 940 triệu tấn carbon hay 2% tổng lượng sinh khối do sinh vật phù du tạo ra.

“Hai phần trăm nghe có vẻ ít nhưng trên thực tế là một con số rất lớn”, Daniele nói. Để so sánh, số lượng khí cacbonic mà Vương quốc Anh thải ra năm ngoái là 326 triệu tấn.

Con số 940 triệu ở trên tăng lên đến 1,9 tỷ tấn carbon hay 4% tổng sinh khối thực vật phù du hàng năm, khi các tác giả ước tính tác động của tất cả các loài cá, không chỉ những con được khai thác bởi ngành đánh bắt.

Trong khi đó, trong thời kỳ đánh bắt cao điểm - khi số lượng cá trên đại dương bằng khoảng một nửa so với trước Cách mạng Công nghiệp - lượng carbon mà các quần thể cá đã tiêu hóa so với toàn thế giới chiếm một phần nhỏ hơn nhiều. Các loài bị đánh bắt thương mại chiếm khoảng 1% tổng sinh khối thực vật phù du, Daniele cho biết.

Những gì đang diễn ra trong các đại dương hôm nay cũng tương tự: Cá đang hấp thụ sinh khối và carbon nhiều hơn gấp rưỡi so với trước đây, đơn giản vì số lượng cá ít hơn rất nhiều.

Vì sao phân cá lại quan trọng đối với trái đất?

Khi cá giữ carbon dưới đáy đại dương, lượng khí còn lại để làm ấm hành tinh sẽ ít hơn nhiều. Đó là nơi mà phân xuất hiện. Khoảng một phần năm sinh khối mà cá tiêu thụ "trở lại môi trường dưới dạng phân viên", các tác giả viết. Những viên phân này nhanh chóng chìm vào đại dương sâu vì chúng tương đối lớn và gọn hơn phân của các sinh vật nhỏ hơn. Đó là chìa khóa để lưu trữ lâu dài.

“Bàn về sự cô lập carbon, một số liệu thực sự quan trọng là độ sâu của carbon trong đại dương”. "Các phân tử sâu hơn bị cô lập trong các khoảng thời gian dài hơn”, nhà nghiên cứu Sasha Kramer (một người không tham gia nghiên cứu) nói với Vox. Còn theo tiến sĩ Daniele, cá thương mại cô lập khoảng 10% carbon trong đại dương sâu, và carbon bị “nhốt” trong 600 năm hoặc lâu hơn - nghĩa là phân cá tạo nên một bộ nhớ carbon khá lớn.

Theo một nghiên cứu gần đây trên tạp chí Science Advances, cá cũng có thể cô lập carbon khi chúng chết và chìm xuống đáy đại dương. Trao đổi với Vox, Gaël Mariani, tác giả chính của nghiên cứu này cho biết, một con cá chứa khoảng 12,5% carbon. Lượng carbon đó có thể bị nhốt trong đại dương sâu, giả sử là xác cá vẫn ở đó.

Ngược lại, khi thu hoạch cá, một phần carbon trong chúng sẽ được thải trở lại bầu khí quyển vài ngày hoặc vài tuần sau đó. Điều đó có nghĩa là một hoạt động đánh bắt lớn sẽ thải ra rất nhiều carbon có thể được lưu trữ nếu hoạt động đánh bắt không xảy ra. Theo ước tính của nghiên cứu, từ năm 1950 đến 2014, các đội tàu đánh cá đã thu hoạch khoảng 320 triệu tấn cá lớn như cá mập và cá thu, "ngăn chặn" khoảng 22 triệu tấn carbon khỏi bị cô lập.

“Chúng ta phải suy nghĩ về sự tương tác giữa quản lý nghề cá và quản lý carbon”. “Khi chúng ta quản lý nghề cá và đặt ra các mục tiêu, chúng ta cũng nên nghĩ xem điều đó sẽ ảnh hưởng như thế nào đến khả năng lưu trữ carbon của đại dương”, Vox dẫn nguyên văn lời giáo sư đại học British Columbia, William Cheung, đồng tác giả nghiên cứu về cá chìm vừa nêu trên.

Tác động của cá và phân của chúng không chỉ là carbon. Ví dụ, các viên phân cung cấp thức ăn cho một số sinh vật ở biển sâu. Khi ăn thịt, các sinh vật này sẽ sử dụng hết oxy, điều đó ảnh hưởng đến lượng oxy có sẵn ở các độ sâu mờ mịt mà một số trong đó vốn đã thiếu oxy, theo các tác giả. Biến đổi khí hậu cũng có thể làm xáo trộn sự cân bằng oxy mong manh ở biển sâu, nhà nghiên cứu Sasha cho biết.

Cá không phải là sinh vật biển duy nhất hình thành hóa học đại dương. Ví dụ, một nghiên cứu từ năm 2010 cho thấy, phân của cá voi tấm sừng hàm rất giàu chất sắt, có thể làm cho các sinh vật phù du ở Nam Đại Dương nở hoa. Đến lượt mình, điều này giúp giảm bớt carbon.

Theo nghiên cứu thứ ba này, nếu quần thể cá voi tấm sừng hàm ở Nam Đại Dương được khôi phục, điều này có thể khiến quần thể của một số sinh vật biển ở những vùng nước đó nổi lên. “Chuỗi thức ăn này giúp giữ được nhiều sắt hơn ở các vùng nước bề mặt, nơi có ích cho thực vật phù du, vì vậy sẽ duy trì năng suất”, lời tác giả chính của nghiên cứu-Stephen Nicol đến từ đại học Tasmania.

Cá voi tấm sừng hàm (Mysticeti) là loài cá voi lọc thức ăn từ nước bằng tấm sừng thay vì răng, khác với cá voi có răng (Odontoceti).

Nam Đại Dương là vùng nước xung quanh Nam Cực vừa được Hiệp hội địa lý quốc gia Mỹ chính thức công nhận là đại dương thứ 5 trên thế giới ngày 8/6 năm nay 2021.

Đánh bắt cá thương mại tác động đến hóa học đại dương và biến đổi khí hậu như thế nào?

Giống như con người đã công nghiệp hóa nông nghiệp với các máy kéo lớn chạy bằng trí tuệ nhân tạo (AI) và các loài độc canh rộng lớn, chúng ta cũng đã tìm ra cách thu hoạch cá số lượng lớn bằng các loại lưới, lưới kéo và máy nạo vét cỡ lớn. Trong một năm, các tàu cá có thể đánh bắt trên 80 triệu tấn hải sản. Ngày nay, hơn một nửa đại dương được bao phủ bởi các hoạt động đánh bắt công nghiệp, và tính đến năm 2017, một phần ba trữ lượng cá biển trên thế giới đã bị khai thác quá mức, theo thống kê trong nghiên cứu.

Các vấn đề của việc đánh bắt quá mức đi xa hơn thiệt hại đối với các loài quan trọng như cá mập, cá đuối và các loài có nguy cơ tuyệt chủng như vaquita (cá heo California, một loài cá heo chuột chỉ sống ở phía Bắc vùng vịnh California). Các nhà nghiên cứu như Daniele đang chứng minh rằng các vấn đề này cũng mở rộng sang khí hậu. Bằng cách đối chiếu các đại dương đang cạn kiệt ngày nay với một đại dương “chưa được khai thác” trên lý thuyết, Daniele và các nhà khoa học đồng tác giả với ông đang chứng minh những loại lợi ích mà một đại dương đầy đủ cung cấp.

“Các tác giả đang đưa ra giả thuyết rằng, một đại dương không có đánh bắt cá sẽ có khả năng chống lại một số tác động của biến đổi khí hậu do con người gây ra”. Nếu đại dương không bị đánh bắt quá mức, các tác giả ngụ ý rằng "nhiều hơn nữa lượng carbon đó sẽ được sử dụng", Sasha nói. Điều đó không liên quan đến carbon mà lưới kéo đáy hút lên hoặc khí nhà kính do các tàu vận chuyển thải ra. Ví dụ, theo ước tính, trong năm 2016, các tàu đánh cá công nghiệp đã thải ra khoảng 159 triệu tấn CO₂, gần tương đương với lượng khí thải của Hà Lan năm ngoái (2020).

Không dễ dàng để chấm dứt đánh bắt công nghiệp. Hải sản cung cấp protein cho khoảng 3 tỷ người trên toàn thế giới và hỗ trợ khoảng 60 triệu việc làm. Và như nhà sinh vật học biển Daniel Pauly đã lập luận trong bộ phim tài liệu gây tranh cãi của Netflix Seaspiracy, việc từ bỏ hoàn toàn hải sản cũng không khả thi. “Đây là một vị trí mà chỉ một phần nhỏ dân số của các quốc gia giàu có hơn sẽ đảm nhận”, Daniele viết.

Nhưng có rất nhiều cách để ngành công nghiệp có thể cải thiện và hiểu rõ hơn về việc cách thức ngành công nghiệp tác động đến khí hậu Trái đất sẽ là một phần của sự thay đổi đó. Điều mà Danielle hy vọng những người khác rút ra từ nghiên cứu về phân cá là, cá rất cần thiết cho quá trình hóa học của các đại dương của chúng ta. “Chúng ta đã thay đổi sinh khối của chúng”, “và điều đó để lại hậu quả”, Daniele kết luận.

Tiến sĩ Daniele Bianchi - trưởng nhóm nghiên cứu đầu tiên trong bài viết này - hiện là trợ lý giáo sư khoa Khoa học Đại dương và Khí quyển đại học California ở Los Angeles (UCLA).