Axit hóa đại dương thường được gọi là ‘vấn đề khác về carbon dioxide’. Tất cả chúng ta đều quan tâm đúng mức về những tác động mà nồng độ carbon dioxide trong khí quyển tăng lên có thể gây ra đối với khí hậu và những hậu quả tiềm ẩn của biến đổi khí hậu đã được ghi nhận rõ ràng: các trường hợp thời tiết khắc nghiệt thường xuyên hơn và nhiệt độ trung bình toàn cầu cao hơn.
Quá trình axit hóa đại dương tương đối ít bị ảnh hưởng hơn, và như vậy đôi khi bị hiểu nhầm – nhưng ảnh hưởng của nó có thể nghiêm trọng như nhau. Nội dung sau đây sẽ giúp giải đáp thắc mắc cho các bạn phần nào về hóa học đằng sau, cũng như những ảnh hưởng có thể có mà quá trình này mang lại cho cuộc sống của chúng ta.
Trước tiên, chúng ta hãy bắt đầu với những điều cơ bản. Hãy giành ít thời gian để tham khảo nhé!
Những điều cơ bản
Nước biển có tính kiềm nhẹ. Carbon dioxide có thể hòa tan trong nước biển và ban đầu điều này có vẻ là một điểm tích cực, vì nó làm giảm lượng carbon dioxide trong khí quyển. Tuy nhiên, nó cũng có thể gây ra axit hóa đại dương, làm giảm độ kiềm của nước biển, một quá trình được tăng lên do mức độ ngày càng tăng của carbon dioxide được tạo ra bởi các hoạt động của con người.
Độ axit và độ kiềm có thể được đo trên thang độ pH. Ngay cả khi bạn không phải là một nhà hóa học về thương mại, bạn có thể nhớ rõ thang đo này từ các bài học hóa học ở trường, nhưng xin nhắc lại, nó đo độ axit và kiềm trên thang đo từ 0 đến 14 (mặc dù cần lưu ý rằng giá trị pH ngoài phạm vi này cũng có thể có). Ở điều kiện bình thường, các giá trị dưới 7 là axit và các giá trị trên 7 là kiềm. Nước biển ngày nay có độ pH là 8,1 nên hơi kiềm.
Hóa học đằng sau
Tính axit bắt nguồn từ sự hiện diện của các ion hydro trong dung dịch, đó là nơi có carbon dioxide. Carbon dioxide từ khí quyển có thể hòa tan vào và sau đó phản ứng với nước biển. Sản phẩm của phản ứng này là axit cacbonic, nhanh chóng phân ly thành các ion thành phần của nó: ion hydro và ion bicacbonat. Các ion hydro được tạo ra bởi quá trình này là thủ phạm của quá trình axit hóa đại dương.
Sự axit hóa đại dương là kết quả của quá trình này và đây là một hiện tượng đã được ghi nhận đầy đủ; trên thực tế, độ pH của đại dương đã giảm xuống kể từ thời kỳ tiền công nghiệp. Quay trở lại đầu những năm 1800, độ pH của nước biển xấp xỉ 8,2, vì vậy nó đã giảm 0,1 đơn vị pH kể từ đó xuống giá trị ngày nay là 8,1.
Thật dễ dàng để nhìn vào những con số này và nghĩ rằng các nhà khoa học đang tạo ra một ngọn núi từ một cái dốc. 0,1 đơn vị pH nghe có vẻ như là một sự thay đổi không đáng kể trong sơ đồ tổng thể của mọi thứ. Tuy nhiên, để hiểu đầy đủ điều này có nghĩa là gì, bạn phải nhận ra rằng thang đo pH là thang đo logarit.
pH= – lg [H+]
Nói một cách dễ hiểu hơn, điều đó có nghĩa là giảm một đơn vị pH sẽ đại diện cho nồng độ ion hydro nhân với mười, và sự giảm 0,1 đơn vị pH nghe có vẻ có thể đo được thực sự thể hiện nồng độ ion hydro tăng 25%.
Đó là từ thời tiền công nghiệp, nhưng con người đã và đang tăng lượng khí carbon dioxide trong khí quyển thông qua đốt nhiên liệu hóa thạch và phá rừng kể từ đó. Lượng carbon dioxide trong khí quyển vẫn đang tăng lên – chỉ năm ngoái (2020), chúng ta đã vượt qua ngưỡng 400 phần triệu carbon dioxide trong khí quyển, con số chính xác là 412,5 theo Climate.gov. Nhiều carbon dioxide hơn trong khí quyển có nghĩa là nhiều carbon dioxide có sẵn để hòa tan trong các đại dương.
Các dự báo hiện tại cho thấy độ pH trung bình trên bề mặt đại dương sẽ giảm xuống còn khoảng 7,7 vào năm 2100, mức giảm tương ứng với mức độ axit tăng khoảng 150% so với mức hiện nay. Đột nhiên, những con số liên quan dường như không quá nhỏ. Tất nhiên, đây chỉ là một phép chiếu; trong khi chúng ta không có khả năng cắt giảm lượng khí thải đủ để ngăn chặn hoàn toàn độ pH giảm của đại dương trong thế kỷ này, nhưng hành động giảm lượng khí thải vẫn có thể giảm thiểu thiệt hại.
Ảnh hưởng
Bạn cũng có thể tự hỏi những gì sẽ xảy ra với axit hóa đại dương. Rốt cuộc, mặc dù độ pH của đại dương đang giảm xuống, nhưng nó vẫn có tính kiềm sau khi giảm đó, và để thực sự biến nó thành axit (dưới độ pH 7, hãy nhớ điều này) sẽ cần một lượng lớn carbon dioxide trong khí quyển – nhiều hơn nhiều so với hiện tại hoặc thậm chí sẽ là 100 năm trong tương lai. Điều đáng lo ngại là độ pH giảm, chắc chắn rồi, nhưng liệu có thực sự gây ra hậu quả gì không?
Đáng buồn thay, câu trả lời là có. Những tác động trực tiếp của quá trình axit hóa đại dương có thể không được con người cảm nhận ngay lập tức, nhưng không có gì đáng ngạc nhiên đối với các sinh vật sống trong đại dương. Và những tác động lên chúng cũng có thể kéo theo những tác động ảnh hưởng đến cuộc sống của chúng ta.
1. Sinh vật vôi hóa
Một trong những nhóm động vật bị ảnh hưởng nhiều nhất bởi quá trình axit hóa đại dương sẽ là các sinh vật vôi hóa. Đây là những động vật như trai, sò và động vật giáp xác có chức năng kéo các ion cacbonat từ nước biển để tạo thành canxi cacbonat tạo nên vỏ của chúng. Điều này có thể xảy ra bởi vì canxi cacbonat siêu bão hòa trong nước bề mặt đại dương, có nghĩa là các sinh vật canxi hóa có thể kết tủa nó thành canxi cacbonat rắn trong điều kiện thích hợp.
Vấn đề nằm ở một số hóa học khác mà các ion cacbonat có thể trải qua trong nước biển. Chúng có thể kết hợp với các ion hydro, tạo thành các ion bicacbonat, làm giảm nồng độ của các ion cacbonat. Theo một cách nào đó, điều này là tốt, vì nó loại bỏ một số ion hydro khỏi nước, làm giảm một số nồng độ axit tăng lên do carbon dioxide hòa tan tạo ra.
Tuy nhiên, đây là một vấn đề đối với các sinh vật vôi hóa, bởi vì nếu nước xung quanh chúng không bão hòa so với cacbonat, thì canxi cacbonat thường không hòa tan tạo nên vỏ của chúng bắt đầu hòa tan.
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng đối với nhiều sinh vật vôi hóa, tỷ lệ vôi hóa sẽ giảm do nồng độ pH trong nước biển giảm. Đó không phải là sự thật phổ biến – một số sinh vật vôi hóa đã cho thấy một cách kỳ lạ là tỷ lệ vôi hóa tăng lên trong cùng một điều kiện, lý do vẫn chưa hoàn toàn rõ ràng.
San hô cũng là một sinh vật vôi hóa, và cũng bị ảnh hưởng bởi quá trình axit hóa đại dương, mặc dù các đánh giá về tác động của nó khác nhau trong các tài liệu nghiên cứu. Điều rõ ràng là một loạt các sinh vật có thể bị ảnh hưởng, theo những cách không thể đoán trước.
2. Chuỗi thức ăn
Theo quan điểm của con người, ảnh hưởng đối với cua và hàu có vẻ không đáng kể. Tuy nhiên, các sinh vật vôi hóa nằm ở gốc rễ của một số chuỗi thức ăn biển. Nếu quá trình axit hóa đại dương ảnh hưởng đến quần thể của những sinh vật này, nó có thể tác động đến các tác động lên chuỗi thức ăn, bao gồm cả các loài cá được đánh bắt rộng rãi để làm thực phẩm. Việc giảm dân số của những loài cá này sẽ đồng nghĩa với các vấn đề kinh tế đối với việc đánh bắt thương mại.
3. Tín hiệu hóa học ở động vật
Nó không chỉ gây ảnh hưởng đến các sinh vật vôi hóa. Nhiều sinh vật biển sử dụng tín hiệu hóa học vì nhiều lý do, có thể là phát hiện động vật ăn thịt, định cư hoặc sinh sản. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng axit hóa đại dương có thể gây ra những thay đổi hóa học trong các phân tử tín hiệu được sử dụng, do đó có thể ảnh hưởng đến việc phát hiện chúng. Điều này có thể làm thay đổi hành vi của một số loài nhất định và có những tác động bất lợi hơn nữa.
Xảy ra trong quá khứ
Rất nhiều người phủ nhận việc axit hóa đại dương đặt ra vấn đề khẳng định rằng đại dương đã từng chứng kiến quá trình axit hóa tương tự trước đó, mặc dù hàng triệu năm trước đây. Họ đúng khi chỉ ra điều này – nhưng không đúng vì nó không gây ra vấn đề trước đó. Trên thực tế, axit hóa đại dương có liên quan đến sự kiện tuyệt chủng lớn nhất của Trái đất, 255 triệu năm trước, trong đó hầu hết các loài sinh vật biển đều biến mất.
Trong giai đoạn thứ hai của đại tuyệt chủng kỷ Permi, những vụ phun trào núi lửa khổng lồ ở Siberia đã phun ra một lượng lớn khí cacbonic. Trong 10.000 năm, nồng độ pH trong các đại dương giảm 0,7 đơn vị, và mặc dù các yếu tố khác cũng có thể xảy ra, nhưng người ta cho rằng quá trình axit hóa đại dương này đóng một vai trò quan trọng trong việc giúp xóa sổ nhiều loài sinh vật biển.
Sự thay đổi này đã diễn ra trong 10.000 năm, trong khi độ pH của đại dương có thể giảm 0,4 đơn vị chỉ trong vòng 100 năm – một tốc độ thay đổi chưa từng có và khiến nhiều sinh vật không thể thích nghi đầy đủ với các điều kiện thay đổi.
Phương án dự phòng cổ điển cho những người phủ nhận rằng axit hóa đại dương là một vấn đề là tuyên bố rằng ‘Cuối cùng thì tự nhiên luôn tự cân bằng “. Cuối cùng, các hệ thống hóa học phức tạp liên quan sẽ tìm thấy một sự cân bằng mới, nhưng quá trình cân bằng này phải mất hàng chục nghìn năm – và không có yêu cầu nào đối với tất cả các loài đại dương, hoặc thậm chí cả loài người, phải xuất hiện ở phía bên kia mà không hề hấn gì.
Chúng ta biết hiện tượng axit hóa đại dương đang diễn ra, bởi vì độ pH bề mặt đại dương đã giảm xuống kể từ thời tiền công nghiệp. Điều chúng ta cần làm bây giờ là hành động để giảm thiểu nó nhiều nhất có thể.
Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!
Tham khảo Compound Interest.
