Các hồ nước sẽ là nơi chịu hậu quả nặng nề vì biến đổi khí hậu

Các hồ nhiệt đới sẽ là những nơi đầu tiên trải qua những "điều kiện không tương tự", ảnh hưởng đến cả lớp bề mặt và lớp dưới bề mặt. Điều này gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đến đa dạng sinh học và hệ sinh thái (tương tự ở đây có ý nghĩa giống tương tự trong thông tin học. Do vậy, điều kiện không tương tự được hiểu là điều kiện xuất hiện đột ngột, không có độ trễ hay điều tiết). Chẳng hạn khi môi trường bên ngoài nóng thì hồ cũng nóng theo mà không có thời gian chuyển tiếp từ từ.

Các hồ nhiệt đới gồm cả hò nước ngọt và nước mặn, thường được biết đế là môi trường sinh học đa dạng và giữ các chức năng sinh thái quan trọng. Nhưng chúng đang phải đối mặt với một xu hướng đáng lo ngại: nhiệt độ tăng nhanh. Một nghiên cứu gần đây trên tạp chí Nature Geoscience do một nhóm các nhà nghiên cứu hồ và phần mềm khí hậu toàn cầu thực hiện, cảnh báo rằng nếu tình trạng ấm lên do con người gây ra tiếp tục ở tốc độ hiện tại, các hồ trên toàn cầu sẽ lĩnh hậu quả. Chúng có thể phải trải qua tình trạng ấm lên trên diện rộng và chưa từng có ở cả bề mặt và lớp dưới bề mặt vào cuối thế kỷ này, vượt xa bất kỳ điều gì đã quan sát được trước đây.

Minh họa sơ đồ về điều kiện nhiệt độ nước hồ không tương tự. Đường cong màu đen biểu thị nhiệt độ nước trung bình từ 100 mô phỏng chạy trên máy tính, phản ứng với các tác động bên ngoài (núi lửa, khí dung, nồng độ khí nhà kính) và bóng mờ màu xám biểu thị phạm vi biến đổi nhiệt độ hồ tự nhiên.

Nghiên cứu sử dụng dữ liệu nhiệt độ hồ được mô phỏng bằng phần mềm máy tính khí hậu hiện đại gồm cả giai đoạn từ năm 1850-2100 sau Công nguyên. Đây là phần mềm đầu tiên thực hiện việc mô phỏng động lực học và nhiệt động lực học của các hệ thống hồ theo cách tích hợp với khí quyển.

Thay vì chạy phần mềm máy tính vào tương lai chỉ một lần, các nhà khoa học đã sử dụng một tập hợp gồm 100 mô phỏng từ quá khứ đến tương lai, được chạy trên một trong những máy tính nhanh nhất của Hàn Quốc ('Aleph' tại Viện Khoa học Cơ bản).

Mỗi mô phỏng tạo ra một nhận thức hơi khác nhau về biến đổi khí hậu tự nhiên trong khi nó cũng phản ứng với các tác động làm ấm do con người gây ra khi nồng độ khí nhà kính tăng. Với phương pháp chạy phần mềm theo cách tổng hợp này, các nhà khoa học đã có thể tách biệt phạm vi biến đổi nhiệt độ hồ tự nhiên khỏi những biến đổi do sự can thiệp của con người. Điều này cho phép nhóm nghiên cứu lần đầu tiên ước tính thời điểm nhiệt độ hồ sẽ vượt quá giới hạn tự nhiên vĩnh viễn - một tình huống được gọi là điều kiện không tương tự.

Thời điểm toàn cầu của các "điều kiện không tương tự"

Tiến sĩ Lei Huang là tác giả chính của nghiên cứu (hiện đang làm việc tại Đại học Sư phạm Thủ đô, Bắc Kinh, Trung Quốc) và cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Trung tâm Vật lý Khí hậu IBS ở Busan, Hàn Quốc. Tiến sĩ Lei Huang nhấn mạnh rằng trung bình các hồ trên toàn thế giới sẽ phải đối mặt với khí hậu không tương tự vào cuối thế kỷ này. Tuy nhiên, thời điểm xuất hiện khác nhau trên toàn cầu. Các hồ nhiệt đới, môi trường sống đa dạng và phong phú, sẽ là nơi đầu tiên trải qua những điều kiện chưa từng có khi nhiệt độ toàn cầu đạt mức nhiệt cao hơn điều kiện thời tiền công nghiệp ~2,4°C.

Trong khi sự nóng lên bề mặt ảnh hưởng đến các loài ở các lớp hồ nông, một số sinh vật có thể di cư xuống sâu hơn để tìm môi trường sống nhiệt phù hợp hơn. Do đó, điều quan trọng là phải xem xét cách sự nóng lên xâm nhập vào các lớp bên dưới bề mặt. Tiến sĩ Iestyn Woolway, Nghiên cứu viên độc lập của NERC tại Đại học Bangor, Vương quốc Anh, tác giả của một phần nghiên cứu cho biết: "Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy sự xuất hiện đồng thời của các điều kiện không tương tự trong các lớp bên dưới bề mặt hồ nhiệt đới, được thúc đẩy bởi sự truyền nhiệt nhanh do hồ luôn có những nhiễu động. Ngược lại, các hồ ở vĩ độ cao che chắn một phần các lớp bên dưới bề mặt khỏi sự truyền nhiệt từ bề mặt thông qua sự phân tầng. Nhờ vậy, có thể làm chậm hoặc đôi khi thậm chí ngăn ngừa khí hậu không tương tự ở dưới sâu".

Hậu quả của khí hậu hồ không tương tự là rất sâu sắc. Giáo sư Axel Timmermann, đồng tác giả của nghiên cứu và Giám đốc Trung tâm Vật lý khí hậu IBS nhận xét: "Chúng có thể dẫn đến sự gián đoạn nghiêm trọng trong tương lai đối với các hệ sinh thái". So với sinh vật trên cạn và dưới biển, sinh vật hồ thường bị hạn chế về khả năng di cư đến môi trường sống tối ưu hơn về mặt khí hậu. Do đó, việc hiểu thời điểm xuất hiện khí hậu không tương tự là rất quan trọng để giúp sinh vật thích nghi, lập kế hoạch và giảm thiểu biển đổi khí hậu trong hệ sinh thái hồ.

Anh Tú