Biến đổi khí hậu đã trở thành vấn đề toàn cầu ảnh hưởng đến đời sống con người. Trong những năm gần đây, sự nóng lên đáng kể ở Bắc Cực đã dẫn đến sự tan băng vĩnh cửu trên quy mô lớn, ảnh hưởng đến môi trường sinh thái mong manh ở Bắc Cực và gây ra các vấn đề như thoát nước hồ, đặt ra thách thức đối với sự sống còn của người dân bản địa và động vật hoang dã.

Nhóm viễn thám vùng cực của Đại học Tôn Trung Sơn và Đại học Sư phạm Sơn Đông tập trung vào lĩnh vực môi trường sinh thái Bắc Cực và sử dụng công nghệ viễn thám vệ tinh để phân tích lớp băng vĩnh cửu ở Bắc Cực trong 35 năm qua. Theo dõi hơn 35.000 sự kiện thoát nước hồ xảy ra trong khu vực, công bố bộ dữ liệu về các hồ thoát nước Bắc Cực chứa thông tin không gian thời gian có độ chính xác cao và tiến hành phân tích định lượng về động lực học của thảm thực vật lưu vực hồ sau khi thoát nước, cho thấy các yếu tố môi trường quan trọng ảnh hưởng đến hệ thống thoát nước hồ và sự phát triển của thảm thực vật lưu vực hồ. Vào ngày 15 tháng 11, các kết quả liên quan đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.

"Nghiên cứu này mở rộng sự hiểu biết của cộng đồng học thuật về động lực của hồ Bắc Cực và hiện tượng phủ xanh Bắc Cực. Nó có ý nghĩa to lớn trong việc dự đoán những thay đổi trong tương lai ở các hồ Bắc Cực và cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chiến lược bảo vệ môi trường và sinh thái Bắc Cực có mục tiêu." Cheng Xiao, tác giả tương ứng của bài báo và giám đốc Trung tâm nghiên cứu vùng cực của Đại học Sun Yat-sen, nói với China Science News.


Một hồ thoát nước ở vùng băng vĩnh cửu Bắc Cực, có kênh thoát nước hiển thị ở góc dưới bên trái. (Nhiếp ảnh của Dave Swanson)


Sau khi hồ cạn nước, thảm thực vật trong lưu vực hồ phát triển nhanh chóng (Nhiếp ảnh của Sergey Loiko)

Khám phá các sự kiện đằng sau “xu hướng”

Hồ là một phần quan trọng của hệ sinh thái Bắc Cực, cung cấp nước cho các cộng đồng Bắc Cực xa xôi, cung cấp môi trường sống cho động vật hoang dã và đóng vai trò quan trọng trong chu trình carbon và cân bằng năng lượng trong khu vực. Quan sát vệ tinh cho thấy diện tích mặt nước ở Bắc Cực ngày càng khô cạn trong 20 năm qua, điều này trái ngược với kết quả mô phỏng của các mô hình lý thuyết hiện có. Trong nghiên cứu hiện tại, sự hiểu biết về các sự kiện thoát nước ở hồ Bắc Cực vẫn chỉ ở mức độ phân tích hiện tượng. Có những vấn đề như phạm vi không gian hạn chế, khoảng thời gian ngắn và thiếu sự quan sát và phân tích định lượng liên tục. Kết quả là, các mô hình không gian và thời gian và các yếu tố ảnh hưởng của các sự kiện thoát nước hồ vẫn chưa rõ ràng.

"Bị ảnh hưởng bởi sự nóng lên của Bắc Cực, các khối băng rắn trong lớp băng vĩnh cửu sẽ tan chảy thành nước lỏng và bổ sung vào hệ thống nước bề mặt. Do đó, người ta thường tin rằng Bắc Cực sẽ ngày càng ẩm ướt trong tương lai. Nhưng trên thực tế, ở Bắc Cực, nơi có mật độ dân cư đông đúc và đất giàu băng ngầm, Ở các vùng đất thấp ven biển, tình trạng sụt lún bề mặt liên quan đến sự tan chảy của các nêm băng sẽ dẫn đến lật bờ hồ và hình thành các kênh thoát nước, khiến các hồ biến mất trong vòng vài tuần hoặc thậm chí vài ngày. Quá trình này là một sự kiện thoát nước hồ độc đáo ở khu vực băng vĩnh cửu", Chen Yating, phó giáo sư tại Trường Địa lý và Môi trường thuộc Đại học Sư phạm Sơn Đông, tác giả đầu tiên của bài báo cho biết.

Để khám phá sâu hơn các sự kiện thoát nước hồ đằng sau xu hướng khô hạn ở Bắc Cực, nhóm đã sử dụng các sản phẩm dữ liệu viễn thám vệ tinh đa nguồn cũng như các thuật toán phát hiện thay đổi và phân đoạn chuỗi thời gian nâng cao để tạo ra bộ dữ liệu sự kiện thoát nước hồ với mức phân bố rộng nhất, khoảng thời gian dài nhất và độ chính xác cao nhất, cung cấp hỗ trợ dữ liệu cơ bản chi tiết để hiểu rõ các yếu tố thúc đẩy những thay đổi của hồ ở Bắc Cực. Tiến sĩ John C. Liu Aobo, đồng tác giả của bài báo và là giáo viên trẻ tại Trường Địa lý và Môi trường thuộc Đại học Sư phạm Sơn Đông.

Hé lộ sự trỗi dậy của "Ốc đảo Bắc Cực"

Sau khi hồ cạn nước, thảm thực vật Bắc Cực bắt đầu xâm chiếm lưu vực hồ đã cạn nước, dần dần biến đổi cảnh quan từ trầm tích lưu vực hồ lộ thiên sang vùng lãnh nguyên. Do lưu vực hồ thoát nước ẩm ướt hơn khu vực xung quanh và đất giàu chất dinh dưỡng nên thảm thực vật trong lưu vực hồ thoát nước phát triển nhanh chóng, nhanh chóng đạt đến độ xanh của thảm thực vật xung quanh và có thể thành công theo hướng một cộng đồng năng suất hơn.

"Lần đầu tiên chúng tôi phát hiện ra hiện tượng này trong một nghiên cứu điển hình vào năm 2021 và nó đã thu hút sự quan tâm rộng rãi trong cộng đồng học thuật sau khi nó được xuất bản. Tuy nhiên, khi xem xét tính không đồng nhất về không gian và thời gian của động lực học thực vật, nó không thể đưa ra kết luận chung." Chen Yating nói: "Lần này, dựa trên việc theo dõi các sự kiện thoát nước của hồ ở toàn bộ khu vực băng giá vĩnh cửu ở Bắc Cực, chúng tôi phát hiện ra rằng thảm thực vật ở lưu vực hồ thoát nước xanh hơn thảm thực vật xung quanh là một hiện tượng phổ biến."

Các lưu vực hồ thoát nước là điểm nóng trong quá trình phủ xanh Bắc Cực, làm tăng tính đa dạng của hệ sinh thái. Các lưu vực hồ thoát nước tạo thành một bức tranh khảm các môi trường sống ở các giai đoạn kế tiếp khác nhau, do đó thúc đẩy sự cạnh tranh giữa các loài trong thảm thực vật vùng lãnh nguyên và có tác động sâu sắc đến thành phần, sự phong phú và phân bố của hệ sinh thái vùng lãnh nguyên.

Bằng cách theo dõi động thái thực vật của lưu vực hồ thoát nước, nghiên cứu đã tiết lộ sự biến đổi không gian của động lực thực vật trong lưu vực hồ thoát nước trong các điều kiện môi trường khác nhau. Người ta nhận thấy điều kiện phát triển thực vật tốt hơn ở các hồ tan chảy, hồ Bắc Cực với diện tích lớn hơn và tỷ lệ thoát nước cao hơn.

Ngoài ra, nghiên cứu đã định lượng tác động của các yếu tố môi trường lên diễn biến thực vật được dự đoán trong các lưu vực hồ thoát nước, nhận thấy rằng nhiệt độ và lũ lụt là những hạn chế chính về môi trường. Những phát hiện này có thể giúp quản lý lưu vực hồ thoát nước như một bức tranh khảm của các điểm nóng sinh thái và tạo điều kiện thuận lợi cho các nỗ lực bảo tồn đa dạng sinh học ở Bắc Cực trong tương lai.

Tác động sâu sắc hơnTAGPH 14

Trong tương lai, khi Bắc Cực tiếp tục ấm lên, độ dày của lớp hoạt động ở các khu vực đóng băng vĩnh cửu sẽ dần sâu hơn và sự gián đoạn của đất đóng băng sẽ tăng lên, dự kiến sẽ dẫn đến tình trạng thoát nước hồ thường xuyên hơn. Các sự kiện thoát nước có thể làm giảm khả năng trữ nước của hồ và ảnh hưởng đến thủy văn địa phương. Việc thoát nước của các hồ lớn và nhóm hồ có thể gây ra các thảm họa thứ cấp như lũ lụt và sẽ có đỉnh lũ định kỳ do tuyết tan cao điểm vào mùa xuân và mùa hè. Các sự kiện thủy văn như vậy có thể ảnh hưởng xấu đến cơ sở hạ tầng ở Bắc Cực như đường sá và đường ống.

Khi nhiều hồ cạn nước, việc tiếp cận nguồn nước ngọt sạch có thể trở nên khó khăn hơn đối với nhiều cộng đồng Bắc Cực và các Quốc gia bản địa. Các loài sống dựa vào môi trường sống ở hồ, chẳng hạn như các loài chim di cư và đời sống thủy sinh, cũng bị đe dọa. Ví dụ, trên Đảo St. Lawrence gần Alaska, các quan sát cho thấy gần 1/4 số hồ đã cạn nước kể từ năm 2018. Trong cùng thời gian đó, độ bao phủ của băng biển xung quanh cũng đạt mức thấp kỷ lục và chim biển thường chết, cho thấy điều kiện khí hậu địa phương có thể đã đạt đến điểm tới hạn.

Việc thoát nước của hồ ảnh hưởng đến thủy văn và sinh thái khu vực, đồng thời tạo ra các hiệu ứng phản hồi phức tạp lên cân bằng carbon. Sau khi hồ cạn nước, chất hữu cơ trong đất ngập nước ban đầu sẽ tiếp xúc với không khí, làm giảm lượng khí thải mêtan do các vi sinh vật đáy hồ tạo ra do hô hấp kỵ khí và tạo không gian cho sự phát triển của thảm thực vật vùng lãnh nguyên. Ngoài lợi ích giảm phát thải trực tiếp và hấp thụ carbon, sự phát triển của thảm thực vật còn mang lại một loạt lợi ích môi trường bao gồm tăng cường sự ổn định của lớp băng vĩnh cửu, ngăn ngừa xói mòn đất, cải thiện chất lượng nước, tạo môi trường sống cho động vật hoang dã, tăng đa dạng sinh học và hỗ trợ các hoạt động chăn nuôi bản địa.

"Trong tương lai, chúng tôi sẽ mở rộng ứng dụng công nghệ viễn thám vệ tinh ở các vùng cực, chẳng hạn như sử dụng vệ tinh giám sát carbon của hệ sinh thái trên cạn do đất nước tôi tự phát triển, kết hợp với bộ dữ liệu sự kiện thoát nước hồ của chúng tôi, để theo dõi những thay đổi về nguồn carbon và độ chìm trong các lưu vực hồ thoát nước quan trọng. Đồng thời, chúng tôi sẽ sử dụng công nghệ máy bay không người lái có độ phân giải cao. Tăng cường giám sát và phân tích chuyên sâu về cơ chế thoát nước của các loại hồ khác nhau. Chúng tôi cũng sẽ xem xét thêm cách thực hiện kết hợp kiến thức hiện có với các dự đoán trong tương lai do các mô hình hệ thống trái đất cung cấp, khám phá sự thay đổi của hồ và động thái thực vật ở Bắc Cực theo các kịch bản khác nhau trong tương lai và đánh giá tác động của chúng đối với phát thải khí nhà kính ở Bắc Cực và các chiến lược trung hòa carbon quốc tế”, Cheng Xiao nói.

Thông tin giấy tờ liên quan: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43207-0