Nghiên cứu viễn thám toàn cầu mới nhất sử dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo cho thấy tảo nổi trên bề mặt đại dương trên thế giới đang mở rộng nhanh chóng, đánh dấu rằng các hệ thống sinh học biển có thể đang trải qua một sự biến đổi sâu sắc. Nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng xu hướng này có liên quan chặt chẽ đến sự thay đổi nhiệt độ nước biển, dòng hải lưu và mô hình dinh dưỡng và có thể có tác động lan rộng đến hệ sinh thái biển, du lịch và nền kinh tế ven biển trong tương lai. Nghiên cứu, dẫn đầu bởi các nhà khoa học từ Đại học Nam Florida và Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia (NOAA), nhấn mạnh vai trò quan trọng của trí tuệ nhân tạo trong việc xử lý dữ liệu quan sát đại dương quy mô cực lớn.

Đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu phân tích một cách có hệ thống tảo nổi trên mặt biển trên quy mô toàn cầu, bao gồm các bè tảo lớn và màng bề mặt vi tảo, đồng thời cung cấp bức tranh tổng thể về sự phân bố và thay đổi của chúng trong hai thập kỷ qua. Hu Chuanmin, tác giả tương ứng của bài báo và giáo sư hải dương học tại Trường Khoa học Hàng hải thuộc Đại học Nam Florida, cho biết kết quả nghiên cứu cho thấy môi trường biển toàn cầu ngày nay nhìn chung thuận lợi hơn cho sự phát triển của tảo vĩ mô nổi. Ông chỉ ra rằng trong môi trường biển khơi, các loài tảo vĩ mô như cỏ biển và tảo nâu có thể cung cấp môi trường sống cho nhiều loại sinh vật biển và đóng vai trò là nơi ươm mầm quan trọng cho nghề cá, có tác động sinh thái tích cực. Nhưng một khi những khối tảo này được dòng hải lưu vận chuyển đến các khu vực ven biển, cái chết và sự phân hủy hàng loạt của chúng sẽ gây thiệt hại cho cảnh quan du lịch, tác động đến nền kinh tế địa phương và đe dọa sức khỏe của cư dân ven biển và sinh vật biển.

Nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu quan sát vệ tinh từ năm 2003 đến năm 2022 và phát hiện ra rằng cả màng vi tảo mặt biển và cụm tảo vĩ mô nổi đều đang có xu hướng tăng trưởng trên toàn cầu. Thống kê cho thấy diện tích bao phủ của vi tảo đang tăng đều đặn với tốc độ khoảng 1% mỗi năm, trong khi tảo vĩ mô đang mở rộng nhanh hơn nhiều ở một số vùng biển. Ở vùng nhiệt đới Đại Tây Dương và Tây Thái Bình Dương, tốc độ tăng trưởng hàng năm lên tới 13,4%, đặc biệt sau năm 2008, tốc độ tăng trưởng tăng nhanh đáng kể. Đến cuối giai đoạn nghiên cứu, tổng diện tích các khu vực bùng phát vi tảo mặt biển toàn cầu đã lên tới 43,8 triệu km2 (xấp xỉ 16,9 triệu dặm vuông), sai lệch đáng kể so với mô hình phân bố lịch sử trước đó. Nhóm nghiên cứu tin rằng những con số này chỉ ra một "sự chuyển đổi chế độ" từ đại dương "nghèo vĩ mô" sang đại dương "giàu tảo vĩ mô".

Nhìn vào dòng thời gian, sự bùng phát tảo nổi quy mô lớn xuất hiện ở nhiều bước ngoặt quan trọng vào khoảng năm 2010. Năm 2008, Hoàng Hải ghi nhận đợt bùng phát tảo xanh quy mô lớn đầu tiên của Enteromorpha; năm 2011, một đợt bùng phát tảo nâu Sargassum quy mô lớn đã xảy ra ở vùng nhiệt đới Đại Tây Dương; và vào năm 2012, một sự kiện Sargassum quy mô lớn khác đã xảy ra ở Biển Hoa Đông. Hu Chuanmin chỉ ra rằng trước năm 2008, ngoại trừ Sargassum theo nghĩa truyền thống, hầu như không có khu vực nào khác chứng kiến ​​sự bùng phát tảo vĩ mô nổi trên quy mô lớn như vậy. Giờ đây, các sự kiện tương tự đang tái diễn ở nhiều vùng đại dương, khiến các nhà nghiên cứu có lý do để tin rằng đại dương toàn cầu đang bước vào một giai đoạn mới được đặc trưng bởi sự phong phú của các loài tảo vĩ mô nổi.

Chìa khóa để hoàn thành công việc này nằm ở việc ứng dụng các công nghệ trí tuệ nhân tạo như deep learning. Nhóm nghiên cứu đã đào tạo mô hình deep learning cho 13 vùng biển điển hình và 5 loại tảo nổi khác nhau để xác định khoảng 1,2 triệu hình ảnh đại dương qua vệ tinh theo từng pixel. Tảo nổi thường chỉ chiếm một phần rất nhỏ, thậm chí dưới 1% pixel trong một ảnh vệ tinh và sự phân bố không gian của chúng bị phân mảnh cao nên dễ bị nhiễu bởi các thuật toán truyền thống. Bằng cách tự động trích xuất và phân loại các “tín hiệu hình ảnh” tinh vi, mô hình AI có thể sàng lọc dấu vết của những loài tảo khó xác định thủ công trên phạm vi toàn cầu.

Qi Lin, tác giả đầu tiên của bài báo và là nhà hải dương học tại Trung tâm nghiên cứu và ứng dụng vệ tinh của Dịch vụ thông tin và dữ liệu vệ tinh môi trường quốc gia (NESDIS), đã thực hiện các cải tiến dựa trên mô hình của nhóm trước đó, cho phép xử lý hiệu quả dữ liệu viễn thám đại dương toàn cầu trong 20 năm qua. Việc đào tạo mô hình mất hàng tháng và yêu cầu phân tích và tối ưu hóa hàng triệu đặc điểm hình ảnh. Nghiên cứu cũng dựa trên nền tảng điện toán hiệu suất cao do Trung tâm Máy tính Nghiên cứu của Đại học Nam Florida cung cấp để đạt được khả năng xử lý song song nhiều bộ hình ảnh. Ngay cả với sự hỗ trợ của cơ sở hạ tầng này, vẫn phải mất vài tháng để hoàn thành nhiệm vụ phân tích 1,2 triệu hình ảnh. Ziering nhấn mạnh rằng công việc này gần như không thể thực hiện được nếu không có nền tảng điện toán này cũng như sự hợp tác lâu dài và ổn định giữa NOAA và Đại học Nam Florida.

Về các yếu tố thúc đẩy, nghiên cứu tin rằng hoạt động của con người và biến đổi khí hậu là hai nguyên nhân chính dẫn đến sự bùng phát và mở rộng của tảo nổi. Dòng chảy muối dinh dưỡng từ sông, ven biển liên tục được vận chuyển ra biển khiến hàm lượng nitơ, phốt pho và các nguyên tố dinh dưỡng khác trên mặt biển tăng cao, cung cấp đủ “phân bón” cho tảo. Đồng thời, hiện tượng nóng lên toàn cầu đã khiến các đại dương tiếp tục nóng lên, làm thay đổi cấu trúc phân tầng của nước biển và các dòng hải lưu, tạo điều kiện nhiệt và động lực phù hợp hơn cho tảo sinh sản nhanh ở một số vùng biển. Nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng các cơ chế truyền động cụ thể có thể khác nhau đáng kể ở các khu vực khác nhau và cần được phân tách bằng nhiều quan sát và mô phỏng theo khu vực hơn.

Từ góc độ sinh thái, tảo vĩ mô nổi một mặt cung cấp nơi trú ẩn cho nhiều loại sinh vật biển, bao gồm cả cá sargassum, đồng thời tăng cường đa dạng sinh học và nguồn lợi thủy sản địa phương; mặt khác, lượng lớn mùn sinh ra khi vận chuyển vào bờ sẽ khiến bãi biển bị “tảo nhấn chìm”, tiêu thụ oxy hòa tan và thải ra các khí độc hại trong quá trình phân hủy, làm trầm trọng thêm nguy cơ phú dưỡng, thiếu oxy ở các vùng nước ven bờ. Đối với các cộng đồng ven biển sống dựa vào du lịch ven biển, việc tích tụ tảo trên quy mô lớn không chỉ phá hủy cảnh quan mà còn làm tăng chi phí dọn dẹp và bảo trì, gây ra tác động dây chuyền đến các khách sạn, nhà hàng và các ngành liên quan khác. Ở một số khu vực ven biển có thu nhập thấp, các hiện tượng sinh thái như vậy càng trầm trọng hơn do căng thẳng về khí hậu, đặt ra những thách thức bổ sung đối với an ninh sinh kế của các cộng đồng dễ bị tổn thương.

Đối mặt với tương lai, nhóm nghiên cứu có kế hoạch tích hợp thêm nhiều dữ liệu quan sát vệ tinh để tinh chỉnh mô hình mở rộng của các vùng biển khác nhau và các loài tảo khác nhau, đồng thời cố gắng kết hợp kết quả nhận dạng AI với các mô hình số đại dương để cải thiện khả năng dự đoán về sự hình thành, trôi dạt và hạ cánh của các cụm tảo nổi. Qi Lin cho biết bước tiếp theo sẽ tập trung vào việc làm rõ tầm quan trọng tương đối của các yếu tố thúc đẩy chính ở mỗi khu vực để cung cấp cơ sở khoa học có mục tiêu hơn cho việc quản lý vùng ven biển và quản lý thích ứng. Theo báo cáo, nghiên cứu này có tựa đề “Sự nở hoa của tảo nổi toàn cầu đang mở rộng” được công bố trên tạp chí “Nature Communications” vào tháng 12 năm 2025, càng làm nổi bật sự định hình lại nhanh chóng mô hình sinh thái của bề mặt đại dương trong bối cảnh biến đổi khí hậu.