Hóa học đại dương không giống nhau ở mọi nơi

Hóa học đại dương là một hỗn hợp phức tạp của các hạt, ion và chất dinh dưỡng. Và trong hơn một thế kỷ, các nhà khoa học tin rằng các tỷ lệ ion nhất định tương đối không đổi theo không gian và thời gian.

Một nghiên cứu mới đã lật ngược giả thiết 130 năm tuổi về hóa học của nước đại dương.

Tuy nhiên, những phát hiện đã bác bỏ niềm tin bấy lâu nay.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng tỷ lệ của ba yếu tố chính trong nước biển khác nhau trên khắp đại dương, có nghĩa là các nhà khoa học sẽ phải kiểm tra lại nhiều giả thuyết và mô hình của chúng.

Canxi, magiê và stronti (Ca, Mg và Sr) là những nguyên tố quan trọng trong hóa học đại dương, tham gia vào một số quá trình sinh học và địa chất. Ví dụ, một loạt các động vật và vi sinh vật khác nhau sử dụng canxi để xây dựng bộ xương và vỏ của chúng .

Các yếu tố này xâm nhập vào đại dương qua các con sông và các đặc điểm kiến tạo, chẳng hạn như các miệng phun thủy nhiệt(1). Chúng được hấp thụ bởi các sinh vật như san hô và sinh vật phù du, cũng như trầm tích đại dương.

Sự xấp xỉ đầu tiên về thành phần nước biển hiện đại diễn ra cách đây hơn 130 năm. Các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu kết luận rằng, mặc dù có sự khác biệt nhỏ giữa các nơi, tỷ lệ giữa các ion chính trong nước của đại dương gần như không đổi.

Các nhà nghiên cứu nói chung đã chấp nhận ý tưởng này kể từ đó và khẳng định có rất nhiều ý nghĩa. Dựa trên sự luân chuyển chậm của các nguyên tố đại dương này - theo thứ tự hàng triệu năm - các nhà khoa học từ lâu đã nghĩ rằng tỷ lệ của các ion này sẽ tương đối ổn định trong thời gian dài.

Debora Iglesias-Rodriguez, giáo sư và phó chủ tịch Khoa sinh thái, tiến hóa và sinh vật biển tại Đại học California, Santa Barbara cho biết: “Chúng ta phải xem xét lại những tỷ lệ các nguyên tố chính trong các đại dương, không thể tiếp tục đưa ra những giả định mà chúng ta đã đưa ra trong quá khứ về cơ bản dựa trên thời gian cư trú của những yếu tố này”.

Quay trở lại năm 2010, Iglesias-Rodriguez tham gia vào một cuộc thám hiểm nghiên cứu trên Đồng bằng Porcupine Abyssal, một khu vực đáy biển Bắc Đại Tây Dương ở phía tây châu Âu. Cô đã mời Mario Lebrato, một cựu sinh viên đang theo học tiến sĩ vào thời điểm đó và là tác giả chính của bài báo hiện tại trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia .

Nghiên cứu của họ đã phân tích thành phần hóa học của nước ở nhiều độ sâu khác nhau. Lebrato nhận thấy rằng tỷ lệ Ca, Mg và Sr từ các mẫu của họ sai lệch đáng kể so với những gì họ mong đợi. Phát hiện thật hấp dẫn, nhưng dữ liệu chỉ từ một địa điểm.

Trong 9 năm tiếp theo, Lebrato đã cùng nhau thực hiện một cuộc khảo sát toàn cầu về các tỷ lệ nguyên tố này. Các nhà khoa học, bao gồm Iglesias-Rodriguez, đã thu thập hơn 1.100 mẫu nước trên 79 chuyến du ngoạn từ bề mặt đại dương xuống 6.000 mét. Dữ liệu đến từ 14 hệ sinh thái trên 10 quốc gia. Và để duy trì tính nhất quán, tất cả các mẫu được xử lý bởi một người duy nhất trong một phòng thí nghiệm.

Kết quả của dự án đã lật ngược giả thiết 130 năm tuổi của lĩnh vực này về hóa học nước biển, tiết lộ rằng tỷ lệ của các ion này khác nhau đáng kể trên khắp đại dương. Các nhà khoa học từ lâu đã sử dụng các tỷ lệ này để tái tạo lại các điều kiện đại dương trong quá khứ, như nhiệt độ.

Iglesias-Rodriguez nói: “Hàm ý chính là việc tái tạo cổ điển mà chúng ta đang tiến hành phải được xem xét lại, bởi vì các điều kiện môi trường có tác động đáng kể đến các tỷ lệ này, vốn đã bị bỏ qua ”.

Các nhà hải dương học không còn có thể cho rằng dữ liệu họ có về hóa học đại dương trong quá khứ đại diện cho toàn bộ đại dương. Rõ ràng là họ chỉ có thể suy luận các điều kiện khu vực có thông tin.

Tiết lộ này cũng có ý nghĩa đối với khoa học biển hiện đại. Tỷ lệ Mg đến Ca trong nước biển ảnh hưởng đến thành phần của vỏ động vật. Ví dụ, hàm lượng magiê cao hơn có xu hướng làm cho vỏ dễ bị hòa tan hơn, đây là một vấn đề đang diễn ra khi mức carbon dioxide tăng dần khiến đại dương có tính axit hơn .

Dự án mới nhất của Iglesias-Rodriguez tập trung vào việc ứng dụng quá trình hòa tan đá như một phương pháp chống lại hiện tượng axit hóa đại dương. Nghiên cứu đang xem xét việc giảm độ axit của nước biển bằng cách sử dụng đá nghiền như đá olivin và đá cacbonat. Sự can thiệp này có thể sẽ làm thay đổi sự cân bằng của các ion trong nước, đây là điều đáng được quan tâm. Khi biến đổi khí hậu tiếp tục không suy giảm, sự can thiệp này có thể giúp kiểm soát độ chua ở các khu vực nhỏ, như rạn san hô. Điều quan trọng bây giờ là phải tìm ra những tỷ lệ hóa học đại dương, khi đó mới có những dự án nghiên cứu tiếp theo thật sự đúng đắn và hiệu quả.

Theo Futurity

(1): Miệng phun thủy nhiệt là một khe nứt trên bề mặt một hành tinh, tạo ra một vùng nước được hâm nóng bởi địa nhiệt. Miệng phun thủy nhiệt thường được tìm thấy gần những khu vực núi lửa hoạt động, những nơi mà các mảng kiến tạo đang rời xa nhau, vùng trũng đại dương và các điểm nóng.