Một nghiên cứu mới về các phản ứng hóa học xảy ra khi chất hữu cơ phân hủy trong các hồ nước ngọt đã tiết lộ rằng các mảnh vụn từ cây cối ngăn chặn sự sản sinh khí mê-tan - trong khi các mảnh vụn từ thực vật được tìm thấy trong các luống sậy thực sự thúc đẩy khí nhà kính có hại này.
Khi thảm thực vật trong và xung quanh các vùng nước tiếp tục thay đổi, với độ che phủ của rừng bị mất trong khi sự nóng lên toàn cầu khiến thực vật đất ngập nước phát triển mạnh, nhiều hồ ở Bắc bán cầu - vốn đã là một nguồn khí mêtan chính - gần như có thể tăng gấp đôi phát thải trong năm mươi năm tới.
Các nhà nghiên cứu nói rằng những phát hiện này cho thấy việc phát hiện ra một "vòng phản hồi" khác, trong đó sự gián đoạn môi trường và biến đổi khí hậu kích hoạt việc giải phóng khí nhà kính ngày càng ấm lên hành tinh, tương tự như những lo ngại về khí mê-tan được giải phóng bởi lớp băng vĩnh cửu bắc cực tan nhanh.
"Mêtan là một loại khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh hơn ít nhất 25 lần so với carbon dioxide. Các hệ sinh thái nước ngọt đã đóng góp tới 16% lượng khí thải mêtan tự nhiên của Trái đất, so với chỉ 1% từ tất cả các đại dương trên thế giới, ", tác giả chính của nghiên cứu, Tiến sĩ Andrew Termanentzap từ Khoa Khoa học Thực vật của Đại học Cambridge.
"Chúng tôi tin rằng chúng tôi đã phát hiện ra một cơ chế mới có khả năng gây ra ngày càng nhiều khí nhà kính do các hồ nước ngọt tạo ra. Khí hậu ấm lên thúc đẩy sự phát triển của thực vật thủy sinh có khả năng gây ra một vòng phản hồi gây hại trong các hệ sinh thái tự nhiên."
Các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng chỉ riêng lượng khí thải mêtan hiện tại của các hệ sinh thái nước ngọt đã bù đắp khoảng một phần tư tổng lượng carbon do thực vật và đất hấp thụ: 'bể chứa carbon' tự nhiên thoát và lưu trữ CO2 từ khí quyển.
Lên đến 77% lượng khí methane thải ra từ một hồ riêng lẻ là kết quả của việc các chất hữu cơ chủ yếu do thực vật mọc trong hoặc gần nước thải ra. Vật chất này bị chôn vùi trong lớp trầm tích được tìm thấy ở phía rìa hồ, nơi nó được các cộng đồng vi khuẩn tiêu thụ. Mêtan được tạo ra như một sản phẩm phụ, sau đó sẽ nổi bọt lên bề mặt.
Làm việc với các đồng nghiệp từ Canada và Đức, nhóm của Termanentzap phát hiện ra rằng mức độ khí mê-tan được tạo ra trong các hồ rất khác nhau tùy thuộc vào loại thực vật đóng góp chất hữu cơ của chúng vào trầm tích hồ. Nghiên cứu được tài trợ bởi Hội đồng Nghiên cứu Môi trường Tự nhiên của Vương quốc Anh, được công bố hôm nay trên tạp chí Nature Communications.
Để kiểm tra xem chất hữu cơ ảnh hưởng như thế nào đến sự phát thải khí mêtan, các nhà khoa học đã lấy trầm tích hồ và thêm vào ba loại mảnh vụn thực vật phổ biến: cây rụng lá rụng lá hàng năm, cây lá kim thường xanh rụng lá và cây đinh lăng (thường được biết đến ở Anh as 'bulrushes') - một loài thực vật thủy sinh phổ biến mọc ở vùng cạn của các hồ nước ngọt.
Những trầm tích này được ủ trong phòng thí nghiệm trong 150 ngày, trong thời gian đó các nhà khoa học đã hút ra và đo lượng khí mê-tan tạo ra. Họ phát hiện ra rằng trầm tích cây tùng tạo ra lượng khí mê-tan gấp 400 lần trầm tích lá kim, và gần 800 lần khí mê-tan so với trầm tích lá rụng.
Không giống như các mảnh vụn cattail, thành phần hóa học của chất hữu cơ từ cây cối dường như giữ một lượng lớn carbon trong trầm tích hồ - carbon mà nếu không sẽ kết hợp với hydro và được giải phóng dưới dạng mêtan vào khí quyển.
Để xác nhận phát hiện của họ, các nhà nghiên cứu cũng "đánh dấu" vào ba mẫu có vi khuẩn tạo ra khí mê-tan để đánh giá phản ứng hóa học. Trong khi trầm tích có nguồn gốc từ rừng vẫn không thay đổi, mẫu chứa chất hữu cơ bulrush đã tăng gấp đôi sản lượng mêtan của nó.
"Các chất hữu cơ chảy vào hồ từ cây rừng đóng vai trò như một cái chốt ngăn chặn sự sản sinh khí mê-tan trong trầm tích hồ. Những khu rừng này từ lâu đã bao quanh hàng triệu hồ ở Bắc bán cầu, nhưng hiện đang bị đe dọa ", Tiến sĩ Erik Emilson, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, người đã rời Cambridge để làm việc tại Natural Resources Canada cho biết.
"Đồng thời, khí hậu thay đổi đang tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển và lây lan của các loài thực vật thủy sinh như cây đinh lăng, và các chất hữu cơ từ những loài thực vật này thúc đẩy việc giải phóng nhiều khí mê-tan hơn nữa từ các hệ sinh thái nước ngọt trên toàn cầu phía bắc."
Sử dụng các mô hình phân bố loài cho Boreal Shield, một khu vực bao gồm miền trung và miền đông Canada và "có nhiều rừng và hồ hơn bất cứ nơi nào trên Trái đất", các nhà nghiên cứu tính toán rằng số lượng hồ thuộc địa chỉ phổ biến cattail (Typha latifolia) có thể tăng gấp đôi trong năm mươi năm tới - khiến mức khí mê-tan do hồ tạo ra hiện nay tăng ít nhất 73% chỉ riêng ở khu vực này của thế giới.
Termanentzap đã nói thêm: "Dự đoán chính xác lượng khí thải mê-tan là rất quan trọng đối với các tính toán khoa học được sử dụng để thử và hiểu tốc độ biến đổi khí hậu và tác động của một thế giới ấm hơn. Chúng tôi vẫn còn hạn chế hiểu biết về những biến động trong sản xuất khí mê-tan từ các nhà máy và các hồ nước ngọt."
