Để thực sự hiểu được sự phức tạp của axit hóa đại dương, cần thiết phải đi sâu vào các cơ chế hóa học cơ bản của nó. Khi nước biển hấp thụ CO2 trong khí quyển, một loại khí đang được thải ra với tốc độ đáng lo ngại do các hoạt động của con người, nó kích hoạt một chuỗi phản ứng hóa học cuối cùng làm tăng nồng độ ion hydro và sau đó làm giảm độ pH của nước, khiến nó trở nên có tính axit hơn.12 Quá trình hóa học phức tạp này đồng thời làm giảm khả năng có sẵn của ion carbonate, một khối xây dựng quan trọng. Sự giảm này đặc biệt tàn khốc đối với các sinh vật xây dựng vỏ như hàu, ngao và trai, những loài phụ thuộc vào các ion carbonate này để sinh tồn và phát triển vỏ bảo vệ của chúng.34
Các phép đo hiện tại cho thấy độ pH trung bình của đại dương khoảng 8,1. Điều này phản ánh sự giảm 0,1 đơn vị kể từ thời kỳ tiền công nghiệp, một thay đổi có vẻ nhỏ nhưng thực sự đại diện cho sự gia tăng đáng kể về độ axit. Các dự báo khoa học vẽ nên một bức tranh đáng lo ngại cho tương lai: nếu xu hướng phát thải CO2 hiện tại tiếp tục không kiểm soát, độ pH bề mặt đại dương có thể giảm xuống mức đáng báo động 7,8 vào cuối thế kỷ này.5
Tác động Toàn diện đến Sinh học Động vật có Vỏ
Các tác động có hại của axit hóa đại dương đối với động vật có vỏ biểu hiện qua nhiều con đường sinh học liên kết với nhau. Trực tiếp nhất, quá trình này ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng cơ bản của các sinh vật này trong việc hình thành và duy trì vỏ calcium carbonate của chúng, cơ chế phòng vệ chính của chúng.3 Trong điều kiện ngày càng có tính axit, động vật có vỏ phải tiêu tốn nhiều năng lượng hơn đáng kể chỉ để xây dựng các cấu trúc bảo vệ của chúng, chủ yếu do sự sẵn có giảm của ion carbonate trong nước xung quanh.12 Căng thẳng trao đổi chất này dẫn đến việc động vật có vỏ phát triển vỏ mỏng hơn, dễ vỡ hơn và dễ bị tổn thương hơn, cung cấp ít sự bảo vệ hơn chống lại kẻ săn mồi và các áp lực môi trường.12
Tuy nhiên, tác động sinh lý kéo dài xa hơn nhiều so với chỉ hình thành vỏ. Axit hóa ngấm ngầm buộc động vật có vỏ phải phân bổ lại các nguồn năng lượng quý giá của chúng, hướng nhiều năng lượng hơn vào nhiệm vụ ngày càng khó khăn là duy trì tính toàn vẹn của vỏ với chi phí của các chức năng sinh học quan trọng khác cần thiết cho sự sinh tồn và sinh sản.12 Sự thay đổi bắt buộc này phá vỡ cân bằng axit-bazơ nội bộ của chúng, ảnh hưởng đến các quá trình trao đổi chất cơ bản và sức khỏe tổng thể.6
Hậu quả Kinh tế và Thách thức Ngành
Ngành công nghiệp động vật có vỏ toàn cầu, đại diện cho hàng tỷ đô la giá trị kinh tế và hỗ trợ vô số sinh kế, đang trải qua những gián đoạn ngày càng nghiêm trọng và lan rộng có thể quy trực tiếp cho vấn đề axit hóa đại dương ngày càng tồi tệ. Các trại ươm hàu nằm dọc theo Bờ Tây Hoa Kỳ đã ghi nhận những tổn thất đáng kể và gây thiệt hại về kinh tế trực tiếp do tỷ lệ tử vong của ấu trùng do axit hóa gây ra.27 Đặc biệt, ngành công nghiệp hàu Tây Bắc Thái Bình Dương tiếp tục đối mặt với những thách thức sản xuất đáng kể, tạo ra những làn sóng kinh tế khắp các cộng đồng ven biển phụ thuộc vào ngành này.2
Các Phương pháp Thích ứng và Giảm thiểu Sáng tạo
Bất chấp những thách thức đáng ngại, cộng đồng khoa học và nuôi trồng thủy sản không ngồi yên. Thay vào đó, họ đang tích cực phát triển và triển khai nhiều chiến lược sáng tạo khác nhau để giải quyết các thách thức đa chiều do axit hóa đại dương đặt ra. Các chương trình lai giống chọn lọc đại diện cho một con đường nghiên cứu và hành động đặc biệt hứa hẹn. Các trang trại động vật có vỏ đang làm việc chăm chỉ để phát triển và nuôi trồng các giống hàu và động vật có vỏ khác được thích nghi di truyền tốt hơn để chịu đựng và phát triển trong điều kiện có tính axit hơn.87
Nghiên cứu gần đây cũng đã nêu bật tiềm năng thú vị của việc nuôi trồng kết hợp rong biển như một giải pháp sáng tạo dựa trên thiên nhiên. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng tảo bẹ, thông qua các quá trình quang hợp tự nhiên của nó, có thể tạo ra “hiệu ứng hào quang” có lợi bằng cách hấp thụ CO2 và nitơ dư thừa từ vùng nước xung quanh, do đó cải thiện chất lượng nước và tạo điều kiện thuận lợi hơn cho động vật có vỏ gần đó.910
Quản lý hóa học nước đã nổi lên như một chiến lược quan trọng khác trong cuộc chiến chống axit hóa đại dương. Các trại ươm tiến bộ và có tầm nhìn xa đã triển khai các hệ thống giám sát tinh vi được thiết kế để phát hiện các giai đoạn axit hóa cao trong thời gian thực.7 Họ cũng đang phát triển các phương pháp để cẩn thận đệm nước đầu vào trong các giai đoạn phát triển ấu trùng quan trọng, tạo ra môi trường ổn định hơn và ít căng thẳng hơn cho những động vật có vỏ non dễ bị tổn thương này.27
Nhìn về Tương lai
Axit hóa đại dương, một vấn đề đa chiều đan xen hóa học, sinh học và kinh tế, đặt ra mối đe dọa đáng kể đối với các hệ sinh thái biển, đặc biệt là quần thể động vật có vỏ và sinh kế của các cộng đồng phụ thuộc vào chúng. Trong khi sự suy giảm được ghi nhận về độ pH của đại dương, với các tác động tiếp theo của nó đối với sinh vật biển, chắc chắn cho thấy một quỹ đạo đáng lo ngại, các phản ứng chủ động từ các lĩnh vực khoa học và nuôi trồng thủy sản phản ánh khả năng đáng kể về khả năng thích ứng và giải quyết vấn đề sáng tạo.
Sự phát triển của một loạt các chiến lược giảm thiểu đa dạng đặc biệt đáng chú ý. Việc phát triển các chương trình lai giống chọn lọc, ví dụ, cho thấy một chiến thuật thích ứng có tầm nhìn xa. Bằng cách tận dụng các biến thể di truyền tự nhiên trong quần thể động vật có vỏ, các chương trình này nhằm mục đích nuôi dưỡng khả năng phục hồi trước các điều kiện đại dương thay đổi. Phương pháp này cộng hưởng mạnh mẽ với các nguyên tắc của Kinh tế Bánh Donut bằng cách tôn trọng các giới hạn sinh thái đồng thời củng cố sự ổn định kinh tế cho các cộng đồng phụ thuộc.
Những tiến bộ này, khi được xem xét cùng nhau, mang lại một mức độ lạc quan. Trong khi những thách thức của axit hóa đại dương vẫn còn đáng kể, các phản ứng đang phát triển đã tạo ra kiến thức và năng lực mới có giá trị có tiềm năng củng cố cả hệ sinh thái biển và nền kinh tế ven biển.