Biển vàng là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Khái niệm và định nghĩa hiện tượng “biển vàng”

“Biển vàng” (golden tide) là hiện tượng bùng phát và trôi dạt ồ ạt của tảo nâu Sargassum trên mặt biển, tạo thành những dải tảo màu vàng nâu trải dài hàng chục đến hàng trăm kilômét ven bờ. Khác với red tide (đỏ rực) do vi tảo độc tố, golden tide không phát sinh độc tố cấp tính nhưng gây khối lượng khổng lồ tảo dạt vào bờ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái lẫn kinh tế địa phương.

Hiện tượng này thường xảy ra theo chu kỳ hoặc đột biến khi điều kiện môi trường ưu đãi, chẳng hạn nguồn dinh dưỡng dồi dào và nhiệt độ nước phù hợp. Mỗi đợt bloom (nở hoa) có thể kéo dài từ vài tuần đến vài tháng, làm gián đoạn hoạt động du lịch, đánh bắt và biến đổi chất lượng nước ven bờ.

Golden tide được giám sát bằng ảnh vệ tinh và quan trắc tại chỗ. Theo NOAA National Ocean Service, vùng phát sinh lớn nhất nằm ở Bắc Đại Tây Dương và vùng biển nhiệt đới – nơi dòng biển vận chuyển khối tảo từ các khu vực sinh sản chính.

Đặc điểm sinh học của Sargassum

Sargassum là chi tảo nâu thuộc họ Sargassaceae, gồm hơn 200 loài. Hai loài chính liên quan đến biển vàng là Sargassum natans và Sargassum fluitans, cả hai đều có gas bladders (bóng khí) chứa hỗn hợp O₂ và CO₂ giúp tảo nổi trên mặt biển.

• Bóng khí: đường kính 1–5 mm, cho phép cả khối tảo nổi bề mặt và di chuyển theo dòng chảy.
• Thân tảo: dài 10–30 cm, nhiều lá dẹp, khi lên bờ nhanh chóng chuyển sang màu vàng nâu do mất nước và oxy hóa phaeophytin.
• Sinh sản vô tính: chủ yếu qua phân mảnh, mỗi mảnh chứa bóng khí và mô thực vật có thể phát triển thành cá thể mới.

Loài	Gas bladders	Chiều dài trung bình	Sinh sản
S. natans	Có	10–20 cm	Phân mảnh
S. fluitans	Có	15–30 cm	Phân mảnh

Khả năng sống sót cao của Sargassum ngoài điều kiện biển chuyên biệt nhờ khả năng đối phó với thay đổi nhiệt độ và áp suất thủy tĩnh, cho thấy tập tính sinh học rất thích nghi.

Cơ chế bùng phát và huy động dưỡng chất

Sargassum bùng phát khi nguồn dinh dưỡng hòa tan (nitrat, phốt phát) dồi dào từ dòng chảy đại dương và dòng sông lớn chảy ra biển. Các hợp chất hữu cơ và vô cơ này tích tụ tại tầng mặt, là nguồn năng lượng chính cho sinh trưởng quang hợp của tảo.

Quá trình hấp thu dinh dưỡng tuân theo mô hình Michaelis–Menten:

$v = \frac{V_{\max}[S]}{K_{m} + [S]}$

trong đó v là tốc độ hấp thu chất dinh dưỡng, [S] là nồng độ nitrat–phốt phát, V_max và K_m đặc trưng loài Sargassum.

Sự kết hợp giữa tốc độ phân tán nhanh của dòng biển, khả năng cố định CO₂ qua quang hợp và tái sinh phân mảnh đã tạo ra khối lượng tảo khổng lồ. Khi phân mảnh, mỗi mảnh mới tiếp tục hấp thu dưỡng chất và lan rộng, khiến bloom ngày càng mở rộng quy mô.

Yếu tố môi trường thúc đẩy bloom

Nhiệt độ: Nhiệt độ nước 25–30 °C cho phép Sargassum sinh trưởng tối ưu, enzyme quang hợp hoạt động mạnh và tốc độ phân mảnh nhanh.

Dinh dưỡng: Dòng chảy giàu nitrat–phốt phát từ lưu vực sông Amazon, Congo và nhánh sông chảy từ châu Á cung cấp nguồn dưỡng chất dồi dào. Hàm lượng nitrat >2 µM và phốt phát >0.1 µM là ngưỡng kích thích bloom mạnh.

Yếu tố	Phạm vi tối ưu	Ảnh hưởng
Nhiệt độ	25–30 °C	Tăng tốc độ quang hợp
Nitrat	>2 µM	Kích thích sinh trưởng
Phốt phát	>0.1 µM	Tăng phân chia tế bào
Ánh sáng	>100 µmol photons m⁻² s⁻¹	Thu năng lượng quang hợp
Dòng biển	Dòng vịnh, nhiệt đới	Vận chuyển tảo xa bờ

Ánh sáng: Cường độ >100 µmol photons m⁻² s⁻¹ và quãng chiếu sáng dài; Sargassum dùng diệp lục a, c và carotenoid để khai thác phổ ánh sáng rộng.

Dòng chảy đại dương: Dòng Gulf Stream và các dòng nhiệt đới bắc xuôi nam vận chuyển khối tảo từ khu vực sinh sản đến ven bờ xa hàng ngàn kilômét, tạo điều kiện bùng phát rộng.

Tác động sinh thái

Khi khối Sargassum dạt vào bờ và tích tụ trên nền đáy cạn, quá trình phân hủy sinh học tiêu thụ oxi hòa tan nhanh chóng, dẫn đến hiện tượng hypoxia hoặc anoxia cục bộ. Cá, động vật không xương sống và san hô gần bờ có thể chết hàng loạt, giảm đa dạng sinh học và làm suy yếu chức năng sinh thái của vùng bờ.

Sự phân hủy cũng tạo ra khí H₂S và NH₃ với nồng độ cao trong lớp bùn bờ, gây độc cho vi sinh vật đáy và sinh vật đáy. H₂S tự do có thể bay hơi, đào thải mùi khó chịu lan rộng trên bãi biển và khu dân cư liền kề.

Khối tảo phủ kín bề mặt cát và đáy biển cạn làm gián đoạn chuỗi thức ăn thủy sinh: vi sinh vật phù du và cá con mất nơi ẩn náu, thức ăn, dẫn đến giảm năng suất thủy sản ven bờ.

Tác động kinh tế – xã hội

Hiện tượng biển vàng gây thiệt hại nghiêm trọng cho ngành du lịch: bãi biển ngập tảo nâu, mùi hôi H₂S và nhựa tảo vón cục làm giảm trải nghiệm du khách. Nhiều khu du lịch Caribe, Đông Nam Á phải đóng bờ, doanh thu giảm đến 30–50% trong mùa cao điểm.

Ngư nghiệp và đánh bắt xa bờ cũng chịu ảnh hưởng khi lưới dễ bị quấn tảo, thiết bị đánh bắt hư hỏng nhanh hơn, sản lượng thủy sản giảm. Chi phí khắc phục, mua mới công cụ tăng cao.

• Chi phí cơ học vớt tảo trên biển và bờ lên tới hàng triệu USD mỗi năm tại nhiều đảo quốc Caribe.
• Người dân ven biển phải tạm dừng nuôi trồng thủy sản, chuyển sang lao động chân tay, gây xáo trộn thị trường lao động địa phương.

Giám sát và cảnh báo

Ảnh vệ tinh MODIS, VIIRS và Sentinel-3 với chỉ số NDVI và Benthic Index giúp phát hiện sớm dải Sargassum trên đại dương. Dữ liệu được xử lý tự động hàng ngày, phân tích vùng màu vàng nâu đặc trưng của bloom (NASA Earthdata).

Hệ thống Sargassum Watch System (SaWS) của NOAA cung cấp bản đồ mật độ tảo và dự báo di chuyển 60 ngày cho vùng biển Caribbean và Tây Đại Tây Dương, hỗ trợ chính quyền địa phương điều phối thu gom kịp thời (link).

Biện pháp quản lý và giảm thiểu

Quản lý hiện tượng biển vàng đòi hỏi kết hợp nhiều giải pháp:

1. Thu gom cơ học: Tàu kéo và máy xúc vớt tảo ngay trên biển trước khi dạt bờ, giảm khối lượng phải xử lý trên bãi.
2. Chế biến hữu ích: Chế tạo phân bón hữu cơ, biochar hoặc thức ăn gia súc từ Sargassum sau khi rửa sạch muối.
3. Ứng dụng vi sinh: Nghiên cứu và sử dụng chủng vi khuẩn Bacillus, Pseudomonas có khả năng phân hủy nhanh polysaccharide tảo để xử lý tự nhiên tại chỗ.
4. Giảm nguồn dinh dưỡng đầu vào: Kiểm soát chất thải nông nghiệp, xây dựng vùng đệm xanh ven sông để giảm dòng tràn phân bón xuống biển.

Xu hướng tương lai và biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ bề mặt biển và cường độ mưa, gia tăng dòng chảy nutrient-rich từ đất liền, thúc đẩy tần suất và quy mô bloom Sargassum. Nghiên cứu dự báo cho thấy các đợt golden tide sẽ xuất hiện sớm hơn và kéo dài lâu hơn.

Các nghiên cứu kết hợp GIS, mô hình dòng chảy biển và trí tuệ nhân tạo đang được phát triển để nâng cao độ chính xác dự báo vị trí và thời gian bùng phát bloom. Mô hình lai (hybrid) giữa mô phỏng vật lý và dữ liệu vệ tinh cho phép cảnh báo sớm hơn 2–4 tuần cho cộng đồng ven biển.

• Ứng dụng công nghệ drone quang phổ để đánh giá mật độ tảo ngay tại chỗ.
• Phát triển hệ thống IoT cảm biến nước tự động đo nồng độ dinh dưỡng và Sargassum sắp đến.

Tài liệu tham khảo

• Wang M, Hu C, Barnes BB, et al. “The great Atlantic Sargassum belt.” Science. 2019;365(6448):83–87. doi:10.1126/science.aaw7912.
• Franks JS, Johnson DS, Ko DS, Koenig CC. “Sargassum distribution along the beach and shelf in a Caribbean tourism destination.” Marine Pollution Bulletin. 2016;113(1-2):399–407. doi:10.1016/j.marpolbul.2016.10.054.
• Gower J, Young E, King S. “Satellite images suggest a new Sargassum source region in 2018.” Remote Sensing Letters. 2019;10(6):507–516. doi:10.1080/2150704X.2019.1591888.
• NOAA. “Sargassum Watch System (SaWS).” (link).
• NASA Earthdata. “Sargassum Monitoring.” (link).
• UNEP. “Sargassum in the Caribbean.” 2020. (link).