Môi trường biển là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Môi trường biển là gì?

Môi trường biển là không gian tự nhiên bao gồm các yếu tố vật lý, hóa học và sinh học nằm trong các vùng nước biển, từ ven bờ đến biển sâu, từ tầng mặt đến đáy đại dương. Đây là một hệ sinh thái động lực, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự sống, điều tiết khí hậu, bảo tồn đa dạng sinh học và hỗ trợ phát triển kinh tế – xã hội.

Chiếm hơn 70% diện tích bề mặt Trái Đất, môi trường biển không chỉ cung cấp tài nguyên sinh vật và phi sinh vật mà còn là hệ đệm hấp thụ khí CO₂, điều hòa nhiệt độ và tạo ra một nửa lượng oxy cho hành tinh. Các vùng biển, từ vùng ven bờ đến đại dương sâu, đều có vai trò riêng biệt trong mạng lưới sinh thái toàn cầu và ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống con người.

Môi trường biển còn bao gồm các hệ thống liên quan như cửa sông, đầm phá, rạn san hô, thềm lục địa và các vùng nước quốc tế. Tính chất phức tạp và rộng lớn của nó khiến cho việc nghiên cứu, quản lý và bảo tồn trở thành một thách thức liên ngành, đòi hỏi sự phối hợp giữa khoa học, chính sách và cộng đồng.

Thành phần của môi trường biển

Môi trường biển bao gồm nhiều yếu tố tương tác chặt chẽ với nhau, có thể phân chia thành ba nhóm chính: vật lý, hóa học và sinh học. Mỗi thành phần giữ một vai trò then chốt trong việc tạo lập và duy trì cấu trúc cũng như chức năng của hệ sinh thái biển.

Yếu tố vật lý bao gồm:

• Nhiệt độ: thay đổi theo vĩ độ, độ sâu và mùa trong năm
• Áp suất: tăng dần theo độ sâu, ảnh hưởng đến sinh vật sống ở đáy biển
• Ánh sáng: giảm dần từ mặt biển xuống, ảnh hưởng đến quang hợp
• Dòng hải lưu, sóng và thủy triều: tác động đến phân bố nhiệt và chất dinh dưỡng

Yếu tố hóa học trong nước biển gồm:

• Độ mặn (salinity): trung bình khoảng 35‰, nhưng có thể dao động theo vùng
• pH: dao động trong khoảng 7.8 – 8.4, ảnh hưởng bởi axit hóa đại dương
• Oxy hòa tan (DO): ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống của sinh vật biển
• Dinh dưỡng: nitrat (NO₃⁻), phosphate (PO₄³⁻), silicate (SiO₄⁴⁻)...

Yếu tố sinh học bao gồm tất cả các sinh vật sống trong môi trường biển, từ vi sinh vật như sinh vật phù du đến các loài lớn như cá voi, hải cẩu, rùa biển. Các hệ sinh thái như rạn san hô, rừng ngập mặn, thảm cỏ biển và vùng đáy sâu đều hình thành dựa trên sự tương tác giữa sinh vật và các điều kiện môi trường.

Dưới đây là bảng tóm tắt các thành phần chính của môi trường biển:

Thành phần	Ví dụ cụ thể	Vai trò
Vật lý	Nhiệt độ, dòng chảy, sóng	Điều chỉnh phân bố sinh vật, năng lượng
Hóa học	Độ mặn, pH, oxy, chất dinh dưỡng	Quyết định điều kiện sống và năng suất sinh học
Sinh học	Sinh vật phù du, cá, san hô, động vật đáy	Tạo nên cấu trúc và chức năng hệ sinh thái

Chức năng sinh thái và vai trò toàn cầu

Môi trường biển thực hiện nhiều chức năng sinh thái thiết yếu, đóng vai trò điều hòa sinh khí quyển và là nền tảng cho nhiều chu trình sinh địa hóa. Một trong những chức năng nổi bật là điều hòa khí hậu toàn cầu, thông qua hấp thụ CO₂ và lưu trữ nhiệt.

Theo dữ liệu từ NOAA, sinh vật phù du biển đóng góp hơn 50% lượng oxy trong khí quyển thông qua quá trình quang hợp. Đại dương cũng hấp thụ khoảng 25–30% tổng lượng CO₂ do con người thải ra, làm giảm tốc độ biến đổi khí hậu nhưng đồng thời gây ra hiện tượng axit hóa đại dương.

Các vai trò toàn cầu khác của môi trường biển bao gồm:

• Tham gia vào chu trình tuần hoàn các nguyên tố (carbon, nitơ, phospho)
• Điều chỉnh nhiệt độ khí quyển thông qua dòng nhiệt biển
• Là nguồn tài nguyên sinh học, năng lượng và thực phẩm
• Bảo vệ bờ biển khỏi xói mòn thông qua rạn san hô, rừng ngập mặn

Đại dương còn là môi trường có giá trị văn hóa, du lịch và tinh thần với hàng tỷ người sống gần bờ biển. Việc duy trì sức khỏe của môi trường biển là nền tảng cho phát triển bền vững không chỉ ở cấp quốc gia mà cả toàn cầu.

Đa dạng sinh học biển

Đa dạng sinh học biển là một trong những đặc trưng nổi bật nhất của môi trường biển, với hàng triệu loài sinh vật, từ vi khuẩn, tảo, động vật không xương sống, cá, đến động vật có vú lớn như cá voi và hải cẩu. Nhiều loài vẫn chưa được phát hiện, đặc biệt ở các vùng nước sâu và hẻo lánh.

Các hệ sinh thái giàu đa dạng sinh học bao gồm:

• Rạn san hô – "rừng nhiệt đới" dưới nước
• Rừng ngập mặn – vùng đệm sinh thái giữa đất liền và biển
• Thảm cỏ biển – nơi sinh sản của nhiều loài cá và giáp xác
• Vùng biển sâu – chứa các loài sinh vật có đặc điểm thích nghi đặc biệt

Theo OBIS – Ocean Biodiversity Information System, cơ sở dữ liệu hiện nay mới chỉ phản ánh một phần nhỏ sự đa dạng sinh học biển toàn cầu. Việc bảo tồn và theo dõi sự thay đổi của các loài sinh vật biển đang là một trong những ưu tiên hàng đầu trong các chương trình khoa học biển quốc tế.

Ô nhiễm môi trường biển

Ô nhiễm môi trường biển là một trong những thách thức môi trường nghiêm trọng nhất hiện nay, gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe hệ sinh thái biển và gián tiếp đến con người. Nguồn gốc của ô nhiễm đến từ cả các hoạt động trên đất liền và trên biển, bao gồm công nghiệp, nông nghiệp, giao thông hàng hải, du lịch, sinh hoạt và khai thác tài nguyên.

Các dạng ô nhiễm phổ biến trong môi trường biển gồm:

• Ô nhiễm nhựa và vi nhựa (microplastics)
• Ô nhiễm hóa chất: dầu mỏ, kim loại nặng, thuốc trừ sâu
• Ô nhiễm sinh học: chất thải hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh
• Ô nhiễm nhiệt và âm thanh
• Ô nhiễm dinh dưỡng gây phú dưỡng (eutrophication)

Vi nhựa hiện diện ở khắp các tầng nước và thậm chí được tìm thấy trong cơ thể của các loài sinh vật biển, đặc biệt là cá, nhuyễn thể và sinh vật phù du. Chuỗi thực phẩm biển đang bị đe dọa bởi sự tích tụ sinh học (bioaccumulation) và khuếch đại sinh học (biomagnification) của các chất độc này.

Theo Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (UNEP), mỗi năm có hơn 11 triệu tấn rác thải nhựa đổ ra đại dương, và con số này có thể tăng gấp đôi vào năm 2030 nếu không có biện pháp kiểm soát nghiêm ngặt.

Biến đổi khí hậu và tác động đến môi trường biển

Biến đổi khí hậu toàn cầu đã và đang gây ra những tác động sâu rộng đến môi trường biển. Tăng nhiệt độ bề mặt đại dương, dâng mực nước biển, axit hóa nước biển và thay đổi dòng hải lưu là những biểu hiện rõ rệt nhất. Các hiện tượng này không chỉ đe dọa cấu trúc sinh thái mà còn ảnh hưởng đến nguồn sinh kế của hàng triệu người sống ven biển.

Sự tăng nhiệt độ biển dẫn đến hiện tượng tẩy trắng san hô (coral bleaching), khi san hô mất đi các loài tảo cộng sinh (zooxanthellae) – nguồn cung cấp năng lượng chính cho chúng. Hệ quả là san hô chết hàng loạt, gây sụp đổ hệ sinh thái liên quan.

Axit hóa đại dương là một trong những hậu quả nghiêm trọng của biến đổi khí hậu. CO₂ khi hoà tan trong nước biển sẽ tạo thành axit carbonic, làm giảm pH nước biển và ảnh hưởng nghiêm trọng đến các sinh vật có vỏ canxi như nhuyễn thể, ốc, san hô và một số loài động vật giáp xác.

Phản ứng hóa học liên quan đến axit hóa đại dương:

$CO_2 + H_2O \rightarrow H_2CO_3 \rightarrow H^+ + HCO_3^-$

Thêm vào đó, mực nước biển dâng gây xói mòn bờ biển, làm ngập mặn các vùng đất nông nghiệp và phá hủy các sinh cảnh ven biển như rừng ngập mặn và đầm phá. Đây là các vùng đệm quan trọng giúp giảm thiểu tác động của bão, sóng thần và nước biển dâng.

Khai thác tài nguyên biển và phát triển bền vững

Môi trường biển cung cấp nhiều loại tài nguyên thiên nhiên quý giá, từ sinh vật biển đến khoáng sản và năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, nếu không được quản lý bền vững, hoạt động khai thác có thể phá vỡ cân bằng sinh thái và dẫn đến cạn kiệt nguồn tài nguyên.

Các nhóm tài nguyên biển chính:

• Sinh vật biển: cá, tôm, cua, rong biển, sinh vật dùng trong dược phẩm
• Khoáng sản biển: dầu mỏ, khí đốt, cát biển, kim loại quý
• Năng lượng tái tạo: điện gió ngoài khơi, năng lượng sóng, dòng hải lưu

Theo Báo cáo của FAO năm 2022, hơn 34% quần thể cá thương mại trên toàn cầu đang bị khai thác ở mức không bền vững. Nếu không có biện pháp kịp thời, ngành thủy sản sẽ đối mặt với khủng hoảng sinh thái và kinh tế sâu rộng.

Khái niệm “kinh tế biển xanh” (blue economy) đã ra đời nhằm hướng đến sự phát triển kinh tế dựa trên bảo tồn và sử dụng hợp lý các hệ sinh thái biển. Điều này bao gồm nghề cá bền vững, du lịch sinh thái biển, công nghệ sinh học biển và năng lượng tái tạo từ biển.

Các công ước và cơ chế bảo vệ môi trường biển

Trước những áp lực gia tăng từ khai thác và ô nhiễm, cộng đồng quốc tế đã thiết lập nhiều công ước và cơ chế nhằm bảo vệ môi trường biển. Các công cụ pháp lý và hợp tác đa phương giữ vai trò then chốt trong việc điều phối hoạt động bảo tồn và sử dụng bền vững đại dương.

Các công ước quốc tế tiêu biểu:

• UNCLOS: Công ước Liên Hợp Quốc về Luật Biển, quy định quyền và nghĩa vụ quốc gia về biển
• MARPOL: Công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm do tàu biển
• CBD: Công ước về Đa dạng sinh học, bao gồm bảo tồn sinh vật biển
• SDG 14: Mục tiêu phát triển bền vững về bảo tồn và sử dụng bền vững đại dương, biển và tài nguyên biển

Ngoài ra, nhiều quốc gia đã xây dựng chiến lược biển quốc gia, thiết lập các khu bảo tồn biển (MPAs – Marine Protected Areas), và tham gia các sáng kiến khu vực như Mạng lưới Rạn san hô Tam giác San Hô (CTI-CFF) ở Đông Nam Á và Thái Bình Dương.

Giải pháp và định hướng bảo vệ môi trường biển

Giải pháp bảo vệ môi trường biển phải là sự kết hợp giữa chính sách, khoa học, công nghệ và hành vi cộng đồng. Chỉ có cách tiếp cận tích hợp, đa ngành và dựa trên bằng chứng mới có thể đảm bảo cho đại dương được bảo vệ hiệu quả.

Các giải pháp trọng điểm:

• Thực hiện giám sát môi trường biển định kỳ, sử dụng công nghệ viễn thám và AI
• Tăng cường thực thi pháp luật về ô nhiễm và khai thác tài nguyên biển
• Phát triển giáo dục môi trường biển và lồng ghép vào chương trình học
• Thúc đẩy hợp tác quốc tế trong nghiên cứu biển và ứng phó biến đổi khí hậu
• Ưu tiên kinh tế tuần hoàn và hạn chế đồ nhựa dùng một lần

Sự sống còn của hệ sinh thái biển không chỉ là vấn đề của các nhà khoa học hay chính phủ mà là trách nhiệm chung của toàn xã hội. Đại dương khỏe mạnh là điều kiện tiên quyết để đảm bảo tương lai bền vững cho loài người.

Tài liệu tham khảo

1. NOAA – Ocean and Oxygen Production
2. Ocean Biodiversity Information System (OBIS)
3. UNEP – Beat Plastic Pollution
4. FAO – The State of World Fisheries and Aquaculture 2022
5. United Nations Convention on the Law of the Sea (UNCLOS)