Đứng bên ngoài và nhìn bên dưới chân của bạn. Ở đó, có lẽ dưới cỏ là đất. Vào ngày khô, tất cả các khỏang không trong đất được lấp đầy không khí. Và một số khoảng không xa hơn phía dưới, những khoảng không này hoàn toàn là nước. Vậy, ở giữa chúng là gì?

Các ống nhựa PVC được sơn bằng lớp rỉ sắt, được gọi là ống IRIS, giúp theo dõi lượng oxy trong đất. Khi không có đủ oxy, vi sinh vật sẽ chuyển lớp rỉ sắt này thành sắt thường và rửa trôi. Các ống nhựa này được làm khô sau khi được ly trích lấy mẫu từ các thí nghiệm và rửa sạch. Ảnh: J.C. Fiola.

Đó là rìa mao dẫn (capillary fringe). Và nó có thể là điều quan trọng nhất - và những điều bí ẩn mà bạn không bao giờ nghe thấy.
 

Giống như chiếc khăn giấy thấm nước từ bề mặt, nước tăng cao hơn mức tự nhiên của nó trong đất thông qua hoạt động của mao dẫn. Rất nhiều hoạt động hóa học và vi sinh vật trong đất thay đổi dựa trên lượng nước hoặc không khí xung quanh. Vì vậy, rìa mao dẫn kiểm soát nhiều chức năng quan trọng trong đất.
 

Jaclyn Fiola hiện là sinh viên Đại học tại Virginia Tech cho biết “Các quá trình quan trọng như phân hủy chất gây ô nhiễm và lưu trữ carbon phụ thuộc vào độ hữu dụng của nước và oxy”, Jaclyn Fiola cho biết. “Hiểu được các điều kiện ở rìa mao dẫn sẽ giúp chúng ta dự đoán nơi nào các quá trình trong đất nhất định sẽ xảy ra”.

Fiola và nhóm của cô đã thiết lập ra để hiểu rõ hơn về vùng ở rìa mao dẫn này. Nhưng điều đó không dễ dàng gì. Với toàn bộ rìa mao dẫn dưới lòng đất, thì không thể thấy được. Và ngay cả các nhà khoa học cũng tốn thời gian để nhất trí đâu là nơi rìa mao dẫn bắt đầu và kết thúc. Chính vì vậy mà các thí nghiệm trong phòng là cần thiết.

Nhóm nghiên cứu đã thu thập hai loại đất, đất cát và đất thịt. Các nhà khoa học đã cho đất này vào các thùng xô có kích cỡ năm gallon (tương đương 0,02m³) có lỗ gần đáy thùng để cho nước đi vào.
 

Các que gỗ sau khi được đặt trong các thùng của thí nghiệm về rìa mao dẫn trong 118 ngày. Các que này được lấy ra khỏi đất, rửa sạch, phơi khô và cân để xác định mức độ phân hủy đã xảy ra. Ảnh: J.C. Fiola.

Để theo dõi các tiến trình quan trọng ở rìa mao dẫn, Fiola chuyển sang các hệ thống đơn giản một cách khéo léo. Để nghiên cứu bao nhiêu oxy có trong đất, các nhà nghiên cứu đã sơn các ống nhựa PVC bằng lớp sơn gỉ sắt bao quanh ống nhựa. Rồi họ nhét những ống này vào bên trong đất.

Bất cứ nơi nào không có đủ oxy, thì thay vào đó vi sinh vật sẽ “hít thở” lớp sơn rỉ sắt. Điều đó sẽ chuyển lớp sơn rỉ sắt thành một dạng sắt khác và trôi mất. Bằng cách đo lượng rỉ sắt còn lại, nhóm nghiên cứu có thể nhận được thông tin nhìn thoáng qua từ đất bên dưới.
 

Các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên phát hiện ra rằng nước làm tăng toàn bộ chiều cao của các thùng xô trong cả hai loại đất. Điều đó có nghĩa là rìa mao dẫn vượt hơn ít nhất 23cm, nhiều hơn họ mong đợi.
 

Các ống nhựa PVC với lớp sơn gỉ sắt và que gỗ được sử dụng để theo dõi oxy và sự phân hủy được đặt trong thùng xô chứa đất thịt. Ảnh: M.C. Rabenhorst.

Họ cũng ngạc nhiên khi các ống nhựa PVC này đã mất đi lớp sơn rỉ sắt nằm trên mực nước. Fiola nói “Điều này có nghĩa là đất ở rìa mao dẫn ít nhất trên 5cm so với mực nước đang hoạt động giống như đất trong mực nước mặc dù nó không bão hòa hoàn toàn”.

Fiola nói “Dựa trên những phát hiện này, đất trên mực nước hoạt động rất giống với đất bão hòa trong mực nước”.

Đất ngập nước được chính phủ định nghĩa là các loại đất bão hòa gần bề mặt. Nhưng nếu đất hoạt động giống như chúng bão hòa ngay cả trên mực nước, điều đó có nghĩa là nhiều vùng đất có thể hoạt động như vùng đất ngập nước và xứng đáng được bảo vệ.
 

Các nhà khoa học cũng muốn hiểu rõ hơn về cách thức nước và không khí ở rìa mao dẫn có thể ảnh hưởng đến các quá trình khác trong đất. Để theo dõi sự phân hủy, họ chèn những thanh gỗ vào đất. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng vi sinh vật ăn que gỗ rất tinh vi.

Fiola nói “Kết quả của chúng tôi cho thấy các vi sinh vật thực hiện phân hủy đòi hỏi các điều kiện lý tưởng - không quá ẩm ướt và không quá khô”. Que gỗ bị ăn mòn nhiều nhất ở phần giữa thùng nơi ẩm ướt.
 

Fiola nói “Rìa mao dẫn quá phức tạp để xác định dựa trên một phép đo duy nhất”. Mặc dù nhóm của cô đã đo được nhiều khía cạnh khác nhau của rìa mao dẫn, nhưng những phép đo đó không phải lúc nào cũng trùng khớp với nhau”.
 

Đất rất phức tạp, đặc biệt là đất bên ngoài phòng thí nghiệm. Vì vậy, bây giờ các nhà nghiên cứu đang có kế hoạch nghiên cứu rìa mao dẫn trong điều kiện thực tế hơn và ở ngoài đồng ruộng.
 

Công việc tương lai đó có thể cho chúng ta hiểu rõ hơn và sự đánh giá đúng đối với những khoảng không gian phức tạp và quan trọng nằm ở dưới mặt đất.

Nguyễn tiến Hải theo Agronomy.