Quá trình diễn biến của thực vật có thể là chìa khóa để dự đoán hạn hán

Là những liên kết vật lý giữa khí hậu và trái  đất, thực vật đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành thời tiết và khí hậu của trái đất. Giờ đây, các nhà nghiên cứu của Đại học Stanford đã tiết lộ cách xem xét kỹ hơn hoạt động bên trong của thực vật có thể giúp cải thiện dự đoán mô hình về một số thảm họa toàn cầu.

Hạn hán chớp nhoáng, phát triển nhanh chóng và làm cạn kiệt nguồn nước chỉ trong vài tuần liên quan đến những thay đổi trong quá trình thoát hơi nước (quá trình thực vật di chuyển hơi ẩm từ rễ ra không khí). Nước trong quá trình thoát hơi đôi khi được coi là “thất thoát” vào bầu khí quyển, vì vậy việc tính toán chính xác lượng nước thất thoát này có thể rất quan trọng để hiểu được tác động đối với tài nguyên nước và hệ sinh thái.

Bằng cách phân tích dữ liệu vệ tinh về lượng mưa và độ ẩm dưới lòng đất, các nhà nghiên cứu đã tính toán được những thay đổi về thoát hơi nước trong các đợt hạn hán xảy ra trên toàn cầu từ năm 2003 đến năm 2020. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Climate Change ngày 27 tháng 10 tiết lộ thêm về vai trò của thoát hơi nước do những tác động này.

“Khi nguồn nước bị hạn chế, quá trình thoát hơi nước vẫn tiếp tục khiến quá trình mất nước nhanh hơn, điều đó khiến hạn hán trở nên nghiêm trọng hơn trong khoảng thời gian ngắn”, tiến sỹ Meng Zhao về khoa học trái đất, trường Stanford Doerr School of Sustainability cho biết. “Một thách thức rất lớn đối với chúng ta trong việc dự đoán hạn hán chớp nhoáng và việc đánh giá thấp lượng nước mất đi có thể là một trở ngại lớn trong dự đoán”.

Hạn hán xảy ra nhanh và tăng cường độ có thể tác động đến con người dễ bị tổn thương và hủy hoại sản xuất lương thực. Như đã thấy trong trận hạn hán chớp nhoáng ở Central Great Plains năm 2012 dẫn đến thiệt hại hơn 30 tỷ đô la. Để các mô hình được cải thiện, các nhà nghiên cứu cho biết họ cần kết hợp một yếu chưa được biết trong quá trình thoát hơi nước, cách thực vật thay đổi cấu trúc và lộ trình xung quanh rễ trong đất của chúng.

Alexandra Konings, tác giả nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi thấy rằng sai sót mô hình dường như được giải thích bằng cách thực vật thay đổi cách sắp xếp các hạt trong đất. Kết quả của những thay đổi này đối với đất là dòng chảy trong đất khác đi như thay đổi vị trí và lượng nước có sẵn để thực vật hấp thụ và thoát hơi nước”.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nhiều thông tin hơn về tình trạng khô hạn của đất, cách thực vật thay đổi cấu trúc đất và thực vật tự phản ứng với hạn hán có thể cải thiện các mô hình dự đoán về nguy cơ hạn chớp nhoáng. Nguồn: Getty Images.

HOẠT ĐỘNG CÂN BẰNG

Tương tự như cách con người có thể sống với nhiều chế độ ăn uống, thói quen tập thể dục và số giờ ngủ dựa trên các nguồn thức ăn sẵn có, thực vật phản ứng với hạn hán với sự biến đổi rộng. Các lỗ nhỏ li ti trên lá gọi là khí khổng thoát nước có thể đóng lại, nhưng không phải tất cả các loại cây đều đóng khí khổng như nhau hoặc với tốc độ như nhau. Trong thời gian hạn hán, bầu khí quyển khô hơn, thực vật có khả năng hút nước ra khỏi đất thông qua quá trình thoát hơi nước mạnh, lượng nước mất tăng lên nhưng nếu khí khổng đóng đúng lúc sẽ làm giảm sự thoát hơi nước so với thời điểm không bị hạn hán.

Konings cho biết: “Có rất nhiều cách thức hoạt động khác nhau của thực vật đến mức rất khó để hiểu dự đoán và định lượng đầy đủ trong các mô hình.  Không may nếu sự gia tăng thoát hơi nước này diễn ra thường xuyên hơn thì nó sẽ làm tăng tác động của hạn hán, thậm chí còn có ít nước trong đất hơn chúng ta nhận”.

Các mô hình hệ thống Trái đất hiện tại cho thấy sự gia tăng thoát hơi nước, trong đó các khí khổng mở rộng hơn khoảng 25% trong các đợt hạn hán. Tuy nhiên, theo ước tính mới của các nhà nghiên cứu, nó xảy ra khoảng 45% thời gian. Các tác giả nghiên cứu cho biết: “Sự đánh giá chưa chính xác này đặc biệt ở những vùng có khí hậu tương đối khô hơn và sinh khối thấp hơn”.

Các nhà nghiên cứu đã kết hợp các quan sát về lưu trữ nước từ vệ tinh Gravity Recovery and Climate Experiment (Giám sát khí hậu thời tiết) qua dữ liệu lượng mưa từ Dự án Khí hậu Lượng mưa Toàn cầu để tính toán các phép đo thoát hơi nước trên toàn cầu. Liệu một đợt hạn hán nhất định ở một địa điểm cụ thể có dẫn đến lượng bốc hơi nước cao hay không, có khả năng phát triển thành hạn hán chớp nhoáng hay không phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Các tác giả nhận thấy rằng đất khô là một biện pháp kiểm soát chính. Họ còn phát hiện ra rằng các mô hình hiện tại không tính đến ảnh hưởng của rễ đối với cách nước di chuyển qua đất. Điều này gây ra lỗi trong các mô phỏng mô hình về độ khô của đất và kết quả là sự thoát hơi nước.

Konings nói: “Chúng tôi biết rằng có vấn đề về các mô hình, nhưng tôi thực sự ngạc nhiên về cách chúng hoạt động. Cá nhân tôi hy vọng những nhà nghiên cứu khác đang xây dựng các mô hình khác nhau sẽ sử dụng các kết quả từ bài báo của chúng tôi”.

CÁCH TIẾP CẬN CHUYỂN GIAO

Các phát hiện chỉ ra sự cần thiết phải cải thiện các trình diễn mô hình về tác động của độ ẩm đất đối với sự thoát hơi nước, tác động của cấu trúc đất đối với quá trình vận chuyển nước và các đặc tính của thực vật để hiểu tài nguyên nước hiện tại và trong tương lai. Mặc dù các nhà nghiên cứu không tính toán được các phép đo thoát hơi nước này có thể ảnh hưởng như thế nào đến các kịch bản khí hậu trong tương lai (Dự kiến ​​sẽ xảy ra hạn hán thường xuyên và nghiêm trọng hơn) nhưng họ nói rằng những phát hiện này có thể dễ dàng thực hiện chuyển sang các mô hình khác. Vì nó dựa trên dữ liệu vệ tinh nên công việc không yêu cầu nguồn mặt đất.

Zhao cho biết: “Bạn có thể thấy rõ ràng rằng các mô hình đánh giá chưa chính xác sự gia tăng thoát hơi nước trong thời gian hạn hán đối với các vùng khô hạn và bán khô hạn. Điều đó có nghĩa là sự hiểu biết của chúng ta về hiện tượng này còn hạn chế ở những khu vực đang phải chịu ảnh hưởng về môi trường tác động đến. Tôi nghĩ rằng công việc của chúng tôi có thể giúp cung cấp thêm kiến ​​thức về những khu vực khan hiếm nước”.

Dương Thị Lan Oanh theo Đại học Stanford.