Nóng như thế này làm sao quang hợp

Theo cảnh báo đăng trên tạp chí Nature ngày 23-8, biến đổi khí hậu đang làm một phần nhỏ số lá cây bị nóng quá mức và ngừng quang hợp. Mặc dù các nhà nghiên cứu cho biết chỉ 0,01% lá cây rơi gặp tình trạng này, chúng ta cần tìm giải pháp để hạn chế tình trạng ấm lên của Trái đất trước khi mọi thứ đều phát sốt vì nóng quá mức.

Cây ngừng quang hợp

Nghiên cứu "Tropical forests are approaching critical temperature thresholds" (Rừng nhiệt đới đang tiến gần tới ngưỡng nhiệt độ tới hạn) bao gồm ba phần. 

Đầu tiên, các nhà khoa học tổng hợp và phân tích lại các thí nghiệm trước đây để ghi nhận ảnh hưởng xảy ra với từng chiếc lá trên cành khi nhiệt độ tăng. Sau đó, họ thu thập dữ liệu vệ tinh về nhiệt độ ở các vùng rừng nhiệt đới. 

Cuối cùng, họ lập một mô hình máy tính để dự báo phản ứng ở các khu rừng nhiệt đới khi nhiệt độ toàn cầu tăng.

Phần đầu của nghiên cứu rất phức tạp. Tổng hợp kết quả đo lường ảnh hưởng của nhiệt độ tăng với lá cây trên cây nhiệt đới ở nhiều khu vực khác nhau, nhóm tác giả - dẫn đầu là Christopher E. Doughty, phó giáo sư môn tin học sinh thái (ecoinformatics) của Đại học Bắc Arizona - xác định ngưỡng nhiệt độ để cây ngừng quang hợp là vào khoảng 46,7^oC.

Dựa vào ảnh độ phân giải cao từ các thiết bị chụp ảnh nhiệt của NASA trên trạm vũ trụ quốc tế và các thí nghiệm trên mặt đất tại các khu rừng nhiệt đới trên khắp thế giới, nhóm nghiên cứu phát hiện khoảng 0,01% tổng số lá cây đã tiếp xúc với nhiệt độ vượt quá giới hạn chức năng của chúng.

Doughty cho biết tình trạng những chiếc lá bị nóng quá mức, ngay cả với số lượng nhỏ vẫn rất đáng báo động. Theo ông, các thí nghiệm cho thấy khi nhiệt độ tăng thêm 2, 3 hoặc 4^oC, nhiệt độ thực tế cao nhất của lá tăng tới 8^oC. 

Vì vậy, với kịch bản nhiệt độ toàn cầu tăng hơn 4oC nếu không có những biện pháp mạnh mẽ kiềm chế biến đổi khí hậu, khi đó lá cây có thể rụng hàng loạt, làm cây chết ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái ở các khu rừng nhiệt đới.

Mat Disney - giáo sư về viễn thám của Đại học London, Anh - cho biết phản ứng quang hợp bị ảnh hưởng chỉ là phần nổi của tảng băng chìm. "Vấn đề quan trọng hơn là giảm hấp thụ carbon trên Trái đất. Vấn đề này có khả năng làm tăng tỉ lệ cây chết và thậm chí có thể gây chuyển đổi từ rừng sang thảo nguyên" - ông nói với The Guardian.

Rừng nhiệt đới có chức năng quan trọng trong lưu trữ carbon và đa dạng sinh học. Ít nhất 50% lượng trao đổi khí CO2 toàn cầu diễn ra ở tầng rừng trên cùng - nơi đóng vai trò điều tiết chính cho khí hậu. 

Các cánh rừng trên Trái đất vốn đã bị đe dọa rất nhiều bởi nạn phá rừng. Khí hậu nóng lên, cây có thể chết, điều đó càng làm nhiệt độ tăng và những khu rừng nhiệt đới sẽ tiếp tục bị suy thoái.

Lá chậm đổi màu

Thu là thời điểm đặc biệt trong năm ở xứ ôn đới, khi cây cối rực sắc đỏ và vàng. Đây là mùa làm đắm say lòng người ở Mỹ, Canada, Nhật Bản.... Nhưng mọi thứ đang thay đổi, theo Stephanie Spera - nhà khoa học môi trường của Đại học Richmond (Mỹ). 

"Mùa thu đang ngắn hơn rất nhiều mà lá chậm đổi màu là dấu hiệu lớn nhất. Mùa xuân bắt đầu sớm hơn" - Spera, người đã nghiên cứu sự đổi màu của lá trong công viên trong nhiều năm, nói với tạp chí National Geographic.

Cây cần đủ lạnh để lá đổi màu. Trời ấm hơn khiến lá chuyển màu muộn hơn. Chuyện này thì ảnh hưởng về sinh thái thế nào? Lá chậm đổi màu có thể làm gián đoạn chu kỳ tăng trưởng và nghỉ ngơi hằng năm của cây.

Giống như con người, cây cũng cần chuẩn bị cho mùa đông lạnh và u ám. Trong mùa xuân - hè, cây sản xuất chất diệp lục để lá quang hợp. Quang hợp cung cấp cho cây năng lượng để tạo ra đường và carbohydrate chúng cần để sinh trưởng và tồn tại. 

Vào thu khi trời lạnh dần và ngày ngắn lại, đó là dấu hiệu kết thúc của mùa sinh trưởng. Cây phản ứng bằng cách ngừng sản xuất chất diệp lục và hấp thụ mọi chất dinh dưỡng còn lại để dự trữ cho mùa đông. Ẩn dưới màu lá xanh trong mùa xuân - hè là những chất màu cam, vàng. Chúng lộ ra khi quá trình ngủ đông của cây bắt đầu. 

Ngày ngắn và lạnh hơn làm cho một số loài cây như phong đỏ, phong đường sinh ra chất anthocyanin đỏ. Những hợp chất màu đỏ này có tác dụng như chiếc áo khoác mùa đông của lá, giúp chống lạnh và giúp cây hấp thụ thêm dinh dưỡng của lá trước khi một đợt rét đậm làm chết lá.

Dưới ảnh hưởng của mùa thu ấm hơn, lá chậm đổi màu, cây phát triển thế nào, có thể sống ở đâu và liệu chúng có thể tiếp tục trữ carbon ở mức như cũ hay không là điều các nhà khoa học chưa biết rõ. Rebecca Forkner - nhà sinh thái học của Đại học George Mason cảnh báo "có thể thời điểm lá đổi màu trong mùa thu thay đổi báo trước những tác động khác lớn hơn chính nó".

Những thay đổi nghiêm trọng với các khu rừng nhiệt đới mà các nghiên cứu chỉ ra gợi ý rằng giảm phát thải chính là chìa khóa để ổn định mức tăng nhiệt độ đang ảnh hưởng đến con người và thiên nhiên nói chung và mục tiêu này vẫn chưa quá trễ.

"Chúng ta nên làm tất cả những gì có thể để tránh những kịch bản phát thải cao đầy thảm họa. Trong các kịch bản phát thải thấp, hầu hết lá cây rừng nhiệt đới có thể tồn tại, cây sẽ sống sót" - Simon Lewis, giáo sư khoa học thay đổi toàn cầu tại Đại học College London, kêu gọi.

Cây đổ mồ hôi

Các nhà nghiên cứu Úc đã làm thí nghiệm trồng cây trong điều kiện Trái đất nóng lên do biến đổi khí hậu và phát hiện những chiếc lá biết "đổ mồ hôi" có thể sống sót qua những đợt nắng nóng khắc nghiệt.

Thí nghiệm trong một năm cho thấy cây có thể thoát hơi nước qua lá như một cách làm mát trong thời tiết nắng nóng ngay cả khi quá trình quang hợp đã dừng lại.

Một trong những tác giả của nghiên cứu, giáo sư Mark Tjoelker của Viện Môi trường Hawkesbury, Đại học Western Sydney cho biết một số cây thoát hơi nước qua lá mà không quang hợp vì có khả năng hút nước từ sâu trong đất.

Tuy nhiên, ông cho rằng nếu xảy ra một đợt nắng nóng kết hợp hạn hán nghiêm trọng làm nguồn nước ngầm cạn kiệt, những cây này có thể cũng không gặp may.