Dùng vệ tinh đo carbon trong các đầm lầy than bùn

Nhờ các phép đo độ cao từ vệ tinh, các nhà nghiên cứu của MIT và Singapore đã có thể đo lường lượng carbon trong đầm lầy mà không cần lấy mẫu tại chỗ tốn nhiều công sức.

Về cơ bản, đầm lầy là đất rừng bị ngập nước vĩnh cửu, tại đó lá rụng và cành cây gãy tích tụ lại vì mực nước ngăn chặn quá trình phân hủy của chúng. Các vật liệu hữu cơ này chồng chất lên nhau khiến cho những lớp than bùn hình thành dạng vòm đặc biệt, hơi nhô lên ở giữa và thon dần về phía cạnh. Để xác định lượng carbon chứa trong mỗi lớp, cần lấy mẫu thực địa. Việc này tốn rất nhiều thời gian, công sức và không thể làm trong phạm vi rộng lớn.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ MIT và Singapore đã phát triển một phân tích toán học về cách hình thành và phát triển của các lớp than bùn, giúp đánh giá hàm lượng carbon và động lực học của chúng bằng các phép đo độ cao đơn giản. Các thông số đo đạc này có thể lấy từ ảnh vệ tinh. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature vào tháng 12/2023.

Theo các tác giả, mặc dù đầm lầy nhiệt đới có nguy cơ giải phóngcarbon cao nhất – vì chúng thường xuyên bị rút nước để khai thác gỗ hoặc làm trang trại trồng dầu cọ, keo và các loại cây khác, các tính toán mới cũng có thể được áp dụng cho các vùng đầm lầy khác trên khắp thế giới, từ Siberia đến New Zealand.

Công thức này chỉ yêu cầu hai đầu vào liên quan đến dữ liệu về mặt cắt của vòm than bùn và loại đầm lầy, để khi kết hợp lại có thể xác định hàm lượng carbon chìm an toàn trong nước, không bị oxy hóa.

“Nước bão hòa ngăn không cho oxy xâm nhập vào. Nếu oxy xâm nhập, các loại vi khuẩn hít phải sẽ ăn than bùn và biến nó thành CO2”, nghiên cứu sinh tiến sĩ Charles Harvey giải thích, “Có một bề mặt bên trong vòm than bùn mà dưới đó carbon nằm yên vị, không bị giải phóng, vì các dòng sông và vực nước bao quanh nó sẽ giữ cho nước bão hòa ở mức đó ngay cả khi người ta đào kênh và tiêu thoát nước”.

Qua nhiều năm lấy mẫu, thử nghiệm mặt đất và phân tích chi tiết để so sánh dữ liệu mặt đất với dữ liệu lidar vệ tinh, nhóm nghiên cứu đã tìm ra một công thức toán học phổ quát mô tả cấu trúc vòm than bùn của tất cả các loại đầm lầy ở tất cả các địa điểm. Họ đã thử nghiệm nó bằng cách so sánh kết quả dự đoán với các phép đo thực địa ở nhiều địa điểm phân bố rộng khắp như tại Alaska, Maine (Mỹ), Quebec (Canada), Estonia, Phần Lan, Brunei và New Zealand.

Các đầm lầy này chứa carbon đã được tích lũy hàng ngàn năm nhưng có thể được giải phóng chỉ trong vài năm khi các đầm lầy bị rút cạn. “Nếu chúng ta có chính sách để bảo tồn những khu này, đó sẽ là cơ hội to lớn để giảm dòng carbon vào khí quyển”, Harvey nói.

Nhiều người cho rằng lượng khí thải nhà kính lớn nhất khi giảm diện tích rừng ngập nước đến từ quá trình phân hủy cây cối. Harvey giải thích, loại carbon này chỉ chiếm một lượng nhỏ thôi. Các dòng carbon thực sự đi vào khí quyển là khi đầm lầy than bùn bị rút cạn. Lúc đó, bể carbon lớn hơn nằm dưới tán rừng sẽ bị oxy hóa và đi vào không khí, hoặc bắt lửa và cháy.

Tuy nhiên, Harvey nói rằng vẫn có hy vọng để phần lớn đầm lầy than bùn rút nước này được phục hồi trước khi giải phóng tất cả carbon mà chúng lưu trữ. Trước tiên, “ta phải ngừng rút cạn đầm lầy”, ông nói. Điều này có thể thực hiện bằng cách xây đập trên các kênh thoát nước.

Ở đây, khuôn khổ toán học của nhóm nghiên cứu có thể giúp tính toán cách làm hiệu quả nhất và nơi đặt đập. Quá trình này đòi hỏi rất nhiều tính toán phức tạp, vì nếu chỉ ngăn nước chảy qua kênh, chúng vẫn có thể chảy vòng qua nó.

Công thức tính toán mới cũng sẽ giúp cho các chương trình bù đắp carbon trở nên đáng tin cậy hơn, bởi vì bây giờ người ta có thể tính toán chính xác hàm lượng carbon của một vùng đất than bùn cụ thể, bao gồm lượng carbon đã được tích lũy hoặc mất đi bao nhiêu. Trong khi nếu đi đến một khu rừng nhiệt đới, gần như không thể tính toán được lượng carbon dưới lòng đất và cũng rất khó để tính toán được lượng carbon trên mặt đất, Harvey nói.

Theo nhóm nghiên cứu, từ công thức tính toán này, người ta có thể thiết kế được những kế hoạch về thay đổi lượng phát thải, chẳng hạn như giảm X tấn carbon bằng Y đô la.