HÓA HỌC BIỂN - CHƯƠNG 6

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

68
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CÁC CHẤT HỮU CƠ TRONG BIỂN 6.1 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CHẤT HỮU CƠ TRONG BIỂN 6.1.1 Phân loại chất hữu cơ trong biển Theo nguồn gốc, chất hữu cơ trong biển được chia thành 2 loại: Loại thứ nhất: Các chất hữu cơ được thành tạo ngay trong biển, chủ yếu là từ quá trình quang hợp của các dạng thực vật. Ngoài ra có một số vi khuẩn cũng tổng hợp được chất hữu cơ từ các chất vô cơ có trong môi trường, song khối lượng sản phẩm tạo ra không đáng kể. Toàn bộ lượng...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: HÓA HỌC BIỂN - CHƯƠNG 6

C h ươ ng 6 CÁC CHẤT HỮU CƠ TRONG BIỂN 6 .1 Đ Ặ C TR Ư NG C Ơ B Ả N C Ủ A CH Ấ T H Ữ U C Ơ T RONG BI Ể N 6 .1.1 Phân lo ạ i ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n T heo ngu ồ n g ố c, ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n đ ượ c chia thành 2 lo ạ i: Lo ạ i th ứ n h ấ t: Các ch ấ t h ữ u c ơ đ ượ c thành t ạ o ngay trong bi ể n, ch ủ y ế u là t ừ q uá trình quang h ợ p c ủ a các d ạ ng th ự c v ậ t. Ngoài ra có m ộ t s ố v i khu ẩ n c ũ ng t ổ ng h ợ p đ ượ c ch ấ t h ữ u c ơ t ừ c ác ch ấ t vô c ơ c ó trong môi tr ườ ng, song kh ố i l ượ ng s ả n ph ẩ m t ạ o ra không đ áng k ể . Toàn b ộ l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n sau khi đ ượ c thành t ạ o s ẽ t i ế p t ụ c tr ả i qua các giai đ o ạ n khác nhau c ủ a chu trình chuy ể n hoá v ậ t ch ấ t. Lo ạ i th ứ h ai: Các ch ấ t h ữ u c ơ đ ượ c thành t ạ o bên ngoài bi ể n, ch ủ y ế u là trên l ụ c đ ị a, sau đ ó thâm nh ậ p vào bi ể n b ằ ng các con đ ườ ng khác nhau. Có th ể k h ẳ ng đ ị nh r ằ ng ch ấ t h ữ u c ơ c ó ngu ồ n g ố c t ừ l ụ c đ ị a c ũ ng đ ã đ ượ c thành t ạ o vào m ộ t lúc nào đ ó trong quá trình quang h ợ p và các giai đ o ạ n khác nhau c ủ a chu trình chuy ể n hoá v ậ t ch ấ t trên đ ấ t li ề n, tr ướ c khi thâm nh ậ p vào bi ể n chúng đ ã tr ả i qua các bi ế n đ ổ i lý-sinh-hoá ph ứ c t ạ p và lâu dài. Trong thành ph ầ n c ủ a ch ấ t h ữ u c ơ l o ạ i này, ch ấ t h ữ u c ơ đ ộ ng v ậ t chi ế m m ộ t t ỷ l ệ r ấ t nh ỏ , có th ể x em nh ư m ộ t ch ỉ s ố c ủ a các đ i ề u ki ệ n n ướ c ng ọ t. Nh ư v ậ y, toàn b ộ l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n dù có ngu ồ n g ố c khác nhau nh ư ng đ ề u do quá trình quang h ợ p c ủ a th ự c v ậ t t ạ o nên. Hàng n ă m, m ộ t kh ố i l ượ ng kh ổ ng l ồ c h ấ t h ữ u c ơ đ ượ c t ạ o thành trong bi ể n, tính theo l ượ ng Cacbon liên k ế t là kho ả ng 21 t ỷ t ấ n (t ươ ng đ ươ ng kho ả ng trên 50 t ỷ t ấ n ch ấ t khô). B ả ng 6.1 đ ư a ra các d ẫ n li ệ u v ề s ự đ óng góp hàng n ă m c ủ a các ngu ồ n ch ấ t h ữ u c ơ c ho đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i. T ừ b ả ng này th ấ y r ằ ng ngu ồ n ch ấ t h ữ u c ơ t ừ l ụ c đ ị a khá nh ỏ , chi ế m không đ ầ y 5% t ổ ng l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n và đ ượ c coi là không 132
đ áng k ể s o v ớ i l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ d o th ự c v ậ t phù du bi ể n t ạ o ra (g ầ n 95%). Rõ ràng th ự c v ậ t phù du bi ể n đ óng vai trò quan tr ọ ng nh ấ t trong vi ệ c t ạ o thành ch ấ t h ữ u c ơ c ủ a bi ể n. B ả ng 6.1: S ự t ạ o thành và gia nh ậ p hàng n ă m c ủ a ch ấ t h ữ u c ơ t rong đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i ( Theo Rômankêvich) 109 tấn g.C/ Tỷ lệ N gu ồ n Cácbon h ữ u c ơ m 2 .n ă m C/n ă m ( %) T h ự c v ậ t phù du: s ả n ph ẩ m t ổ ng c ộ ng 30 83,033 - (và tinh khi ế t) (20) (55,35) (94,72) T h ự c v ậ t đ áy 0,112 0,310 0,53 D òng n ướ c sông 0,212 0,587 1,00 D òng b ă ng (Nam c ự c) 0,002 0,006 0,01 D òng n ướ c ng ầ m 0,0594 0,164 0,28 D òng ch ấ t r ắ n c ủ a n ướ c sông 0,3925 1,086 1,86 V ậ n chuy ể n do gió 0,32 0,886 1,52 D òng ch ấ t r ắ n c ủ a b ă ng 0,0015 0,004
Do vi ệ c phân chia hai d ạ ng t ồ n t ạ i c ủ a ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n ch ỉ c ó tính quy ư ớ c v ề k ích th ướ c, mà s ự q uy ư ớ c này l ạ i không th ố ng nh ấ t nên m ỗ i tác gi ả đ ã đ ư a ra nh ữ ng đ ánh giá c ủ a mình v ề k h ố i l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n (b ả ng 6.2). Khó có th ể n ói s ố l i ệ u c ủ a tác gi ả n ào chính xác h ơ n! B ả ng 6.2: Kh ố i l ượ ng t ổ ng c ộ ng ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n ( theo đ ánh giá c ủ a m ộ t s ố t ác gi ả ) C h ấ t h ữ u c ơ h oà tan Ch ấ t h ữ u c ơ l ơ l ử ng TT Tác gi ả (t ỷ t ấ n Cacbon) (t ỷ t ấ n Cácbon) 1 V ernatxki (1934) 2500 2 U yliam (1969) 665-820 4 X kôpinsev (1971) 2000 3 M engiel (1974) 14 5 G iannas (1971, 1973) 15-20 ≈ 34 6 R ailây (1970) 7 B ag đ anôv (1971) 15-70 8 R ômankêvich (1977) 30 T rung bình 1800 30 N ế u ch ấ p nh ậ n giá tr ị t rung bình qua các đ ánh giá k ể t rên thì t ổ ng l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n vào kho ả ng 1830.10 9 t ấ n Cacbon, trong đ ó l ượ ng ch ấ t s ố ng đ ượ c Rômankêvich đ ánh giá là 0,153% (kho ả ng 2,8.10 9 t ấ n Cacbon). 6 .1.3 Thành ph ầ n c ơ b ả n c ủ a ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n Đ ế n nay ng ườ i ta đ ã bi ế t có kho ả ng 40 nguyên t ố t ham gia vào thành ph ầ n ch ấ t h ữ u c ơ , trong đ ó các nguyên t ố C acbon, Hydro, Ôxy, Nit ơ , Ph ố tpho và L ư u hu ỳ nh là các nguyên t ố c ơ b ả n c ấ u t ạ o nên Protein, Lipit, Gluxit, các enzym, hoocmon... (b ả ng 6.3). B ả ng 6.3: M ộ t s ố n guyên t ố t ham gia c ấ u t ạ o ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n ( theo Vinogradov) Các nguyên tố Tỷ lệ % C, H, O, P, N, S 1-60 Na, Mg, Ca, K, Cl, Fe, B, 0,05-1 F, Si, Mn, Cu, I T rong ph ầ n này ta ch ỉ q uan tâm t ớ i m ộ t s ố n guyên t ố c h ủ y ế u tham gia c ấ u t ạ o ch ấ t h ữ u c ơ ở b i ể n và c ũ ng đ ã đ ượ c nghiên c ứ u nhi ề u nh ấ t, 134
đ ó là Cacbon, Nit ơ v à Ph ố t pho. Đ ể c ho đ ơ n gi ả n và d ễ p hân bi ệ t v ớ i Cácbon trong các ch ấ t vô c ơ ( nh ư C O 2 , H 2 CO 3 ...) ta quy ư ớ c g ọ i Cácbon trong ch ấ t h ữ u c ơ l à “Cácbon h ữ u c ơ ”. Do ch ấ t h ữ u c ơ c ó hai d ạ ng t ồ n t ạ i là hoà tan và l ơ l ử ng nên ta c ũ ng quy ư ớ c dùng thu ậ t ng ữ " Cácbon h ữ u c ơ h oà tan" đ ể c h ỉ C ácbon trong ch ấ t h ữ u c ơ d ạ ng hoà tan, "Cácbon h ữ u c ơ l ơ l ử ng" đ ể c h ỉ C ácbon trong ch ấ t h ữ u c ơ d ạ ng l ơ l ử ng. Các thu ậ t ng ữ đ ố i v ớ i Nit ơ v à Ph ố tpho trong ch ấ t h ữ u c ơ c ũ ng hoàn toàn t ươ ng t ự . Các bon hữu cơ trong biển T rong ch ấ t h ữ u c ơ , t ỷ l ệ t rung bình kh ố i l ượ ng Cacbon so v ớ i kh ố i l ượ ng ch ấ t khô là kho ả ng 40-50% (có tác gi ả đ ánh giá kho ả ng 33%). T ỷ l ệ n ày khá ổ n đ ị nh, vì v ậ y trong các công trình nghiên c ứ u v ề c h ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n ng ườ i ta th ườ ng quy kh ố i l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ v ề C ácbon h ữ u c ơ ( b ả ng 6.4). Nitơ và Phốtpho hữu cơ T rong sinh v ậ t bi ể n, Nit ơ c hi ế m 1,6-15%, Ph ố tpho chi ế m 0,3-3,3% tr ọ ng l ượ ng ch ấ t khô. Nh ư v ậ y Nit ơ v à Ph ố tpho dao đ ộ ng trong kho ả ng r ộ ng h ơ n nhi ề u so v ớ i Cácbon. T ỷ l ệ C :N:P trong sinh v ậ t bi ể n đ ượ c các tác gi ả đ ánh giá r ấ t khác nhau (b ả ng 6.4). B ả ng 6.4: T ỷ l ệ k h ố i l ượ ng các thành ph ầ n c ơ b ả n trong sinh v ậ t phù du bi ể n C N/C P/C Loại (% tổng khối (% khối (% khối Tác giả lượng khô) lượng) lượng) Sinh vật phù du 17,7 2,45 Fleming, 1940 Rong xanh 46,2 11,6 2,9 Parsons, 1961 Rong nâu xám 50,0 20,0 3,0 Vinogrdov, 1953 Động vật phù du 43,0 23,0 2,2 Beers, 1966 Thực vật phù du đại dương 23,0 3,0 Meallister, 1960 Thực vật phù du gần bờ 21,0 3,0 Antia, 1963 Sinhvật phù du 16,0 1,0 Redfield, 1963 Sinh vật phù du 18,4 3,0 Holm-Hansen, 1966 Đ a s ố c ác nhà nghiên c ứ u đ ánh giá t ỉ l ệ k h ố i l ượ ng C:N:P trong ch ấ t h ữ u c ơ v ào kho ả ng 100:(20-23):(2-3). T ỉ l ệ n ày cho th ấ y nhu c ầ u đ ị nh l ượ ng các nguyên t ố c ơ b ả n C, N, P c ủ a sinh v ậ t trong quá trình t ổ ng h ợ p ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n. Trong môi tr ườ ng n ướ c bi ể n, n ế u t ỉ l ệ n ày b ị t hay đ ổ i (do th ừ a ho ặ c thi ế u m ộ t ho ặ c m ộ t vài nguyên t ố n ào đ ó) s ẽ c ó ả nh h ưở ng x ấ u đ ế n s ự p hát tri ể n c ủ a sinh v ậ t và làm gi ả m n ă ng 135
su ấ t sinh h ọ c s ơ c ấ p c ủ a vùng bi ể n. D ự a vào t ỷ l ệ n ày và l ượ ng Cácbon h ữ u c ơ đ ượ c t ạ o thành, ta có th ể t ính đ ượ c l ượ ng Nit ơ , Ph ố tpho h ữ u c ơ t ạ o thành hàng n ă m c ũ ng nh ư t ổ ng kh ố i l ượ ng Nit ơ , Ph ố tpho h ữ u c ơ t rong trong bi ể n. 6 .1.4 Qui lu ậ t phân b ố c h ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n T rong bi ể n, Cácbon h ữ u c ơ h oà tan là d ạ ng chi ế m ư u th ế , n ồ ng đ ộ t rung bình c ủ a nó trong n ướ c đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i là 1,36 ± 0,20 mgC/l, ở T hái Bình D ươ ng là 1,22 mgC/l, Ấ n Đ ộ D ươ ng - 1,48 mgC/l và Đ ạ i tây D ươ ng - 1,53 mgC/l. Phân b ố t h ẳ ng đ ứ ng ch ấ t h ữ u c ơ h oà tan trong bi ể n có quy lu ậ t chung là n ồ ng đ ộ đ ạ t c ự c đ ạ i ở l ớ p n ướ c t ầ ng m ặ t 0-100m và gi ả m theo đ ộ s âu (b ả ng 6.5). C ự c đ ạ i n ồ ng đ ộ c h ấ t h ữ u c ơ h oà tan trong l ớ p n ướ c t ầ ng m ặ t có nguyên nhân là (theo Khailôv) có kho ả ng 45-75% Cácbon h ữ u c ơ d o khuê t ả o và th ự c v ậ t l ớ n t ổ ng h ợ p đ ượ c chuy ể n thành Cácbon h ữ u c ơ h oà tan sau khi ch ế t. Đ i ề u đ ó cho th ấ y phân b ố c h ấ t h ữ u c ơ h oà tan có liên quan tr ự c ti ế p v ớ i phân b ố c ủ a th ự c v ậ t phù du. B ả ng 6.5: Giá tr ị t rung bình n ồ ng đ ộ C acbon h ữ u c ơ h oà tan (mgC/l) trong n ướ c bi ể n (theo Rômankêvich ) Tầng nước Thái Bình Dương Ấn Độ Dương Đại Tây Dương 0-100 1,44 1,74 1,76 100-200 1,22 1,58 1,65 200-1000 1,14 1,63 1,60 > 1000 1,10 1,41 1,46 T heo ph ươ ng n ằ m ngang, n ồ ng đ ộ c h ấ t h ữ u c ơ h oà tan gi ả m t ừ b ờ r a kh ơ i: vùng bi ể n ven b ờ c ó n ồ ng đ ộ l ớ n nh ấ t 5-12,5 mgC/l, vùng th ề m l ụ c đ ị a 2-5 mgC/l, ngoài kh ơ i đ ạ i d ươ ng 0,6-1,5 mgC/l. Quy lu ậ t phân b ố n ày c ũ ng liên quan ch ủ y ế u t ớ i kh ố i l ượ ng th ự c v ậ t phù du ở c ác vùng bi ể n khác nhau. So v ớ i ch ấ t h ữ u c ơ h oà tan, ch ấ t h ữ u c ơ l ơ l ử ng trong n ướ c bi ể n có n ồ ng đ ộ n h ỏ h ơ n nhi ề u. N ồ ng đ ộ t rung bình Cácbon h ữ u c ơ l ơ l ử ng trong l ớ p n ướ c m ặ t 0-7m ở T hái Bình D ươ ng là 36,7 μ gC/l, ở Đ ạ i tây d ươ ng - 61,2 μ gC/l, Ấ n đ ộ d ươ ng - 61,3 μ gC/l và trung bình cho c ả 3 đ ạ i d ươ ng là 53,1 μ gC/l (s ố l i ệ u c ủ a Bag đ anôp và Rômankêvich). So v ớ i Đ ạ i Tây D ươ ng và Ấ n Đ ộ D ươ ng, n ồ ng đ ộ C ácbon h ữ u c ơ l ơ l ử ng trong l ớ p n ướ c b ề m ặ t ở T hái Bình D ươ ng là nh ỏ n h ấ t do di ệ n tích vùng n ướ c nghèo 136
dinh d ưỡ ng c ủ a đ ạ i d ươ ng này l ớ n nh ấ t, chi ế m 55% di ệ n tích toàn đ ạ i d ươ ng (di ệ n tích này ở Đ ạ i Tây D ươ ng ch ỉ l à 31% và Ấ n Đ ộ D ươ ng là 27%). N ế u th ừ a nh ậ n t ổ ng l ượ ng Cacbon h ữ u c ơ l ơ l ử ng trong đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i là 30.10 9 t ấ n (xem b ả ng 6.1) thì n ồ ng đ ộ t rung bình c ủ a nó là 22 μ gC/l. Phân b ố t h ẳ ng đ ứ ng ch ấ t h ữ u c ơ l ơ l ử ng c ũ ng có quy lu ậ t chung là n ồ ng đ ộ g i ả m theo đ ộ s âu, đ ạ t c ự c đ ạ i trong l ớ p n ướ c b ề m ặ t 0-50m do liên quan đ ế n th ự c v ậ t phù du. Giá tr ị c ự c đ ạ i n ồ ng đ ộ c h ấ t h ữ u c ơ l ơ l ử ng dao đ ộ ng trong kho ả ng khá r ộ ng 15-450 μ gC/l. Đ ố i v ớ i Thái Bình D ươ ng, quy lu ậ t phân b ố c h ấ t h ữ u c ơ l ơ l ử ng cho ở b ả ng 6.6. B ả ng 6.6: Hàm l ượ ng trung bình c ủ a Cácbon, Nit ơ , Phôtpho h ữ u c ơ l ơ l ử ngtrong vùng nhi ệ t đ ớ i Thái Bình D ươ ng (theo Bag đ anôp và Xapônhicôp) C ( μ gC/l) N ( μ gN/l) P ( μ gP/l) Độ sâu (m) Khoảng Trung bình Khoảng Trung bình Khoảng Trung bình 0-200 37,8-94,9 56,0 3-15 8,4 0-1,7 0,7 200 6,6-53 38,4 4-12 7,3 0-0,5 0,2 T heo ph ươ ng ngang, n ồ ng đ ộ c h ấ t h ữ u c ơ l ơ l ử ng gi ả m d ầ n t ừ b ờ r a kh ơ i. D ẫ n li ệ u ở b ả ng 6.7 cho th ấ y rõ đ i ề u đ ó. B ả ng 6.7: Hàm l ượ ng trung bình và t ổ ng l ượ ng Cácbon h ữ u c ơ l ơ l ử ng ở c ác vùng trong đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i (theo Rômankêvich) Diện tích Thể tích Các bon hữu cơ lơ lửng Độ sâu (106 106 Các vùng gC/m2 109 T.C μgC/l (km) % km3) km2 Thềm lục địa 26,66 7,4 0,08 2,1 100 8 0,2 Sườn lục địa 57,42 16 1,6 91,4 40 64 3,6 Vực thẳm 276,15 77 4,6 1270 10-15 46-69 13-19 Toàn đại dương 360,23 100 3,8 1370 15 57 21 6 .2 T Ổ NG H Ợ P VÀ PHÂN HU Ỷ C H Ấ T H Ữ U C Ơ T RONG BI Ể N T ổ ng h ợ p-phân gi ả i ch ấ t h ữ u c ơ l à hai m ặ t đ ố i l ậ p trong m ộ t th ể t h ố ng nh ấ t h ệ s inh thái. Hai quá trình này giúp cho h ệ t ồ n t ạ i và phát tri ể n đ ế n tr ạ ng thái tr ưở ng thành và cân b ằ ng ổ n đ ị nh. Đ i ề u quan tr ọ ng n ằ m trong hai quá trình này là t ỷ l ệ g i ữ a nh ị p đ ộ t ổ ng h ợ p và nh ị p đ ộ p hân gi ả i. Hãy t ưở ng t ượ ng n ế u h ệ s inh thái trái đ ấ t c ủ a chúng ta có t ố c đ ộ p hân gi ả i ch ấ t h ữ u c ơ l ớ n h ơ n t ố c đ ộ t ổ ng h ợ p chúng thì hi ệ n tr ạ ng s ẽ r a 137
sao? con ng ườ i s ẽ t hi ế u dinh d ưỡ ng, thi ế u Ôxy đ ể t h ở , s ẽ k hông có d ầ u l ử a, khí đ ố t và than đ á... và t ấ t nhiên s ẽ k hông có xã h ộ i v ă n minh nh ư n gày nay. Đ ố i v ớ i h ệ s inh thái bi ể n, s ự m ấ t cân b ằ ng c ủ a các quá trình t ổ ng h ợ p và phân gi ả i ch ấ t h ữ u c ơ c ũ ng s ẽ d ẫ n đ ế n nhi ề u nguy h ạ i ch ư a l ườ ng h ế t đ ượ c. 6 .2.1 Quá trình t ổ ng h ợ p ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n Q uá trình t ổ ng h ợ p ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n đ ượ c ti ế n hành b ằ ng 2 ph ươ ng th ứ c: quang h ợ p và hoá t ổ ng h ợ p. Nh ư đ ã bi ế t, th ự c v ậ t (ch ủ y ế u là th ự c v ậ t phù du) là b ộ p h ậ n chính s ả n xu ấ t ch ấ t h ữ u c ơ t rong h ệ s inh thái bi ể n. Quá trình s ả n xu ấ t ch ấ t h ữ u c ơ c ủ a chúng đ ượ c th ự c hi ệ n trong quá trình quang h ợ p. Trong quang h ợ p, di ệ p l ụ c (Chlorophyll) đ óng vai trò nh ư m ộ t ch ấ t xúc tác giúp cho th ự c v ậ t s ử d ụ ng đ ượ c n ă ng l ượ ng m ặ t tr ờ i đ ể b i ế n đ ổ i CO 2 , H 2 O và các ch ấ t khoáng thành ch ấ t h ữ u c ơ , đ ồ ng th ờ i gi ả i phóng O 2 . Ph ươ ng trình quang h ợ p đ ã đ ượ c đ ề c ậ p trong m ụ c 5.1.3 ch ươ ng 5. Trong môi tr ườ ng bi ể n quá trình quang h ợ p c ủ a th ự c v ậ t ch ỉ c ó th ể x ả y ra khi c ườ ng đ ộ c hi ế u sáng có giá tr ị t ừ 0 ,18 cal/cm 2 .gi ờ t r ở l ên. Do s ự s uy gi ả m nhanh chóng c ủ a ánh sáng khi đ i vào các t ầ ng n ướ c nên l ớ p quang h ợ p ở b i ể n không dày, th ườ ng không v ượ t quá 250 mét sâu. Ngoài th ự c v ậ t, quá trình quang h ợ p trong bi ể n còn đ ượ c th ự c hi ệ n b ở i m ộ t s ố v i khu ẩ n có m ầ u nh ư v i khu ẩ n l ư u hu ỳ nh xanh và đ ỏ ( Chlorobacteriaceae v à T hiorhodaceae ) hay vi khu ẩ n không l ư u hu ỳ nh đ ỏ v à nâu ( Athiorhodaceae ). Trong quang h ợ p c ủ a vi khu ẩ n, ch ấ t b ị ô xy hoá không ph ả i là n ướ c mà là h ợ p ch ấ t vô c ơ c h ứ a l ư u hu ỳ nh (ví d ụ H 2 S) và quang h ợ p ki ể u này không gi ả i phóng khí Ôxy: Năng lượng CO2 + 2H2S (CH 2 O) + H 2 O + 2S ánh sáng S ả n ph ẩ m h ữ u c ơ t ạ o ra do quang h ợ p c ủ a các vi khu ẩ n trong bi ể n không đ áng k ể , nh ư ng vi khu ẩ n l ạ i có kh ả n ă ng ho ạ t đ ộ ng trong nh ữ ng đ i ề u ki ệ n hoàn toàn không thích h ợ p cho th ự c v ậ t. Do v ậ y vi khu ẩ n quang h ợ p c ũ ng đ óng vai trò nh ấ t đ ị nh trong chu trình chuy ể n hoá v ậ t ch ấ t ở b i ể n. 138
Quá trình t ổ ng h ợ p ch ấ t h ữ u c ơ t ừ c ác ch ấ t vô c ơ t rong bi ể n b ằ ng con đ ườ ng hoá t ổ ng h ợ p đ ượ c m ộ t s ố n hóm vi khu ẩ n th ự c hi ệ n. Trong quá trình này, các vi khu ẩ n hoá t ổ ng h ợ p không c ầ n n ă ng l ượ ng ánh sáng m ặ t tr ờ i nh ư ng l ạ i c ầ n Ôxy đ ể ô xy hoá các ch ấ t. N ă ng l ượ ng trong các ph ả n ứ ng ôxy hoá các ch ấ t vô c ơ d o vi khu ẩ n th ự c hi ệ n đ ượ c chúng s ử d ụ ng đ ể đ ư a CO 2 v ào trong thành ph ầ n t ế b ào c ủ a mình. Vi khu ẩ n hoá t ổ ng h ợ p ch ủ y ế u tham gia vào vi ệ c s ử d ụ ng l ạ i các h ợ p ch ấ t Cácbon h ữ u c ơ c h ứ k hông tham gia vào vi ệ c thành t ạ o ngu ồ n th ứ c ă n s ơ c ấ p trong bi ể n, nói đ úng h ơ n chúng s ố ng nh ờ v ào s ả n ph ẩ m phân hu ỷ c ác ch ấ t h ữ u c ơ . Nh ờ k h ả n ă ng ho ạ t đ ộ ng trong bóng t ố i ở c ác l ớ p n ướ c t ầ ng sâu và đ áy hay trong các l ớ p tr ầ m tích mà vi khu ẩ n hoá t ổ ng h ợ p không ch ỉ l ôi cu ố n các ch ấ t vô c ơ v ào quá trình s ả n xu ấ t ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n mà còn là b ộ p h ậ n s ử d ụ ng có hi ệ u qu ả n gu ồ n n ă ng l ượ ng "r ơ i vãi" mà các sinh v ậ t tiêu th ụ k hông th ể t i ế t ki ệ m đ ượ c. Tuy nhiên kh ố i l ượ ng s ả n ph ẩ m t ạ o ra trong bi ể n b ằ ng ph ươ ng th ứ c này c ũ ng không đ áng k ể . Nh ư v ậ y, trong các ph ươ ng th ứ c t ổ ng h ợ p ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n thì quang h ợ p c ủ a th ự c v ậ t, ch ủ y ế u là th ự c v ậ t phù du là quá trình chi ế m ư u th ế . Kh ố i l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ d o th ự c v ậ t t ổ ng h ợ p đ ượ c hàng n ă m trong đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i r ấ t l ớ n, kho ả ng 20 t ỷ t ấ n Cacbon, chi ế m trên 95% t ổ ng l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ c ủ a bi ể n (b ả ng 6.1). Tr ướ c đ ây, m ộ t s ố n g ườ i l ầ m t ưở ng càng có nhi ề u ánh sáng thì th ự c v ậ t càng t ổ ng h ợ p đ ượ c nhi ề u ch ấ t h ữ u c ơ . Th ự c t ế v ớ i ánh sáng có c ườ ng đ ộ c ao (nh ư ở v ùng nhi ệ t đ ớ i-xích đ ạ o) s ự ô xy hoá các men đ ã làm gi ả m quá trình t ổ ng h ợ p, còn s ự h ô h ấ p t ă ng m ạ nh l ạ i tiêu hao nhi ề u s ả n ph ẩ m quang h ợ p. Trong đ i ề u ki ệ n thích h ợ p, hô h ấ p c ủ a th ự c v ậ t đ ã tiêu hao kho ả ng 50% s ả n ph ẩ m do chính nó t ạ o ra. Vì v ậ y ở v ùng bi ể n nhi ệ t đ ớ i t ố c đ ộ t ổ ng h ợ p ch ấ t h ữ u c ơ t h ườ ng th ấ p. C ũ ng v ớ i nguyên nhân đ ó, quá trình t ổ ng h ợ p ch ấ t h ữ u c ơ c ủ a th ự c v ậ t th ườ ng đ ạ t c ự c đ ạ i ở đ ộ s âu d ướ i m ặ t bi ể n, n ơ i có c ườ ng đ ộ c hi ế u sáng thích h ợ p. Đ i ề u này đ ượ c th ấ y rõ trên hình 6.1. 139
1.0 gC/m3.ngày 0.01 0.05 0.1 0.5 0 20 Hình 6.1: Phân bố thẳng Gần đứng năng suất sơ cấp ở 40 phần đông bắc Đại Tây Ngoài khơi 60 Dương (theo R.I Currie) 80 100 m G iá tr ị t rung bình t ố c đ ộ t ổ ng h ợ p ch ấ t h ữ u c ơ c ủ a th ự c v ậ t trong l ớ p quang h ợ p c ủ a đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i là 55 gC/m 2 .n ă m, ở T hái Bình D ươ ng là 46,4 gC/m 2 .n ă m, ở Đ ạ i Tây D ươ ng - 69,4 gC/m 2 .n ă m và Ấ n Đ ộ D ươ ng - 81,0 gC/m 2 .n ă m. Ở T hái Bình D ươ ng t ố c đ ộ n ày th ấ p nh ấ t chính là do t ỷ l ệ d i ệ n tích vùng n ướ c nghèo dinh d ưỡ ng l ớ n nh ấ t (nh ư đ ã nói ở t rên). T ạ i vùng bi ể n ven b ờ , các bi ể n n ộ i đ ị a, bi ể n kín, quá trình s ả n xu ấ t ch ấ t h ữ u c ơ c ao h ơ n nhi ề u so v ớ i đ ạ i d ươ ng. T ừ v ùng ven b ờ r a vùng ngoài kh ơ i, s ả n ph ẩ m th ự c v ậ t phù du gi ả m kho ả ng 10 l ầ n. S ả n ph ẩ m th ự c v ậ t phù du ở t âm phân k ỳ x ích đ ạ o và vùng c ậ n c ự c l ớ n h ơ n ở v ùng xa tâm phân k ỳ v à vùng n ướ c chuy ể n ti ế p gi ữ a c ậ n c ự c - nhi ệ t đ ớ i (b ả ng 6.8). B ả ng 6.8: Giá tr ị t rung bình s ả n ph ẩ m th ự c v ậ t phù du ở c ác khu v ự c khác nhau trong đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i (theo Koblens-Miske). Diện tích Sản phẩm thực vật phù du Vùng nước 10 km2 6 gC/m2.năm 109 T.C/năm % Vùng nghèo dinh dưỡng phần trung tâm khu vực dòng chảy yếu cận 148 40,3 25,6 3,79 nhiệt đới Vùng chuyển tiếp giữa cận nhiệt đới và cận cực, vùng xa tâm phân 83 22,7 51,1 4,22 kỳ xích đạo Vùng phân kỳ xích đạo và các vùng 86 23,4 73,0 6,31 cận cực Vùng nước gần bờ 39 10,6 124,1 4,80 Vùng nước ven bờ 11 3,0 365,0 3,90 Tổng số 367 100 -------- 23,0 140
6.2.2 Quá trình phân gi ả i ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n Q uá trình phân gi ả i ch ấ t h ữ u c ơ n ói chung bao g ồ m phân gi ả i vô sinh và h ữ u sinh, nh ư ng trong bi ể n ch ỉ c ó các quá trình phân gi ả i h ữ u sinh. Trong quá trình này vi sinh v ậ t d ị d ưỡ ng, vi khu ẩ n ho ạ i sinh và sinh v ậ t ă n bã v ụ n là các tác nhân chính. S ự p hân gi ả i ch ấ t h ữ u c ơ t rong bi ể n (ch ấ t h ữ u c ơ c h ế t) là m ộ t t ậ p h ợ p các quá trình sinh hoá ph ứ c t ạ p v ớ i s ự t ham gia c ủ a t ấ t c ả s inh v ậ t phân gi ả i cùng các ch ấ t nh ư Ô xy và n ướ c. Cho đ ế n nay đ ã có nhi ề u công trình nghiên c ứ u v ấ n đ ề n ày song v ẫ n còn nhi ề u đ i ề u ch ư a sáng t ỏ . Trong quá trình phân gi ả i, các ch ấ t h ữ u c ơ p h ứ c t ạ p đ ượ c phân tích thành các ch ấ t đ ơ n gi ả n h ơ n (s ả n ph ẩ m trung gian) và sau đ ó thành các ch ấ t vô c ơ n h ư C H 4 , H 2 S, H 2 O, NH 3 , CO 2 , NO 3 - , PO 4 - 3 ... Trong các giai đ o ạ n phân gi ả i đ ó, các vi khu ẩ n đ ã s ử d ụ ng nh ữ ng s ả n ph ẩ m trung gian đ ể t ổ ng h ợ p nên ch ấ t h ữ u c ơ m ớ i (s ả n ph ẩ m th ứ c ấ p). Các s ả n ph ẩ m khoáng hoá hoàn toàn là các ch ấ t dinh d ưỡ ng vô c ơ , CO 2 , H 2 O... đ ượ c tr ả l ạ i môi tr ườ ng và l ạ i đ ượ c th ự c v ậ t s ử d ụ ng. Các ch ấ t h ữ u c ơ k hác nhau b ị p hân gi ả i v ớ i t ố c đ ộ k hác nhau. Ch ấ t h ữ u c ơ l à xác đ ộ ng v ậ t th ườ ng b ị p hân gi ả i nhanh h ơ n ch ấ t h ữ u c ơ l à xác th ự c v ậ t. Odum đ ã chia thành ba th ờ i k ỳ p hân gi ả i là: 1) nghi ề n nát bã v ụ n b ằ ng tác đ ộ ng v ậ t lý và sinh v ậ t, 2) gi ả i phóng khá nhanh ch ấ t h ữ u c ơ h oà tan và t ạ o "mùn", 3) s ự k hoáng hoá ch ậ m ch ấ t mùn. Th ấ y rõ r ằ ng ch ấ t h ữ u c ơ b ã v ụ n c ũ ng đ ã đ ượ c chia thành hai ph ầ n: ph ầ n d ễ p hân gi ả i (B D ) và ph ầ n khó phân gi ả i (B K ). C ả h ai ph ầ n này có th ể b ị p hân gi ả i đ ồ ng th ờ i, t ấ t nhiên v ớ i t ố c đ ộ k hác nhau (có th ể k hác nhau đ ế n 10 l ầ n và h ơ n n ữ a). Th ờ i gian đ ầ u s ự p hân gi ả i ch ủ y ế u x ẩ y ra đ ố i v ớ i ph ầ n ch ấ t h ữ u c ơ d ễ b ị p hân gi ả i. S ả n ph ẩ m trung gian (giai đ o ạ n hai) đ ượ c vi khu ẩ n s ử d ụ ng m ộ t ph ầ n làm th ứ c ă n và xây d ự ng t ế b ào, m ộ t ph ầ n b ị k hoáng hoá hoàn toàn, ph ầ n nh ỏ c òn l ạ i là h ợ p ph ầ n b ề n v ữ ng (mùn) s ẽ t i ế p t ụ c b ị k hoáng hoá ch ậ m ho ặ c có th ể đ i ra kh ỏ i h ệ s inh thái bi ể n. Trên th ự c t ế , s ự p hân gi ả i ph ầ n B D d i ễ n ra t ươ ng đ ố i nhanh (sau 10 ngày đ ầ u l ượ ng bã v ụ n g ố c sinh v ậ t phù du đ ã gi ả m đ i 50%) và k ế t thúc ch ỉ s au kho ả ng 30-40 ngày. S ự p hân gi ả i ph ầ n B K d i ễ n ra ch ậ m h ơ n và có 141
th ể k ế t thúc trong kho ả ng t ừ 5 0 ngày đ ế n vài n ă m, th ậ m chí lâu h ơ n. S ự p hân gi ả i bã v ụ n h ữ u c ơ d i ễ n ra m ạ nh nh ấ t ở l ớ p quang h ợ p, ở c ác l ớ p n ướ c sâu và đ áy di ễ n ra r ấ t ch ậ m ch ạ p. Có 2 nguyên nhân c ủ a hi ệ n t ượ ng này: m ộ t là, ở c ác l ớ p n ướ c sâu đ i ề u ki ệ n nhi ệ t đ ộ , áp su ấ t thu ỷ t ĩ nh đ ã h ạ n ch ế h o ạ t đ ộ ng c ủ a vi khu ẩ n; hai là ch ấ t h ữ u c ơ l ắ ng chìm t ừ l ớ p trên xu ố ng có b ả n ch ấ t khó phân gi ả i. 6.3. CHU TRÌNH V Ậ T CH Ấ T-CH Ấ T H Ữ U C Ơ T RONG BI Ể N Đ ể c ó khái ni ệ m v ề c hu trình tu ầ n hoàn các nguyên t ố h oá h ọ c trong h ệ s inh thái bi ể n, chúng ta s ử d ụ ng đ ị nh ngh ĩ a c ủ a Odum: "Các nguyên t ố h oá h ọ c, bao g ồ m c ả c ác nguyên t ố c ơ b ả n c ủ a ch ấ t nguyên sinh th ườ ng th ườ ng tu ầ n hoàn trong sinh quy ể n theo các con đ ườ ng đ ặ c tr ư ng, t ừ m ôi tr ườ ng vào sinh v ậ t r ồ i l ạ i ra môi tr ườ ng. Đ ó là chu trình sinh đ ị a hoá h ọ c." D ướ i đ ây chúng ta s ẽ t hi ế t l ậ p s ơ đ ồ t ổ ng quát chu trình tu ầ n hoàn v ậ t ch ấ t-ch ấ t h ữ u c ơ t rong h ệ s inh thái bi ể n. S ơ đ ồ đ ượ c l ậ p d ự a trên các s ố l i ệ u mà Rômankevich đ ã thu th ậ p và tính toán (b ả ng 6.1, 6.2). Theo s ố l i ệ u ở c ác b ả ng này th ấ y r ằ ng, t ố c đ ộ t ổ ng h ợ p ch ấ t h ữ u c ơ c ủ a th ự c v ậ t phù du trong đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i là 20.10 9 T.C/n ă m, c ủ a th ự c v ậ t đ áy là 0,1.10 9 T.C/n ă m và t ổ ng l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ đ ượ c thành t ạ o ngay trong bi ể n là 20,1.10 9 T.C/n ă m. T ổ ng l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ t ừ b ên ngoài chuy ể n t ớ i là 1.10 9 T.C/n ă m. Toàn b ộ đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i ch ứ a kho ả ng 1800.10 9 T.C hoà tan, 30.10 9 T.C l ơ l ử ng (trong đ ó d ạ ng ch ấ t s ố ng là 2,8.10 9 T.C g ồ m đ ộ ng v ậ t phù du 2.10 9 T.C, th ự c v ậ t phù du 0,8.10 9 T.C). Do ho ạ t đ ộ ng s ố ng c ủ a các sinh v ậ t d ị d ưỡ ng và các vi khu ẩ n và do quá trình ôxi hoá, l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ b ị p hân gi ả i hoàn toàn ( đế n CO 2 ) là 21.10 9 T.C/n ă m. Ph ầ n ch ấ t h ữ u c ơ l ơ l ử ng b ị l ắ ng đ ọ ng (t ạ o thành tr ầ m tích đ áy) là 0,085.10 9 T.C/n ă m. Nh ư v ậ y n ế u ch ỉ x ét đ ế n các thành ph ầ n chuy ể n hoá c ơ b ả n trong đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i, chúng ta s ẽ l ậ p đ ượ c s ơ đ ồ c hung t ổ ng quát chu trình tu ầ n hoàn v ậ t ch ấ t-ch ấ t h ữ u c ơ t rong h ệ s inh thái bi ể n nh ư h ình 6.2. Các quá trình vô sinh và h ữ u sinh đ ượ c ch ỉ r a trên s ơ đ ồ b ằ ng các m ũ i tên. Cho r ằ ng chu trình v ậ t ch ấ t-ch ấ t h ữ u trong bi ể n là ổ n đ ị nh, ngh ĩ a 142
là l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ đ ượ c t ạ o thành và gia nh ậ p hàng n ă m trong đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i đ úng b ằ ng t ổ ng l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ b ị p hân gi ả i hoàn toàn và l ượ ng ch ấ t h ữ u c ơ b ị l ắ ng đ ọ ng trong tr ầ m tích bi ể n thì có hai v ấ n đ ề đ áng l ư u ý là: Thực vật Thực vật I, II, III, IV, V, VI, VII, đáy: VIII phù du: 20.109 0,1.109 T.C/năm T.C/năm Từ bên ngoài đưa vào Tại chỗ: 20,1.109 T.C/năm biển: 1.109 T.C/năm Sinh vật Chất hữu cơ lơ lửng 30.109 T.C Vi khuẩn dị Chất sống 2,8.109 T.C dưỡng Chất hữu cơ hoà tan 1800.109 T.C Sản phẩm khoáng hoá hoàn toàn 21.109 T.C/năm Trầm tích đáy 0,085.109 T.C/năm G hi chú: I- Nước sông mang ra: 600.106 T.C/năm V- Chất độc hại 5.10 6 T.C/n ă m II- Gió vận chuyển: 320.106 T.C/năm VI- Sản phẩm bào mòn bờ 2.10 6 T.C/n ă m III- Nước ngầm: 59.106 T.C/năm VII- Dòng băng 1,5. 10 6 T.C/n ă m IV- Núi lửa ngầm 10.106 T.C/năm VIII- Từ vũ trụ 0.004. 10 6 T.C/n ă m H ình 6.2: S ơ đ ồ t ổ ng quát chu trình v ậ t ch ấ t-ch ấ t h ữ u c ơ t rong h ệ s inh thái bi ể n 143
M ố i liên h ệ c ủ a các kh ố i ch ấ t h ữ u c ơ h oà tan, l ơ l ử ng và ch ấ t s ố ng là 1800:30:2,8 ph ả n ánh k ế t qu ả c ủ a s ự c ân b ằ ng đ ộ ng gi ữ a các quá trình t ổ ng h ợ p - phân gi ả i và l ắ ng đ ọ ng ch ấ t h ữ u c ơ h i ệ n nay trong h ệ s inh thái bi ể n. T ỷ l ệ n ày có th ể đ ượ c xem là m ộ t h ằ ng s ố h ành tinh, r ấ t có ý ngh ĩ a v ề m ặ t sinh thái h ọ c. Trong đ ạ i d ươ ng th ế g i ớ i hi ệ n nay, quá trình t ổ ng h ợ p l ớ n h ơ n m ộ t chút so v ớ i quá trình phân gi ả i. K ế t qu ả l à hàng n ă m có g ầ n 0,1.10 9 T.C đ ượ c d ự t r ữ t rong tr ầ m tích bi ể n. N ế u tr ướ c đ ây quá trình t ổ ng h ợ p v ẫ n l ớ n h ơ n quá trình phân gi ả i thì đ ó có th ể l à ngu ồ n ch ấ t h ữ u c ơ đ ã tham gia vào quá trình t ạ o thành các m ỏ d ầ u, khí đ ố t và các khoáng s ả n khác d ướ i bi ể n? 144
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 1. Đoàn Bộ, 1990: Giáo trình Hoá học nước tự nhiên. NXB ĐHTH HN, 150 tr. 2. Đoàn Bộ, 1994: Mô hình hoá sự phân bố sinh vật nổi và năng suất sinh học sơ cấp vùng biển Nam Trung bộ. Luận án PTS khoa học Hải dương, ĐHTH HN, 105 tr. 3. Đoàn Bộ, 2001: Các phương pháp phân tích hoá học nước biển. NXB ĐHQG HN, 123 tr. 4. Lưu Văn Diệu, 1996: Nghiên cứu đặc điểm thuỷ hoá và chất lượng nước vùng biển ven bờ Quảng Ninh-Hải Phòng (từ vịnh Hạ Long đến bán đảo Đồ Sơn). Luận án PTS khoa học Hoá học, ĐH KHTN, ĐHQG HN. 158 tr. 5. ODUM E.P., 1978: Cơ sở sinh thái học, tập I. (bản dịch từ tiếng Nga của Phạm Bình Quyền, Hoàng Kim Nhuệ, Lê Vũ Khôi, Mai Đình Yên). NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp HN, 423 tr. 6. Vũ Trung Tạng, 2000: Cơ sở sinh thái học. NXB Giáo dục HN, 263 tr. 7. Gregoire M., Beckers J-M., Nihoul J.C.J, Stanev E., 1997: Coupled hydrodynamic ecosystem model of the Black Sea at the basin scale. Sensitivity to Change: Black Sea, Baltic Sea and North Sea, Ed. by Ozsoy E. and A. Mikaelyan, pp 487-499. 8. Horne R. A., 1969: Marine Chemistry. Wiley-Interscience, a Division of John Wiley & Sons, New York-London-Sydney-Toronto, 398 pp. 9. Proceedings of Scientific Conference on the Philippines-Vietnam Joint Oceanographic and Marine Scientific Research Expedition in the South China Sea 1996 (RP-VN JOMSRE-SCS 1996), Hanoi, 1997, 164 pp. 145