Bạn đã từng đến bãi biển ở bờ đông Hàn Quốc giữa mùa hè nhưng chỉ nhúng chân rồi bước ra vì nước quá lạnh chưa? Chuyện biển mới vài ngày trước còn ấm mà chỉ qua một đêm đã lạnh như nước đá không hề hiếm. Lời giải cho câu đố vì sao biển lại lạnh đi giữa ngày nắng chói chang chính là hiện tượng nước lạnh từ sâu dưới biển dâng lên, gọi là “nước trồi (Upwelling)”.
Nói một cách đơn giản, nước trồi là “hiện tượng nước lạnh giàu chất dinh dưỡng từ dưới sâu dâng lên, lấp vào khoảng trống do nước biển tầng mặt bị gió đẩy đi”. Dòng nước lạnh này tuy không được người tắm biển chào đón, nhưng lại là vị khách quý mang thức ăn đến cho sinh vật biển, đồng thời là động lực tạo nên những ngư trường tầm cỡ thế giới.
Trong tài liệu này, chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu từ cơ chế hình thành nước trồi đến những vùng nước trồi tiêu biểu trên thế giới, ảnh hưởng đối với hệ sinh thái biển và thời tiết, cũng như tương lai của nước trồi trong bối cảnh El Niño và biến đổi khí hậu.
Cơ chế nước lạnh dưới biển trồi lên và những ảnh hưởng của nó
Vì sao gió đẩy nước biển sang bên
Để hiểu nước trồi, trước hết cần biết gió và nước biển chuyển động cùng nhau như thế nào. Khi gió thổi trên biển, nước tầng mặt bị kéo đi, nhưng dòng nước này không đi thẳng theo hướng gió.
- Hiệu ứng Coriolis (Coriolis Effect): Do Trái Đất tự quay, các vật thể chuyển động bị lệch sang phải ở Bắc bán cầu và sang trái ở Nam bán cầu.
- Xoắn ốc Ekman (Ekman Spiral): Nước tầng mặt chảy lệch khoảng 45 độ so với hướng gió, còn các lớp nước bên dưới bị kéo theo do ma sát và lần lượt lệch thêm một chút, tạo thành hình xoắn ốc.
- Vận chuyển Ekman (Ekman Transport): Khi cộng chuyển động của tất cả các lớp này, xét tổng thể, nước biển tầng mặt di chuyển vuông góc với hướng gió.
Nguyên lý này bắt nguồn từ quan sát của nhà thám hiểm người Na Uy Fridtjof Nansen trong chuyến thám hiểm Bắc Cực, khi ông nhận thấy băng biển trôi lệch sang phải khoảng 20–40 độ so với hướng gió. Nhà hải dương học người Thụy Điển Vagn Walfrid Ekman đã giải thích hiện tượng này bằng toán học và công bố vào năm 1905. Ngược lại, khi gió dồn nước tầng mặt về phía bờ, nước tích tụ rồi chìm xuống, được gọi là hiện tượng nước chìm (Downwelling). Nước trồi và nước chìm là một cặp chuyển động giúp trộn nước biển theo chiều thẳng đứng.
Nước trồi xuất hiện ở đâu?
Khi nước tầng mặt dịch chuyển về một phía, nước bên dưới dâng lên lấp vào khoảng trống đó. Có thể chia các nơi xuất hiện nước trồi thành ba nhóm chính.
(1) Nước trồi ven bờ
Hiện tượng này xảy ra khi gió thổi song song với đường bờ biển, đẩy nước tầng mặt ra ngoài khơi. Đây là dạng được biết đến nhiều nhất, với nước lạnh thường dâng lên với tốc độ khoảng 5–10 m mỗi ngày. Những ví dụ tiêu biểu là dòng biển Humboldt ngoài khơi Peru và Chile, dòng biển California ở bờ tây Hoa Kỳ, dòng biển Canary ở tây bắc châu Phi và dòng biển Benguela ở tây nam châu Phi.
(2) Nước trồi xích đạo
Gần xích đạo, gió tín phong thổi từ phía đông tách nước tầng mặt về phía bắc ở Bắc bán cầu và về phía nam ở Nam bán cầu. Nước lạnh trồi lên ở giữa, tạo thành một dải biển giàu dinh dưỡng dọc theo xích đạo Thái Bình Dương. Dải này có nhiều thực vật phù du đến mức có thể nhìn thấy rõ ngay cả trên ảnh vệ tinh.
(3) Vùng nước lạnh ở Hàn Quốc
Vào mùa hè, khi gió thuộc nhóm hướng nam thổi liên tục, nước trồi cũng xuất hiện ở vùng ven bờ phía nam của bờ đông Hàn Quốc, tạo nên các vùng nước lạnh. Nhiệt độ nước đột ngột giảm mạnh đôi khi gây thiệt hại cho cá nuôi, vì vậy Viện Khoa học Thủy sản Quốc gia Hàn Quốc phát hành các bản tin cảnh báo đặc biệt về vùng nước lạnh để thông báo tình hình.
Nước trồi làm thay đổi biển và thời tiết như thế nào
Dưới biển sâu tích tụ các muối dinh dưỡng như nitrat và phosphat, hình thành khi xác sinh vật chìm từ phía trên xuống bị phân hủy. Nước trồi đưa nguồn phân bón này lên tầng mặt có ánh sáng mặt trời chiếu tới.
Tạo nên những ngư trường hàng đầu thế giới
Khi gặp muối dinh dưỡng, thực vật phù du tăng trưởng bùng nổ, kéo theo chuỗi thức ăn gồm động vật phù du ăn chúng, các loài cá nhỏ như cá cơm và cá mòi, rồi đến cá lớn hơn, chim biển và cả động vật có vú ở biển. Năm vùng nước trồi chính chỉ chiếm khoảng 5% tổng diện tích biển, nhưng cung cấp khoảng 25% sản lượng khai thác cá biển toàn cầu. Ngư trường cá cơm ngoài khơi Peru là một ví dụ tiêu biểu.
Mang đến sương mù và sa mạc
Nước biển lạnh làm mát cả không khí phía trên, tạo ra sương mù biển dày đặc và mây thấp. San Francisco ở Hoa Kỳ, nơi có khí trời mát mẻ và thường xuyên có sương mù ngay cả vào mùa hè, là một ví dụ điển hình. Mặt khác, do không khí bị làm lạnh từ bên dưới khiến mây mưa khó phát triển, những vùng đất khô cằn cũng hình thành dọc bờ biển, như sa mạc Atacama ở Chile hay sa mạc Namib ở Namibia.
Nước trồi trong bối cảnh El Niño và biến đổi khí hậu
Vì nước trồi là hiện tượng do gió tạo ra nên khi gió yếu đi, nước trồi cũng suy yếu theo. Bởi vậy, hiện tượng này rất nhạy cảm với những thay đổi của thời tiết và khí hậu.
(1) Khi El Niño đến, biển rơi vào cảnh thiếu ăn
Khi El Niño xảy ra làm gió tín phong suy yếu, nước trồi ngoài khơi Peru giảm đi và nước ấm nghèo dinh dưỡng bao phủ vùng ven bờ. Vào năm 1972, El Niño cùng với tình trạng khai thác quá mức đã khiến sản lượng đánh bắt cá cơm của Peru sụt giảm nghiêm trọng.
(2) Khai thác quá mức làm xáo trộn chuỗi thức ăn
Ở các vùng nước trồi, thường có một hoặc hai loài cá nhỏ như cá cơm hay cá mòi đóng vai trò mắt xích trung gian, kết nối các bậc trên và dưới trong chuỗi thức ăn. Nếu đánh bắt quá nhiều những loài cá này, số lượng chim biển và cá lớn sống nhờ ăn chúng cũng giảm theo.
(3) Theo dõi tác động của biển ấm lên
Có giả thuyết cho rằng khi Trái Đất ấm lên, chênh lệch nhiệt độ giữa đất liền và biển tăng có thể làm nước trồi ven bờ mạnh hơn, nhưng cũng có lo ngại rằng tầng mặt ấm lên sẽ khiến nước khó hòa trộn. Các nhà khoa học sử dụng vệ tinh để quan trắc nhiệt độ mặt biển và nồng độ diệp lục, qua đó liên tục theo dõi những thay đổi này.
Nước trồi dễ chỉ được nhớ đến qua làn nước lạnh ở bãi tắm, nhưng thực chất đây là một phần của vòng tuần hoàn khổng lồ đưa chất dinh dưỡng từ đáy biển lên, nuôi sống vô số sinh vật. Chính nhờ chuyển động do gió, sự tự quay của Trái Đất và nước biển cùng tạo nên mà có những con cá trên bàn ăn của chúng ta.
Hiểu rằng một luồng gió có thể đánh thức biển sâu chính là bước đầu tiên để biết cách đọc hiểu biển cả.
