Nghiên cứu phục hồi đặc điểm cổ môi trường và cổ khí hậu nhằm làm sáng tỏ các đặc trưng môi trường và khí hậu trong quá khứ. Các nghiên cứu cổ môi trường và cổ khí hậu cung cấp các thông tin quan trọng cho các nghiên cứu mô phỏng xu thế biến đổi môi trường và khí hậu trong tương lai.
Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 34, Số (2018) 40-50 Phục hồi điều kiện cổ môi trường khu vực hồ Ao Tiên, Vườn Quốc gia Ba Bể phương pháp phân tích đồng vị bền Đặng Minh Quân1,*, Nguyễn Tài Tuệ1,2, Phạm Thảo Nguyên2, Lưu Việt Dũng2, Trần Đăng Quy1,2 Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam Phịng thí nghiệm Trọng điểm Địa mơi trường Ứng phó biến đổi khí hậu cấp Đại học Quốc gia Nhận ngày 27 tháng năm 2018 Chỉnh sửa ngày 23 tháng năm 2018; Chấp nhận đăng ngày 26 tháng năm 2018 Tóm tắt: Nghiên cứu phục hồi đặc điểm cổ mơi trường cổ khí hậu nhằm làm sáng tỏ đặc trưng mơi trường khí hậu khứ Các nghiên cứu cổ môi trường cổ khí hậu cung cấp thơng tin quan trọng cho nghiên cứu mô xu biến đổi môi trường khí hậu tương lai Mục tiêu nghiên cứu phục hồi điều kiện cổ môi trường khu vực hồ Ao Tiên, Vườn quốc gia Ba Bể thị đặc điểm thành phần độ hạt trầm tích, hàm lượng vật chất hữu (OM), giá trị đồng vị bền carbon (δ13C) nitơ (δ15N) tỷ số C/N cột mẫu trầm tích Sự biến đổi đồng thời đặc điểm trầm tích thành phần đồng vị bền đặc điểm môi trường khoảng 700 năm trước đến khu vực nghiên cứu chia thành ba giai đoạn chính: Giai đoạn từ năm 1300 đến năm 1424 giai đoạn khí hậu có mưa nhiều, mực nước hồ tương đối cao thành phần vật chất hữu có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật C3 xung quanh hồ; Giai đoạn từ năm 1424 đến năm 1864 giai đoạn mực nước hồ giảm liên tục đạt thấp giảm lưu lượng nước xung quanh chảy hồ Thành phần vật chất hữu giai đoạn có nguồn gốc hỗn hợp thực vật quang hợp C3, thực vật phù du có xu hướng phát triển tảo lam tảo nâu Giai đoạn từ năm 1864 đến thời kỳ mực nước hồ tăng, nguồn gốc vật chất hữu trầm tích hỗn hợp thực vật sống quanh hồ thực vật phù du Cuối giai đoạn này, từ 1957 đến lượng mưa khu vực giảm nên mực nước hồ tương đối thấp, thành phần vật chất hữu trầm tích chủ yếu có nguồn gốc từ tảo nâu tảo lam với chiếm ưu tảo nâu điều kiện nghèo dinh dưỡng Từ khóa: Cổ mơi trường, cổ khí hậu, đồng vị bền, tỷ số C/N, trầm tích hồ Mở đầu hậu mơi trường khứ [1] Nghiên cứu phục hồi đặc điểm biến đổi cổ mơi trường, cổ khí hậu Holocen đóng vai trị quan trọng, cung cấp thơng tin chi tiết liệu khí hậu cho việc dự báo mơ biến đổi khí hậu tương lai, đánh giá tác động hoạt động nhân sinh đến tự nhiên [2] Có Khơi phục cổ mơi trường cổ khí hậu nhằm đánh giá làm sáng tỏ đặc điểm khí _ Tác giả liên hệ ĐT.: 84-968050394 Email: quandm94@gmail.com https://doi.org/10.25073/2588-1140/vnunst.4238 40 Đ.M Quân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 34, Số (2018) 40-50 nhiều thị khí hậu khác sử dụng để phục hồi đặc điểm biến đổi cổ mơi trường cổ khí hậu Holocen Nghiên cứu dựa vào phân tán mật độ phân bố bào tử phấn hoa cột mẫu trầm tích xác định điều kiện khí hậu [3] phân tích đặc điểm phân bố độ hạt tầng trầm tích sử dụng để nghiên cứu dao động mực nước biển [4] Cùng với phương pháp phân tích đặc điểm địa hóa, phương pháp đồng vị bền sử dụng rộng rãi giới để phục hồi điều kiện cổ môi trường cổ khí hậu trầm tích hồ [5] Trong đó, giá trị δ13C tỷ lệ C/N sử dụng để xác định nguồn gốc trình lắng đọng vật chất hữu trầm tích, qua phục hồi thành công đặc điểm cổ môi trường đới bờ [4] Tại Việt Nam, có số cơng trình nghiên cứu thực phục hồi điều kiện cổ khí hậu cổ môi trường thị thành phần độ hạt trầm tích, bào tử phấn, số hạn hán (PDSI) Sử dụng phương pháp phân tích thành phần độ hạt từ cột mẫu trầm tích biến đổi mực nước biển đồng sông Hồng theo giai đoạn khác Holocen [6] Kết sử dụng bào tử phấn phát biến đổi khí hậu tác động người lên môi trường đồng sông Hồng Holocen [7] Chỉ số PDSI trình hoạt động ENSO vòng 300 năm trở lại xác định dựa vào kết phân tích giá trị đồng vị bền oxi (δ18O) vân gỗ Pơ Mu Mù Cang Chải, Yên Bái [8] Kết phân tích giá trị δ13C tỷ lệ C/N cột trầm tích rừng ngập mặn vùng cửa sông Ba Lạt môi trường khu vực 100 năm qua tiến hóa theo kiểu môi trường gồm vùng triều, gian triều triều [9] Tuy nhiên, phương pháp áp dụng giá trị δ13C tỷ lệ C/N chưa ứng dụng để phục hồi cổ môi trường hồ núi Việt Nam Do vậy, mục tiêu báo áp dụng phương pháp phân tích đồng vị bền δ13C, tỉ số C/N, thành phần vật chất hữu thành phần độ hạt cột mẫu trầm tích để phục hồi điều 41 kiện cổ mơi trường cổ khí hậu khu vực hồ Ao Tiên, Vườn Quốc gia Ba Bể Khu vực phương pháp nghiên cứu 2.1 Khu vực nghiên cứu Hồ Ao Tiên nằm phía bắc hồ Ba Bể, kỳ quan địa chất địa điểm du lịch tiếng thuộc Vườn quốc gia Ba Bể Hồ Ao Tiên hồ tự nhiên núi đá vôi, hình thành hoạt động kiến tạo vùng karst Đây hồ kín có diện tích 1,5 ha, có độ sâu trung bình 10 – 11 m, với độ sâu lớn thời điểm khảo sát tháng 5/2017 đo 16,0 m Hồ có trao đổi nước mưa nước ngầm với hồ Ba Bể vùng xung quanh Bao quanh hồ dãy núi đá vôi cao từ 570 – 893 m với rừng nhiệt đới thường xanh nguyên sinh (Hình 1) Khu vực đặc trưng cho điều kiện khí hậu gió mùa, với phân hóa nhiệt độ, lượng mưa theo mùa hè mùa đông [10] Giá trị nhiệt độ có chênh lệch lớn mùa hè mùa đông, với giá trị nhiệt độ thấp cao xảy tháng tháng Lượng mưa tập trung chủ yếu tháng mùa hè từ tháng đến tháng 9, tháng có lượng mưa thấp Kết phân tích đồng vị phóng xạ 14C 137 Cs cột mẫu trầm tích hồ Ba bể tốc độ lắng đọng trầm tích phần cột mẫu trầm tích có độ sâu 150 – 165 cm 0,1 cm/năm; độ sâu 130,5 – 139,5 cm 0,2 cm/năm độ sâu 61 – 26 cm 0,23 cm/năm [11, 12] (Hình 2) Hồ Ao Tiên kết nối với hồ Ba Bể hệ thống karst ngầm để trao đổi nước Bên cạnh đó, hệ sinh thái rừng nguyên sinh cịn bảo tồn, trì tốt phát triển núi đá vôi nên tốc độ lắng đọng trầm tích khơng chịu tác động người Do đó, kết tốc độ lắng đọng trầm tích trung bình 0,15 cm/năm phần 130 cm cột trầm tích hồ Ba Bể Weide [12] phù hợp cho toàn hồ Ao Tiên cột mẫu trầm tích nghiên cứu phản ánh thời gian biến đổi mơi trường khí hậu khoảng 700 năm 42 Đ.M Quân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 34, Số (2018) 40-50 Hình Sơ đồ vị trí khu vực nghiên cứu (A), vị trí hồ Ao Tiên Vườn quốc gia Ba Bể (B), vị trí cột mẫu AT-01 quang cảnh hồ Ao Tiên (C) Hình Kết tốc độ lắng đọng trầm tích cột mẫu trầm tích hồ Ba Bể [11, 12] 2.2 Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu Để thu thập cột mẫu trầm tích, nghiên cứu chế tạo thiết bị lấy mẫu dựa thiết kế Davis Steinman [13], Somsiri nnk [14] Thiết bị lấy cột mẫu trầm tích gồm mũi khoan ống PVC có chiều dài m, đường kính 90 mm, đầu cắt nhọn, đầu lại nối với cần khoan, gồm bốn ống PVC kích thước có chiều dài m ghép nối với khớp nối Chiều dài tổng số thiết bị lấy mẫu 14 m, hai ống PVC tiếp giáp với mũi khoan khoan hai hàng lỗ (đường kính cm) với khoảng cách lỗ gần 30 cm Các lỗ có vai trị nước giảm áp lực cột nước lên phần mẫu lấy mũi khoan Đ.M Quân nnk / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 34, Số (2018) 40-50 Cột mẫu lấy cách đóng từ từ mũi khoan xuống đáy hồ đến thiết bị lấy mẫu khơng thể di chuyển, sau kéo lên từ từ để tránh bị tụt mẫu Cột mẫu trầm tích ký hiệu AT-01 có tọa độ địa lí: Kinh độ: 105°37'2,64"; Vĩ độ: 22°26'51,35"; Độ sâu: 13 m; Chiều dài cột mẫu: 110 cm Ngay sau lấy, cột mẫu trầm tích giữ ống PVC, bịt kín hai đầu nắp nhựa băng dính để hạn chế tác động mơi trường khí Mẫu sau thu thập vận chuyển phòng thí nghiệm, bảo quản tủ lạnh nhiệt độ –20 oC đến xử lí bước Để tiến hành phân tích tỉ trọng, độ hạt trầm tích, giá trị OM, giá trị δ13C δ15N, tỉ số C/N, cột trầm tích loại bỏ khoảng cm phần để tránh nhiễm bẩn, sau cắt mẫu với khoảng cách độ sâu cm, tổng số mẫu trầm tích thu 54 mẫu 2.3 Phương pháp xử lý phân tích mẫu Phương pháp phân tích độ hạt trầm tích Khoảng g mẫu trầm tích ướt cân chuyển vào ống Falcon 50 mL, sau nhỏ dung dịch H2O2 10% để loại bỏ thành phần vật chất hữu Trong q trình thí nghiệm, mảnh vụn hữu cơ, rễ nhỏ lấy kẹp inox Sau trình phản ứng, dung dịch acid HCl 1N nhỏ vào mẫu để loại bỏ carbonate [15] Sau toàn phản ứng xảy ra, mẫu li tâm để tách lượng H 2O2 HCl cịn dư, tiếp khoảng 10 mL nước cất nhỏ vào mẫu để đảm bảo mẫu khơng bị khơ Thành phần độ hạt trầm tích phân tích hệ thống phân tích độ hạt laser Horiba LA950V2 Đây hệ thống xác định thành phần cấp hạt có kích thước từ 0,01 đến 3.000 µm Mỗi mẫu trầm tích phân tích lặp lại lần với giá trị sai số tương đối