Sự biến đổi đồng thời về đặc điểm trầm tích, đồng vị bền chỉ ra đặc điểm môi trường trong khoảng 700 năm trước đến nay khu vực được chia thành ba giai đoạn chính: Giai đoạn từ năm 1300 đ[r]
(1)Phục hồi điều kiện cổ môi trường khu vực hồ Ao Tiên, Vườn Quốc gia Ba Bể phương pháp đồng vị bền
Đặng Minh Quân1, Nguyễn Tài Tuệ1,2, Phạm Thảo Nguyên2, Lưu Việt Dũng2, Trần Đăng Quy1,2
1 Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
2Phịng thí nghiệm Trọng điểm Địa mơi trường Ứng phó biến đổi khí hậu cấp Đại học Quốc gia, Hà Nội
*Tác giả liên hệ: Đặng Minh Quân Email: info@123doc.org
ĐT: +84-0968050394
ABSTRACT
Nghiên cứu hồi phục 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 mơi 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 sử dụng thị đặc điểm thành phần độ hạt trầm tích, vật chất hữu (LOI), đồng vị bền (δ13C δ15N) tỷ số C/N cột mẫu trầm
tích Sự biến đổi đồng thời đặc điểm trầm tích, đồng vị bền đặc điểm môi trường khoảng 700 năm trước đến khu vực chia thành ba giai đoạn chính: Giai đoạn từ năm 1300 đến năm 1424 giai đoạn khí hậu có mưa nhiều, hồ có mực nước tương đối cao phổ biến vật chất hữu có nguồn gốc 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 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 nay, giai đoạn có 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 đặc trưng giảm lượng mưa khu vực, mực nước hồ tương đối thấp Nguồn 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
(2)1 Giới thiệu
Khôi phục cổ môi trường cổ khí hậu nhằm đánh giá làm sáng tỏ đặc điểm khí hậu mơi trường q khứ [1] Nghiên cứu phục hồi đặc điểm biến đổi cổ mơi trường, cổ khí hậu Holocen đóng vai trị quan trọng, cung cấp thông 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 nhiều phương pháp nghiên cứu áp dụng thị khí hậu khác 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 mơi trường lắng đọng [3] Bên cạnh đó, đặc điểm phân bố độ hạt tầng trầm tích sử dụng để nghiên cứu giao động mực nước biển [4] Cùng với phương pháp phân tích đặc điểm địa hóa, phương pháp đồng vị bền sử dụng rỗng rãi giới để phục hồi điều kiện cổ mơi trường cổ khí hậu trầm tích hồ [5] Giá trị đồng vị bền carbon (δ13C) tỷ lệ C/N sử dụng phân tích nguồn gốc và
quá trình lắng đọng vật chất hữu trầm tích sử dụng thành cơng để khơi phục cổ môi trường đới bờ [4]
Tại Việt Nam, có số cơng trình nghiên cứu thực phục hồi điều kiện cổ khí hậu cổ mơi trường thị thành phần độ hạt trầm tích, bào tử phấn, số hạn hán, 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 Holocene [6] Kết sử dụng bào tử phấn phát biến đổi khí hậu tác động người lên môi trường đồng sông Hồng Holocene [7] Chỉ số hạn hán PDSI trình hoạt động ENSO vòng 300 năm trở lại xác định dựa vào kết phân tích giá trị (δ18O) vân gỗ Pơ Mu Mù Cang Chải, Yên Bái [8] Kết phân
tích đồng vị bền δ13C tỷ lệ C/N cột trầm tích rừng ngập mặn vùng cửa Ba Lạt đã
phân điều kiện môi trường khứ thành vùng triều, gian triều triều [9] Tuy nhiên, phương pháp áp dụng đồng vị bền đồng vị bền 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, vật chất hữu (LOI) và
thành phần độ hạt cột mẫu trầm tích để phục hồi điều kiện cổ mơi trường cổ khí hậu khu vực hồ Ao Tiên, Vườn Quốc gia Ba Bể
2 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1 Khu vực nghiên cứu
(3)nhiệt độ, lượng mưa theo mùa hè mùa đơng [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
Hình Sơ đồ vị trí Ao Tiên Vườn quốc gia Ba Bể (B), vị trí cột mẫu AT-01 và quang cảnh hồ Ao Tiên (C)
2.2 Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu
Để lấy cột mẫu trầm tích hồ Ao Tiên, nghiên cứu chế tạo thiết bị lấy mẫu cột trầm tích dựa thiết kế Davis and Steinman [11] Somsiri, Oanh [12] Thiết bị lấy cột mẫu trầm tích gồm có 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
Cột mẫu lấy cách đóng từ từ mũi khoan xuống đáy hồ đến thiết bị lấy mẫu di chuyển, sau cột mẫu kéo lên từ từ để tránh bị tụt mẫu Cột mẫu trầm tích lấy 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 Cột trầm tích vận chuyển phịng thí nghiệm, bảo quản tủ lạnh nhiệt độ –20 oC đến xử lí bước
tiếp theo Cột trầm tích loại bỏ khoảng cm phần để tránh nhiễm bẩn cắt mẫu với khoảng cách độ sâu cm Tổng số 54 mẫu trầm tích thu để phân tích tỉ trọng, độ hạt trầm tích, vật chất hữu cơ, đồng vị bền carbon (δ13C) nitơ
(4)2.3 Phương pháp xử lý phân tích mẫu
2.3.1 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 trình thí nghiệm,
các 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 [13] Sau toàn phản ứng xảy ra, mẫu li tâm để tách lượng H2O2 HCl cịn dư, sau khoảng 10 mL nước cất
được nhỏ vào mẫu để đảm bảo mẫu không bị khô
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 <1% Kết phân bố thành phần độ hạt trầm tích từ hệ thống LA950V2 đưa vào phần mềm GRADISTAT Blott and Pye [14] để tính tham số kích thước độ hạt trung bình (Md), độ chọn lọc (So)
2.3.2 Phương pháp phân tích thành phần vật chất hữu cơ
Khoảng 10 g mẫu trầm tích ướt đặt vào chén sứ sấy 60°C Mẫu sau sấy khô nghiền mịn cối chày mã não, trình nghiền, loại cành cây, rễ vật chất hữu thô vụn vỏ sinh vật loại bỏ kẹp inox
Thành phần vật chất hữu xác định thông qua lượng chất nung (LOI) Khoảng g mẫu trầm tích cho vào chén sứ đốt nhiệt độ 550°C Thành phần vật chất hữu xác định hiệu số khối lượng mẫu trầm tích trước sau đốt 550°C [15]
2.3.3 Phương pháp phân tích đồng vị bền tỉ số C/N
Khoảng 0,2 g mẫu trầm tích nghiền mịn cho vào ống nghiệm Eppendorf, sau nhỏ ml axít HCl 1N để ổn định 24 để loại bỏ thành phần carbonat Sau đó, dung dịch ống nghiệm hút pi-pét nhỏ khoảng ml nước loại bỏ ion (Mili-Q) nhỏ vào ống nghiệm, rung lắc máy để đảm bảo mẫu trộn Ống nghiệm tiếp tục đưa vào máy li tâm quay tốc độ 6200 vòng/phút để tách riêng phần mẫu dung dịch có chứa axít mẫu Quá trình rửa mẫu lặp lại lần để đảm bảo toàn acid loại bỏ đem sấy khô 60 °C 48
Sau sấy khô, khoảng 10-30 mg mẫu trầm tích định lượng cân điện tử có độ xác 0,001 mg gói cốc thiếc siêu kích thước × mm Đồng vị bền carbon (δ13C) nitơ (δ15N) tỉ số C/N phân tích hệ thống phân tích nguyên tố
(5)3 Kết quả
3.1 Tốc độ lắng đọng trầm tích hồ Ao Tiên
Kết phân tích đồng vị phóng xạ 14C 137Cs cột mẫu trầm tích hồ Ba bể đã
chỉ 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 cm 0,2 cm/năm độ sâu 61-26 cm 0,23 cm/năm [16, 17] (Error: Reference source not found)
Hồ Ao Tiên kết nối với hệ thống hồ Ba Bể hệ thống karst ngầm để trao đổi nước Bên cạnh đó, hệ sinh thái rừng ngun sinh cịn bảo tồn trì tốt phát triển núi đá vơi nên tốc độ lắng đọng trầm tích khơng chịu tác động người (Hình 1) Do vậy, tốc độ lắng đọng trầm tích trung bình 0,15 cm/năm phần 130 cm cột trầm tích hồ Ba Bể báo cáo Weide [17] giả thiết phù hợp cho toàn hồ Ao Tiên Như vậy, cột mẫu trầm tích nghiên cứu phản ánh thời gian biến đổi mơi trường khí hậu khoảng 700 năm
26-61 130.5-139.5 150-165
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Tốc độ lắng đọng trầm tích
(cm/năm)
Độ sâu (cm)
T ố c đ ộ l ắn g đ ọ n g t rầ m t íc h ( cm /n ăm )
Hình Kết tốc độ lắng đọng trầm tích cột mẫu trầm tích hồ Ba Bể [16, 17]
3.2 Đặc điểm thành phần trầm tích
Cột trầm tích cấu tạo chủ yếu thành phần bột cát Thành phần cát dao động khoảng từ 6,04 – 27,67%, với giá trị trung bình 15,93±4,55% Thành phần bột dao động khoảng từ 72,33 – 93,96%, với giá trị trung bình 84,07±4,55% Thành phần sét chiếm tỉ lệ khơng đáng kể (Hình 3a)
(6)Hình Biến đổi thành phần trầm tích, kích thước độ hạt trầm tích, độ chọn lọc, độ nhọn độ phi đối xứng theo độ sâu cột mẫu trầm tích
Hệ số độ chọn lọc So dao động khoảng 1,73-3,53, với giá trị trung bình 2,6±0,49 Dựa vào thang phân chia trầm tích Blott and Pye [14], trầm tích hồ chia thành hai loại chọn lọc trung bình chọn lọc Các mẫu có độ chọn lọc trung bình phân bố độ sâu từ 46-52 cm từ 64-66 cm (Hình 3c) Tồn mẫu trầm tích cịn lại thuộc vào kiểu trầm tích có độ chọn lọc
3.3 Đặc điểm thành phần vật chất hữu cơ
(7)Hình Biến đổi giá trị LOI, tỉ số C/N, đồng vị bền δ13C, δ15N theo giai đoạn khác nhau khứ
(Ghi chú: Trong hình e, đường liền nét giá trị PDSI [18]; đường nét đứt giá trị δ18O [19])
Giá trị tỉ số C/N dao động khoảng từ 10,68 – 17,01, với giá trị trung bình 13,23±1,33 Tỉ số C/N có xu tăng nhẹ từ đáy cột mẫu đến độ sâu 91 cm Sau đó, tỉ số C/N giảm nhẹ liên tục đến độ sâu 23 cm Sau đó, tỉ số C/N tăng nhẹ đến độ sâu cm giảm lớp trầm tích bề mặt (Hình 4b) Có thể nói xu biển đổi tỉ số C/N LOI tương đồng
Giá trị δ13C dao động khoảng –28,57 đến –36,8‰, với giá trị trung bình –
32,23±2,67‰ Xu biến đổi giá trị δ13C chia thành phần: phần từ đáy cột mẫu
đến độ sâu 69 cm có giá trị δ13C biến đổi; sau giá trị δ13C có xu giảm nhanh đến độ
sâu 53 cm; từ độ sâu đến độ sâu 23 cm, giá trị δ13C dao động lên xuống với biên độ
khơng lớn; sau giá trị δ13C tăng với biên độ lớn đến độ sâu 11 cm; từ giá trị δ13C
giảm liên tục đến lớp trầm tích bề mặt (Hình 4c)
Giá trị δ15N dao động khoảng nhỏ từ 5,33 đến 7,67‰ với giá trị trung bình
6,2±0,6‰ Xu biến đổi giá trị δ15N cột mẫu trầm tích chia thành hai
phần: phần từ đáy cột mẫu đến độ sâu 47 cm, giá trị δ15N có xu giảm nhẹ liên tục; phần từ
47 cm đến lớp trầm tích bề mặt giá trị δ15N không đổi, ngoại trừ số mẫu bề
(8)4 Thảo luận
4.1 Cơ chế biến đổi thành phần độ hạt trầm tích mơi trường hồ
Thành phần độ hạt trầm tích thường sử dụng để phản ánh đặc điểm thủy văn hồ nghiên cứu phục hồi điều kiện môi trường hồ Đặc điểm thay đổi giá trị Md theo thời gian phản ánh thay đổi mực nước hồ [13] Sự thay đổi mực nước hồ gián tiếp phản ánh thời kỳ ẩm khô khu vực xung quanh hồ [20]
Trong cột mẫu trầm tích hồ Ao Tiên, kích thước độ hạt trung bình (Md) có xu giảm nhẹ từ đáy cột mẫu trầm tích (vào khoảng năm 1300 A.D) đến độ sâu 65 cm (vào khoảng năm 1580) (Hình 3b) Trong giai đoạn này, thành phần cát có xu giảm dần thành phần bùn có xu tăng dần (Hình 3a) Điều chứng tỏ chế độ thủy văn hồ thuận lợi cho lắng đọng trầm tích hạt mịn, hay mực nước hồ có xu tăng lên [21] Kích thước độ hạt trầm tích Md thành phần cát có xu tăng nhẹ trở lại giai đoạn từ năm 1580 đến năm 1680 Đặc điểm chứng tỏ chế độ thủy động lực hồ tăng lên, xáo trộn đáy hồ nhiều hơn, thị cho mực nước hồ thấp giai đoạn trước [13, 20] Trong giai đoạn từ 1680 đến 1880, kích thước độ hạt trầm tích Md nhỏ thành phần cát có xu biến đổi ít, ngoại trừ hình thành đỉnh năm 1797 Do vậy, giai đoạn đặc điểm thủy văn hồ yên tĩnh mực nước cao Trong giai đoạn từ 1880 đến 1957 kích thước độ hạt trầm tích tăng nhanh đột ngột với thành phần cát, chứng tỏ thay đổi sau xảy ra: 1) môi trường hồ chuyển từ mực nước cao sang mực nước thấp; 2) vận chuyển loại vật chất từ núi xung quanh hồ trình chảy nước mưa Từ năm 1960 đến nay, kích thước độ hạt giảm dần, chứng tỏ mơi trường hồ có mực nước cao, thuận lợi cho lắng đọng trầm tích hạt mịn
4.2 Giải thích đặc điểm biến đổi mơi trường khí hậu từ cột mẫu trầm tích
Dựa vào đặc điểm biến đổi thành phần vật chất hữu cơ, hàm lượng carbon hữu cơ, đồng vị bền, điều kiện cổ môi trường hồ Ao Tiên chia làm giai đoạn khác theo tăng lên thời gian gồm: Giai đoạn 3: từ năm 1300 đến năm 1424; giai đoạn từ năm 1424 đến năm 1864; giai đoạn từ năm 1864 đến (Hình 4)
Trong giai đoạn từ năm 1300 đến năm 1424 (Giai đoạn 3), thành phần vật chất hữu cơ (LOI), C/N giá trị δ13C ổn định mức cao toàn cột mẫu Đặc điểm này
phản ánh mực nước hồ cao, mưa nhiều vận chuyển khối lượng vật chất hữu từ vùng núi xung quanh xuống hồ [22] Trong giai đoạn này, thành phần cát chiếm tỉ lệ 20,35%, thành phần bột chiếm tỉ lệ 79,65% Giá trị kích thước độ hạt trầm tích cao tồn cột mẫu 28,85 µm, giá trị độ chọn lọc So trung bình 3,15 đại diện cho trầm tích có độ chọn lọc (Hình 3) Các liệu trầm tích minh chứng cho trầm tích lắng đọng điều kiện vận chuyển từ vùng xung quanh vào hồ [20] Trong giai đoạn này, thành phần vật chất hữu (LOI) cao với giá trị trung bình 19,3%, tương ứng với tỉ số C/N, δ13C δ15N cao đạt giá trị 14,8; –28,9‰ 7,2‰ Các chỉ
(9)nhiều xuống đáy hồ giai đoạn Khi đối chiếu với kết phân tích giá trị δ18O thạch nhũ hang động phía nam Trung Quốc giai đoạn coi giai đoạn
hoạt động mạnh gió mùa Tây Á, làm cho lượng mưa tăng lên giảm giá trị δ18O trong
thạch nhũ giảm xuống [19] (Hình 4eError: Reference source not found) Mặc dù kết đánh giá hệ số hạn hán (PDSI) dựa vịng vân gỗ Việt Nam có đợt hạn hạn vào giai đoạn [18], vùng núi cao khu vực Vườn quốc gia Ba Bể không chịu tác động tượng giảm hoạt động gió mùa vào giai đoạn Bởi kết Buckley, Anchukaitis [18] xen kẽ năm khô hạn năm có mưa nhiều khu vực lãnh thổ Việt Nam
Giai đoạn từ năm 1424 đến năm 1637 (Giai đoạn 2c), thành phần vật chất hữu cơ (LOI), tỉ số C/N, giá trị δ13C δ15N thể xu giảm liên tục Đồng thời đặc điểm
trầm tích kích thước độ hạt trầm tích Md, độ chọn lọc So có xu giảm khơng rõ ràng (Hình 3, Hình 4) Trong giai đoạn này, thành phần cát giảm đột ngột xuống giá trị 15,5%, thành phần bột chiếm tỉ lệ 84,5% Giá trị kích thước độ hạt trung bình giảm đến giá trị 23,7 µm với giá trị độ chọn lọc So 2,6 đại diện cho mức độ chọn lọc
Thành phần vật chất hữu trung bình giảm 7,35% có giá trị trung bình 13,6% Tỉ số C/N giảm xuống 2,9, với giá trị trung bình cho tồn giai đoạn 13,8 Tương tự vậy, giá trị δ13C giảm đến giá trị 3,3‰ cuối giai đoạn, với giá trị trung bình cho toàn bộ
giai đoạn -30,3‰ Mặc dù giá trị δ15N có dao động, thể xu giảm
rõ ràng Giá trị δ15N thời điểm bắt đầu giai đoạn có giá trị 6,5‰ giảm đến giá trị
6,2‰ cuối giai đoạn Trong giai đoạn giá trị δ15N có số thời điểm đạt giá trị
thấp 5,3‰ (Hình 4d) Như vậy, thấy thành phần vật chất hữu trầm tích hồ có xu dịch chuyển từ giàu thành phần thực vật bậc cao sang thành phần thực vật phù du có hồ [23] Bắt đầu giai đoạn mực nước hồ tương đối cao phổ biến nguồn vật chất hữu có nguồn gốc thực vật bậc cao vận chuyển từ núi xung quanh xuống hồ Nhưng sau mực nước hồ giảm dần giảm nguồn nước xung quanh đổ vào hồ Tỉ số C/N giá trị δ13C giảm, chứng tỏ nguồn vật chất hữu từ thực vật phù du chiếm ưu Sự giảm
giá trị δ15N liên tục giai đoạn giải thích tăng lên thành phần loài thực
vật phù du thuộc nhóm tảo lam (Cyanophyta) Các lồi thuộc nhóm tảo lam có khả tổng hợp khí N2 từ khí để sinh trưởng, nên gây giảm giá trị δ15N trầm tích [24] Các
kết phân tích đồng vị bền δ18O thạch nhũ hang động phía nam Trung Quốc [19] và
chỉ số hạn hán phục hồi từ vòng vân gỗ Việt Nam [18] giai đoạn có giảm hoạt động tương đối gió mùa, giảm lượng mưa có số hạn thấp (Hình 4e) Do vậy, kết luận giai đoạn giai đoạn hoạt động gió mùa giảm khu vực hồ Ba Bể kéo theo giảm lượng mưa mực nước hồ Ao Tiên giảm
Giai đoạn từ năm 1637 đến năm 1717 (Giai đoạn 2b), thành phần vật chất hữu cơ (LOI), tỉ số C/N, giá trị δ13C δ15N nói giảm đến giá trị thấp tính từ đáy cột
(10)trung bình 6,3%; tỉ số C/N trung bình 12,1; giá trị δ13C trung bình thấp -35,0‰.
Các kết chứng tỏ tăng lên sinh khối thực vật phù du nước hồ giai đoạn mực nước hồ hạ thấp Sự giảm giá trị δ13C δ15N vật chất hữu trầm
tích lồi tảo nâu tảo lam chiếm ưu thành phần tảo Các lồi tảo thích nghi với điều kiện thiếu dinh dưỡng lồi tảo lam có khả tổng hợp N2 từ khí
sẽ chiếm ưu để phát triển Các kết phân tích đồng vị bền δ18O thạch nhũ hang
động phía nam Trung Quốc [19] số hạn hán phục hồi từ vòng vân gỗ Việt Nam [18] giai đoạn có giảm lượng mưa vào thời kỳ đầu giai đoạn sau lượng mưa tăng dần, dẫn đến giảm giá trị δ18O thạch nhũ hang động (Hình 4e).
Giai đoạn từ năm 1717 đến năm 1864 (Giai đoạn 2a), giá trị thành phần trầm tích cát, kích thước độ hạt Md giá trị độ chọn lọc So Giá trị trung bình thành phần cát giai đoạn tăng lên đến 8,4%, với giảm thành phần bột xuống cịn 86,7% Kích thước độ hạt trầm tích Md tăng nhẹ đến 21,2 µm giá trị độ chọn lọc So tăng lên đến 2,2 đặc trưng cho độ chọn lọc (Hình 3) Trong giai đoạn này, thành phần vật chất hữu (LOI) tăng đến 8,4%, với tăng lên tỉ số C/N đến 13,8 Giá trị δ13C δ15N có xu thế
tăng so với giai đoạn trước đạt giá trị -30,3‰ 6,2‰ (Hình 4) Các kết chứng tỏ trầm tích hồ tiếp nhận khối lượng trầm tích vật chất hữu vận chuyển từ vùng núi xung quanh xuống hồ Các kết chứng tỏ có tăng lên đồng thời vật chất hữu có nguồn gốc từ thực vật phù du từ thực vật sống xung quanh hồ Như vậy, giai đoạn mực nước hồ tương đối cao tiếp nước mưa chảy từ núi xung quanh vào hồ Hay nói cách khác hoạt động gió mùa tăng lên giai đoạn Kết phù hợp với kết phân tích giá trị bền δ18O thạch nhũ hang động phía nam Trung
Quốc [19] Trong giai đoạn giá trị δ18O thạch nhũ hang động giảm liên tục đạt giá
trị nhỏ thời gian cuối giai đoạn Cần ý giai đoạn có tăng dần giá trị LOI, giảm tỉ số C/N giá trị δ13C thời gian cuối giai đoạn Tuy nhiên, giá trị δ15N
hầu không thay đổi theo thời gian (Hình 4) Các kết chứng tỏ sinh khối thực vật phù du phát triển điều kiện mực nước hồ lớn, sinh khối tăng dần theo thời gian Một số thời điểm tăng lên giá trị δ13C tăng thành phần 13C carbon vơ hịa tan
của nước hồ ([25])
Giai đoạn từ năm 1864 đến năm 1957 (Giai đoạn 1b), thành phần cát, kích thước độ hạt trầm tích Md, độ chọn lọc So có tăng lên mạnh mẽ so với giai đoạn trước (Hình 3) Đồng thời với tăng lên thành phần độ hạt tăng lên thành phần vật chất hữu (LOI), tỉ số C/N, giá trị δ13C (Hình 4) Thành phần trung bình cát 20,9%, thành phần
trung bình bột 79,2% Giá trị kích thước độ hạt trung bình Md tăng đến giá trị 26,2 µm giá trị độ chọn lọc So 3,0 thị cho độ chọn lọc Tương tự tham số trầm tích, thành phần trung bình vật chất hữu (LOI) tăng nhẹ so với giai đoạn trước đạt giá trị 15,3% Tỉ số C/N giá trị δ13C trung bình giảm chút so với giai đoạn trước đạt giá
(11)với kết phân tích δ18O thạch nhũ hang động phía nam Trung Quốc [19] chỉ
số hạn hán phục hồi từ vòng vân gỗ Việt Nam [18] cho thấy thời kỳ đầu giai đoạn có tăng lên lượng mưa sau lượng mưa giảm nhẹ vào cuối giai đoạn
Giai đoạn từ năm 1957 đến (Giai đoạn 1a), thành phần cát, giá trị kích thước hạt trung bình Md, độ chọn lọc So có xu giảm nhanh (Hình 3) Tương tự, thành phần vật chất hữu (LOI), tỉ số C/N, giá trị δ13C δ15N có xu giảm đến bề mặt trầm tích
(Hình 4) Trong giai đoạn này, thành phần cát trung bình có giá trị 14,0%, bột 86%, kích thước độ hạt trầm tích trung bình Md 21,5 µm Giá trị LOI giảm đột ngột so với giai đoạn trước cịn 8,8%, tỉ số C/N giảm 11, giá trị δ13C giảm mạnh so với giai đoạn trước là
3,4‰, giá trị δ15N giảm Các kết chứng tỏ giai đoạn có sự
giảm lưu lượng nước đổ vào hồ Giá trị C/N δ13C thấp toàn cột mẫu,
chứng tỏ thành phần vật chất hữu hồ có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật phù du sống cột nước hồ [26] Sự giảm giá trị δ13C (~3‰) vật chất hữu trầm tích có thể
giải thích thay đổi thành phần tảo, với chiếm ưu lồi tảo nâu Các lồi tảo nâu thường có giá trị δ13C dao động khoảng từ -34,4‰ đến -31,3‰ [24] Thực
tế, nước hồ có màu nâu vàng màu tảo gây Do vậy, nghiên cứu tương lai cần xác định rõ thành phần loài tảo nước hồ Một lý khác cho giảm giá trị δ13C đột ngột vật chất hữu trầm tích mực nước hồ hạ thấp
có thể xảy trình xáo trộn nước tầng đáy, làm cho tăng hàm lượng ơxi hịa tan nước hồ gây ơxi hóa loại vật chất hữu khí methane lớp trầm tích Q trình ơxi hóa tạo sản phẩm khí CO2 có thành phần đồng vị 12C thấp phát thải
vào nước hồ Các loài thực vật phù du sử dụng lượng khí CO2 hịa tan để quang hợp
tạo vật chất hữu có giá trị δ13C thấp Sau chết loại thực vật phù du lắng đọng
xuống đáy hồ tạo trầm tích hữu có giá trị δ13C thấp [27] Q trình ơxi hóa này
xảy mạnh có lồi sinh vật cá nuôi hồ Theo nghiên cứu vấn người dân, năm gần số loài cá người dân thả vào hồ, nên gây xáo trộn đáy hồ làm giá tăng q trình ơxi hóa vật chất hữu
5 Kết luận
Cột mẫu trầm tích có chiều dài 110 cm khoan hồ Ao Tiên, Vườn quốc gia Ba Bể để phân tích thành phần độ hạt trầm tích, vật chất hữu cơ, tỉ số C/N đồng vị bền δ13C
và δ15N Kết cho thấy cột mẫu phản ánh điều kiện biến đổi mơi trường khí
hậu khu vực khoảng thời gian 700 năm (từ năm 1300 đến 2017) Sự biến đổi đồng thời thành phần độ hạt trầm tích, LOI, tỉ số C/N giá trị δ13C δ15N phản ánh điều
(12)giảm thấp nhất, hồ nghèo dinh dưỡng loài tảo lam tảo nâu chiếm ưu phát triển Giai đoạn giai đoạn giảm lượng mưa đổ vào hồ: Giai đoạn từ năm 1717 đến năm 1864, có tăng dần mực nước hồ tăng dần lượng mưa đổ hồ, thực vật phù du phát triển điều kiện mực nước hồ cao, sinh khối tăng dần theo thời gian; Giai đoạn từ năm 1864 đến năm 1957 giai đoạn có mực nước hồ tăng, nguồn gốc vật chất hữu trầm tích hỗn hợp thực vật sống quanh hồ thực vật phù du Khí hậu giai đoạn có tăng lên hoạt động gió mùa từ đầu giai đoạn đến cuối giai đoạn; Giai đoạn từ 1957 đến đặc trưng giảm lượng mưa khu vực, mực nước hồ tương đối thấp Nguồn vật chất hữu trầm tích chủ yếu có nguồn gốc từ tảo nâu tảo lam Trong đó, tảo nâu chiếm ưu điều kiện nghèo dinh dưỡng Giai đoạn này, coi giai đoạn giảm lượng mưa hoạt động gió mùa khu vực
Lời cảm ơn: Nghiên cứu tài trợ Đại học Quốc gia Hà Nội đề tài mã số QG.16.16
Tài liệu tham khảo
1 Leng, M.J and J.D Marshall, Palaeoclimate interpretation of stable isotope
data from lake sediment archives Quaternary Science Reviews, 2004 23(7–8):
p 811-831
2 Stocker, T., et al., Climate change 2013: The physical science basis 2014: Cambridge University Press Cambridge, UK, and New York
3 Rosén, P., et al., Holocene climatic change reconstructed from diatoms,
chironomids, pollen and near-infrared spectroscopy at an alpine lake (Sjuodjijaure) in northern Sweden The Holocene, 2001 11(5): p 551-562.
4 Wilson, G.P., et al., δ13C and C/N as potential coastal palaeoenvironmental
indicators in the Mersey Estuary, UK Quaternary Science Reviews, 2005.
24(18-19): p 2015-2029
5 Anderson, L., M.B Abbott, and B.P Finney, Holocene climate inferred from
oxygen isotope ratios in lake sediments, central Brooks Range, Alaska.
Quaternary research, 2001 55(3): p 313-321
6 Tanabe, S., et al., Holocene evolution of the Song Hong (Red River) delta
system, northern Vietnam Sedimentary Geology, 2006 187(1–2): p 29-61.
7 Li, Z., et al., Climate change and human impact on the Song Hong (Red River)
Delta, Vietnam, during the Holocene Quaternary International, 2006 144(1): p.
4-28
8 Sano, M., C Xu, and T Nakatsuka, A 300‐year Vietnam hydroclimate and
ENSO variability record reconstructed from tree ring δ18O Journal of
Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), 2012 117(D12)
9 Tue, N.T., et al., The application of δ13C and C/N ratios as indicators of
organic carbon sources and paleoenvironmental change of the mangrove ecosystem from Ba Lat Estuary, Red River, Vietnam Environmental Earth
Sciences, 2011 64(5): p 1475-1486
10 Ha, N.T.T., et al., Selecting the Best Band Ratio to Estimate Chlorophyll-a
(13)Case Study of Lake Ba Be (Northern Vietnam) ISPRS International Journal of
Geo-Information, 2017 6(9): p 290
11 Davis, W.P and A.D Steinman, A Lightweight, Inexpensive Benthic Core
Sampler for Use in Shallow Water Journal of Freshwater Ecology, 1998 13(4):
p 475-479
12 Somsiri, T., et al., A simple device for sampling pond sediment Aquaculture, 2006 258(1): p 650-654
13 Xiao, J., et al., Partitioning of the grain-size components of Dali Lake core
sediments: evidence for lake-level changes during the Holocene Journal of
Paleolimnology, 2009 42(2): p 249-260
14 Blott, S.J and K Pye, GRADISTAT: a grain size distribution and statistics
package for the analysis of unconsolidated sediments Earth surface processes
and Landforms, 2001 26(11): p 1237-1248
15 Heiri, O., A.F Lotter, and G Lemcke, Loss on ignition as a method for
estimating organic and carbonate content in sediments: reproducibility and comparability of results Journal of paleolimnology, 2001 25(1): p 101-110.
16 Weide, D.M., Freshwater diatoms as a proxy for Late Holocene monsoon
intensity in Lac Ba Be in the Karst Region of Northern Viet Nam 2012,
CALIFORNIA STATE UNIVERSITY, LONG BEACH
17 Weide, D.M., Aulacoseira stevensiae sp nov.(Coscinodiscophyceae,
Bacillariophyta), a new diatom from Ho Ba Bê, Bac Kan Province, Northern Viêt Nam Diatom Research, 2015 30(3): p 263-268.
18 Buckley, B.M., et al., Climate as a contributing factor in the demise of Angkor,
Cambodia Proceedings of the National Academy of Sciences, 2010 107(15):
p 6748-6752
19 Dykoski, C.A., et al., A high-resolution, absolute-dated Holocene and deglacial
Asian monsoon record from Dongge Cave, China Earth and Planetary Science
Letters, 2005 233(1): p 71-86
20 Yanhong, W., et al., Holocene climate development on the central Tibetan
Plateau: a sedimentary record from Cuoe Lake Palaeogeography,
Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2006 234(2): p 328-340
21 Liu, X., et al., Holocene environmental and climatic changes inferred from
Wulungu Lake in northern Xinjiang, China Quaternary Research, 2008 70(3):
p 412-425
22 Meyers, P.A and E Lallier-Vergès, Lacustrine sedimentary organic matter
records of Late Quaternary paleoclimates Journal of Paleolimnology, 1999.
21(3): p 345-372
23 Talbot, M.R and T Lærdal, The Late Pleistocene - Holocene palaeolimnology
of Lake Victoria, East Africa, based upon elemental and isotopic analyses of sedimentary organic matter Journal of Paleolimnology, 2000 23(2): p
141-164
24 Vuorio, K., M Meili, and J Sarvala, Taxon-specific variation in the stable
(14)25 Leng, M.J., et al., Isotopes in lake sediments, in Isotopes in
palaeoenvironmental research 2006, Springer p 147-184.
26 Lamb, A.L., et al., Holocene climate and vegetation change in the Main
Ethiopian Rift Valley, inferred from the composition (C/N and δ13C) of lacustrine organic matter Quaternary Science Reviews, 2004 23(7–8): p
881-891
27 Talbot, M.R and T Johannessen, A high resolution palaeoclimatic record for
the last 27,500 years in tropical West Africa from the carbon and nitrogen isotopic composition of lacustrine organic matter Earth and Planetary Science
Letters, 1992 110(1): p 23-37 SUMMARY
Paleoenvironmental change in Ao Tien Lake, Ba Be National Park as referred from stable isotopes
Dang Minh Quan1, Nguyen Tài Tue1,2, Pham Thao Nguyen2, Luu Viet Dung2, Tran Dang Quy1,2
1Faculty of Geology, VNU University of Science
2VNU Key Laboratory of Geoenvironment and Climate change Response
Reconstrustion of paleoenvironment and paleoclimate aims to clarify the characteristics the environments and climate in the past The information of paleoenvironment and paleoclimate contributes important data for simulating the environmental and climate change in the future The purposes of this study aim to reconstruct the paleoenvironmental characteristics in Ao Tien Lake, Ba Be National Park using the geochemical indicators of sediment grain size compositions, organic matter (LOI), stable isotopes (δ13C and δ15N) and
C/N ratios in one sediment core The simultaneous variation of the geochemical indicators showed that paleoenvironmental characteristics since 700 years BP in this area could be divided into the three following periods: The period from 1300 to 1424 AD characterized by heavy precipitation, relatively high in lake water level and dominance of organic matter originated from C3 plants surrounding lake watershed; The period from 1424 to 1864 AD characterized a continuous decrease in the lake water level and reached to the lower water level due to the decrease in the precipitation water entering the lake The sedimentary organic mater originated from both C3 plants and lake microalgae with the dominance of brown and cyanobacteria microalgae; The period from 1864 to the present is reconstructed by a slightly increase in lake water level due to the intensifying of moonson activities The predominance sources of sedimentary organic mater consisted of C3 plants and lake microalgae In the period from the year 1957 to the present characterized by a decrease in precipitation and a relatively low lake water level The sedimentary organic matter sources were mainly from cyanobacteria and brown microalgae In which, the brown microalgae was predominant in the oligotrophic state