CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
3.3 Đặc điểm biến đổi thành phần trầm tích trong Holocen
3.3.1 Giai đoạn 11.260 – 8860 năm BP (36,0 – 30,1 m)
Thành phần trầm tích độ sâu này được đặc trưng bởi cát, bột có màu xám đỏ, bao gồm cát hạt mịn và sét (Hình 3.1A). Hàm lượng bùn giảm dần từ đáy cột mẫu đến giá trị thấp nhất ở độ sâu 32,3 m (Hình 3.1B). Kích thước hạt trung bình (Md) có xu hướng giảm dần, dao động từ 26,7 đến 74,0 μm với giá trị trung bình là 39,1 μm
(Hình 3.1A). Trong độ sâu này, hệ số chọn lọc trầm tích (So) lớn hơn 4, với giá trị trung bình là 4,45 ± 0,46, hệ số chọn lọc trầm tích rất kém (Hình 3.2B). Hệ số bất đối xứng (Sk) dao động trong phạm vi hẹp, trung bình từ -0,29 ± 0,10, đặc trưng cho trầm tích có sự bất đối xứng từ rất kém đến kém (Hình 3.2C).
Hình 3.2 Các thơng số độ hạt trầm tích cột mẫu VL-01 3.3.2 Giai đoạn 8860 – 4020 năm BP (30,1 – 18,9 m) 3.3.2 Giai đoạn 8860 – 4020 năm BP (30,1 – 18,9 m)
Trầm tích ở độ sâu này được phân biệt với trầm tích phía dưới bởi đặc điểm xói mịn bề mặt (Hình 3.1A) (Lamb và nnk, 2004). Sự xói mịn bề mặt cịn được chỉ ra bởi sự thay đổi đột ngột tỉ số C/N và giá trị δ13C (Hình 3.3C, D). Trầm tích trong lớp bề mặt bị xói mịn chủ yếu là sét, cát hạt mịn, bột và giàu vụn vỏ sinh vật (Hình 3.1A). Trong đó, thành phần sét có hàm lượng cao nhất, hàm lượng bùn có xu hướng biến đổi nhẹ (Hình 3.1B). Giá trị Md tăng rõ rệt từ bề mặt xói mịn đến độ sâu 27,5
m, trước khi giảm liên tục đến độ sâu 18 m (Hình 3.2A). Dựa vào sự biến đổi của giá trị So, trầm tích được chia thành các loại gồm các trầm tích có độ chọn lọc rất kém từ độ sâu 30 đến 21,9 m và các trầm tích có độ chọn lọc kém ở các lớp cịn lại (Hình 3.2B). Giá trị Sk dao động trong phạm vi hẹp (Hình 3.2C).
3.3.3 Giai đoạn 4420 – 2290 năm BP (18,9 – 11,7 m)
Trầm tích độ sâu này được đặc trưng bởi thành phần cát màu xám đen và sét, bột phân phiến, giàu vụn, vỏ sinh vật và các mảnh thực vật (Hình 3.1A). Thành phần bùn có hàm lượng cao và xu hướng giảm dần (Hình 3.1B). Giá trị Md là thấp nhất và có xu hướng tăng dần (Hình 3.2A). Giá trị So dao động trong một khoảng rộng và được phân loại thành các trầm tích có độ chọn lọc từ kém đến rất kém (Hình 3.2B). Giá trị Sk có sự thay đổi khơng đáng kể và có xu hướng giảm dần (Hình 3.2C).
3.3.4 Giai đoạn 2290 – 1720 năm BP (11,7 – 4,1 m)
Thành phần trầm tích độ sâu này gồm chủ yếu là cát hạt mịn, bột, sét màu xám và giàu mảnh vụn thực vật. Thành phần cát tiếp tục có xu hướng tăng và thể hiện xu hướng đối lập với hàm lượng bùn. Giá trị Md có xu hướng tăng và đạt hai đỉnh tại các độ sâu 8,7 và 5,4 m. Nhìn chung, giá trị So dao động trong phạm vi hẹp, chủ yếu là các trầm tích độ chọn lọc rất kém. Giá trị Sk có xu hướng giảm dần và chứng tỏ tính bất đối xứng các hạt trầm tích từ tốt đến rất tốt.
3.3.5 Giai đoạn 1720 – 550 năm BP (4,1 – 0,5m)
Trầm tích trong độ sâu này được đặc trưng chủ yếu bởi cát pha bột mịn và than bùn (Hình 3.1A). Hàm lượng bùn thay đổi trong phạm vi hẹp và có xu hướng giảm dần (Hình 3.1B). Ngược lại, hàm lượng cát tăng nhẹ và đạt giá trị cực đại trong lớp trầm tích trên cùng của độ sâu này (Hình 3.1B). Giá trị Md dao động trong phạm vi rộng, liên tục giảm đến độ sâu 1,9 m, sau đó tăng lên rõ rệt ở độ sâu 1,3 m (Hình 3.2A). Giá trị So có xu hướng tăng nhẹ và đạt cực đại ở độ sâu 1,7 m (Hình 3.2B). Trong lớp trầm tích này, hầu hết các trầm tích có độ chọn lọc kém (Hình 3.2B). Giá trị Sk dao động mạnh, cho thấy các trầm tích có tính bất đối xứng từ tốt đến rất tốt (Hình 3.2C).
3.3.6 Giai đoạn 550 – 0 năm BP (0,5 – 0,0m)
Thành phần trầm tích gồm chủ yếu sét màu nâu đỏ, cát hạt mịn và nhiều rễ cây. Giá trị Md có xu hướng tăng lên đến bề mặt của cột mẫu trầm tích (Hình 3.1A). Các giá trị So, Sk chỉ ra rằng trầm tích trong độ sâu là các trầm tích có độ chọn lọc kém, có tính bất đối xứng tốt (Hình 3.2B, C).
3.4 Đặc điểm biến đổi địa hóa (OM, TOC, C/N, δ13C) trong Holocen 3.4.1 Giá trị OM 3.4.1 Giá trị OM
Hàm lượng vật chất hữu cơ thông qua lượng chất mất khi nung (OM) từ đáy cột mẫu trầm tích đến độ sâu 30,1m dao động với giá trị trung bình khoảng 4,4 ± 2,2%. Giá trị OM có xu hướng giảm nhẹ tại độ sâu 26,7 m, sau đó tăng lên và đạt giá trị cực đại ở độ sâu 21,3m. Từ 21,3 m đến 4,1 m, giá trị OM giảm liên tục, sau đó tăng nhẹ lên phía trầm tích bề mặt (Hình 3.3A).
3.4.2 Giá trị TOC
Hàm lượng tổng carbon hữu cơ (TOC) dao động không đáng kể dưới độ sâu 30,1 m với giá trị trung bình 1,1 ± 0,4%. Giá trị TOC đột ngột giảm xuống tại độ sâu 30,3 m, sau đó dao động tại độ sâu từ 30,3 đến 26,5 m, trước khi tăng dần trong khoảng độ sâu từ 26,5 lên 17,3 m. Từ 17,3 đến 4,1 m, giá trị TOC có xu hướng giảm dần với ba giá trị đột biến tại các độ sâu 14,7, 7,5 và 4,9 m (Hình 3.3B). Giá trị TOC có xu hướng tăng dần lên phía bên trên bề mặt trầm tích , nơi có nhiều rễ, mảnh vụn thực vật.
Đường thẳng biểu diễn tương quan tuyến tính giữa giá trị TOC và TN gần nguồn gốc (0,0), chứng tỏ rằng hàm lượng nitơ vô cơ không đáng kể so với tổng lượng nitơ (Andrews và nnk, 1998; Hedges và nnk, 1986) (Hình 3.4). Do đó, hàm lượng tổng nitơ xấp xỉ bằng hàm lượng nitơ hữu cơ. Vì vậy, có thể sử dụng hàm lượng nitơ hữu cơ thay thế cho hàm lượng tổng nitơ để tính tốn tỷ lệ C/N cho việc xác định nguồn gốc vật chất hữu cơ và hồi phục cổ môi trường, cổ khí hậu trong Holocen (Müller & Mathesius, 1999).
Hình 3.3 Sự biến đổi theo độ sâu của các giá trị OM (%), TOC (%), tỉ số C/N và 13C (‰) trong cột mẫu VL-01
3.4.3 Tỷ số C/N
Dưới độ sâu 30,1 m, tỷ số C/N dao động nhẹ trong khoảng từ 12,2 đến 20,1 với giá trị trung bình là 15,6 ± 2,9 (Hình 3.3C). Tỷ số C/N giảm đột ngột xuống cịn 6,7 ở bề mặt xói mịn. Từ độ sâu 30,1 đến 17,3 m, tỷ số C/N tăng nhẹ, trung bình là 10,0 ± 2,3. Giữa độ sâu 17,3 và 7,7 m, tỷ số C/N có xu hướng giảm và đạt cực đại tại 3,5 ở độ sâu 7,7 m. Từ 7,7 m đến lớp trầm tích bề mặt, tỷ số C/N có sự dao động trong khoảng rộng, trung bình là 10,0 (Hình 3.3C).
3.4.4 Giá trị δ13C
Giá trị δ13C dao động từ -29,1 đến -22,5 ‰ với giá trị trung bình là -26,8 ± 1,4
‰. Giá trị δ13C có xu hướng đối lập với tỉ số C/N (Hình 3.3D). Dưới độ sâu 30,5 m,
giá trị δ13C dao động nhỏ, trung bình là -28,1 ± 0,9 ‰. Tại bề mặt xói mịn, giá trị δ13C đột nhiên tăng mạnh đến -23,8 ‰ ở độ sâu 30,3 m, sau đó tăng dần và đạt giá trị
cao nhất -21,9 ‰ ở độ 28,9 m. Từ độ sâu này, giá trị δ13C liên tục giảm xuống đến độ sâu 20,3 m. Trong khoảng độ sâu 20,3 đến 8,7 m, các giá trị δ13C khơng có sự biến đổi, sau đó dao động nhẹ với giá trị trung bình là -27,1 ‰ lên đến lớp trầm tích bề mặt.
Hình 3.4 Sự tương quan tuyến tính giữa giá trị TOC và TN cho thấy hàm lượng nitơ vơ cơ khơng đáng kể và có thể bỏ qua trong việc tính tỷ lệ C/N 3.5 Đặc điểm biến đổi nguồn gốc vật chất hữu cơ trong Holocen
Vai trò và ứng dụng đồng vị bền trong xác định nguồn gốc vật chất hữu cơ
Đồng vị bền là một trong những chỉ thị được sử dụng phổ biến để hồi phục cổ khí hậu, mơi trường trong các mẫu như cột mẫu trầm tích (Berger và nnk, 2012). Giá
trị δ13C và tỷ số C/N được sử dụng để phân biệt nguồn gốc carbon trong trầm tích
môi trường biển (Amano và nnk, 2006), cửa sông (He và nnk, 2010), đầm phá ven biển (Müller & Mathesius, 1999; Reotita và nnk, 2014), vùng bãi triều (Wilson, Graham P. và nnk, 2005) và đồng bằng châu thổ (Liu và nnk, 2014). Nguồn gốc carbon được sử dụng như một chỉ thị môi trường để cung cấp thông tin biến đổi môi
trường lắng đọng trầm tích cũng như biến động lưu lượng nước tại cửa sông trong Holocen (Lamb, Angela L và nnk, 2006), sự tương tác giữa sông và biển (Liu và nnk, 2016) và sự thay đổi mực nước biển (Wilson, Graham P. và nnk, 2005; Wilson, Graham P và nnk, 2005).
Giá trị δ13C và tỷ số C/N đã được sử dụng phổ biến trên thế giới để xác định
nguồn gốc vật chất hữu cơ trong Holocen (Lamb, Angela L và nnk, 2006; Tyson, 2012). Các lồi thực vật có cách quang hợp khác nhau tùy thuộc vào điều kiện môi trường sống (nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, …). Trong các loài thực vật trên cạn, sinh
khối của thực vật C3 chiếm khoảng 90% với giá trị δ13C dao động từ -32 đến -21‰.
Giá trị δ13C các loài thực vật thủy sinh dao động trong khoảng từ -50 đến -11‰. Thực vật CAM là thực vật có cách quang hợp phức tạp nhất do sống trong môi trường khắc
nhiệt như hạn hán, hoang mạc,… Vì vậy giá trị δ13C thực vật CAM dao động trong
khoảng rộng từ -4,0 đến -20,0‰ (O'Leary, 1981). Thực vật C4 có giá trị δ13C trung bình khoảng -13,5±1,5‰ (Meyers, 1994). Thực vật trên cạn có tỷ số C/N cao > 12 do đặc điểm cấu tạo của thân cây với thành phần chủ yếu là lignin và xenlulozo cùng với hàm lượng nitơ thấp. Thân cây thực vật C3 thường có giá trị C/N dao động trong khoảng 12 hoặc lớn hơn. Trong khi đó, cỏ thuộc nhóm thực vật C4 có giá trị C/N > 30 (Meyers, 1994). Nhìn chung, tỉ số C/N của vật chất hữu cơ có nguồn gốc từ tảo nước ngọt, thực vật phù du biển và vi tảo thường có giá trị < 10, trong khi các nguồn gốc từ thực vật trên cạn, thực vật nước ngọt và vật chất lơ lửng luôn > 10 (Lamb, Angela L. và nnk, 2006). Một số nghiên cứu trước tại khu vực môi trường ven biển
chỉ ra rằng thực vật ngập mặn bậc cao C3 cho giá trị δ13C trung bình đạt -28,1‰,
cùng với tỷ số C/N > 12, ngược lại giá trị δ13C trong khoảng -22 đến -18‰ và tỷ số C/N từ 5 đến 7 phản ánh nguồn gốc trầm tích lắng đọng chủ yếu là thực vật phù du (Lamb, Angela L và nnk, 2006). Vì vậy, giá trị δ13C và tỷ số C/N trong trầm tích là một chỉ thị môi trường quan trọng do khả năng phản ánh nguồn gốc vật chất hữu cơ lắng đọng tại môi trường biến động liên tục, phức tạp như môi trường cửa sông nơi tranh chấp giữa sơng và biển (Hình 2.2).
Kết quả biến đổi nguồn gốc vật chất hữu cơ trong cột mẫu VL-01
Mối quan hệ đối lập giữa tỷ số C/N và giá trị δ13C trong cột mẫu VL-01 (Hình
3.5) tương tự như các cột trầm tích trong các nghiên cứu trước đó (Tue và nnk, 2011) và các trầm tích bề mặt trong rừng ngập mặn ven biển đồng bằng sông Hồng (Tue, N. T. và nnk, 2012). Biểu đồ tỷ số C/N và giá trị δ13C cho thấy khơng có sự xuất hiện của thực vật C4 tại đồng bằng sông Hồng. Nguồn gốc vật chất hữu cơ chủ yếu từ thực vật trên cạn (thực vật C3, cây ngập mặn, thực vật thủy sinh), thực vật phù du biển và vật chất lơ lửng từ sơng (Hình 3.5).
Hình 3.5 Biểu đồ so sánh tỷ số C/N và giá trị δ13C giữa cột mẫu trầm tích VL- 01 và các nguồn carbon hữu cơ.
Ghi chú: Dữ liệu về các nguồn carbon hữu cơ được tham khảo từ các nghiên cứu trước đây,
bao gồm: thực vật C3 (Cloern và nnk, 2002; Elizabeth và nnk, 2007; Meyers và nnk, 1999); thực vật rừng ngập mặn, POM sông Hồng và POM cửa sông Hồng (Tue, N. và nnk, 2012); SPOM (Andrews và nnk, 1998); thực vật phù du và thực vật thủy sinh nước ngọt (Cloern và nnk, 2002); thực vật phù du biển Đông (Liu và nnk, 2007).
Kết quả đã chỉ ra rằng 38% mẫu trầm tích có thể có nguồn gốc từ thực vật C3, tức là từ thực vật trên cạn, trong khi chỉ có 12% mẫu trầm tích có tỷ số C/N và giá trị
δ13C của thực vật phù du biển. Các mẫu trầm tích khác nằm rải rác trong vùng giữa thực vật phù du biển và thực vật C3, chứng tỏ có sự xuất hiện đồng thời thực vật trên cạn và thực vật phù du biển (Lamb và nnk, 2007).
Trong lớp trầm tích thứ nhất (từ 36,0 đến 30,1 m), giá trị δ13C thấp (< -27,0‰) và tỷ lệ C/N cao (> 12) cho thấy rằng chủ yếu nguồn vật chất hữu cơ từ thực vật C3. Sự thay đổi đáng chú ý ở các giá trị δ13C và tỷ số C/N ở bề mặt xói mịn chỉ ra rằng nguồn cacbon hữu cơ trong trầm tích đã được chuyển từ thực vật C3 sang thực vật phù du biển (Lamb và nnk, 2007). Trong khoảng từ 30,1 đến 18,9 m chiều sâu, sự biến thiên của giá trị δ13C và tỷ lệ C/N cho thấy thực vật phù du biển đóng góp một phần lớn trong các lớp trầm tích phía dưới, sau đó giảm dần. Trong đó, giá trị δ13C có xu hướng tăng và tỷ số C/N giảm dần trong khoảng độ sâu từ 30,1 đến 26,3 m cho thấy nguồn gốc vật chất hữu cơ chủ yếu từ thực vật biển. Trong khoảng từ 26,3 đến
18,9 m, giá trị δ13C giảm nhẹ và tỷ số C/N tăng chứng tỏ sự đóng góp của thực vật
phù du biển vào nguồn vật chất hữu cơ trong trầm tích. Giữa khoảng độ sâu 18,9 và 11,7 m, giá trị δ13C biến thiên trong khoảng nhỏ với giá trị trung bình là -27,2 ‰ và tỉ số C/N dao động với giá trị trung bình đạt 11,9, cho thấy thực vật C3 đóng góp một phần đáng kể vào nguồn gốc vật chất hữu cơ trong trầm tích (Hình 3.5). Từ 11,7 m đến lớp trầm tích bề mặt, giá trị δ13C tăng nhẹ, theo đó là sự giảm nhẹ tỉ số C/N đã chỉ ra sự đóng góp vật chất hữu cơ từ các thực vật C3 giảm dần, thay vào đó sự đóng góp ngày càng tăng của các loài thủy sinh nước ngọt và vật chất hữu cơ vùng cửa sông.
3.6 Đặc điểm điều kiện môi trường lắng động trầm tích trong Holocen
Mơi trường trầm tích ở đồng bằng sơng Hồng là kết quả của sự tương tác giữa hai yếu tố gồm sự thay đổi mực nước biển và trầm tích từ sơng. Cột mẫu VL-01 có các đặc điểm trầm tích tương tự như cột mẫu VN trong nghiên cứu trước đây (Tanabe và nnk, 2006). Các kết quả chỉ ra rằng mơi trường lắng đọng trầm tích trong cột VL- 01 và cột VN có thể được tạo ra bởi các cơ chế tương tự nhau. Trong thời kỳ Holocen sớm (từ 11.260 đến 8860 năm BP), mực nước biển thấp hơn 31m so với mực nước
biển hiện tại và tăng hàng năm với tốc độ tương đối ổn định khoảng 9 mm/năm tại vùng biển Việt Nam (Tjallingii và nnk, 2014). Do đó, lớp trầm tích màu xám đỏ dưới độ sâu 30,1 m là minh chứng cho bề mặt xói mịn. Xu hướng giảm dần từ đáy cột mẫu lên phía trên của hàm lượng bùn (Hình 3.1B), Md, So, Sk (Hình 3.2) minh chứng cho thấy các trầm tích cát mịn và bột thơ chiếm chủ yếu trong thành phần trầm tích được hình thành trong môi trường năng lượng cao (Rajganapathi và nnk, 2013). Trong giai đoạn này, tỷ số C/N có xu hướng tăng với giá trị trung bình là 16, cho thấy vật chất hữu cơ trong trầm tích có nguồn gốc chủ yếu từ thực vật trên lục địa (Lamb và nnk, 2007). Giá trị 13C của trầm tích dao động trong phạm vi nhỏ, với giá trị trung bình đạt -28,3 ‰ tương tự như các giá trị 13C trong trầm tích bề mặt của rừng ngập mặn đang phát triển tại vùng ven biển đồng bằng sông Hồng (Tue, N. và nnk, 2012). Điều này chứng tỏ rằng rừng ngập mặn có thể là nguồn gốc cung cấp carbon hữu cơ chủ yếu trong trầm tích tại giai đoạn này. Do đó, giai đoạn này có thể được coi là mơi trường dưới triều và bãi gian triều với tần suất ngập triều lớn (Tanabe và nnk, 2006; Tue và nnk, 2011).
Trong giai đoạn Holocen giữa (từ 8860 đến 2290 năm BP), cột trầm tích có thể được chia thành hai phần khác nhau dựa trên các đặc điểm về trầm tích, phân bố