Vạn Lý Trường Thành Xanh của Trung Quốc biến sa mạc Taklamakan thành bể hấp thụ carbon

Từ vùng đất cằn cỗi đến bể hấp thụ carbon

Sa mạc Taklamakan từ lâu được xem là vùng đất gần như không có sự sống, nơi cát dịch chuyển bao phủ hơn 95% cảnh quan. Nhưng nơi đây đang trải qua một cuộc chuyển đổi sinh thái thách thức những quan niệm phổ biến về môi trường khô hạn. Sau nhiều thập niên triển khai các sáng kiến trồng cây quy mô lớn, sa mạc khắc nghiệt ở Tây Bắc Trung Quốc đã trở thành một bể hấp thụ carbon, lấy đi từ khí quyển lượng carbon dioxide nhiều hơn lượng thải ra. Nghiên cứu mới được công bố trên Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia cho thấy Chương trình Rừng phòng hộ Tam Bắc, khởi động năm 1978 và thường được gọi là Vạn Lý Trường Thành Xanh, đã thành công biến vùng ven sa mạc thành nơi hấp thụ ròng carbon trong khí quyển. Đây là trường hợp đầu tiên được ghi nhận cho thấy con người có thể biến một sa mạc cực kỳ khắc nghiệt thành bể hấp thụ carbon ổn định, mở ra hy vọng mới cho các chiến lược giảm thiểu biến đổi khí hậu tại những vùng khô hạn nhất thế giới.

Với diện tích khoảng 130.000 dặm vuông (337.000 km vuông), lớn hơn bang Montana một chút, Taklamakan nằm trong lòng chảo Tarim ở Tây Bắc Trung Quốc. Các dãy núi cao bao quanh sa mạc, ngăn không khí ẩm tiến vào khu vực bên trong trong phần lớn thời gian của năm, tạo nên điều kiện khắc nghiệt đến mức nơi đây có những biệt danh như "Biển Chết". Suốt nhiều thế kỷ, vùng cát dịch chuyển rộng lớn này là biểu tượng của sự hoang vắng và những giới hạn của môi trường. Tuy nhiên, ảnh vệ tinh ngày nay cho thấy một vành đai xanh nổi bật bao quanh rìa sa mạc, nơi hơn 66 tỷ cây đã bén rễ kể từ khi chương trình bắt đầu. Tỷ lệ che phủ rừng của Trung Quốc tăng từ chỉ 10% diện tích cả nước vào năm 1949 lên hơn 25% hiện nay. Việc hoàn tất vành đai thực vật quanh Taklamakan vào năm 2024 đánh dấu một bước ngoặt trong kỹ thuật sinh thái.

Nhiều thập niên kiên trì

Cuộc chuyển đổi bắt đầu vào năm 1978, khi giới chức Trung Quốc khởi động Chương trình Rừng phòng hộ Tam Bắc để ứng phó với tình trạng sa mạc hóa ngày càng nhanh. Trong suốt thập niên 1950, quá trình đô thị hóa và mở rộng đất nông nghiệp quy mô lớn đã làm mất thảm thực vật tự nhiên trong khu vực, tạo điều kiện cho các trận bão cát ngày càng nghiêm trọng, làm thoái hóa đất và đe dọa năng suất nông nghiệp. Chính phủ cam kết trồng hàng tỷ cây quanh rìa cả sa mạc Taklamakan lẫn Gobi trước năm 2050, nhằm chặn đà mở rộng của sa mạc và ổn định các cồn cát dịch chuyển. Lộ trình đầy tham vọng này kéo dài 72 năm, với những mốc triển khai quan trọng vào các năm 1998, 2011 và 2021.

Một trong những thành tựu kỹ thuật của dự án là hành lang xanh dài 3.046 km chạy xuyên qua sa mạc, đưa thảm thực vật băng qua vùng đất mà các nhà thám hiểm từng gọi là Biển Chết, đồng thời kết nối những ốc đảo trước đây bị cô lập. Động lực đằng sau nỗ lực quy mô lớn này vừa mang tính môi trường vừa mang tính chính trị. Sa mạc mở rộng không kiểm soát đe dọa đất nông nghiệp có giá trị, đồng thời góp phần gây bất ổn khu vực ở miền Tây Trung Quốc, nơi căng thẳng giữa các nhóm dân tộc thiểu số và giới lãnh đạo người Hán trong lịch sử đã tạo ra mâu thuẫn. Bằng cách kìm hãm đà tiến của sa mạc, Bắc Kinh tìm cách bảo vệ đất nông nghiệp, giảm tần suất bão bụi hoành hành ở các thành phố phía bắc, đồng thời ứng phó với lượng khí thải carbon của đất nước. Không giống một số nỗ lực quốc tế tương tự, chẳng hạn các chương trình do Liên Hợp Quốc triển khai tại sa mạc Sahara, sáng kiến của Trung Quốc được hưởng lợi từ sự ổn định chính trị, giúp dự án tiếp tục không gián đoạn trong hơn bốn thập niên.

Dữ liệu vệ tinh cho thấy sự thay đổi

Các nhà khoa học thuộc Đại học California, Riverside, phối hợp với các nhà nghiên cứu từ Đại học Houston, Đại học Thanh Hoa và Caltech, đã sử dụng công nghệ vệ tinh tiên tiến để xác minh sự thay đổi trong động thái carbon của sa mạc. Dữ liệu từ Đài quan sát Carbon Quỹ đạo của NASA và vệ tinh MODIS theo dõi nồng độ carbon dioxide cùng độ xanh của thảm thực vật dọc rìa Taklamakan trong 25 năm. Nhóm nghiên cứu tập trung vào hai chỉ dấu chính của thành công trong việc trồng rừng: mức giảm có thể đo được của carbon dioxide trong khí quyển và mức tăng huỳnh quang do ánh sáng mặt trời kích thích, một dạng ánh sáng mờ phát ra trong quá trình quang hợp, được dùng làm chỉ dấu thay thế cho năng suất thực vật.

Số liệu vệ tinh xác định được một "điểm lạnh" rõ rệt phía trên các khu vực được phủ xanh, nơi nồng độ carbon dioxide thấp hơn các vùng xung quanh từ 1 đến 2 phần triệu. Trong mùa mưa, từ tháng 7 đến tháng 9, lượng mưa trung bình khoảng 0,6 inch (16 milimét) mỗi tháng, cao gấp khoảng 2,5 lần so với các tháng khô. Độ ẩm tăng theo mùa giúp thảm thực vật phát triển và tăng hoạt động quang hợp, kéo CO2 trong khí quyển từ mức 416 phần triệu vào mùa khô xuống 413 phần triệu trong mùa mưa. King-Fai Li, nhà vật lý khí quyển tại UCR và là cộng tác viên của nghiên cứu, mô tả ý nghĩa của việc xác minh quá trình hấp thụ carbon từ quỹ đạo.

Nơi này không giống rừng mưa Amazon hay Congo. Một số khu vực được phủ xanh chỉ là vùng cây bụi như thảm cây chaparral ở Nam California. Nhưng việc chúng hấp thụ CO2, và làm điều đó một cách đều đặn, là điều tích cực mà chúng ta có thể đo đạc và xác minh từ không gian.

Cây bụi, đất và quá trình lưu giữ carbon

Dù dự án thường được mô tả là trồng cây, các bằng chứng khoa học cho thấy cây bụi khỏe sức mới là tác nhân chính hấp thụ carbon. Những loài cây thân gỗ này, tương tự cây bụi chaparral ở Nam California, có thể quang hợp đều đặn trong điều kiện khô nóng, nơi nhiều loài cây khác không thể sinh trưởng. Thảm thực vật hoạt động như một máy bơm sinh học ổn định, hút carbon dioxide từ không khí rồi đưa vào rễ, thân và cuối cùng là chất hữu cơ trong đất. Nghiên cứu trước đây từng cho rằng bản thân cát sa mạc có thể giữ CO2 thông qua các quá trình vật lý liên quan đến sự giãn nở và co lại do biến động nhiệt độ ngày đêm, qua đó có khả năng lưu giữ khoảng một triệu tấn carbon mỗi năm. Tuy nhiên, các nhà khoa học cảnh báo cơ chế lưu trữ này trong cát không ổn định trước biến đổi khí hậu, bởi nhiệt độ tăng có thể khiến không khí bị giữ trong cát giãn nở và giải phóng lượng carbon đã lưu trữ.

Những phát hiện mới cho thấy quá trình lưu giữ carbon sinh học thông qua quang hợp tạo ra một bể hấp thụ carbon ổn định và đáng kể hơn. Nghiên cứu bổ sung về các vi kết tụ đất dọc rìa phía nam Taklamakan đã làm sáng tỏ cơ chế lưu trữ này. Các nhà nghiên cứu khảo sát thành phần đất đã sử dụng phương pháp đo độ phong phú tự nhiên của đồng vị delta13C để lần theo các đường đi của carbon qua những phần đất khác nhau. Phân tích cho thấy việc phủ xanh làm tăng đáng kể cả hàm lượng carbon hữu cơ trong toàn bộ đất lẫn sự hình thành các kết tụ, trong đó mức tăng lớn nhất xuất hiện sau bảy năm cây trồng phát triển. Carbon hữu cơ trong đất là bể carbon lớn nhất trong các hệ sinh thái trên cạn; khoảng 90% carbon trong lớp đất mặt được lưu giữ bên trong các kết tụ đất. Các vi kết tụ vừa là nguồn vừa là nơi lưu giữ carbon trong dòng luân chuyển của các hệ sinh thái sa mạc. Thảm thực vật được trồng không chỉ hấp thụ carbon trong khí quyển mà còn ổn định cồn cát, giảm xói mòn do gió và tạo điều kiện cho diễn thế sinh thái tiếp diễn.

Giới hạn về nước và quy mô toàn cầu

Dù kết quả đầy hứa hẹn, các nhà nghiên cứu kêu gọi không nên kỳ vọng quá mức vào tác động toàn cầu của việc phủ xanh sa mạc. Ngay cả khi toàn bộ Taklamakan, một khu vực có diện tích xấp xỉ nước Đức, được phủ kín thảm thực vật, lượng carbon dioxide được lưu giữ mỗi năm cũng chỉ vào khoảng 60 triệu tấn. Con số này chỉ tương đương 10% lượng phát thải hằng năm của Canada và là một phần rất nhỏ trong tổng lượng 40 tỷ tấn phát thải toàn cầu mỗi năm. King-Fai Li nhấn mạnh rằng dù phủ xanh sa mạc không thể tự mình giải quyết khủng hoảng khí hậu, việc hiểu rõ carbon dioxide có thể được hấp thụ ở đâu, với lượng bao nhiêu và trong điều kiện nào là một phần thiết yếu của bài toán giảm thiểu.

Yếu tố chính ngăn cản việc mở rộng dự án sâu hơn vào nội địa sa mạc là nước. Các vùng cây bụi hiện nay chỉ tồn tại nhờ dòng chảy từ núi cao xung quanh, mang độ ẩm và chất dinh dưỡng đến những vành đai cây trồng. Tiến sâu hơn vào sa mạc sẽ đòi hỏi nguồn nước đáng tin cậy, vốn ngày càng khan hiếm trên toàn cầu. Sự phụ thuộc vào dòng chảy từ núi tạo ra nguy cơ dễ tổn thương, bởi những thay đổi trong lượng tuyết rơi hoặc băng tan do biến đổi khí hậu có thể làm suy yếu, thậm chí phá hủy bể hấp thụ carbon. Thảm thực vật tạo thành một hàng rào sống, thực sự nằm giữa lằn ranh mong manh của điều kiện khắc nghiệt nơi sa mạc và nguồn nước từ vùng núi cao.

Mô hình cho các vùng khô hạn

Dự án Taklamakan là một trường hợp nghiên cứu hiếm hoi, kéo dài về việc phủ xanh sa mạc và đã duy trì được thành quả trong khi nhiều dự án khác thất bại. Tính liên tục về chính trị giúp Trung Quốc duy trì nguồn vốn và nhân lực ổn định trong bốn thập niên, tạo điều kiện cho hệ sinh thái phục hồi mà các dự án ngắn hạn khó đạt được. Yuk L. Yung, giáo sư khoa học hành tinh tại Caltech và nhà khoa học nghiên cứu cấp cao tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA, người tham gia viết nghiên cứu, nhận định về ý nghĩa rộng hơn của công trình.

Lần đầu tiên, chúng tôi nhận thấy sự can thiệp do con người dẫn dắt có thể thúc đẩy hiệu quả việc lưu giữ carbon ngay cả ở những vùng khô hạn khắc nghiệt nhất, cho thấy tiềm năng biến sa mạc thành bể hấp thụ carbon và ngăn chặn sa mạc hóa.

Nghiên cứu nhấn mạnh rằng sa mạc không phải là những vùng chết về sinh thái, mà có thể góp phần vào các chiến lược quản lý carbon toàn cầu. Khi cháy rừng ngày càng biến các khu rừng từ bể hấp thụ carbon thành nguồn phát thải ở châu Âu, Mỹ Latinh và Bắc Mỹ, sự chuyển đổi tại Taklamakan đưa ra một góc nhìn khác về khả năng phục hồi môi trường của con người. Dù những thách thức về an ninh nguồn nước và quy mô vẫn đáng kể, dự án chứng minh rằng các giải pháp dựa vào tự nhiên có thể phát huy hiệu quả ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt nhất hành tinh. Vành đai xanh quanh Taklamakan vừa là nguồn cảm hứng vừa là bằng chứng về tính khả thi của các giải pháp carbon công nghệ thấp, vốn cần thời gian, sự ổn định và hiểu biết sinh thái hơn là công nghệ tiên tiến.

Điểm chính

• Chương trình Rừng phòng hộ Tam Bắc của Trung Quốc, khởi động năm 1978, đã trồng hơn 66 tỷ cây quanh sa mạc Taklamakan và hoàn tất vành đai thực vật vào năm 2024.
• Dữ liệu vệ tinh xác nhận vùng ven sa mạc hiện là bể hấp thụ carbon, hấp thụ nhiều CO2 hơn lượng thải ra; nồng độ trong khí quyển giảm 1-3 phần triệu vào mùa mưa.
• Cây bụi khỏe sức và thảm thực vật hấp thụ carbon qua quá trình quang hợp, tạo cơ chế lưu trữ ổn định hơn so với việc giữ carbon trong cát như các nghiên cứu trước đây đề xuất.
• Dự án phụ thuộc hoàn toàn vào dòng chảy từ núi để có nước, hạn chế khả năng mở rộng và dễ bị tổn thương trước những thay đổi do khí hậu gây ra đối với mô hình tuyết tan.
• Ngay cả khi toàn bộ sa mạc được phủ xanh, lượng CO2 được hấp thụ cũng chỉ khoảng 60 triệu tấn mỗi năm, khá khiêm tốn so với 40 tỷ tấn phát thải toàn cầu. Tuy vậy, dự án là bằng chứng về tính khả thi của việc phục hồi các vùng khô hạn.