Sắp tới, lớp Khoa học Môi trường 13KMT có đợt thực tập Môi Trường Vùng – Đồng bằng sông Cửu Long. Các bạn sẽ được thăm quan và tìm hiểu đặc điểm môi trường các cảnh quan nổi tiếng như Đồng Tháp Mười, Đê thiên nhiên ven sông Tiền – sông Hậu, Đồng bằng ven biển với các đồi, núi sót Hà Tiên – Kiên Lương. Các bạn hãy quan sát, mô tả cẩn thận giá trị của các dạng địa hình karst cũng như những tác động nhân sinh đối với karst ở Hà Tiên – Kiên Lương nhé. Bài này giúp các bạn tiếp cận một trong những nội dung thực tập dễ hơn. Hình số 7 của Goldscheider [ở cuối bài] rất hay, các bạn xem và vận dụng vào thực tế nhé.
1. Karst là gì?
Karst là một cảnh quan riêng biệt bao hàm tổng thể các dạng địa hình, các yếu tố thủy văn độc đáo và các quá trình tạo ra chúng, chủ yếu là sự hòa tan của nước trên mặt và nước ngầm đối với các loại đá có nhiều khe nứt, lỗ hổng, có thể hòa tan được như đá vôi, dolomit, cẩm thạch.
Các dạng địa hình karst xói mòn chủ yếu gồm: karren [đá tai mèo hoặc ngọn đá, rãnh đá], phễu, hang động, các mạch nước, thung lũng, dòng sông ngầm, các đồi núi sót… Các dạng địa hình tích tụ [thạch nhũ] trong hang động chủ yếu là chuông đá, măng đá, cột đá [1].
Thuật ngữ “Karst” – có nguồn gốc từ vùng Balkan. Karst được dùng để phản ánh đặc điểm chất vùng Karst thuộc Croatia gần bờ biển của Biển Adriatic. Một số nghiên cứu sớm nhất về karst đã được tiến hành trong khu vực Balkan [7]. Krast trong tiếng Đức nghĩa là “đá” [1].
Các vùng karst chiếm khoảng 20% bề mặt trái đất [3]. Karst là một trong những vùng giầu tài nguyên, hấp dẫn và đa dạng nhất của thế giới bao gồm nguồn cung cấp nước, mỏ đá vôi và khoáng chất…
Ở Việt Nam, đá vôi [địa hình karst] chiếm gần 20% diện tích lãnh thổ phần đất liền, tức là khoảng 60.000 km2. Đá vôi tập trung hầu hết ở miền Bắc [Hình 2] [2].
2. Sự hình thành hang động karst
Trong tự nhiên, axit cacbonic được tạo ra khi nước mưa rơi qua bầu khí quyển mang một lượng nhỏ CO2. Khi nước mưa đi qua đất [nước dưới đất], hấp thụ thêm CO2 sẽ có tính a xit mạnh hơn, dễ dàng hòa tan canxit [loại khoáng chất chủ yếu trong đá vôi] [Hình 3] [7] mang đi theo dòng chảy. Theo thời gian, đá dọc khe nứt [hoặc lỗ rỗng] dần bị hòa tan mở rộng và kết nối lại với nhau để tạo ra các khoảng trống lớn hơn. Các dòng chảy mở rộng khoảng trống này thường xảy ra tại hoặc ngay dưới gương nước ngầm, nơi nước lưu thông theo chiều ngang [tương ứng với mực xâm thực cơ sở địa phương] [Hình 4]. Khi các khoảng trống mở rộng đủ lớn, con người có thể đi qua được gọi là “hang động” [7].
3. Sự hình thành trầm tích hang động [chuông đá, măng đá, cột đá]
3.1 Chuông đá: Dung dịch bicacbonat chảy theo các khe nứt xuống tới trần hang thường còn lại rất ít, chảy theo kiểu nhỏ giọt [Hình 5]. Các giọt nước treo trên trần hang, trước khi rơi xuống đáy hang CO2 bị mất vào không khí [sự khử khí CO2] và một lượng nhỏ cacbonat canxi được kết tủa thành tinh thể canxit.
Ca2+ + 2HCO3− → CaCO3 + H2O + CO2
Bằng cách này, lượng CaCO3 ngày nhiều thêm, hình thành khối canxit treo lơ lửng trên nóc hang. Đó là chuông đá [Hình 5]. Chuông đá có thể có kích thước lớn, chiều dài tới mấy mét. Nếu cắt ngang chuông đá sẽ thấy cấu trúc phân lớp đồng tâm [giống thân cây gỗ]. Điều đó chứng tỏ chúng được tăng kích thước bằng cách tích tụ dần từng lớp. Trong một số trường hợp chuông đá có cấu tạo hình ống, ở giữa rỗng [1].
3.2 Măng đá: cũng có cấu tạo giống chuông đá nhưng mọc cao dần lên từ đáy hang. Các măng đá đều nằm trên cùng đường thẳng đứng với chuông đá tương ứng do chúng được thành tạo bằng canxit kết tủa từ những giọt nước rơi từ chuông đá xuống [Hình 5] [1].
3.3 Cột đá: hình thành khi chông đá và măng đá phát triển kết nối lại với nhau [Hình 5].
Quá trình hòa tan [xói mòn] hình thành hang động và quá trình tích tụ trầm tích trong hang động được khái quát trong hình 6.
4. Tầm quan trọng của karst và hang động
Khu vực karst là một trong những cảnh quan đa dạng nhất của Trái đất với một nguồn tài nguyên trên và dưới mặt đất phong phú. Dưới đây mô tả sơ bộ tầm quan trọng của tài nguyên karst và hang động.
4.1 Tài nguyên nước ngầm
Theo UNESCO “nước ngầm trong ở vùng karst là nguồn nước uống quan trọng nhất cũng như an toàn nhất”. Người ta ước tính rằng nước ngầm karst hiện cung cấp khoảng 25% lượng nước uống của thế giới. Tỷ lệ này sẽ gia tăng trong tương lai do nguồn nước khu vực phi karst bị ô nhiễm [3].
4.2 Tài nguyên khoáng sản
Các nguồn tài nguyên khoáng sản phổ biến nhất được khai thác từ khu vực karst là đá vôi, đolomit, cẩm thạch phục vụ cho xây dựng. Một số khu vực karst và hang động cổ có các mỏ quặng có giá trị kinh tế như chì, kẽm, nhôm, phốtphorit [2, 4].
4.3 Hồ sơ về cổ khí hậu, cổ môi trường
Trầm tích hang động là kho lưu trữ tự nhiên chi tiết nhất về về lịch sử khí hậu và môi trường Trái Đất trong quá khứ. Biến đổi khí hậu và môi trường [dao động nhiệt độ khu vực, khí trong khí quyển, lượng mưa], thời kỳ băng hà, biến đổi mực nước biển, động đất, chuyển động kiến tạo, phun trào núi lửa v.v.. được ghi lại trong các lớp tăng trưởng của các trầm tích hang động qua hàng nghìn hoặc thậm chí hàng triệu năm [3, 4].
Các hệ thống karst có tác dụng như các bồn CO2 tự nhiên, do đó giúp giảm thiểu biến đổi khí hậu [4].
4.4 Khảo cổ học và Văn hóa
Karst và hang động có giá trị văn hóa và lịch sử cao. Từ buổi sơ khai, hang động đã là nơi con người trú ẩn để chống chọi với thiên nhiên khắc nghiệt và các loài thú dữ. Nhiều hang động là các địa điểm khảo cổ vĩ đại, nơi mà các vật liệu chế tác mỏng manh của người tiền sử được bảo tồn. Những vật liệu dễ vỡ và mong manh như đồ bằng đất sét, hạt giống, dấu chân và các bức tranh tinh tế là những ví dụ về những cổ vật quý hiếm trong hang động [3, 4].
4.5 Đa dạng sinh học
Karst và hang động là những tài nguyên vô cùng quý giá, lưu trữ một loạt ổ sinh thái độc đáo. Bên cạnh sự đa dạng vô cùng phong phú của thực vật và động vật, bao gồm các loài đặc hữu được tìm thấy ở các khu vực karst, hang động cũng là môi trường sống vi sinh vật độc đáo. Tiếp tục nghiên cứu các loài mới và các cộng đồng vi sinh vật hang động có thể phát hiện ra các chất mới hữu ích cho mục đích y tế [4].
4.6 Du lịch, giải trí
Khu vực Karst cung cấp ba loại hình du lịch, giải trí chính: các hang động phục vụ thăm quan, các hang động hoang dã, và các khu vực danh lam thắng cảnh.
Hầu như tất cả các quốc gia có các karst đều có các chương trình du lịch thăm quan hang động. Trên thế giới, có khoảng 250 triệu người hàng năm mua vé tham quan hang động. Có khoảng 100 triệu người trực tiếp hoặc gián tiếp thu nhập từ hoạt động karst và hang động [3].
5. Tính dễ tổn thương của karst và hang động
Karst và hang động là những môi trường vô cùng mong manh nên rất dễ bị ảnh hưởng bởi các tác động nhân sinh, chủ yếu liên quan đến yếu tố địa mạo, thủy văn và hệ sinh thái riêng biệt.
5.1 Khai thác khoáng sản, đá trang trí
Trong vùng karst nhất là các vùng thấp, các khối karst sót có thể bị mất do hoạt động khai thác đá của con người phục vụ cho xây dựng [1, 3]. Một số nơi thạch nhũ trong hang bị đập phá cho mục đích trang trang trí khác nhau.
5.2 Hoạt động nông nghiệp
Đốt phá rừng, mở rộng diện tích sản xuất nông nghiệp sẽ làm mất thảm thực vật bảo vệ, lớp đất mỏng trên địa hình karst sẽ bị xói mòn làm mất dần cảnh quan karst. Canh tác nông nghiệp có thể gây ô nhiễm nguồn nước karst, nhất là những nơi không có lớp đất phủ đủ dày có tác dụng như một tầng chắn lọc tự nhiên. Một khi nước mặt ở đó bị nhiễm bẩn thì lập tức nước ngầm cũng bị ô nhiễm [2].
5.3 Hoạt động du lịch, tín ngưỡng
Phát triển du lịch không bền vững cũng làm suy giảm hệ sinh thái karst. Ví dụ trang trí hệ thống đèn chiếu sáng quá mức trong hang động sẽ làm suy thoái thạch nhũ. Một số cửa hang có thể bị lấp hoặc tạo mới, ảnh hưởng tiêu cực tới các loài chim, dơi và các sinh vật khác [2].
Hoạt động tín ngưỡng hoặc du lịch thiếu ý thức cũng có thể đe dọa các loài động thực vật, nhất là những loài sống ở chân núi [2].
6. Bảo vệ môi trường karst và hang động
Tất cả các nguồn tài nguyên và các dịch vụ hệ sinh thái do karst và hang động cung cấp có sự kết nối chặt chẽ với nhau. Do đó các tác động vào yếu tố đơn lẻ của hệ sinh thái karst có thể có những tác động không mong muốn đến các yếu tố khác, thậm chí đến toàn bộ hệ sinh thái [Hình 7] [3].
Do cơ chế phản hồi phức tạp của môi trường karst và hang động, mọi hoạt động kinh tế và xã hội phải được đánh giá để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường vốn dĩ mỏng manh này. Các tác giả [2, 3] đề xuất:
6.1 Tiếp cận toàn diện
Sở dĩ môi trường karst nhiều nơi suy thoái là do cách tiếp cận phổ biến hiện nay là giải quyết các vấn đề có tính riêng biệt. “Chẳng hạn các dự án tăng trưởng kinh tế được phê duyệt nhưng bỏ qua hoặc coi rất nhẹ vấn đề bảo tồn môi trường. Các dự án trồng rừng bảo vệ môi trường được triển khai nhưng lại bỏ qua khâu giáo dục, nâng cao ý thức cộng đồng, kết quả là trồng rừng không nhanh bằng phá rừng. Các khu bảo tồn, vườn quốc gia được thành lập nhưng chỉ chú trọng đến khía cạnh đa dạng sinh học mà xem nhẹ các giá trị cảnh quan, địa chất, hoặc không để ý đúng mức đến cuộc sống của người dân địa phương bị ảnh hưởng. Và sau hết, do nhiều nguyên nhân, các dự án phát triển bền vững chỉ được triển khai ở một vài khu vực nhỏ hẹp thay vì phải tiến hành trên phạm vi toàn vùng, toàn lưu vực v.v” [2]. Như vậy tiếp cần toàn diện là hướng đến việc đánh giá toàn diện các tác động tiềm năng của một dự án.
6.2 Thiết lập công viên quốc gia, các khu bảo tồn
Hiện nay có hơn 50 khu vực karst và hang động được liệt kê trong Danh sách Di sản thiên nhiên Thế giới của UNESCO, trên thực tế còn nhiều khu vực có tiềm năng về đa dạng sinh học, tài nguyên nước ngọt, địa mạo độc đáo, các hang động có giá trị…Những khu vực này cần được qui hoạch thành công viên quốc gia hoặc khu vực cần được bảo vệ. Đây là giải pháp hữu hiệu giúp nâng cao nhận thức của công chúng về tầm quan trọng, các giá trị di sản và tính dễ tổn thương của karst và hang động [3].
Môi trường, tài nguyên karst và hang động cần được bảo tồn, bảo vệ để các thế hệ tương lai có cơ hội sử dụng.
Tài liệu tham khảo
[1]. Đào Đình Bắc. 2000. Địa mạo đại cương. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.
[2]. Viện Nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản. 2005. Phát triển Bền vững các Vùng Đá vôi ở Việt Nam.
[3]. Brief for GSDR 2015. The scientific and socio-economic importance of karst and caves and
their vulnerability, Paolo Forti International Union of Speleology [UIS].
[4]. George Veni at all. 2001. Living with Karst – A Foundation Fragile. American Geological Institute. //www.agiweb.org/environment/publications/karst.pdf.
[5]. Karst and Karst Terranes. //www.usi.edu/science/geology/jdurbin/geomorph/Lectures/Karst-terranes_files/Karst-Terranes.ppt
[6]. Ian J. Fairchild, Silvia Frisia, Andrea Borsato and Anna F. Tooth. Speleothems. DOI: 1002/9780470712917.ch7
[7]. Priscilla Schulte, Ph.D.Karalynn Crocker-Bedford, M.S. Karst and Caves of Southeast Alaska – A Teachers’ Resource. UAS Ketchikan campus and Cultural Heritage Research Revised in 2002.