Cách vi khuẩn hạn chế phát thải khí metan từ nước ngầm
Một nhóm nghiên cứu từ Viện Hóa sinh Max Planck và Đại học Jena (Đức) đã chỉ ra rằng vi sinh vật xử lý hơn một nửa lượng khí metan có trong nước ngầm trước khi chúng có thể thoát ra ngoài không khí.
Metan (CH4) là một loại khí nhà kính mạnh, có khả năng giữ nhiệt cao gấp khoảng 84 lần so với CO2 trong vòng 20 năm. Điều này khiến việc cắt giảm nhanh lượng khí metan trở thành một trong những cách hiệu quả nhất để làm chậm lại quá trình nóng lên toàn cầu.
Nước ngầm thường chứa metan có nguồn gốc vi sinh hoặc hóa thạch. Tuy nhiên, chúng ta không biết chính xác mức độ đóng góp metan của nước ngầm vào tổng lượng metan thoát ra trên toàn cầu mỗi năm. Ở nồng độ cao, khí metan trong nước ngầm có thể ảnh hưởng đến chất lượng nước có thể uống được và thoát ra đất, nước mặt hoặc khí quyển. Quá trình oxy hóa của vi sinh vật là cách tự nhiên duy nhất để giảm các bồn chứa metan này.
Bằng phương pháp đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ cực kỳ nhạy, các nhà khoa học đã đo mức tiêu thụ metan của vi sinh vật trong nước ngầm ở những nơi có đặc điểm địa chất và nồng độ metan khác nhau. “Kết quả cho thấy có một ‘bộ lọc’ vi sinh hoạt động mạnh mẽ trong nước ngầm, đóng vai trò then chốt trong việc hạn chế lượng metan thoát ra mặt đất, nước mặt và khí quyển,” nghiên cứu sinh tiến sĩ Beatrix M. Heinze cho biết. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí PNAS.
Để tính toán được kết quả này, nhóm nghiên cứu đã lấy mẫu nước ngầm từ các tầng chứa nước nông có thành phần đá carbonat và cát ở miền Trung và Bắc nước Đức, với nồng độ metan dao động trong phạm vi rất rộng – chênh lệch đến năm bậc độ lớn, từ mức gần như không thể phát hiện đến mức bão hòa cao. Họ nhận thấy, tốc độ oxy hóa metan do vi sinh vật thực hiện cũng biến thiên tương tự và có mối tương quan chặt chẽ với nồng độ metan trong nước ngầm.
“Phương pháp của chúng tôi không chỉ giúp định lượng quá trình oxy hóa metan của vi sinh vật, mà còn xác định được lượng metan mà chúng sử dụng để tạo sinh khối,” Heinze giải thích. “Chúng tôi phát hiện thấy các vi sinh vật trong nước ngầm chủ yếu sử dụng metan để tạo năng lượng, chứ không phải để tạo sinh khối.”
Dựa trên mối quan hệ chặt chẽ giữa tốc độ oxy hóa metan và nồng độ metan, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp dữ liệu công bố về nồng độ metan trong nước ngầm trên toàn thế giới. Bằng cách ngoại suy từ mối tương quan mà họ quan sát được, các tác giả ước tính rằng các vi sinh vật oxy hóa metan loại bỏ khoảng 167 đến 778 triệu tấn metan mỗi năm – tương đương gần 2/3 lượng metan được tạo ra trong nước ngầm toàn cầu.
Để dễ hình dung, các ước tính hiện nay cho thấy nước ngọt trong đất liền và đầm lầy phát thải khoảng 164 – 329 triệu tấn metan mỗi năm. Điều này nghĩa là “bộ lọc vi sinh” trong nước ngầm có thể đóng vai trò cân bằng đáng kể trong chu trình metan toàn cầu.
Thông thường, chu trình metan (tức thời gian cần để vi sinh vật tiêu thụ hết lượng metan sẵn có) dao động từ vài ngày đến vài thập kỷ, tùy thuộc vào nồng độ khí. “Ở nhiều địa điểm, chúng tôi kỳ vọng metan sẽ bị vi sinh vật trong nước ngầm tiêu thụ hoàn toàn. Tuy nhiên, tại một số khu vực có nồng độ metan cao, nước ngầm có thể là nguồn phát thải CH4 đáng kể ra các đầm lầy hoặc sông suối, nơi khí có thể thoát lên khí quyển. Nghiên cứu của chúng tôi nhấn mạnh mức độ bất định đáng kể về vai trò của các nguồn nước ngọt trong việc phát thải metan tự nhiên, cũng như tầm quan trọng của việc thiết lập các dữ liệu nền vững chắc cho những đánh giá trong tương lai,” TS. Susan Trumbore, Giám đốc Viện Sinh địa hóa Max Planck, nói.
Ngoài tác động đến khí hậu, metan ở nồng độ cao còn gây rủi ro cho chất lượng nước ngầm. Các nhà nghiên cứu nói rằng phương pháp của họ có thể giúp nhận diện các rủi ro tiềm ẩn ngay cả trong những tầng chứa nước vốn được coi là sạch và an toàn cho sử dụng lâu dài. Những phát hiện này nhấn mạnh sự cần thiết cấp bách của quản lý nước ngầm bền vững để bảo vệ cả khí hậu lẫn nguồn nước uống.□
Trang Linh dịch
https://www.uni-jena.de/en/355465/how-microbes-curb-methane-emissions-from-groundwater
Bài đăng Tia Sáng số 20/2025
