Phân tầng nhiệt và oxy trong hồ Tà Đùng: vì sao đáy hồ sâu có thể thiếu oxy

Ở hồ sâu như hồ Tà Đùng, nước có xu hướng chia thành lớp: lớp mặt được nắng sưởi ấm, gió khuấy và tảo quang hợp nên giàu oxy; lớp đáy mát hơn, nặng hơn, không trộn lên được và bị sinh vật phân huỷ tiêu dần oxy, nên có thể thiếu oxy. Lớp ngăn cách giữa hai tầng là nơi nhiệt độ đổi nhanh theo độ sâu, gọi là tầng nhảy nhiệt. Khi trời lạnh, gió mạnh hay nước lũ về, các lớp có thể bị đảo trộn.

Bài này giải thích hiện tượng phân tầng — một trong những quá trình quan trọng nhất quyết định sự sống trong hồ — áp vào hồ chứa thủy điện Đồng Nai 3 ở xã Tà Đùng, tỉnh Lâm Đồng (trước 1/7/2025 là Đắk Som và Đắk R'Măng, huyện Đắk Glong, Đắk Nông). Không có số liệu đo phân tầng của hồ được công bố mà trang này có thể dẫn, nên nội dung trình bày theo nguyên lý thủy sinh học và những gì đã biết về hồ chứa nhiệt đới nói chung.

Vì sao nước ấm nổi lên trên

Nước có một tính chất đặc biệt: khối lượng riêng của nó thay đổi theo nhiệt độ, nặng nhất ở khoảng 4 độ C, rồi nhẹ dần khi ấm lên. Trong khoảng nhiệt độ của hồ nhiệt đới, nước càng ấm càng nhẹ. Vì vậy khi nắng sưởi ấm lớp nước mặt, lớp này nhẹ hơn và nổi trên lớp nước mát bên dưới, như dầu nổi trên nước.

Điều thú vị là ở nhiệt độ cao, chênh lệch khối lượng riêng ứng với mỗi độ C lớn hơn so với ở nhiệt độ thấp. Hệ quả là ở hồ nhiệt đới, chỉ cần chênh lệch nhiệt độ vài độ giữa mặt và đáy cũng đủ tạo ra phân tầng khá bền, trong khi ở hồ ôn đới cần chênh lệch lớn hơn. Đây là lý do các nhà thủy sinh học lưu ý rằng hồ nhiệt đới phân tầng dễ hơn người ta tưởng.

Gió thổi trên mặt hồ tạo sóng và dòng chảy, khuấy trộn lớp nước trên. Nhưng sức gió chỉ trộn được tới một độ sâu nhất định; phía dưới, nước nặng hơn không bị kéo lên. Hồ càng sâu, lặng gió và có nhánh hồ được che khuất, phân tầng càng rõ.

Ba tầng nước trong một hồ phân tầng

Khi phân tầng hình thành, cột nước hồ thường chia thành ba lớp với tên gọi quen thuộc trong thủy sinh học. Độ dày từng lớp thay đổi theo hồ, theo mùa và theo thời tiết; bảng dưới mô tả đặc điểm chung.

Tầng nhảy nhiệt hoạt động như một "nắp đậy": oxy từ không khí và từ tảo ở tầng mặt rất khó đi xuống tầng đáy khi phân tầng còn bền.

Vì sao đáy hồ mất oxy

Oxy trong nước hồ đến từ hai nguồn: hoà tan từ không khí qua mặt nước, và do tảo, thực vật thủy sinh tạo ra khi quang hợp. Cả hai nguồn đều nằm ở tầng mặt. Tầng đáy không nhận được ánh sáng đủ cho quang hợp và không tiếp xúc với không khí; oxy ở đó chỉ là lượng có sẵn từ lần đảo trộn trước.

Trong khi đó, tầng đáy liên tục nhận vật chất hữu cơ chìm xuống: xác tảo, phân của động vật, lá cây, mùn từ lưu vực. Vi khuẩn phân huỷ vật chất này và tiêu thụ oxy. Nếu phân tầng kéo dài, oxy ở đáy giảm dần, có thể tới mức gần bằng không. Hồ càng nhiều chất hữu cơ chìm xuống, oxy đáy cạn càng nhanh.

Khi đáy hết oxy, quá trình phân huỷ chuyển sang kiểu yếm khí, sinh ra những chất như hydro sunfua có mùi trứng thối, metan, amoni, và giải phóng sắt, mangan, phốt pho từ lớp bùn đáy vào nước. Lớp nước đáy vì thế không chỉ thiếu oxy mà còn chứa nhiều chất không tốt cho sinh vật.

Đảo trộn: khi các tầng nước hoà vào nhau

Phân tầng không vĩnh viễn. Bất cứ khi nào lớp nước mặt nguội đi đủ để nặng ngang lớp dưới, hoặc gió đủ mạnh để khuấy sâu, các tầng sẽ trộn vào nhau. Ở hồ nhiệt đới, đảo trộn có thể xảy ra theo nhiều nhịp: hằng ngày khi đêm mát làm lớp mặt nguội đi một phần; theo đợt khi có gió mạnh, mưa lớn lạnh, hoặc theo mùa khi thời tiết chuyển mát.

Ở vùng cao nguyên như Tà Đùng, đêm và sáng sớm mùa khô thường mát hơn đáng kể so với ban ngày, gió Đông Bắc mùa khô cũng khá đều. Theo nguyên lý, những điều kiện này thuận lợi cho đảo trộn ở tầng trên. Nước lũ mát và đục từ sông, suối đổ vào mùa mưa cũng có thể chìm xuống hoặc len vào giữa các tầng, làm xáo trộn cấu trúc phân tầng.

Đảo trộn mang oxy xuống đáy, nhưng cũng mang lớp nước đáy nghèo oxy và chứa chất độc lên trên. Nếu đảo trộn xảy ra đột ngột trên diện rộng, oxy trong toàn cột nước có thể tụt xuống tạm thời — một nguyên nhân được ghi nhận của hiện tượng cá chết hàng loạt ở nhiều hồ và đầm nuôi.

Phân tầng ảnh hưởng tới cá như thế nào

Thu hẹp chỗ sống. Khi đáy thiếu oxy, cá buộc phải sống ở tầng mặt và tầng giữa. Không gian sống trong hồ, tính theo thể tích, bị thu hẹp đáng kể dù mặt hồ vẫn rộng như cũ.

Cá đáy bị ảnh hưởng nhiều nhất. Những loài sống và kiếm ăn gần đáy phải di chuyển lên vùng nông hơn, cạnh tranh với loài khác hoặc chịu thiếu thức ăn.

Sinh vật đáy nghèo đi. Ở vùng đáy sâu thiếu oxy lâu, chỉ những loài chịu được như một số ấu trùng muỗi lắc, giun ít tơ sống sót; đa dạng sinh vật đáy giảm.

Rủi ro khi đảo trộn. Đảo trộn đột ngột có thể làm oxy toàn cột nước giảm tạm thời. Cá trong lồng nuôi không thể bơi đi chỗ khác nên chịu rủi ro cao hơn cá tự nhiên.

Cá tụ ở tầng mát giàu oxy. Những ngày nắng gắt, tầng mặt quá ấm, cá có xu hướng tìm tới lớp nước ngay trên tầng nhảy nhiệt — vừa mát hơn mặt vừa còn oxy.

Nước xả qua đập và tầng nước được lấy

Với hồ chứa thủy điện, tầng nước nào được lấy qua cửa nhận nước để chạy tua bin là yếu tố ảnh hưởng tới cả hồ lẫn đoạn sông phía dưới. Cửa nhận nước thường đặt ở một độ sâu nhất định để bảo đảm vận hành khi mực nước hạ. Nếu cửa nằm trong tầng nước sâu, nước xả xuống hạ lưu có thể mát hơn và nghèo oxy hơn nước sông tự nhiên, nhất là khi hồ phân tầng.

Hiện tượng nước xả từ đập có nhiệt độ và oxy khác thường đã được ghi nhận ở nhiều hồ chứa trên thế giới và là một chủ đề trong đánh giá tác động môi trường của thủy điện. Nước khi đi qua tua bin và chảy xuống lòng sông cũng được khuấy trộn, nên oxy thường hồi phục dần trên quãng sông phía dưới.

Không có thông tin công khai chi tiết về cao trình cửa nhận nước và đặc tính nước xả của thủy điện Đồng Nai 3 mà trang này có thể dẫn chắc chắn, nên phần này chỉ trình bày nguyên lý.

Nhánh hồ kín và cửa suối: phân tầng ở quy mô nhỏ

Không chỉ lòng hồ chính mới phân tầng. Các nhánh hồ hẹp, sâu, được đồi che khuất gió có thể phân tầng còn rõ hơn lòng hồ chính, vì gió khó khuấy trộn. Ở những nhánh này, nếu nhận nhiều chất hữu cơ từ suối, đáy dễ thiếu oxy hơn.

Ngược lại, vùng cửa suối và vùng nông ven bờ ít khi phân tầng bền vì nước nông, dễ bị gió và dòng suối khuấy. Đây thường là những vùng nước giàu oxy suốt cột nước, nơi cá con và nhiều sinh vật nhỏ tụ tập.

Vùng nước quanh các đảo cũng có đặc điểm riêng. Sườn đảo dốc xuống sâu nhanh nên ngay sát bờ đảo đã có thể có đủ ba tầng nước, trong khi một bãi cạn nối hai đảo lại chỉ có một lớp nước nông được trộn đều. Sinh vật dịch chuyển giữa những vùng này theo giờ trong ngày để tìm nước mát hoặc nước giàu oxy.

Sự khác biệt giữa các phần của hồ khiến hồ Tà Đùng không phải là một khối nước đồng nhất mà là một bức khảm của nhiều vùng nước với điều kiện oxy, nhiệt độ khác nhau, thay đổi theo giờ, theo ngày và theo mùa.

Đo phân tầng: các nhà khoa học làm thế nào

Để biết hồ có phân tầng hay không, người ta đo nhiệt độ và oxy hoà tan theo độ sâu tại một điểm — gọi là đo profile. Thiết bị đo được thả từ mặt xuống đáy, ghi lại giá trị ở từng độ sâu. Vẽ các giá trị này thành đồ thị sẽ thấy ngay tầng mặt, tầng nhảy nhiệt và tầng đáy.

Đo một lần chỉ cho bức tranh tại thời điểm đó. Muốn hiểu chu kỳ phân tầng – đảo trộn, cần đo lặp lại theo giờ trong ngày, theo tháng trong năm, ở nhiều vị trí của hồ. Đây là công việc của các chương trình quan trắc môi trường và nghiên cứu khoa học, thường gắn với đơn vị vận hành hồ chứa hoặc cơ quan quản lý môi trường.

Với người đọc, điều quan trọng là hiểu rằng một mẫu nước lấy ở mặt hồ không đại diện cho cả cột nước. Nước mặt trong, sạch không có nghĩa là đáy hồ cũng vậy.

Thời tiết cao nguyên và nhịp ngày đêm của tầng mặt

Ở vùng cao như Tà Đùng, chênh lệch nhiệt độ ngày – đêm khá lớn, nhất là mùa khô. Ban ngày nắng sưởi ấm lớp nước mặt, tạo một lớp phân tầng mỏng ngay dưới mặt nước. Ban đêm không khí lạnh làm lớp mặt nguội đi, nặng lên, chìm xuống, khuấy trộn tầng trên. Nhịp ngày đêm này giúp tầng mặt được "thông khí" đều đặn.

Sương mù sáng sớm trên mặt hồ một phần liên quan tới chính quá trình này: không khí lạnh ban đêm nằm trên mặt nước còn ấm hơn, hơi nước bốc lên rồi ngưng tụ thành sương. Cơ chế khí tượng chi tiết được nói ở các bài về khí hậu, sương và mây.

Với sinh vật, nhịp ngày đêm của tầng mặt có nghĩa là oxy và nhiệt độ thay đổi liên tục trong ngày. Cá và động vật phù du điều chỉnh vị trí theo nhịp này; sáng sớm thường là lúc oxy ở tầng mặt thấp nhất trong ngày ở vùng nhiều tảo, vì tảo đã hô hấp suốt đêm.

Câu hỏi thường gặp

Phân tầng nhiệt trong hồ là gì?

Là hiện tượng nước hồ chia thành các lớp theo nhiệt độ: lớp mặt ấm và nhẹ nổi trên lớp đáy mát và nặng, ngăn cách bởi tầng nhảy nhiệt nơi nhiệt độ thay đổi nhanh theo độ sâu. Các lớp này ít trộn vào nhau khi phân tầng còn bền.

Vì sao đáy hồ sâu có thể thiếu oxy?

Vì oxy chỉ được bổ sung ở tầng mặt qua tiếp xúc không khí và quang hợp của tảo, trong khi tầng đáy liên tục tiêu thụ oxy để phân huỷ chất hữu cơ chìm xuống. Khi phân tầng ngăn trộn nước, oxy đáy giảm dần.

Hồ ở vùng nóng có phân tầng không?

Có, thậm chí dễ phân tầng. Ở nhiệt độ cao, mỗi độ chênh lệch tạo ra chênh lệch khối lượng riêng lớn hơn, nên chỉ cần mặt và đáy chênh vài độ đã đủ tạo phân tầng khá bền.

Đảo trộn nước hồ xảy ra khi nào?

Khi lớp mặt nguội đi đủ để nặng ngang lớp dưới, khi gió đủ mạnh để khuấy sâu, hoặc khi nước lũ mát đổ vào. Ở hồ nhiệt đới, đảo trộn có thể xảy ra hằng đêm ở tầng trên và theo đợt khi thời tiết thay đổi.

Vì sao đảo trộn có thể làm cá chết?

Vì đảo trộn đột ngột đưa nước đáy nghèo oxy và chứa chất như hydro sunfua, amoni lên trên, có thể làm oxy toàn cột nước giảm tạm thời. Cá trong lồng nuôi không thoát đi được nên chịu rủi ro cao hơn.

Có số liệu đo phân tầng của hồ Tà Đùng không?

Trang này chưa tìm được số liệu đo phân tầng của hồ Đồng Nai 3 được công bố rộng rãi. Số liệu như vậy, nếu có, thường thuộc chương trình quan trắc của đơn vị vận hành hồ hoặc cơ quan quản lý môi trường.