Vịnh Glacier: sông băng rút đi và đất mới mọc thành rừng qua hai thế kỷ

Vịnh Glacier ở đông nam Alaska là nơi sông băng rút nhanh bậc nhất từng được ghi chép: năm 1794 vịnh gần như bị lấp kín bởi một bức tường băng, tới đầu thế kỷ 20 băng đã lùi khoảng một trăm cây số. Mỗi dải đất lộ ra một năm khác nhau, nên đi từ cửa vịnh vào trong là đi ngược thời gian: từ rừng vân sam, độc cần hai trăm năm tuổi, qua bụi alder, tới bãi sỏi trơ vừa ra khỏi băng. Đây là chuỗi diễn thế nguyên sinh được nghiên cứu lâu nhất thế giới.

Bức tường băng năm 1794

Năm 1794, đoàn thám hiểm của thuyền trưởng George Vancouver đi dọc bờ biển Alaska. Ở chỗ ngày nay là cửa vịnh Glacier, họ chỉ thấy một vết lõm nhỏ, bị chắn bởi vách băng cao hàng chục mét. Lúc đó, sông băng vẫn đang ở gần vị trí lớn nhất của thời kỳ lạnh mà các nhà khí hậu học gọi là Tiểu Băng hà. Theo truyền khẩu của người Tlingit, tổ tiên của họ từng sống trong thung lũng ở đây và phải rời đi khi băng tiến xuống.

Năm 1879, nhà tự nhiên học John Muir chèo thuyền vào vịnh cùng người dẫn đường Tlingit. Băng đã lùi khoảng 70–80 km so với thời Vancouver. Muir viết nhiều về cảnh quan nơi đây và làm vịnh nổi tiếng. Tới năm 1916, đầu băng chính đã ở cách cửa vịnh khoảng một trăm cây số. Băng rút để lại đất trần, sỏi, cát, bùn băng, tất cả gần như không có chất hữu cơ, không có đạm.

Thay thời gian bằng không gian

Năm 1916, nhà thực vật học William S. Cooper tới vịnh Glacier. Ông nhận ra một điều quý giá: vì vị trí đầu băng các năm đã được ghi lại trên bản đồ, người ta biết chính xác mỗi dải đất ra khỏi băng từ khi nào. Một bãi đất gần đầu băng mới lộ ra vài năm, bãi cách đó vài chục cây số đã có trăm năm. Nghiên cứu các bãi đất có tuổi khác nhau là dựng lại được cả chuỗi diễn thế mà không phải chờ hai trăm năm. Cách làm này gọi là "chuỗi tuổi", hay thay thời gian bằng không gian.

Cooper còn đặt các ô mẫu cố định, đánh dấu bằng cọc, để quay lại đo đi đo lại cùng một chỗ. Ông quay lại nhiều lần trong các năm 1921, 1929, 1935; những người kế tục ông vẫn tìm và đo lại các ô này nhiều thập kỷ sau. Cooper cũng là người vận động mạnh mẽ để vịnh được bảo vệ; năm 1925, nơi đây trở thành khu bảo tồn quốc gia, sau này là Vườn quốc gia và Khu bảo tồn Vịnh Glacier.

Các giai đoạn từ sỏi trần tới rừng

Hai nhà khoa học đất Robert Crocker và Jack Major công bố năm 1955 rằng độ pH của đất giảm từ khoảng 8 ở bùn băng mới xuống khoảng 5 dưới rừng vân sam chỉ trong vòng vài chục năm đầu, phần lớn trong giai đoạn bụi alder. Lượng đạm và chất hữu cơ trong đất tăng vọt ở cùng giai đoạn.

Bụi alder: người làm phân bón

Cây alder (chi Alnus) có nốt rễ chứa vi khuẩn Frankia cố định đạm từ không khí. Thảm dryas thấp ở giai đoạn đầu cũng có khả năng này. Trên đất bùn băng gần như không có đạm, chính những cây này làm thay đổi cục diện: lá rụng của chúng giàu đạm, phân huỷ nhanh, nuôi giun, nấm, vi khuẩn đất.

Đây là ví dụ kinh điển cho cơ chế "tạo thuận lợi" trong diễn thế. Thí nghiệm của Terry Chapin và cộng sự công bố năm 1994 cho thấy cây con vân sam trồng trên đất dưới bụi alder lớn nhanh hơn hẳn nhờ đạm. Nhưng cũng chính bụi alder dày che bóng, rễ cạnh tranh nước, làm cây vân sam con khó sống lúc đầu. Alder vừa giúp vừa cản. Vân sam chỉ thắng khi đã vươn qua được tầng alder, rồi chính bóng của nó giết alder.

Con đường không phải lúc nào cũng giống sách

Trong một thời gian dài, chuỗi "dryas, alder, vân sam, độc cần" được dạy như quy luật chung của vịnh Glacier. Năm 1995, Christopher Fastie dùng vòng gỗ của cây già để dựng lại lịch sử từng bãi đất và phát hiện một điều bất ngờ: các bãi lộ ra sớm nhất, gần cửa vịnh, không hề qua giai đoạn alder dày. Vân sam tới đó ngay từ đầu, vì lúc ấy rừng vân sam ở gần, hạt bay tới dễ, còn alder chưa phổ biến.

Các bãi lộ ra muộn hơn, sâu trong vịnh, xa nguồn hạt vân sam, thì alder đến trước và chiếm lĩnh vài chục năm. Nghĩa là các bãi đất được dùng để dựng "chuỗi tuổi" thực ra đi theo những con đường khác nhau. Thứ tự diễn thế phụ thuộc vào việc loài nào có nguồn hạt ở gần vào đúng lúc, chứ không chỉ vào khả năng cải tạo đất. Phát hiện này nhắc các nhà sinh thái phải cẩn thận với phương pháp thay thời gian bằng không gian.

Suối mới, cá hồi và đất nổi lên

Không chỉ đất liền, những dòng suối chảy ra từ băng tan cũng trải qua diễn thế. Nhà sinh thái Alexander Milner theo dõi một con suối mới hình thành ở vịnh từ cuối thập niên 1970. Lúc đầu nước lạnh, đục, chỉ có vài loài ấu trùng muỗi chịu lạnh. Khi bờ suối có cây che, nước ấm và trong hơn, các loài côn trùng khác tới, rồi tới cá hồi. Cá hồi chết sau khi đẻ trứng, mang theo đạm từ biển vào suối và bờ suối, nuôi lại cây cối hai bên.

Còn một hiện tượng lạ nữa: đất đang nổi lên. Khi khối băng dày hàng trăm mét tan đi, vỏ Trái Đất bên dưới được giải phóng sức nặng và từ từ dâng lên, ở một số chỗ tới vài centimet mỗi năm, thuộc loại nhanh nhất thế giới. Bãi triều cũ thành đồng cỏ, vùng nước nông thành đất cạn, mở thêm những mảnh đất mới cho diễn thế.

Góc nhìn hôm nay

Ở nhiều vùng núi trên thế giới, từ dãy Alps tới Himalaya, sông băng đang rút và để lộ những dải đất mới. Kinh nghiệm hơn một thế kỷ ở vịnh Glacier giúp dự đoán sự sống sẽ chiếm lĩnh chúng ra sao: nhanh hay chậm phụ thuộc vào nguồn hạt ở gần, vào cây cố định đạm, vào độ dốc và nước. Các trạm nghiên cứu ở Alps cũng có các "chuỗi tuổi" tương tự trước đầu sông băng.

Vịnh Glacier nay là vườn quốc gia, khách tới chủ yếu bằng tàu, thấy được đầu băng đổ xuống biển và có thể đi bộ qua các bãi đất ở các tuổi khác nhau. Ai muốn đọc thêm có thể tìm các bài của William S. Cooper đăng trên tạp chí Ecology năm 1923 và 1939, cũng như các nghiên cứu sau này của Chapin và Fastie.