Khi một con cá voi lớn chết và chìm xuống đáy đại dương, nó tạo ra cái gọi là "vết chìm cá voi" - một hệ sinh thái lâu dài, năng suất cao, duy trì hàng trăm loài trong nhiều thập kỷ. Những "ốc đảo" tự nhiên này đóng vai trò quan trọng trong đa dạng sinh học và chu trình carbon ở biển sâu.
Bốn giai đoạn của một vụ cá voi rơi xuống
Các nhà khoa học thường phân biệt bốn giai đoạn liên tiếp:
- Giai đoạn thu gom phế liệu di động (Thời gian: tháng)
Các loài ăn xác thối như cá mập, cá mút đá, cua và sao biển ăn phần mô mềm. Một xác cá voi có thể cho ra vài tấn thịt. Trong giai đoạn này, phần lớn xác cá voi sẽ bị tiêu thụ hết trong vòng vài tháng đến hai năm. - Giai đoạn cơ hội làm giàu (Thời gian: 1–5 năm)
Giun nhiều đốt (giun lông), các loài giáp xác nhỏ và các loài cơ hội khác xâm chiếm các mảnh xương và chất hữu cơ còn sót lại. Nồng độ chất dinh dưỡng cao trong trầm tích cho phép các sinh vật này sinh sôi nảy nở mạnh mẽ. - Giai đoạn ưa lưu huỳnh (Thời gian: 10–50 năm)
Đây là giai đoạn được biết đến nhiều nhất và kéo dài nhất. Vi khuẩn kỵ khí phân hủy tủy xương giàu chất béo và các lipid còn lại. Khí hydro sunfua (H₂S) được tạo ra thông qua quá trình khử sunfat. Vi khuẩn hóa tổng hợp sử dụng H₂S này làm nguồn năng lượng và tạo thành nền tảng của một hệ sinh thái phức tạp mà không cần ánh sáng mặt trời. Các sinh vật điển hình là giun ống (ví dụ: Osedax), trai thuộc họ Vesicomyidae, ốc sên và thảm vi khuẩn. Các quần xã sinh vật này tương tự như những quần xã được tìm thấy ở các miệng phun thủy nhiệt. - Giai đoạn rạn san hô (Thời gian: Từ vài thập kỷ đến vài thế kỷ)
Phần xương còn lại đóng vai trò là chất nền cứng cho các sinh vật bám dính như bọt biển, san hô, huệ biển và động vật thân mềm. Nó hoạt động như một rạn san hô nhân tạo và lưu trữ carbon lâu dài.
Các quá trình sinh hóa
Cơ sở của tất cả các giai đoạn là sự phân hủy kỵ khí . Sau khi cá voi chết, vi khuẩn kỵ khí xâm nhập vào các mô của nó. Chất béo từ lớp mỡ và tủy xương được thủy phân và lên men. Vi khuẩn khử sulfat chuyển đổi sulfat thành hydro sulfide, trong khi vi khuẩn cổ sinh metan tạo ra metan. Các nguồn năng lượng hóa học này cho phép sản xuất sơ cấp hóa tổng hợp - một hệ sinh thái tồn tại độc lập với quá trình quang hợp.
Xác một con cá voi lớn có thể đưa tới 2.000 kg carbon hữu cơ vào lòng biển sâu và nuôi dưỡng hệ sinh thái địa phương trong 50-100 năm.
Ý nghĩa sinh thái
Các thác cá voi là những "điểm nóng" quan trọng về đa dạng sinh học ở biển sâu. Chúng đóng vai trò như những điểm dừng chân cho sự phân tán các loài và góp phần vào việc lưu trữ carbon. Các ước tính cho thấy thác cá voi đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển carbon xuống biển sâu.
Việc phát hiện ra loài giun Osedax ("giun ăn xương"), loài có khả năng phân hủy xương nhờ vi khuẩn cộng sinh, đã mở rộng đáng kể hiểu biết của chúng ta về các hệ sinh thái này.
Vụ án hiện tại “Timmy”
Xác cá voi lưng gù "Timmy" trôi dạt vào bờ biển Đan Mạch được dự đoán sẽ phình to và có thể vỡ trong những tuần hoặc tháng tới do các quá trình sinh hóa đã được mô tả. Các chuyên gia khuyến cáo không nên tiếp cận những xác chết như vậy, vì ngoài nguy hiểm về mặt cơ học, khí độc (hydro sunfua) có thể được giải phóng.
Thác Cá Voi minh họa một cách ấn tượng cách cái chết của một sinh vật duy nhất có thể nuôi dưỡng toàn bộ hệ sinh thái – một ví dụ nổi bật về vòng tuần hoàn của sự sống trong đại dương.
