Thu gom nước cho sa mạc khô cằn nhất thế giới

Sa mạc Atacama nằm ở phía Bắc của Chile

Sao Hỏa của trái đất

Sa mạc Atacama từ lâu đã được nhắc đến với cái tên “Sao Hỏa của trái đất” bởi địa hình khô cằn, gồ ghề, từng được xác nhận là bản sao của sao Hỏa. Các chuyên gia dự đoán rằng, môi trường cực kỳ khô hạn ở đây sẽ tồn tại trong 10-15 triệu năm nữa. Sa mạc Atacama nằm ở phía Bắc của Chile, rộng 104.741km2, bám dọc theo bờ biển Thái Bình Dương và có độ cao trung bình 3.200m so với mực nước biển. Theo bằng chứng địa chất, từ năm 1570-1971, Atacama không nhận được trận mưa nào đáng kể nên đã được Kỷ lục Thế giới Guinness ghi nhận là “khô cằn nhất hành tinh”.

Khoảng 40 năm trở lại đây, lượng mưa ở Atacama chỉ ở mức trung bình 25mm/năm, năm nào nhiều nhất cũng mới chạm 50mm. Ngoài khô hạn, sa mạc này còn xảy ra tình trạng hiếm oxy, đến nỗi ở nhiều khu vực, ngay cả cây xương rồng cũng không mọc nổi và xác động vật không thể bị phân hủy. Bởi không khí quá khô, quá trình oxy hóa không xảy ra ở ngay cả những vật liệu bằng kim loại.

Dù sa mạc Atacama có những ngọn núi cao tới 6.885m nhưng chúng không hề có băng tuyết. Trong suốt thời kỳ băng hà, băng tuyết không hề tồn tại ở đây. Mùa hè ở đây cũng vô cùng khắc nghiệt. Hãy thử tưởng tượng xem con người sẽ sống ra sao khi ở một nơi ban đêm nhiệt độ xuống -25^oC và ban ngày sẽ lên tới 50^oC.

Nhiều nghiên cứu chỉ ra, điểm nắng nhất trên trái đất là Altiplano ở sa mạc Atacama, một bình nguyên khô cằn gần dãy núi Andes. Dù thường lạnh và khô, vùng đất nằm ở độ cao 4.000m này có nhiều nắng chiếu tới hơn các nơi ở gần xích đạo.

Brian Glass, người phụ trách một nghiên cứu thử nghiệm của NASA, từng nói rằng: “Nếu không may bị va vào một tảng đá ở sa mạc Atacama khiến bạn chảy máu, thì cũng chẳng lo nhiễm trùng, bởi ở đó mầm bệnh không thể tồn tại”.

Ngoài ra, những yếu tố khác như việc có cao độ lớn hay đất nhiễm mặn, cũng khiến môi trường nơi đây trở nên vô cùng tổn hại với sự sống. Nhiều nghiên cứu đã phát hiện, nguyên nhân sâu xa của vấn đề này là sự thay đổi các hình thái khí hậu trên toàn cầu, khiến cho các hiện tượng thời tiết trở nên cực đoan hơn.

Thông thường, các cơn bão áp thấp từ Thái Bình Dương gây mưa ở Chile vào mùa đông, làm đầy các tầng chứa nước. Tuy nhiên, theo một nghiên cứu toàn cầu về nhiệt độ nước biển và thiếu hụt lượng mưa của Viện Nghiên cứu Quốc tế về Khí hậu và Xã hội thuộc Trường Đại học Columbia (Mỹ), do nhiệt độ nước biển toàn cầu tăng lên, vùng biển ngoài khơi Chile cũng ấm lên, ngăn cản các cơn bão đến.

Trong khi đó, khí nhà kính và sự suy giảm tầng ozon ở Nam Cực làm trầm trọng thêm các hình thái thời tiết, đưa các cơn bão ra xa khỏi Chile.

Sa mạc Atacama được nhắc đến với cái tên “Sao Hỏa của Trái đất”

Sáng kiến gom nước từ sinh vật sống

Mặc dù vậy, trên sa mạc Atacama cằn cỗi và thiếu nước trầm trọng, vẫn có tới hơn 1 triệu cư dân đang sinh sống tại các thành phố ven biển, các làng chài và các thành phố trên ốc đảo. Nhà nghiên cứu Nicolas Schneider thuộc Quỹ “Ngừng sa mạc hóa” (A Stop in the Desert) cho biết, cộng đồng dân cư trong khu vực này đã phải chật vật tìm các biện pháp trữ nước trong hàng chục năm qua. Và rất nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu đã và đang tìm mọi cách để có thể đưa ra giải pháp thu gom nước cho môi trường tại đây.

Trong một nghiên cứu đăng trên Tạp chí Philosophical Transactions of the Royal Society của Anh, các nhà khoa học thuộc Đại học bang Ohio phân tích khả năng ứng dụng phương thức gom nước của sinh vật sống trên sa mạc vào việc chế tạo công nghệ thu gom nước sạch. Sáng kiến này được lấy cảm hứng từ xương rồng, bọ cánh cứng và cỏ sa mạc.

Một trong những tác giả của dự án, GS Bharat Bhushan thuộc Đại học bang Ohio cho biết: “Làm thế nào để thu thập nước từ không khí xung quanh chúng ta là câu hỏi thôi thúc các nhà nghiên cứu tìm kiếm giải pháp. Khai thác, học hỏi các cơ chế tự nhiên là hướng nghiên cứu được triển khai”.

Qua một thời gian quan sát, tìm hiểu, nhóm nghiên cứu khẳng định, để sinh tồn trong một môi trường khắc nghiệt như sa mạc, bọ cánh cứng thu gom nước nhờ những chiếc gai nhỏ trên lưng, sau đó nước được dẫn về miệng chúng nhờ các đường vân. Cỏ sa mạc gom nước ngưng tụ từ sương đêm trên đầu lá, trong khi xương rồng thu nước trên đầu gai và dẫn xuống phần gốc, rễ.

Các nhà khoa học của dự án nghiên cứu kỹ từng sinh vật sống và kết luận rằng, chúng ta hoàn toàn có thể xây dựng một cơ chế tích tụ nước từ sương mù vào ban đêm tương tự các loại động, thực vật nói trên, nhưng ở quy mô lớn hơn. Theo đó, các nhà khoa học đã sử dụng máy in 3D để tái tạo các cấu trúc và mô hình thu gom nước khác nhau. Các bề mặt gồ ghề và có gai được thử nghiệm trong buồng đầy sương mù. Qua theo dõi, nhóm nghiên cứu nhận thấy các dạng hình nón thu được nhiều nước hơn so các dạng hình trụ. Mặt phẳng gồ ghề, có rãnh cũng gom được nhiều nước hơn so mặt phẳng mịn.

Người Lickan Antay là người bản địa của sa mạc Atacama ở Bắc Chile

GS Bharat Bhushan đưa ra một dẫn chứng cụ thể: vật liệu bề mặt của bọ cánh cứng không đồng nhất, với các điểm ưa nước được bao quanh bởi các vùng kỵ nước, khiến nước chảy dễ dàng hơn đến miệng loài vật này. Các nhà nghiên cứu nhận định, các bề mặt kỵ nước cũng tỏ ra hiệu quả hơn trong việc thu gom chất lỏng.

Ở sa mạc Atacama, nông dân địa phương đã sử dụng lưới để thu gom hơi nước từ không khí nhằm phục vụ tưới tiêu nông nghiệp và sinh hoạt. Với những phát hiện mới kể trên, các công cụ thu gom nước hiệu quả hơn có thể sẽ được triển khai trong thời gian tới.

Giải pháp thu thập nước từ sương mù

Và mới đây, một nhóm nhà nghiên cứu khác phát hiện phương pháp đơn giản có thể giải quyết tình trạng khan hiếm nước. Các nhà nghiên cứu quốc tế kiểm tra tính khả thi của một phương pháp thu thập nước từ sương mù. Công nghệ này có thể giảm bớt gánh nặng cho người dân có hoàn cảnh nghèo khó, không thể tiếp cận nguồn nước ổn định.

“Việc thu thập và sử dụng nước, đặc biệt từ nguồn phi truyền thống như sương mù, mang tới cơ hội để cải thiện chất lượng cuộc sống của người dân”, Virginia Carter, chuyên gia về phát triển bền vững ở Đại học Mayor (Chile), tác giả chính của nghiên cứu, chia sẻ.

Carter và đồng nghiệp tiến hành nghiên cứu ở tỉnh Alto Hospicio phát triển nhanh, nơi khoảng 10.000 người sống trong những khu định cư tạm thời, chỉ 1,6% kết nối với mạng lưới phân bố nước.

Nhóm nghiên cứu sử dụng thiết bị thu thập sương mù là những tấm lưới mắt nhỏ, căng trên hai cọc. Hơi ẩm trong không khí ngưng tụ thành giọt trên vật liệu, sau đó chảy vào máng xối và đổ vào bể nước. Phương pháp của họ không tân tiến như tái chế nước tiểu thành nước uống song lại là hệ thống bị động không đòi hỏi điện hay năng lượng khác để vận hành.

“Thông qua chứng minh tiềm năng của nó ở Alto Hospicio, một trong những thành phố đô thị hóa nhanh nhất Chile, nghiên cứu này đặt nền móng để ứng dụng rộng hơn tại các khu vực đô thị khan hiếm nước khác”, Nathalie Verbrugghe, kỹ sư ở Đại học Bruxelles (Bỉ), đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.

Làng Machuca, một ngôi làng nhỏ nơi ít người sống sót nhờ vào việc chăn nuôi lạc đà không bướu

Carter, Verbrugghe và cộng sự tính toán có thể thu được 0,2-5 lít nước sương/m2 mỗi ngày. Tháng 8 và 9 là tháng cao điểm thu thập nước sương, khi nhóm nghiên cứu thu được 10 lít/m2 mỗi ngày. Các nhà nghiên cứu ước tính một diện tích lưới tương đối nhỏ có thể thu thập đủ nước để tưới tiêu những không gian xanh ở Alto Hospicio. Việc tăng quy mô hệ thống với thiết bị thu thập sương mù lớn hơn thậm chí có thể cung cấp đủ nước để đáp ứng nhu cầu hằng ngày cả các khu dân cư tạm thời trong thành phố. Nước sương cũng có thể dùng cho trồng trọt không dùng đất, có thể sản xuất 20kg rau lá xanh mỗi tháng.

Kết quả đầy hứa hẹn trong nghiên cứu đến từ thiết bị thu thập sương mù ở khu vực có độ cao lớn bên ngoài thành phố, vì vậy việc sử dụng thường xuyên đòi hỏi cơ sở hạ tầng phân phối cùng với hệ thống lưu trữ lớn. Một số điều kiện tiên quyết chủ chốt khác bao gồm mật độ sương mù, hướng gió phù hợp và địa thế cao. Ngoài ra, do sương mù xuất hiện theo mùa ở nhiều vùng, cần cân nhắc tính biến động. Trên thực tế, Carter nhấn mạnh sương mù có thể đóng vai trò nguồn cung cấp nước bổ trợ cho đô thị, không phải giải pháp toàn diện để giải quyết khan hiếm nước.

Nền kinh tế Chile, nền kinh tế lớn nhất Nam Mỹ tính theo GDP bình quân đầu người, phát triển dựa trên các ngành công nghiệp ngoại vi, sử dụng nhiều nước, chủ yếu là khai thác khoáng sản, lâm nghiệp (chiếm 59% tổng lượng nước của Chile) và nông nghiệp (37%). Lượng nước dùng cho sinh hoạt chỉ chiếm 2%.

GS Bharat Bhushan cho biết, cấp nước sinh hoạt cho người dân là một vấn đề quan trọng, nhất là đối với những người sinh sống tại các khu vực khô hạn. Những giải pháp mà con người học hỏi từ các cơ chế của thiên nhiên, hay nói cách khác do thiên nhiên “đề xuất”, sẽ giúp tăng cường công tác cung cấp nước sạch cho người dân trên toàn thế giới một cách hiệu quả. Tổ chức Y tế thế giới (WHO) ước tính, tình trạng khan hiếm nước ảnh hưởng hơn 40% dân số thế giới và khoảng 800 triệu người không được tiếp cận các nguồn nước sạch phục vụ sinh hoạt.