Tổng quan nghiên cứu

Khu vực Vịnh Hạ Long và Vịnh Bái Tử Long thuộc tỉnh Quảng Ninh là một trong những kiệt tác địa mạo karst nhiệt đới ẩm tiêu biểu nhất trên thế giới, trải rộng trên diện tích khoảng 2.553 km² với 1.969 hòn đảo lớn nhỏ. Quá trình tiến hóa karst tại đây kéo dài liên tục qua hơn 20 triệu năm, tạo nên hệ thống cảnh quan hang động, tháp đá và phễu ngập nước vô cùng đặc sắc. Tuy nhiên, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng, hoạt động khai thác đá vôi sản xuất xi măng và áp lực từ hoạt động du lịch biển đã đặt nguồn tài nguyên địa hình karst trước nguy cơ suy thoái và biến dạng nghiêm trọng.

Mặc dù Vịnh Hạ Long đã được UNESCO hai lần công nhận là Di sản Thiên nhiên Thế giới về giá trị thẩm mỹ và địa chất - địa mạo, phần lớn các công trình trước đây chỉ dừng lại ở mức độ mô tả hình thái định tính hoặc phân bố sơ bộ. Trong khi đó, khu vực Vịnh Bái Tử Long liền kề vẫn chưa có các nghiên cứu đánh giá toàn diện và so sánh tương quan về tài nguyên địa hình. Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Quản lý tài nguyên và môi trường của tác giả Nguyễn Đình Khang được thực hiện nhằm giải quyết khoảng trống học thuật này.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xác lập các tiêu chí khoa học để đánh giá giá trị tài nguyên địa hình karst trên mặt và karst ngầm, phân tích các nhân tố hình thành và so sánh đặc trưng địa mạo giữa hai vịnh. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong vùng biển đảo Đông Bắc từ 106°59' đến 107°35' kinh độ Đông và 20°44' đến 21°09' vĩ độ Bắc. Kết quả nghiên cứu cung cấp luận cứ khoa học chuẩn xác, góp phần giảm thiểu 30% đến 40% các tác động tiêu cực từ khai thác du lịch và công nghiệp, định hướng chiến lược phát triển kinh tế xã hội bền vững cho tỉnh Quảng Ninh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu áp dụng khung đánh giá tài nguyên địa mạo của Panizza công bố năm 1993 và hiệu chỉnh năm 2001, trong đó địa hình và các quá trình địa mạo được chuyển hóa thành tài nguyên thông qua 4 nhóm chỉ tiêu cốt lõi: giá trị khoa học, giá trị văn hóa - lịch sử, giá trị kinh tế - xã hội và giá trị cảnh quan thẩm mỹ. Trong đó, giá trị khoa học giữ vai trò trụ cột hệ sinh thái và là mô hình tiến hóa địa mạo cổ sinh mẫu mực.

Bên cạnh đó, luận văn tích hợp lý thuyết tiến hóa karst nhiệt đới ẩm dưới tác động của quá trình hòa tan hóa học giữa đá cacbonat với nước chứa axit cacbonic. Phản ứng hòa tan thuận nghịch diễn ra mạnh mẽ nhờ sự xúc tác của hàm lượng khí cacbonic sinh thái và các chu kỳ biển tiến thoái trong kỷ Đệ Tứ. Các khái niệm nền tảng được chuẩn hóa bao gồm: quá trình karst, tài nguyên địa hình karst, địa hình karst ngầm, phễu karst ngập nước (áng), thung lũng ngập nước (tùng) và ngấn biển hàm ếch. Đồng thời, nguyên lý phát triển bền vững được sử dụng làm kim chỉ nam để giải quyết mâu thuẫn giữa khai thác kinh tế và bảo tồn nguyên trạng di sản.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu đa tầng bao gồm tài liệu địa chất, bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 do Hải quân nhân dân Việt Nam xuất bản, ảnh viễn thám vệ tinh và số liệu quan trắc khí tượng thủy văn nhiều năm tại khu vực Đông Bắc. Cỡ mẫu khảo sát thực địa bao gồm 30 điểm hang động và cụm địa hình karst tiêu biểu đại diện cho toàn bộ cấu trúc không gian của hai vùng vịnh. Phương pháp chọn mẫu phân tầng có chủ đích được áp dụng dựa trên các đới đứt gãy kiến tạo chính, mức độ karst hóa và các tuyến du lịch trọng điểm.

Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp này là nhằm kết hợp giữa đo đạc định lượng hình thái và mô hình hóa không gian số. Tác giả sử dụng các thiết bị chuyên dụng như đo xa điện tử, địa bàn, ẩm kế và máy đo tốc độ gió để khảo sát hang động theo tiêu chuẩn quốc tế của Hiệp hội Nghiên cứu Hang động Hoàng gia Anh (BCRA). Hệ thống thông tin địa lý (GIS) kết hợp phần mềm chuyên dụng Onstation và MapInfo được ứng dụng để xây dựng mô hình độ cao số ba chiều (3D DEM), phân tích mật độ giao cắt đứt gãy và giải đoán cấu trúc hang động ngầm. Toàn bộ quá trình thu thập và xử lý dữ liệu được tiến hành liên tục trong khung thời gian 24 tháng thuộc các đề tài khoa học cấp viện và cấp quốc gia giai đoạn 2014 - 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã làm sáng tỏ nhiều đặc trưng định lượng quan trọng về cấu trúc và giá trị của tài nguyên địa hình karst tại khu vực vịnh biển Quảng Ninh:

Thứ nhất, xác lập quy luật phân tầng địa mạo thẳng đứng với 5 bậc hang động karst rõ rệt do tác động của các pha nâng tân kiến tạo xen kẽ các thời kỳ bình ổn. Bậc thấp nhất phân bố ở độ cao từ 0 đến 4 mét so với mực nước biển hiện tại, trong khi bậc cao nhất đạt độ cao từ 100 đến 120 mét tại khu vực Đông Bắc. Các hệ thống hang động cổ được tạo thành chủ yếu trong thế Pleistocen giữa và muộn, có niên đại cách ngày nay khoảng 700.000 năm.

Thứ hai, phát hiện sự phân hóa cảnh quan sâu sắc giữa hai khu vực nghiên cứu. Vịnh Hạ Long mang tính chất thuần nhất của một cánh đồng karst ngập biển với mật độ tháp đá vôi độc lập chiếm trên 70% tổng số đảo, tạo nên dạng địa hình Phong Linh và Phong Tùng điển hình. Ngược lại, Vịnh Bái Tử Long thể hiện tính đa dạng phức hợp khi có sự xen kẽ giữa các khối karst dạng chóp và các đảo đất trầm tích lục địa, tiêu biểu như đảo Ba Mùn với đỉnh Cao Lồ cao 314 mét, tạo nên lớp phủ thực vật dày và sinh cảnh phong phú hơn khoảng 25% so với vùng lõi Hạ Long.

Thứ ba, làm rõ cơ chế xâm thực và ăn mòn hóa học kết hợp mài mòn cơ học của biển. Với biên độ triều lên tới 4,8 mét lớn nhất Việt Nam và lượng mưa trung bình năm đạt 2.186 mm, các ngấn nước biển dạng hàm ếch và hang luồn phát triển với mật độ dày đặc. Sự cộng sinh của vi sinh vật biển và rong tảo ban đêm đã giải phóng khí cacbonic, làm tăng nồng độ axit cục bộ và đẩy nhanh tốc độ ăn mòn chân vách đá vôi lên khoảng 15% vào mùa mưa lũ.

Thứ tư, xác định giá trị khảo cổ và nhân văn đặc biệt trong các hang động karst. Trầm tích hang Mê Cung và hang Soi Nhụ lưu giữ các lớp vỏ ốc Melania dày đặc cùng công cụ đá cuội thuộc nền văn hóa Soi Nhụ và Hạ Long cổ, minh chứng cho sự cư trú liên tục của người tiền sử từ 7.000 đến 18.000 năm trước.

Thảo luận kết quả

Cơ chế tạo tác nên cảnh quan kỳ vĩ tại hai vịnh biển là sự hội tụ đồng thời của tầng đá vôi dày từ 400 mét đến hơn 1.000 mét thuộc hệ tầng Cát Bà và Bắc Sơn, cùng hệ thống đứt gãy chằng chịt theo hai phương chính Đông Bắc - Tây Nam và Tây Bắc - Đông Nam. Độ ẩm không khí trung bình luôn ở mức cao 84% kết hợp biên độ nhiệt ngày đêm trên 10°C vào mùa hè đã tạo ra hiện tượng nứt tách vật lý mạnh mẽ.

Trong báo cáo nghiên cứu, toàn bộ các số liệu trắc lượng hình thái được trực quan hóa thông qua Bảng đánh giá chi tiết địa hình karst và Bảng phân loại phễu karst ngập nước, đi kèm các biểu đồ cột thể hiện tỷ lệ thể tích hang động và mật độ đứt gãy kiến tạo. So với các khu vực karst nội địa như vùng Tây Bắc hay Ninh Bình, karst ngập biển Vịnh Hạ Long và Bái Tử Long thể hiện tính toàn cầu vượt trội về tính toàn vẹn của chu kỳ tiến hóa địa mạo biển. Kết quả này khẳng định tài nguyên địa hình karst không chỉ là cảnh quan thụ động mà là nguồn vốn tự nhiên chiến lược cần được định giá đầy đủ trong phát triển kinh tế biển.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả đánh giá thực trạng khai thác và mức độ tổn thương của địa hình, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp mang tính hành động cao:

Thứ nhất, thiết lập phân vùng bảo tồn nghiêm ngặt và kiểm soát sức chứa sinh thái tại các điểm di sản. Ban Quản lý Vịnh Hạ Long và Vườn Quốc gia Bái Tử Long cần ban hành quy định giới hạn số lượng du khách tại các hang động trọng điểm như động Thiên Cung, hang Sửng Sốt và hang Trống, mục tiêu giảm tải 25% đến 30% áp lực khách tham quan trong giờ cao điểm, hoàn thành phương án phân luồng trước năm 2017.

Thứ hai, triển khai hệ thống quan trắc và số hóa vi khí hậu trong lòng hang động tự động. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh chủ trì lắp đặt mạng lưới cảm biến đo nồng độ khí cacbonic, nhiệt độ, độ ẩm và độ rung cơ học tại 100% các hang du lịch mở cửa trong vòng 12 đến 18 tháng, nhằm ngăn chặn hiện tượng phong hóa nhân tạo và xỉn màu hệ thống măng nhũ đá.

Thứ ba, đình chỉ hoàn toàn và phục hồi môi trường các mỏ khai thác đá vôi xi măng tại khu vực ven bờ tiếp giáp vùng đệm di sản. Ủy ban nhân dân tỉnh Quảng Ninh cần thực hiện lộ trình đóng cửa 100% các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng gây ô nhiễm cảnh quan trước năm 2020, chuyển đổi toàn diện mô hình kinh tế sang dịch vụ sinh thái bền vững.

Thứ tư, xây dựng chuỗi sản phẩm du lịch địa chất và thám hiểm chất lượng cao liên kết giữa hai vịnh. Sở Du lịch tỉnh Quảng Ninh phối hợp với các doanh nghiệp lữ hành phát triển các tuyến du lịch nghiên cứu khoa học, khám phá hang động ngập nước tại áng Tùng Con, đảo Trà Bản và ao Tiên trên đảo Máng Hà, phấn đấu tăng 35% tỷ trọng khách du lịch trải nghiệm sinh thái đến Vịnh Bái Tử Long giai đoạn 2018 - 2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và cơ sở dữ liệu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn to lớn cho 4 nhóm đối tượng chính:

Nhóm thứ nhất là các nhà hoạch định chính sách và cán bộ quản lý tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, Ban Quản lý Vịnh Hạ Long và Ban Quản lý Vườn Quốc gia Bái Tử Long. Công trình cung cấp hệ thống bản đồ số và bảng tiêu chí định lượng làm căn cứ pháp lý để xây dựng quy hoạch không gian biển và kế hoạch bảo vệ môi trường di sản.

Nhóm thứ hai là các nhà khoa học, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học thuộc các chuyên ngành Địa chất, Địa mạo, Địa lý tự nhiên, Quản lý tài nguyên và Du lịch. Luận văn là tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp kết hợp điều tra hang động chuẩn quốc tế với công nghệ GIS và phân tích hình thái kiến tạo.

Nhóm thứ ba là các nhà đầu tư, chuyên gia phát triển sản phẩm du lịch và các công ty lữ hành quốc tế. Nguồn dữ liệu mô tả chi tiết các dạng địa hình độc đáo, hoang sơ tại Bái Tử Long là cơ sở để thiết kế các tour du lịch sinh thái, du lịch địa chất (Geotourism) và du lịch thể thao mạo hiểm có trách nhiệm.

Nhóm thứ tư là các tổ chức bảo tồn thiên nhiên trong nước và quốc tế như UNESCO, IUCN hay Quỹ Thiên nhiên Thế giới (WWF). Nghiên cứu cung cấp hệ thống số liệu nền đáng tin cậy phục vụ công tác giám sát định kỳ trạng thái bảo tồn di sản thế giới và xây dựng hồ sơ mở rộng ranh giới di sản.

Câu hỏi thường gặp

Địa hình karst tại Vịnh Hạ Long và Vịnh Bái Tử Long khác nhau cơ bản ở những điểm nào? Vịnh Hạ Long đặc trưng bởi quần thể tháp đá vôi Phong Linh độc lập dựng đứng giữa mặt biển với mức độ karst hóa hoàn chỉnh. Trong khi đó, Vịnh Bái Tử Long có sự đan xen độc đáo giữa địa hình karst dạng chóp và các đảo đất lớn có rừng nguyên sinh bao phủ như đảo Ba Mùn cao 314 mét, tạo nên cảnh quan sinh thái đa tầng và nguyên sơ hơn.

Tại sao nước biển có tính kiềm nhưng vẫn tạo ra các ngấn ăn mòn hàm ếch dưới chân đảo đá vôi? Mặc dù nước biển nói chung có tính kiềm nhẹ hạn chế hòa tan canxi cacbonat, quá trình hô hấp vào ban đêm của các quần xã vi sinh vật phù du và rong tảo bám trên chân vách đá đã giải phóng lượng lớn khí cacbonic sinh thái. Quá trình này tạo môi trường axit hóa cục bộ, kết hợp biên độ dao động sóng triều lên đến 4,8 mét khoét sâu chân vách thành dạng hàm ếch.

Quá trình hình thành hệ thống hang động tại khu vực nghiên cứu trải qua bao nhiêu năm? Hệ thống hang động tại đây là kết quả của quá trình tiến hóa karst kéo dài hơn 20 triệu năm từ kỷ Neogen. Thời kỳ tạo tác hang động mạnh nhất diễn ra trong thế Pleistocen giữa và muộn cách ngày nay khoảng 700.000 năm, tạo nên 5 bậc hang động tương ứng với các thời kỳ chuyển động nâng hạ kiến tạo của vỏ Trái Đất.

Luận văn đã sử dụng công nghệ số nào để khảo sát và mô hình hóa địa hình hang động ngầm? Nghiên cứu đã ứng dụng phần mềm chuyên dụng Onstation để dựng mô hình không gian 2D và 3D của các hang động ngầm, kết hợp phần mềm ArcGIS xử lý mô hình độ cao số (DEM) và giải đoán cấu trúc đứt gãy viễn thám, tuân thủ chặt chẽ quy chuẩn ghi chép khảo sát hang động chống thấm nước của Hiệp hội Hang động Hoàng gia Anh.

Hoạt động khai thác khoáng sản đã gây ảnh hưởng như thế nào đến tài nguyên địa hình karst? Hoạt động khai thác đá vôi làm vật liệu xây dựng và nổ mìn sản xuất xi măng tại khu vực ven bờ làm sụp đổ các vòm hang cổ, phá hủy vĩnh viễn bề mặt carư sắc nhọn, gây nứt vỡ khối đá và ô nhiễm bụi lắng đọng, làm suy giảm nghiêm trọng giá trị di sản và môi trường sống của các loài sinh vật đặc hữu.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích toàn diện các giá trị khoa học, thẩm mỹ, văn hóa và kinh tế của tài nguyên địa hình karst trên phạm vi 2.553 km² vùng biển đảo Quảng Ninh.
  • Xác lập cơ chế hình thành 5 bậc hang động karst theo phương thẳng đứng trải qua hơn 20 triệu năm lịch sử tiến hóa nhiệt đới ẩm.
  • Làm rõ nét phân hóa địa mạo độc đáo giữa vùng tháp đá karst thuần túy Vịnh Hạ Long và vùng cảnh quan karst đan xen đảo đất Vịnh Bái Tử Long.
  • Xây dựng cơ sở dữ liệu số hóa GIS và bản đồ phân bố địa mạo tỷ lệ 1:50.000 phục vụ công tác quản lý tài nguyên.
  • Đề xuất 4 nhóm giải pháp cấp bách nhằm dung hòa giữa phát triển kinh tế biển và bảo tồn nguyên vẹn giá trị di sản địa chất toàn cầu.

Bước tiếp theo, các cơ quan chức năng cần triển khai ngay lộ trình quan trắc tự động vi khí hậu hang động và hoàn thiện quy chế quản lý liên vùng Hạ Long - Bái Tử Long giai đoạn 2016 - 2025. Hãy áp dụng ngay các giải pháp khoa học này vào thực tiễn quản lý quy hoạch để bảo vệ và phát huy bền vững di sản thiên nhiên vô giá cho các thế hệ tương lai.