Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ MÔI TRƯỜNG KARST VÀ CHỈ SỐ XÁO TRỘN MÔI TRƯỜNG KARST 1. Tổng quan về môi trường karst và KDI Cảnh quan karst được hình thành từ hiện tượng phong hóa đặc trưng của những miền núi đá vôi bị nước chảy xói mòn. Sự xói mòn không phải do cơ chế lực cơ học, mà chủ yếu là do khí CO2 trong không khí hòa tan vào nước, cộng với các ion dương của hyđro (H+) tạo thành axit cacbonic (H2CO3), đây chính là nguyên nhân chính ăn mòn đá vôi. Sản phẩm tự nhiên của quá trình phong hóa karst là các hang động với các nhũ đá, măng đá, sông suối ngầm.
Đặc điểm tự nhiên của cảnh quan karst như các hang động với sông suối ngầm, các nhũ đá măng đá là đặc trưng của vùng núi đá vôi. Cảnh quan karst thường tạo nên những danh lam thắng cảnh ngoạn mục. Ví dụ như đồng bằng với điểm đặc biệt là các trang trại ngựa của Inner Bluegrass và hang động của trung tâm Kentucky (Kentucky là khu vực núi đá vôi nổi tiếng nhất trên thế giới),những con suối lớn trong vắt của Florida, và hang động đẹp mắt của New Mexico. Có thể thấy cảnh quan karst bao phủ khoảng 10% diện tích bề mặt Trái đất và được phân bố khắp nơi trên thế giới.Cảnh quan karst trên thực tế là những khu vực rất đặc biệt, mang rất nhiều giá trị khác nhau, có nhiều nơi trong số này là những khu vực được bảo vệ, hiện nay 50 khu vực karst trên thế giới đã được công nhận là Di sản thế giới.
Ngoài vai trò rất quan trọng trong việc lưu giữ những giá trị điển hình của quá trình hình thành địa mạo karst và tính đa dạng địa chất của Trái đất, các vùng karst còn mang nhiều giá trị kinh tế, giá trị nhân sinh và khoa học. Quá trình thành tạo karst còn là một phần của chu trình thành tạo cacbon trên thế giới. Quá trình karst hóa này diễn ra trên bề mặt trái đất và chịu ảnh hưởng của môi trường khí quyển, sinh quyển, thạch quyển và cả yếu tố nhân sinh trong đó. Môi trường karst đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong lịch sử phát triển Trái đất, là môi trường của một hệ thống địa mạo, động thực vật, nước, không khí, đất đai và đá phức tạp và 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com luôn vận động.
Tuy nhiên môi trường karst lại rất nhạy cảm, trạng thái xáo trộn của bất cứ yếu tố nào cũng gây tác động lên phần còn lại của hệ thống (Daoxian, 1998). Việc khôi phục môi trường karst trở về trạng thái ban đầu là công việc vô cùng khó khăn và đòi hỏi đầu tư rất lớn về tài chính. Công tác nghiên cứu bảo tồn các khu vực karst cần được quan tâm và chú trọng. Trong đó, việc đánh giá toàn bộ tác động của con người tới cảnh quan và môi trường karst tại một khu vực mang tính quyết định là tiền đề cho công tác bảo tồn karst và Chỉ số xáo trộn môi trường karst (KDI) -) được đề xuất bởi Beynen and Townsend năm 2005 là công cụ và phương pháp hữu hiệu mang tính khách quan và khả thi cho hoạt động này.
Tổng quan về Chỉ số xáo trộn môi trường karst trong nước và trên thế giới 1. Một số khái niệm Indicator (trong tiếng Anh, Pháp, Nga .) nếu được dịch ra tiếng Việt là "chỉ thị" hoặc "chỉ báo".Gần đây nhất Trần Văn Ý (2015) và Bộ Tài nguyên và Môi trường (Thông tư số 43/2015/TT-BTNMT) đã thống nhất sử dụng thuật ngữ "indicator" là "chỉ thị". Indicator (chỉ thị) là các thông số định tính hoặc định lượng đặc trưng có thể mô tả hoặc đo lường để chứng minh cho một thuộc tính, một vấn đề hay một xu hướng nào đó. Đây là công cụ quan trọng trong việc truyền đạt thông tin quan trọng vì chúng có thể chuyển những kiến thức phức tạp của tự nhiên, xã hội thành các thông tin đơn giản và dễ hiểu.
Index (chỉ số) là một loại chỉ thị đặc biệt dùng để trình bày các thông tin, dữ liệu trong một hình thức kết hợp cao. Chỉ số là một tổ hợp các thông số từ các chỉ thị, đạt được nhờ kết hợp và cân nhắc từ các chỉ thị đã được lựa chọn trước đó. Giữa nguồn thông tin khổng lồ về những tác động của các yếu tố xung quanh làm xáo trộn môi trường karst vốn đã rất nhạy cảm thì việc chọn ra những chỉ thị đặc trưng nhất và có sức ảnh hưởng nhất tới sự xáo trộn của môi trường karst để từ đó bằng nhiều phương pháp khác nhau để có thể tính toán ra được chỉ số xáo trộn môi trường karst. Các chỉ số này có thể hoạch định những kế hoạch phù hợp trong bảo tồn và phát triển khu vực karst.
8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Index (chỉ số) Indicator (chỉ thị) Information (thông tin) Hình 1.1: Minh họa mối liên hệ giữa index, Indicator và Information 1. Tổng quan về nghiên cứu chỉ số xáo trộn môi trường karst trên thế giới Phương pháp xác định Chỉ số xáo trộn môi trường karst (KDI) là phương pháp mới để đánh giá toàn bộ tác động của con người tới cảnh quan karst - môi trường karst tại một khu vực. KDI được xác định theo 05 nhóm tiêu chí trong hệ thống karst gồm: địa chất- địa mạo, khí quyển, thủy văn, sinh vật và phát triển kinh tế-xã hội; với tổng số 30 chỉ thị cho mức độ xáo trộn được cho điểm từ 0 tới 3 một cách định lượng hoặc định tính. Số lượng các chỉ thị xác định mức độ xáo trộn có thể giảm đi hoặc tăng lên tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của khu vực.
Các chỉ thị được lựa chọn phải dễ xác định và đánh giá lại theo thời gian và không gian cũng như đại diện tiêu biểu cho các thay đổi của môi trường. Thông tin để đánh giá, cho điểm các chỉ thị bao gồm phân tích, đánh giá các số liệu thu thập ngoài thực địa và các thông tin thu thập từ các tài liệu đã có. KDI tại một khu vực sẽ được tính bằng tổng số điểm của các chỉ thị lựa chọn và cho điểm(theo thang điểm từ 0 tới 3) chia cho tổng số điểm cao nhất có thể của các chỉ thị. KDI sẽ có giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 1 tương ứng với mức độ xáo trộn của môi trường karst như sau: 0- 0.
KDI được coi là công cụ chuẩn để đối sánh, phân tích, đánh giá tác động của con người tới môi trường karst của một khu vực theo không gian và thời gian và giữa các khu vực karst với nhau. Ngoài ra phân tích KDI còn cho phép các nhà quản lý xác định được tiêu chí tác động, yếu tố cụ thể nào cần được khắc phục, giảm thiểu để giảm thấp mức độ xáo trộn môi 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trường karst góp phần bảo vệ tài nguyên thiên nhiên. Với những ưu việt trên, KDI đã được áp dụng tại một số các khu vực karst ở Mỹ, Ý, Tây Ban Nha, Jamaica… (van Beynen et al 2007, Calo and Parise, 2006;De Waele, 2009; Angulo et al, 2012; Day et al 2011). Trong các nghiên cứu áp dụng này về phương pháp, một số tác giả như De Waele (2009) đã có cải biến và linh hoạt nhất định như xác định biểu hiện mức độ xáo trộn trực tiếp và gián tiếp thay vì đánh giá theo tiêu chí xáo trộn cụ thể nào đó mà trong thực tế rất khó xác định và không có đủ thông tin.
Gần đây, Angulo et al (2012) khi phân tích điều kiện thực tế tại khu bảo tồn thiên nhiên Aralar của Tây Ban Nha đã lựa chọn 12 chỉ thị trong 04 nhóm tiêu chí địa chất-địa mạo, thủy văn, sinh vật và mức độ phát triển kinh tế-xã hội khi thành lập bản đồ phân đới chỉ số xáo trộn KDI. Allen et al (2011) đã thử nghiệm phương pháp xác định KDI trực tuyến cho khu vực karst thuộc địa hạt Warren (bang Kentucky, Mỹ) - một trong những khu vực có đầy đủ thông tin về karst nhất nhằm phổ cập rộng rãi tới cộng đồng phương thức đánh giá và quản lý tài nguyên karst theo cách tiếp cận hệ thống này [23,24,26]. Nghiên cứu chỉ số xáo trộn môi trường karst tại Việt Nam Việt Nam có diện tích địa hình đá vôi trực tiếp trên bề mặt có khoảng 60.000 km2,chiếm khoảng 12% diện tích bề mặt trong đất liền, tạo nên các kiểu địa hình karst độc đáo, phong phú, điển hình cho vùng có khí hậu nhiệt đới - ẩm. Trong đó tập trung chủ yếu ở Quảng Ninh, Hải Phòng, Lạng Sơn, Cao Bằng, Bắc Thái, Hà Giang, Tuyên Quang, Lào Cai, Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Ninh Bình, Thanh Hóa, Nghệ An, Quảng Bình và một vài điểm nhỏ ở Yên Bái, Hà Tĩnh, Quảng Nam, Kiên Giang [14].
Cảnh quan karst đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội - văn hóa tâm linh. Các vùng karst nhiệt đới của Việt Nam còn chứa đựng các giá trị độc đáo, nổi bật về mặt khoa học về lịch sử Trái đất, về điều kiện cổ khí hậu - môi trường, về đa dạng sinh học và văn hóa lịch sử. Một số khu vực karst đã được công nhận là Di sản thiên nhiên thế giới như Vịnh Hạ Long, Vườn Quốc gia Phong Nha- Kẻ Bàng, Công viên Địa chất toàn cầu cao nguyên đá Đồng Văn, Khu di tích Tràng 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com An Ninh Bình. Việc bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá này hết sức cần thiết và rất cần được đầu tư.
Đặc biệt trong bối cảnh hiện nay, tốc độ phát triển kinh tế nhanh cùng với nhu cầu sử dụng và khai thác tài nguyên karst lớn, nhiều hoạt động nhân sinh đang diễn ra hàng ngày trên bề mặt và dưới sâu địa hình karst đe dọa và dẫn tới nguy cơ phá vỡ môi trường karst và phá hủy nguồn tài nguyên này. Trước các thách thức trên, nhiều nghiên cứu về địa chất-địa mạo, đa đạng sinh học, thổ nhưỡng, sinh kế, du lịch và quy hoạch phát triển biền vững đã được triển khai tại nhiều khu vực karst ở Việt Nam. Các hoạt động hướng tới phát triển bền vững và bảo tồn các vùng đá vôi ở Việt Nam cũng như ở nhiều nơi khác trên thế giới hiện còn gặp nhiều khó khăn do những mâu thuẫn về lợi ích đến từ nhiều phía. Những vùng này thường có phong cảnh đẹp, hữu tình, truyền thống văn hoá dân tộc giàu bản sắc, tài nguyên phong phú, hệ sinh thái, môi trường cũng như các đặc điểm địa chất-địa mạo đa dạng v.