Làm sao để dự đoán sóng sát thủ trên đại dương?

MIGUEL RIOPA/AFP/Getty Images Bản quyền hình ảnh MIGUEL RIOPA/AFP/Getty Images

Những mô tả dữ dội về "sóng sát thủ" (còn gọi là sóng độc) lớn đến bất thường xuất hiện từ biển xanh đã được thủy thủ kể cho nhau nghe qua hàng thế kỷ.

Có rất ít hoặc hầu như không có bằng chứng rõ ràng nào, và kích cỡ của cơn sóng thường được phóng đại sau mỗi lần kể, nên chẳng có gì lạ khi các nhà khoa học từ lâu đã phớt lờ và coi chúng như chuyện hoang đường.

Mãi cho đến khoảng nửa thế kỷ gần đây, sự hoài nghi này mới được giải tỏa bằng các chứng cứ khoa học.

Các trận lở đất khủng khiếp không phải luôn chỉ gây hại?

Giải mã các quái vật trong Thần Thoại Hy Lạp

Ngắm Trái Đất kỳ ảo từ trên cao

Trong phần một của bài viết này, Sóng sát thủ nuốt chửng tàu thuyền trên đại dương, chúng ta đã biết rằng chúng ta đã biết rằng hóa ra những ngọn sóng khổng lồ xuất hiện thường xuyên hơn chúng ta tưởng.

Một số khoa học gia đã tìm cách giải thích hiện tượng này và đưa ra những phương trình kết hợp với mô hình thí nghiệm và điều kiệu thực tế để tìm ra công thức hình thành 'sóng sát thủ'.

Trong một nghiên cứu năm 2016, Chabchoub áp dụng các mô hình này vào thực tế, những dữ liệu biển bất thường, và nhận ra các con sóng khổng lồ có thể tiếp tục dâng cao.

"Giờ đây chúng ta có thể tạo ra những con sóng khổng lồ rất thực trong môi trường phòng thí nghiệm, trong điều kiện tương tự ngoài đại dương," Chabchoub cho biết. "Sử dụng tiêu chuẩn thiết kế giàn khoan dầu và tàu bè dựa trên lý thuyết tuyến tính thật không tốt nếu một hệ thống phi tuyến tính có thể tạo ra những đợt sóng khổng lồ mà chúng không chịu nổi."

Tuy nhiên, không phải ai cũng tin rằng Chabchoub đã tìm ra được lời giải thích.

"Chabchoub xem xét những con sóng bị cô lập, mà không cho phép có sự can thiệp từ những con sóng khác," nhà vật lý quang học Günter Steinmeyer từ Viện nghiên cứu Max Born ở Berlin nhận định. "Rất khó để thấy những can thiệp như vậy có thể tránh được trên đại dương thực ra sao."

Lịch sử nhân loại dưới tán cây bồ đề

Nghĩa địa ngàn con tàu chìm nơi đáy biển

Phát hiện sóng radio lạ ngoài vũ trụ

Thay vào đó, Steinmeyer và đồng nghiệp Simon Birkholz của ông xem xét những dữ liệu thực tế từ rất nhiều các con sóng khổng lồ.

Họ xem xét chiều cao của các con sóng trước con sóng khổng lồ tại giàn khoan dầu Draupner năm 1995 cũng như những ánh sáng bất thường lóe lên khi tia laser bắn vào cáp quang, và tia laser thình lình bị tăng cường lên khi chúng thoát khỏi thùng chứa khí gas.

Mục đích của họ là tìm ra liệu những đợt sóng độc có thể dự đoán được không.

Hai người đã chia dữ liệu ra thành các phần ngắn theo thời gian, và tìm kiếm tương quan giữa những phần gần nhau.

Nói cách khác, họ cố gắng dự đoán chuyện gì sẽ xảy ra trong một khoảng thời gian bằng cách theo dõi điều gì đã xảy ra trong các khoảng thời gian ngay gần trước đó.

Sau đó, họ so sánh sức mạnh của những đợt sóng tương quan đó với những đợt họ tìm được khi xáo trộn các khoảng thời gian mặc định.

Khi kết quả được công bố năm 2015, chúng khiến cả Steinmeyer và Birkholz ngạc nhiên.

Bản quyền hình ảnh STR/AFP/Getty Images
Image caption Sóng đánh trong một trận bão ở Trung Quốc hồi 2015

Hóa ra, trái với dự đoán của họ, ba hệ thống không thể đưa ra dự đoán với kết quả tương đương nhau.

Họ nhận ra các con sóng sát thủ trên đại dương có thể dự đoán được ở mức độ nào đó: các đợt sóng tương quan mạnh hơn trong chuỗi thời gian thực so với những đợt sóng trong chuỗi thời gian bị xáo trộn.

Những nơi nguy hiểm chết người nhất trên Trái Đất

Những động vật tự ăn thịt mình

Cua dừa: 'Tên cướp cạn' trên biển

Người ta cũng có thể dự đoán được trong những sự dị thường quan sát được từ sóng laser trong khí gas, nhưng ở mức độ khác nhau, và không dự đoán được gì trong cáp quang.

Tuy nhiên, khả năng dự đoán mà họ tìm ra cũng không trấn an được các thuyền trưởng tàu vốn luôn luôn hồi hộp dõi mắt về đường chân trời khi đại dương nổi gió.

"Về nguyên lý, ta có thể dự đoán sóng sát thủ trên đại dương, nhưng ước lượng thời gian dự báo đáng tin cậy cần thiết là khoảng vài phần mười giây, cao lắm là một phút," Steinmeyer.

"Giả định hai con sóng trong cơn bão nghiêm trọng ở Biển Bắc có thể tách ra khoảng 10 giây, với những người nói họ có thể chế tạo một thiết bị hữu ích thu thập dữ liệu từ một điểm trên con tàu hay giàn khoan, tôi sẽ nói thiết bị đó đã được chế tạo ra rồi, nó được gọi là cửa sổ."

Vai trò của gió

Tuy nhiên, những người khác tin rằng chúng ta có thể dự đoán được sóng sát thủ trước đó xa hơn nữa.

Sự phức tạp của sóng biển là do các cơn gió tạo ra chúng. Trong khi sóng đại dương ban đầu rất hỗn loạn, chúng thường tự sắp xếp thành từng đợt hoặc từng nhóm đi chung với nhau.

Bản quyền hình ảnh FRED TANNEAU/AFP/Getty Images

Vào năm 2015, Themis Sapsis và Will Cousins từ Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở Cambridge, bang Massachusetts, đã sử dụng mô hình toán học để thể hiện cách thức năng lượng dịch chuyển qua lại giữa các con sóng trong cùng nhóm, có thể tiềm ẩn khả năng dẫn đến việc hình thành sóng sát thủ.

Năm sau đó, họ sử dụng dữ liệu từ các phao trên đại dương và mô hình toán học để cho ra một thuật toán xác định khi nào các đợt sóng có thể khả năng tạo thành sóng sát thủ.

Hầu hết nỗ lực dự đoán sóng sát thủ là tạo dựng mô hình tất cả các cơn sóng trong thể lỏng và cách chúng tương tác. Việc làm này cực kỳ phức tạp và là một tiến trình chậm chạp, đòi hỏi cực kỳ nhiều sức mạnh xử lý máy tính.

Thay vào đó Sapsis và Cousins nhận thấy họ có thể dự đoán chính xác điểm tập trung của năng lượng có thể gây ra sóng sát thủ, chỉ bằng cách đo khoảng cách từ đợt sóng đầu tiên đến đợt sóng cuối cùng trong nhóm, và chiều cao của ngọn sóng cao nhất trong đợt sóng.

"Thay vì quan sát từng con sóng đơn lẻ và cố gắng xử lý cơ chế của chúng, chúng tôi có thể sử dụng các nhóm sóng và phân tích các con sóng nào đang biến đổi bất ổn định," Sapsis cho biết.

Ông nghĩ cách tiếp cận này có thể cho phép dự đoán tốt hơn. Nếu thuật toán kết hợp với dữ liệu từ công nghệ quét LIDAR, Sapsis cho biết, nó có thể cảnh báo tàu bè và giàn khoan 2-3 phút trước khi một con sóng sát thủ thành hình.

Những người khác tin vào dấu ấn khả năng các con sóng có thể bắt kịp những con sóng khác và hút năng lượng của chúng - mô hình này về mặt kỹ thuật gọi là "sự bất ổn điều chỉnh" - và đây là một thông tin sai lệch.

"Cơ chế bất ổn điều chỉnh này chỉ mới được kiểm tra trong các bồn sóng phần thí nghiệm, nơi bạn tập trung năng lượng theo một hướng," Francesco Fedele từ Đại học Georgia Tech ở Atlanta nhận định. "Không có gì đơn hướng xảy ra trong các cơn bão biển cả. Trong đời thật, năng lượng của đại dương có thể lan tỏa về đủ mọi hướng."

Trong một nghiên cứu năm 2016, Fedele và đồng nghiệp của ông lập luận rằng những giải thích tuyến tính trực diện có thể là nguyên nhân gây ra các con sóng sát thủ.

Họ sử dụng dữ liệu dự báo thời tiết trong lịch sử để giả lập sự lan tỏa năng lượng và chiều cao mặt biển trong con sóng vào giàn khoan Draupner, và các con sóng sát thủ ở Andrea và Killard, xảy ra lần lượt vào các năm 1995, 2007 và 2014.

Mô hình của họ phù hợp với các số liệu đo đạc, nhưng chỉ khi họ tính toán hình dáng bất thường của các con sóng đại dương.

Vì lực hấp dẫn của từ trường, các con sóng thực sự có đáy cuộn tròn và đỉnh nhọn - không giống với hình dạng sóng thuôn hoàn hảo được sử dụng trong rất nhiều mô hình. Khi điều này được đưa vào tính toán, các con sóng xen ngang có thể tăng từ 15-20% chiều cao, Fedele nhận thấy.

"Khi bạn tính đến sự thiếu đối xứng giữa đỉnh và chân ngọn sóng, và đặt nó vào sự can thiệp tăng cường, có một sự gia tăng biên độ của ngọn sóng cho phép bạn dự đoán những gì quan sát được trên đại dương," Fedele nói.

Thêm nữa, những ước lượng trước đó về khả năng các đợt nhiễu tuyến tính có thể gây ra các con sóng sát thủ thường chỉ nhắm vào một điểm thời gian và không gian, trong khi đó trong thực tế tàu thuyền và giàn khoan dầu thường nằm trên một khu vực rất rộng và ở trên biển một thời gian dài.

Bản quyền hình ảnh Travel Pix / Alamy Stock Photo

Điểm này được nhấn mạnh trong báo cáo năm 2016 của Ban An toàn Giao thông Quốc gia Hoa Kỳ, được viết bởi một nhóm do Fedele dẫn đầu, về vụ chìm một tàu vận tải Hoa Kỳ, chiếc SS EI Faro vào ngày 1/10/2015 làm 33 người chết.

"Nếu bạn tính đến hiệu ứng không gian - thời gian đúng đắn, thì khả năng gặp phải sóng sát thủ cao hơn," Fedele nhận định.

Dự báo thời tiết sẽ có tác dụng cứu tàu?

Cũng trong năm 2016, Steinmeyer cho rằng nhiễu tuyến tính có thể giải thích được cách sóng sát thủ có thể đã hình thành ra sao.

Như một cách tiếp cận khác với vấn đề, ông phát triển một cách tính toán sự phức tạp của cơ chế bề mặt đại dương tại một điểm nào đó, nơi mà ông gọi là có một số lượng các con sóng "hiệu quả".

"Người ta chẳng có hi vọng gì hoặc rất phi thực tế khi cố tìm cách dự đoán một con sóng sát thủ, vì điều này đòi hỏi quá nhiều dữ liệu và sức mạnh máy tính. Nhưng sẽ thế nào nếu chúng ta có thể dự đoán về mặt khí tượng?" Steinmeyer nói. "Có lẽ có một số điều kiện thời tiết đặc thù nào đó mà chúng ta có thể thấy trước dễ gây ra sóng sát thủ."

Nhóm của Steinmeyer nhận thấy sóng sát thủ dễ xảy ra khi áp lực thấp dẫn đến sự hội tụ gió; khi những cơn sóng xuất hiện từ nhiều hướng va chạm nhau, khi gió đổi chiều trên diện rộng, và khi một số hình dáng bờ biển và áp lực từ địa chất dưới đáy biển ép các con sóng lại gần nhau.

Họ kết luận là sóng sát thủ chỉ xảy ra khi có những điều kiện khác kết hợp để sản sinh ra một số lượng hiệu quả là tối thiểu có 10 con sóng.

Steinmeyer cũng coi nhẹ ý tưởng rằng bất cứ gì khác hơn là sự nhiễu đơn giản là cần thiết cho việc tạo hình sóng sát thủ, và ông đồng ý rằng hình dạng con sóng có vai trò ở đây. Tuy nhiên ông không đồng ý với quan điểm của Fedele rằng những đỉnh sóng sắc cạnh có vai trò quan trọng trong chiều cao của sóng.

"Sự phi tuyến tính có vai trò ở đây, nhưng chỉ là vai trò nhỏ," ông nói. "Vai trò chính của chúng là sóng đại dương không phải là những con sóng hình sin hoàn hảo, mà là những đỉnh sóng uốn lượn và chân sóng chìm sâu. Tuy nhiên, những gì ta tính toán với con sóng ở Draupner là hiệu ứng phi tuyến tính trong chiều cao sóng ở vị trí cao vài chục cm."

Trong thực tế, Steinmeyer nghĩ rằng Longuet-Higgins có lẽ khá đúng trong suốt 60 năm, khi ông nhấn mạnh nhiễu tuyến tính là một động cơ gây ra các con sóng lớn, sóng sát thủ và nhiều thứ khác. Nhưng không phải ai cũng đồng ý.

Trong thực tế, tranh luận về nguyên nhân chính xác vì sao sóng sát thủ có thể hình thành có vẻ như đã lung lay vào một số thời điểm.

Một phần của nguyên nhân là rất nhiều nhà khoa học đang nghiên cứu chúng - các nhà thí nghiệm, các lý thuyết gia, chuyên gia sóng quang học và cơ chế chất lỏng - và họ vẫn chưa làm tốt việc tích hợp các cách tiếp cận khác nhau lại. Không có dấu hiệu nào cho thấy một tuyên bố chung đang được phát triển.

Nhưng đó là câu hỏi quan trọng cần giải quyết, vì chúng ta chỉ có thể dự đoán những con sóng chết người đó khi ta hiểu chúng.

Với bất cứ ai đang ngồi trên một giàn khoan dầu đơn độc hay một con tàu để quan sát cơn thịnh nộ của sóng dưới trời bão, thì chỉ vài phút cảnh báo cũng trở nên vô cùng quan trọng.

Bài tiếng Anh đã đăng trên BBC Earth.

Tin liên quan