Khám phá lòng Trái Đất nhờ 'bão bom'

Getty Images Bản quyền hình ảnh Getty Images

Do nằm trên bờ biển Đại Tây Dương ở Bắc Mỹ, tiểu bang Maine của Hoa Kỳ không lạ gì với các cơn bão theo mùa.

Tôi từng trải qua nhiều cơn bão, và đã có một cơn bão băng lịch sử khiến cho bang nhà của tôi bị tê liệt trong nhiều tuần.

Tuy nhiên, hồi tháng 11/2017, khoảng 484.000 cư dân ở Maine – gần hai phần ba dân số tiểu bang – bị chìm trong bóng đêm khi một cơn bão hung dữ đột ngột tấn công khiến một số nơi trong tiểu bang bị mất điện suốt hơn một tuần.

Giải mã mối liên hệ giữa tự vẫn và mùa xuân

Dùng không khí để xử lý cuộc khủng hoảng nước

Nước Mỹ sẽ bị núi lửa nuốt chửng?

Đa số chúng tôi hoàn toàn không có sự chuẩn bị do không nhận được mấy cảnh báo về thiên tai sắp xảy ra.

Và đó không phải là một cơn bão bình thường.

Sóng địa chấn

Cơn bão tấn công Maine hồi đó được gọi là ‘bão bom’, một từ chuyên môn đưa ra chỉ dấu một dạng thời tiết mà các nhà khí tượng học gọi là ‘sự phát sinh xoáy hội tụ bùng nổ’ hoặc nói một cách nhẹ nhàng hơn, sự hình thành vùng áp thấp nhanh và mạnh.

Các cơn gió lốc với tốc độ bão mà bão bom mang tới có thể làm cây cối trốc gốc và hủy hoại các đường dây điện. Nó cũng có thể gây ra lũ quét và xói mòn.

Nó có sức công phá mạnh đến nỗi một nhóm các nhà nghiên cứu Nhật Bản mới đây đã phát hiện ra rằng các cơn sóng trên đại dương do bão bom gây ra có thể gây phát sáng trong lòng đất bằng năng lượng địa chấn.

Theo dõi những tín hiệu địa chấn này có thể giúp cho các nhà địa chất có thêm công cụ mới để khám phá cấu trúc bên trong Trái Đất.

Bản quyền hình ảnh Jill Brady/Portland Press Herald/Getty Images
Image caption Trận bão bom tấn công Maine, Mỹ, khiến cây cối trốc gốc và nhiều đường dây điện bị đứt hỏng hồi tháng 11/2017

Chris Legro, nhà khí tượng học phụ trách Nha Khí tượng Quốc gia ở Gray, bang Maine, nói rằng những cơn gió to do bão bom tạo ra có thể gây ra những con sóng lớn trên biển, thường ở độ cao từ 7,6m đến 10,7m.

Khi những con sóng này tương tác với đáy biển, chúng tạo ra những rung động nhẹ trên toàn thế giới mà các đồng hồ địa chấn có thể đo được.

Sóng sát thủ nuốt chửng tàu thuyền trên đại dương

Những hiện tượng kỳ thú của đại dương vào ban đêm

Trận bão bí ẩn và khởi đầu gặp gỡ của người đồng tính

“Những con sóng địa chấn di chuyển trong lòng đất đến phía bên kia địa cầu và chúng có thể giúp chúng ta biết về loại vật chất mà chúng đi qua,” Legro giải thích.

Kết hợp dữ liệu từ hệ thống hơn 200 cảm ứng địa chấn do Viện Nghiên cứu Quốc gia về Khoa học Trái Đất và Ngăn ngừa Thảm họa của Nhật Bản vận hành, các nhà nghiên cứu Kiwamu Nishida và Ryota Takagi đã quan sát một dạng rung chấn yếu ớt và hiếm gặp sâu trong lòng đất, vốn được gọi là ‘sóng vi chấn S’ mà họ cho là do một cơn bão bom ở Bắc Đại Tây Dương ngoài khơi Greenland hồi tháng 12/2014 gây ra.

Tiết lộ về cấu trúc Trái Đất

Đó là lần đầu tiên các nhà khoa học quan sát được dạng rung chấn đặc biệt này dưới đáy đại dương. Trước đó, các chuyên gia chỉ mới phát hiện được sóng P (rung chấn mà động vật có thể cảm nhận được trước khi một trận động đất) nhưng không thể nào phát hiện được sóng S (rung chấn mà con người cảm nhận được trong trận động đất).

“Tôi nghĩ rằng ý nghĩa của phát minh này là chúng ta có thể cải thiện dần dần khả năng nghiên cứu cấu trúc bên trong Trái Đất,” ông Chris Goldfinger, Giám đốc Phòng thí nghiệm vẽ bản đồ đáy biển và các mảng địa tầng đang hoạt động thuộc Khoa Khoa học Trái Đất, Đại dương và Khí quyển ở Đại học Tiểu bang Oregon, nói.

“Việc sử dụng sóng vi chấn do các cơn bão tạo ra biến các ‘nhiễu âm’ trở thành tín hiệu tiềm năng, do đó đó là một cách làm rất thông minh mà trước đây bị loại ra hoặc không được để ý đến.”

Bản quyền hình ảnh PEDRO PARDO/AFP/Getty Images
Image caption Những trận sóng lớn ngoài đại dương tạo ra các cơn dư chấn dưới đáy biển mà các đồng hồ đo địa chấn có thể đo được

Phần lớn những gì chúng biết về cấu trúc bên trong của Trái Đất là thông qua phân tích có sóng xung chấn, thường là những xung chấn từ những trận động đất xảy ra tự nhiên mặc dù đôi khi cũng được lấy từ những vụ nổ lớn hay các nguồn khác.

Bằng cách nghiên cứu tốc độ mà sóng xung chấn này di chuyển xuyên Trái Đất, chúng ta có thể hình dung được cấu tạo của lớp đất đá bên dưới vỏ Trái Đất.

Giải mã các quái vật trong Thần Thoại Hy Lạp

Ngắm Trái Đất kỳ ảo từ trên cao

Nghĩa địa ngàn con tàu chìm nơi đáy biển

Sự dội âm được tạo ra khi lớp đá này chuyển sang lớp đá khác và giữa chất rắn và chất lỏng cũng khiến cho sóng xung chấn dội ra giúp chúng ta hiểu thêm được nhiều điều.

“Các hiện tượng thời tiết chưa hề được phân tích cho mục đích này, do đó đó chính là điều đặc biệt của khám phá này,” ông Goldfinger nói.

Mặc dù các trận động đất vẫn là công cụ chính, nhưng các hiện tượng thời tiết cũng đem đến một nguồn sóng địa chấn mà chúng ta có thể sử dụng để tìm hiểu về cấu tạo bên trong Trái Đất, ông nói thêm.

Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu Peter Bromirski và Peter Gerstoft làm việc tại Viện Hải dương học Scripps ở San Diego, California, thì sóng vi chấn hữu ích cho công tác nghiên cứu hơn là động đất, vì động đất xuất hiện lẻ tẻ và tập trung ở rìa của các mảng địa tầng. Trong khi đó, sóng vi chấn thì lúc nào cũng có và có thể tìm thấy chúng ở tất cả các hướng khác nhau.

Những nơi nguy hiểm chết người nhất trên Trái Đất

Những động vật tự ăn thịt mình

Cua dừa: 'Tên cướp cạn' trên biển

Và mặc dù tất cả các loại bão đều sản sinh ra các loại sóng vi chấn khác nhau, một số dạng sóng có ích nhiều hơn các loại khác trong việc nghiên cứu cấu trúc bên trong Trái Đất.

“Bão bom nhìn chung có không gian tung hoành nhỏ hơn các trận bão phi nhiệt đới điển hình, cho nên phạm vi có thể phát hiện được các rung chấn mà chúng tạo ra bị hạn chế hơn rất nhiều,” Gerstoft nói.

Hãy hình dung một ống nước tưới vườn bị áp lực nước làm cho nảy lên nảy xuống. Sóng S khiến vật chất gợn sóng cũng theo cách bùng nổ như thế và ở phạm vi hạn hẹp tương tự, trong khi sóng P nén và kéo giãn mặt đất.

Hai dạng sóng S

Các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã phát hiện hai dạng sóng S do bão bom mà họ nghiên cứu tạo ra – bao gồm sóng SV chuyển động theo hình elip và có thể trở thành sóng P, và sóng SH di chuyển vật chất theo chiều ngang.

Mỗi dạng sóng cho thấy một cấu trúc khác trong lòng đất do tốc độ di chuyển và đặc điểm của dạng sóng đó, Goldfinger nói.

“Nó giống như có trong tay một hộp dụng cụ có chứa nhiều đèn pin khác nhau và mỗi chiếc đèn pin trong số đó có thể chiếu sáng một vùng riêng biệt,” ông giải thích.

“Phát hiện mới này đem đến thêm một chiếc đèn pin nữa giúp rọi sáng một chỗ mà trước đây còn tăm tối, và nó có thể sẽ cho thấy điều gì đó mới mẻ về cấu trúc ở đó.”

Nhưng điều gì tạo cho bão bom sức mạnh đến vậy, để từ đó tạo ra những sóng S yếu ớt ở dưới đáy đại dương?

Nguyên nhân chính là cái cách dữ dội mà nó hình thành, Legro nói.

“Về mặt khí tượng, định nghĩa tiêu biểu của sự phát sinh xoáy hội tụ bùng nổ là vùng áp suất trung tâm giảm 24 millibar trong vòng 24 giờ,” ông giải thích.

“Sự thay đổi áp suất khí quyển nhanh chóng tạo ra gió lớn ở bề mặt do các luồng khí dồn dập đổ vào khu vực trung tâm để lấp khoảng trống.”

Trung bình hiện tượng này xảy ra 40 lần một năm, trong khoảng thời gian từ tháng Tư cho đến tháng Chín ở Bắc Bán cầu.

Những cơn bão kiểu này thường thấy nhất là ở khu vực tây bắc Đại Tây Dương và tây bắc Thái Bình Dương.

Vùng đông bắc Hoa Kỳ có thể phải hứng một vài cơn bão bom kiểu này vào mỗi mùa đông.

Một số trận đi ra biển một cách tương đối vô hại trong khi những cơn bão khác, như cơn bão đã tấn công Maine, có thể di chuyển trên đất liền. Trận bão bom này đối với các nhà địa chấn học là một cơ hội quý giá.

Thật không may cho các nhà khoa học Nhật, trạm quan trắc của họ nằm ở một "vùng bị phủ bóng" của các sóng xung chấn di chuyển từ Maine xuyên qua lòng đất. Phần lõi chất lỏng của Trái Đất hấp thụ và làm chuyển hướng năng lượng địa chấn, khiến cho máy ghi địa chấn mà Nishida và nhóm của ông sử dụng ở Nhật không ghi nhận được các xung chấn do cơn bão bom tạo ra.

“Bão bom có sức tàn phá mạnh, nhưng sự háo hức tìm hiểu về nó từ góc độ địa chấn không phải là điều khác thường,” Nishida nói.

Ông hy vọng rằng ở những nơi khác trên thế giới vẫn có thể phát hiện được các tín hiệu, nhưng họ vẫn phải làm việc với dữ liệu này.

Do đó, cũng giống như người dân Maine, các nhà địa chấn vẫn còn rất tù mù về bão bom, ít nhất là trong tạm thời.

Bản tiếng Anh bài này đã được đăng trên BBC Future.

Chủ đề liên quan

Tin liên quan