Núi lửa dưới lớp băng Bắc Cực

Nhóm nghiên cứu do viện Hải dương học Woods Hole chỉ đạo (WHOI) mới đây vừa phát hiện bằng chứng về một vụ phun trào núi lửa sâu dưới bề mặt phủ trắng băng tuyết của Bắc Băng Dương.

Người ta không cho rằng sự phun trào mạnh mẽ của vụn đất đá – hay còn gọi là trầm tích do nham tầng núi lửa tạo thành có thể xảy ra ở độ sâu lớn trong lòng đại dương bởi khối lượng cũng như áp lực khổng lồ của nước cùng với cấu trúc mắc ma và đất đá dưới đáy biển. 

Các nhà nghiên cứu phát hiện các mẩu đất đá giống như thủy tinh có nhiều cạnh nhọn nằm rải rác khắp khu vực có diện tích 10 km² (4 dặm vuông) quanh một dãy miệng núi lửa nhỏ nằm dưới mặt biển 4.000m (2,5 dặm). Các miệng núi lửa phân bố dọc theo Gakkel Ridge – khu vực xa xôi, hầu như chưa được khai phá thuộc hệ thống núi giữa đại dương bao bọc xung quanh Bắc Băng Dương.

Nhà địa vật lý Rob Reves-Sohn thuộc WHOI đồng thời là tác giả và nhà nghiên cứu chính của chương trình thám hiểm các miệng núi lửa tại Bắc Cực Arctic Gakkel Vents Expedition (AGAVE) tháng 7 năm 2007 cho biết: “Đây là trầm tích do nham tầng núi lửa tạo thành chúng tôi phát hiện thấy lần đầu tiên ở vùng nước có độ sâu lớn như thế, với áp lực khủng khiếp ngăn cản sự tạo thành hơi nước, rất nhiều người nghĩ rằng điều này không thể xảy ra. Thế có nghĩa là luồng khí CO₂ dữ dội đã được giải phóng vào cột nước trong quá trình phun trào”. 

Bài báo với sự tham gia của 22 chuyên viên điều tra thuộc 9 viện nghiên cứu tại 4 nước đã được đăng tải trên số ra ngày 26 tháng 6 trên tờ Nature.

Một cái máy đo địa chấn đơn độc vùi trong băng tuyết của đại dương. (Ảnh: Vera Schlindwein, viện Alfred Wegener)

Núi lửa dưới đáy biển thường giải phóng các vỉa mắc ma thay vì luồng khí, hơi nước và đất đá giống như núi lửa trên đất liền. Do áp lực thủy tĩnh của nước biển, các vụ phun trào trong lòng đại dương giống như sự phun trào của núi lửa Kilauea hơn là núi Saint Helens hay núi Pinatubo.

Đây là chuyến thám hiểm thứ ba đến dãy Gakkel và là chuyến thám hiểm đầu tiên nghiên cứu đáy biển. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng rất nhiều phương pháp khảo cứu kết hợp, máy ảnh, mẫu nền đáy biển nhằm thu thập các mẫu đất đá và trầm tích, ngoài ra còn có các thước phim dài hàng chục giờ với độ nét cao. Họ phát hiện thấy các mảnh vỡ gồ ghề cùng với một chút bazan phủ trên đáy biển, phân bố ra mọi hướng từ các miệng núi lửa mà họ đã phát hiện thấy rồi đặt tên là Loke, Oden, và Thor.

Họ cũng phát hiện thấy có trầm tích trên mặt lớp dung nham khá mới và các bề mặt cao như đồi Duque và đồi Jessica, từ đó cho thấy các vụn đất đá đã lắng đọng trong nước chứ không thuộc dòng dung nham phun trào từ núi lửa. Phân tích chi tiết hơn cho thấy một số mẩu nhỏ chính là thủy tinh đã nguội có cạnh nhọn mà các chuyên gia núi lửa gọi là “tảo biển của Pele”. Chúng được hình thành khi dung nham phủ lớp mỏng trên các bong bóng khí lan rộng trong suốt quá trình phun trào. Reves – Sohn và cộng sự đã phát hiện thấy khối đất đá lớn hơn, còn gọi là taluy, có thể đã phun ra từ vụ nổ trên đáy biển.

Bề mặt trái đất được tạo thành chủ yếu từ vỏ đại dương hình thành dưới tác dụng của núi lửa nằm dọc theo dãy núi chính giữa đại dương dưới đáy biển. Các quá trình họat động của núi lửa gắn với sự dâng trào mắc ma từ lớp manti cùng với sự lan rộng các phiến kiến tạo của Trái Đất. Chìm sâu vài kilomet trong dòng nước lạnh lẽo, các hiện tượng núi lửa của dãy núi ở giữa đại dương khá nhẹ nhàng so với họat động của núi lửa trên đất liền. Cho đến nay, mới chỉ thu được thông tin rải rác về họat động núi lửa dưới đáy biển, chủ yếu ở vùng nước nông. Mẫu trầm tích và đất đá thu được qua các cuộc thám hiểm khác đã đưa ra khả năng xảy ra hoạt động núi lửa ở độ sâu đến 3.000m, nhưng khả năng của các vụ phun trào núi lửa tại độ sâu lớn hơn còn rất mong manh.

Một nguyên nhân chính là áp lực khổng lồ tạo ra do khối lượng nước biển, còn gọi là áp lực thủy tĩnh. Quan trọng hơn, rất khó tạo ra hơi nước hay khí cácbonic trong mắc ma cần thiết để làm bùng nổ khối đất đá qua cột nước. Trong khi năng lượng yêu cầu để thực hiện hoạt động trong không khí ít hơn rất nhiều. Thực tế, việc hình thành khí cacbonic trong mắc ma tại đáy biển cần phải lớn gấp 10 lần lượng có trong mẫu đất đá dưới đáy biển.

Kết quả thu được từ cuộc thám hiểm dãy Gakkel cho thấy sự phun trào núi lửa trong lòng biển sâu có thể và thực sự đã xảy ra. Reves- Sohn cho biết: “Sự lưu thông và độ sâu của dãy Gakkel có thể khác nhau. Chắc chắn phải có nhiều khí tham gia trong hệ thống hơn chúng ta tưởng”. Nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng khí dư thừa tạo thành dưới dạng bọt hoặc váng gần trần của căn phòng mắc ma dưới lớp vỏ, chờ để nổ tung giống như sâm panh bị nút bần nén xuống. “Liệu có phải sự phun trào do nham tầng núi lửa tạo thành phổ biến hơn chúng ta nghĩ, hay nó có đặc điểm gì đặc biệt dọc dãy Gakkel? Đó chính là câu hỏi kế tiếp chúng ta cần giải đáp”.

Văn phòng chịu trách nghiệm nghiên cứu vùng cực thuộc Quỹ khoa học quốc gia đã hỗ trợ cho cuộc thám hiểm Arctic Gakkel Vents Expedition. Ngoài ra còn có bộ phận Hải dương học thuộc Quỹ khoa học quốc gia, Trung tâm hệ thống hình ảnh và thụ cảm dưới bề mặt Gordon (Gordon Center for Subsurface Sensing and Imaging Systems), Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật thuộc Quỹ khoa học quốc gia, chương trình sinh vật học vũ trụ NASA và Viện thám hiểm đại dương WHOI.