Cáp quang dưới đáy biển Greenland khám phá quá trình vỡ băng

Một trong những công nghệ được nhắc đến nhiều nhất trong khoa học hiện đại có thể đang hoạt động ngay dưới chân bạn. Cáp quang truyền internet dưới dạng các xung ánh sáng giàu dữ liệu, nhưng chúng cũng phát hiện tín hiệu từ môi trường xung quanh: các nhà nghiên cứu có thể phân tích ánh sáng bị tán xạ khi một vụ phun trào núi lửa hoặc sóng thần làm rung chuyển dây cáp. Được gọi là cảm biến dao động phân tán, hay DAS, kỹ thuật này nhạy đến mức có thể theo dõi bước chân của bạn khi bạn đi bộ trên cáp, và một ngày nào đó có thể cảnh báo bạn về trận động đất sắp xảy ra.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã đặt một sợi cáp quang trên đáy biển gần một tảng băng ở Greenland, hé lộ chi tiết chưa từng có về quá trình vỡ băng, khi những khối băng rơi xuống đại dương. Điều đó có thể giúp giải quyết một bí ẩn lâu nay và hiểu rõ hơn các quá trình ẩn sâu đang thúc đẩy sự suy thoái nhanh chóng của tảng băng trên đảo, vốn có thể làm tăng mực nước biển thêm 7 mét nếu tan chảy hoàn toàn.

Ngay cả trước khi con người bắt đầu thay đổi khí hậu, các sông băng ở Greenland đã vỡ băng một cách tự nhiên. Đảo này bao phủ bởi các sông băng chảy chậm về phía biển, tách thành các khối băng trôi ra đại dương. Khi nhiệt độ thấp hơn, tảng băng dễ dàng tái tạo khi tuyết rơi.

Dominik Gräff

Khi nhiệt độ tăng lên, quá trình tan chảy tạo ra nhiều nước chảy vào bên dưới sông băng, nâng lên và bôi trơn chúng. “Nó có thể ảnh hưởng đến tốc độ sông băng chảy,” Michalea King, nhà khoa học cấp cao tại Trung tâm Khoa học Cực thuộc Đại học Washington, cho biết. “Vì vậy, không chỉ mất khối lượng do tan chảy bề mặt, mà các dòng sông băng đầu ra cũng chảy nhanh hơn.”

Vì vậy, Greenland giờ mất nhiều băng hơn là thu nhận. “Giống như bạn đang rút tiền khỏi tài khoản nhiều hơn số tiền gửi vào, và số dư đã giảm trong vài thập kỷ qua,” Paul Bierman, nhà địa khoa tại Đại học Vermont và tác giả cuốn Khi Băng Tan Biến, chia sẻ.

Triển khai cáp quang dưới đáy biển

Để ghi lại quá trình này, các nhà nghiên cứu kéo 10 km cáp quang song song với mặt trước sông băng. Khi tảng băng bị nứt hoặc rơi vào nước, nó “gảy” dây cáp giống như khi bạn gảy một dây đàn. Sóng rung động lan qua nước, tán xạ ánh sáng trong sợi quang và gửi tín hiệu trở lại hai bộ thiết bị “thẩm vấn” đặt trên bờ, chạy bằng pin mặt trời và pin dự trữ. Một bộ ghi dữ liệu DAS về âm thanh lan truyền trong nước, bộ kia đo biến đổi nhiệt độ trong hẻm đảo.

“Giống như khi gãy gỗ, bạn nghe thấy tiếng nứt thì DAS cũng thu được tín hiệu tương tự,” Dominik Gräff, tác giả chính của nghiên cứu, giải thích trong bài báo trên tạp chí Nature.

Những vụ nứt băng này tạo ra tín hiệu riêng biệt so với khi khối băng lớn lao xuống mặt nước, kích thích sóng lớn. “Những khối băng có thể to như sân vận động,” Gräff nói. “Khi chúng lao xuống, chúng kích hoạt sóng.”

Nếu bạn từng xem video vỡ băng, bạn sẽ thấy sóng nước dâng lên như một bức tường nước chạy nhanh ra xa. Hệ thống DAS còn ghi nhận chuyển động ẩn dưới bề mặt: sóng cao như tòa nhà chọc trời lăn qua cáp dưới đáy, nâng và hạ ranh giới giữa nước lạnh và nước ấm sâu.

Thông thường, nước ấm, mặn hơn sẽ chìm xuống vì đặc hơn, trong khi nước tan chảy lạnh, ngọt hơn nằm trên bề mặt và tạo lớp cách nhiệt bảo vệ băng. Nhưng cáp quang cho thấy khi khối băng rơi, nó khuấy đảo nước ấm từ dưới lên, làm mất lớp cách nhiệt và kích thích tan chảy nhiều hơn. Khi tảng băng trôi xa, nó tiếp tục khuấy đảo nước như một con thuyền tạo sóng.

Dominik Gräff

Đây có thể là mảnh ghép còn thiếu trong mô hình khoa học, khi mô hình không lồng ghép quá trình khuấy nước rộng khắp này, tạo ra vòng xoáy phản hồi: vỡ băng nhiều hơn → khuấy đảo mạnh hơn → tan chảy nhanh hơn.

Ứng dụng trong cảnh báo sóng thần băng

Khác với việc phải lái thuyền tiếp cận mặt trước sông băng, cáp quang thu thập dữ liệu an toàn, tiết kiệm và thụ động. Nhóm nghiên cứu chỉ vận hành cáp trong ba tuần, nhưng họ có kế hoạch gắn thêm cáp trong thời gian dài hơn để giám sát sự thay đổi vỡ băng quanh năm. Nếu triển khai gần các thành phố ven biển Greenland, họ có thể thiết kế hệ thống cảnh báo sớm sóng thần do băng, tương tự dự án DAS cho động đất.

Giờ đây, cuộc đua với thời gian để hiểu sâu về băng Greenland trong nguy cơ ngày càng gia tăng. “Điều này đáng sợ với các nhà địa khoa như tôi,” Bierman nói. “Khi có vòng xoáy tăng cường phản hồi, mất băng Greenland có thể tăng tốc.”

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, việc ứng dụng công nghệ DAS dưới đáy biển như nghiên cứu ở Greenland có thể mở ra cơ hội quan trọng cho Việt Nam. Triển khai cáp quang dọc duyên hải sẽ giúp giám sát sạt lở dưới đáy và dự báo sóng lớn, bảo vệ cộng đồng ven biển và cung cấp dữ liệu quý giá cho các mô hình khí hậu, từ đó hỗ trợ hoạch định chính sách hiệu quả hơn.

Tags: Nghiên cứu, Biến đổi khí hậu