Hẻm núi ngầm và dòng đục: lở đất dưới biển kéo đứt cáp ngầm thế nào

Hẻm núi ngầm là những thung lũng sâu, vách dốc khoét vào thềm và sườn lục địa, có cái sâu ngang Grand Canyon, đóng vai trò như máng trượt đưa cát bùn từ bờ xuống vực sâu đại dương. Thứ khoét chúng chủ yếu là dòng đục: những dòng nước trộn đặc trầm tích, nặng hơn nước xung quanh, ào xuống dọc đáy biển như một trận lở đất dưới nước, có khi chạy hàng trăm km với tốc độ ngang xe ô tô. Con người hiểu được dòng đục phần lớn nhờ những sợi cáp ngầm bị chúng kéo đứt.

Hẻm núi ngầm trông như thế nào

Trên bản đồ độ sâu, hẻm núi ngầm giống hệt hẻm núi trên cạn: thung lũng hình chữ V, nhánh phụ đổ vào nhánh chính, uốn khúc. Chúng thường bắt đầu ngay mép thềm lục địa, có cái bắt đầu sát bờ, rồi khoét sâu dần xuống sườn lục địa, cuối cùng mở ra thành những nón quạt trầm tích trên chân lục địa.

• Hẻm Monterey ngoài khơi California: đầu hẻm nằm gần bờ vịnh Monterey, lòng hẻm sâu dần tới hàng nghìn mét, vách có đoạn cao ngang Grand Canyon. Đây là hẻm núi ngầm được nghiên cứu kỹ nhất thế giới nhờ Viện Nghiên cứu Thuỷ cung vịnh Monterey (MBARI) đặt ngay bên bờ.
• Hẻm Congo ngoài khơi Tây Phi: nối thẳng với cửa sông Congo, một trong số ít hẻm vẫn được một con sông lớn "nuôi" trầm tích liên tục ở thời hiện đại.
• Hẻm Hudson ngoài khơi New York: nối tiếp lòng sông Hudson cổ khắc trên thềm lục địa.
• Hẻm Zhemchug ở biển Bering: thường được nhắc là một trong những hẻm núi ngầm lớn nhất về thể tích.

Dưới chân sườn lục địa, nơi hẻm đổ ra, trầm tích chất thành nón quạt ngầm. Nón quạt Bengal ở vịnh Bengal, nơi nhận phù sa sông Hằng và sông Brahmaputra từ dãy Himalaya, là nón quạt ngầm lớn nhất thế giới, trải dài hàng nghìn km về phía nam.

Ai khoét hẻm núi dưới nước

Đầu thế kỷ 20, hẻm núi ngầm là câu đố. Sông không thể chảy dưới biển sâu hàng nghìn mét. Có ý kiến cho rằng chúng bị sông khoét lúc mực nước biển hạ thấp. Lời giải ngày nay kết hợp cả hai hướng:

• Thời biển rút: trong các thời kỳ băng hà, mực nước biển hạ khoảng 120 m, sông chảy ra tận mép thềm, đổ trầm tích thẳng xuống sườn lục địa, đầu hẻm được nuôi trầm tích dồi dào. Hẻm Hudson là ví dụ đầu hẻm nối với lòng sông cổ.
• Dòng đục: phần sâu của hẻm, dưới sâu hàng nghìn mét, chỉ có thể do dòng chảy dưới đáy biển khoét. Dòng đục mang cát và sỏi chà xát lòng hẻm như giấy nhám, lặp đi lặp lại qua hàng triệu năm.
• Sạt lở sườn: vách hẻm sụt từng mảng, làm hẻm rộng và lùi dần lên phía bờ.

Grand Banks 1929: cáp đứt lần lượt như đồng hồ

Ngày 18/11/1929, một trận động đất mạnh khoảng 7,2 độ xảy ra dưới sườn lục địa ở Grand Banks, ngoài khơi Newfoundland, Canada. Ngay sau đó, các tuyến cáp điện tín xuyên Đại Tây Dương nằm phía dưới bắt đầu mất tín hiệu, không phải cùng lúc mà lần lượt, tuyến gần tâm chấn đứt trước, tuyến xa hơn đứt sau, kéo dài tới khoảng 13 giờ.

Lúc đầu người ta nghĩ động đất làm đứt cáp. Hơn hai mươi năm sau, năm 1952, hai nhà địa chất Bruce Heezen và Maurice Ewing phân tích lại giờ đứt của từng tuyến và vị trí của chúng. Họ chỉ ra rằng trận động đất gây sạt lở sườn lục địa, khối bùn cát hoà với nước thành một dòng đục khổng lồ ào xuống sườn rồi lan ra đồng bằng biển thẳm, cắt đứt từng sợi cáp trên đường đi. Từ khoảng cách và thời gian, họ ước tính dòng chảy lúc nhanh nhất lên tới hàng chục km mỗi giờ, rồi chậm dần khi ra xa. Các tàu khảo sát sau đó tìm thấy một lớp cát phủ rộng trên đáy biển, chính là trầm tích dòng đục để lại.

Đây là lần đầu tiên dòng đục quy mô lớn được "đo" trong tự nhiên, dù vô tình. Sợi cáp biến thành chuỗi cảm biến dài hàng trăm km.

Dòng đục: lở đất chạy dưới nước

Dòng đục chảy vì nó nặng hơn nước xung quanh. Bùn cát lơ lửng làm nước đặc hơn, trọng lực kéo khối nước đục chảy dọc đáy dốc, càng chảy càng khuấy thêm trầm tích, có khi tự tăng tốc. Thứ kích hoạt có thể là:

• Động đất làm sạt lở sườn lục địa.
• Lũ lớn của sông mang nước đục đặc đổ thẳng ra biển, chìm xuống đáy và chảy tiếp vào hẻm.
• Bão lớn khuấy đáy thềm lục địa.
• Núi lửa ngầm đổ tro, đá vụn xuống sườn, như vụ Hunga Tonga năm 2022 kéo đứt cáp quang của Tonga (có bài riêng trong danh mục).
• Trầm tích tích tụ quá nhiều ở đầu hẻm rồi tự đổ.

Khi dòng đục chậm lại, hạt to lắng trước, hạt mịn lắng sau, để lại một lớp trầm tích có cỡ hạt giảm dần từ dưới lên, gọi là turbidit. Nhà địa chất Arnold Bouma mô tả trình tự các lớp đặc trưng này năm 1962, nay được gọi là trình tự Bouma. Trong vách đá trên cạn, những tập đá cát xen đá phiến dày hàng trăm mét với nhịp lặp lại đều đặn thường là chồng turbidit, dấu vết của biển sâu cổ.

Đo dòng đục thời nay

Trong một thời gian dài, dòng đục chỉ được suy đoán từ lớp trầm tích hoặc cáp đứt, vì chúng đến bất ngờ và đủ mạnh phá thiết bị. Từ những năm 2010, các nhà khoa học đặt dày đặc máy đo dòng chảy, cảm biến chuyển động và "đá giả" có gắn thiết bị dọc lòng hẻm.

• Hẻm Monterey: một chương trình phối hợp của MBARI và các viện nghiên cứu Anh, Mỹ đặt thiết bị dọc lòng hẻm từ 2015 đến 2017, ghi được nhiều dòng đục mạnh, có lần cuốn trôi một khung thiết bị nặng hàng trăm kg đi xa hàng km.
• Hẻm Congo: các nhóm nghiên cứu quốc tế công bố rằng dòng đục xuất phát từ hẻm Congo năm 2019–2020 đã chạy hơn 1.000 km xuống vực sâu và làm đứt hai tuyến cáp ngầm nối Tây Phi với châu Âu, ảnh hưởng kết nối Internet ở nhiều nước.

Những đo đạc này cho thấy dòng đục xảy ra thường xuyên hơn người ta tưởng, có hẻm gặp vài lần mỗi năm, và không cần động đất lớn mới kích hoạt được.

Dòng đục và cáp quang biển

Ngày nay phần lớn dữ liệu Internet giữa các châu lục đi qua cáp quang nằm dưới đáy biển. Nguyên nhân đứt cáp phổ biến nhất là do con người: neo tàu, lưới kéo đáy, chiếm phần lớn sự cố ở vùng nước nông. Nhưng ở vùng nước sâu, nơi tàu cá không với tới, thủ phạm thường là thiên nhiên: dòng đục, sạt lở sườn, động đất.

Tháng 12/2006, trận động đất ngoài khơi Pingtung, Đài Loan, gây sạt lở và dòng đục trong vùng eo biển Luzon, làm đứt nhiều tuyến cáp cùng lúc, kết nối Internet của nhiều nước châu Á, trong đó có Việt Nam, bị gián đoạn trong nhiều ngày tới nhiều tuần. Người dùng Việt Nam cũng quen với những đợt Internet quốc tế chậm khi một tuyến cáp biển gặp sự cố, phần nhiều xảy ra ở vùng biển nông hơn với nguyên nhân khác nhau.

Vì vậy các công ty cáp ngày nay tham khảo bản đồ hẻm núi ngầm và lịch sử dòng đục khi chọn tuyến, cố tránh đi dọc lòng hẻm, và đặt nhiều tuyến dự phòng qua các khu vực khác nhau.

Góc nhìn hôm nay: hẻm núi là đường cao tốc của đại dương

Hẻm núi ngầm không chỉ vận chuyển cát. Chúng đưa chất hữu cơ, gỗ trôi, và đáng lo là cả rác nhựa từ đất liền xuống vực sâu. Đầu hẻm thường là nơi nước sâu giàu dinh dưỡng trồi lên, cá và cá voi tụ tập kiếm ăn. Vịnh Monterey nổi tiếng về cá voi một phần nhờ hẻm núi ngầm ngay sát bờ.

Người muốn tìm hiểu thêm có thể xem các video lặn robot trong hẻm Monterey do MBARI công bố, bản đồ độ sâu chi tiết của vịnh Monterey trên trang của NOAA, và bài báo kinh điển năm 1952 của Heezen và Ewing về Grand Banks, vẫn được giảng trong các lớp địa chất biển.