Phao Argo là những thiết bị tự hành hình ống, dài khoảng 1–2 m, trôi khắp các đại dương và cứ khoảng 10 ngày lại tự lặn xuống sâu tới 2.000 m rồi nổi lên, vừa đi vừa đo nhiệt độ, độ mặn của nước, sau đó gửi số liệu qua vệ tinh. Mạng lưới bắt đầu từ năm 1999 và hiện có khoảng 4.000 phao hoạt động cùng lúc, do khoảng ba chục quốc gia đóng góp. Gần như mọi con số về nhiệt lượng đại dương, nước biển dâng do giãn nở nhiệt hay sóng nhiệt dưới mặt biển mà ta đọc hôm nay đều dựa một phần lớn vào Argo.
Trước Argo: đại dương gần như "mù"
Trước năm 2000, phần lớn số liệu dưới mặt biển đến từ tàu: tàu nghiên cứu thả máy đo CTD (đo độ dẫn điện, nhiệt độ, độ sâu), tàu buôn thả đầu dò rơi XBT. Tàu đi đâu thì có số liệu ở đó. Hệ quả:
- Tuyến hàng hải ở Bắc bán cầu được đo dày, còn Nam Đại Dương gần như trống, nhất là mùa đông khi sóng gió dữ dội.
- Đầu dò XBT chỉ đo nhiệt độ, xuống vài trăm mét, không đo độ mặn.
- Một chuyến tàu nghiên cứu tốn kém, chỉ lấy được vài chục đến vài trăm điểm đo mỗi chuyến.
Vệ tinh từ thập niên 1980 đã cho thấy nhiệt độ mặt biển toàn cầu, nhưng chỉ ở lớp da mỏng trên cùng. Bên dưới, nơi chứa phần lớn nhiệt của hệ thống khí hậu, vẫn là vùng tối.
Một phao Argo hoạt động thế nào
Bí quyết của phao Argo là thay đổi thể tích mà không đổi khối lượng. Bên trong có một bơm thuỷ lực đẩy dầu ra một túi cao su bên ngoài vỏ: túi phồng lên, phao chiếm thể tích lớn hơn nên nổi; hút dầu vào lại, phao chìm. Một chu kỳ điển hình gồm:
- Lặn xuống độ sâu "đỗ" khoảng 1.000 m.
- Trôi theo dòng nước ở độ sâu đó khoảng 9 ngày. Nhiệt độ thấp và dòng chảy chậm giúp tiết kiệm pin và giảm bám bẩn sinh học.
- Lặn tiếp xuống 2.000 m.
- Nổi lên mặt trong vài giờ, cảm biến đo nhiệt độ, độ mặn, áp suất liên tục, tạo ra một "hồ sơ" (profile) theo độ sâu.
- Gửi số liệu qua vệ tinh khi ở mặt nước, kèm vị trí. Phao đời mới dùng hệ Iridium chỉ cần ở mặt nước vài chục phút; phao đời cũ dùng hệ Argos phải nằm trên mặt nhiều giờ.
- Lặn xuống lại, bắt đầu chu kỳ mới.
Một phao thường hoạt động khoảng 4–6 năm, thực hiện hàng trăm chu kỳ cho tới khi hết pin. Các nhóm thả phao bổ sung đều đặn từ tàu nghiên cứu, tàu buôn, có khi từ thuyền buồm, để giữ mật độ khoảng một phao cho mỗi ô cỡ 3 độ kinh × 3 độ vĩ ở đại dương mở.
Tên gọi từ thần thoại Hy Lạp
Argo là tên con thuyền của Jason và các anh hùng Argonaut trong thần thoại Hy Lạp. Tên được chọn để đi cặp với vệ tinh đo độ cao mặt biển Jason: vệ tinh đo mặt biển từ trên cao, còn phao Argo đo bên dưới. Hai nguồn kết hợp cho biết mặt biển dâng lên là do nước ấm giãn nở, do thêm nước, hay do dòng chảy dồn nước.
Những mốc chính của Argo
| Năm | Sự kiện |
|---|---|
| 1999 | Kế hoạch Argo được đưa ra trong khuôn khổ các chương trình quan sát đại dương và khí hậu quốc tế; những phao đầu tiên được thả |
| 2007 | Mạng lưới đạt mốc 3.000 phao hoạt động, phủ gần hết đại dương mở không có băng |
| Thập niên 2010 | Thử nghiệm và mở rộng Deep Argo (lặn tới 4.000–6.000 m) và BGC-Argo (thêm cảm biến sinh địa hoá) |
| Cuối thập niên 2010 | Tổng số hồ sơ đo vượt hai triệu |
| Hiện nay | Khoảng 4.000 phao hoạt động; mục tiêu mở rộng ra vùng băng, biển rìa và tầng sâu |
Argo đã cho khoa học biết những gì
Đo được nhiệt lượng đại dương
Nhờ Argo, các nhà khoa học tính được lượng nhiệt tích thêm trong 2.000 m nước trên cùng với sai số nhỏ hơn hẳn trước đây. Đây là nền tảng cho kết luận của IPCC rằng khoảng 91% nhiệt dư của hệ thống khí hậu đi vào đại dương (bài về đại dương giữ nhiệt trong danh mục này nói kỹ hơn).
"Mặn càng mặn, nhạt càng nhạt"
Số liệu độ mặn từ Argo và tàu cho thấy vùng biển vốn mặn (nơi bốc hơi nhiều hơn mưa) đang mặn hơn, còn vùng vốn nhạt (mưa nhiều) đang nhạt hơn. Nghiên cứu của Paul Durack và cộng sự (2012) dùng mô hình này như một "máy đo mưa" khổng lồ, cho thấy vòng tuần hoàn nước của Trái Đất đang mạnh lên khi khí hậu ấm. IPCC AR6 cũng ghi nhận xu hướng tương phản độ mặn này.
Cân đối ngân sách nước biển dâng
Kết hợp Argo (phần giãn nở nhiệt), vệ tinh đo trọng lực GRACE (phần khối lượng nước thêm vào) và vệ tinh đo độ cao (tổng mức dâng), các nhà khoa học kiểm tra được ba con số có khớp nhau không. Việc khớp được ngân sách là bằng chứng quan trọng cho độ tin cậy của cả ba hệ thống.
Dự báo mùa và dự báo bão tốt hơn
Số liệu Argo được đưa vào mô hình dự báo thời tiết theo mùa, dự báo El Niño và mô hình dự báo cường độ bão, vì những hiện tượng này phụ thuộc vào nhiệt lượng dưới mặt biển chứ không chỉ mặt nước.
Thế hệ mới: phao lặn sâu và phao "đo sức khoẻ" biển
| Loại phao | Độ sâu | Đo thêm gì |
|---|---|---|
| Argo lõi (core Argo) | tới 2.000 m | Nhiệt độ, độ mặn, áp suất |
| Deep Argo | tới 4.000–6.000 m | Như trên, cho tầng sâu, nơi nửa dưới đại dương ít được đo |
| BGC-Argo | tới 2.000 m | Oxy, nitrat, pH, diệp lục, hạt lơ lửng, ánh sáng |
| Phao dưới băng | tuỳ thiết kế | Có thuật toán tránh nổi lên khi phát hiện băng, lưu số liệu chờ gửi sau |
Phao BGC-Argo đặc biệt hữu ích cho những đề tài khác trong danh mục này: theo dõi axit hoá qua cảm biến pH, theo dõi vùng thiếu oxy, và ước tính bơm sinh học đưa carbon xuống sâu.
Hệ thống quan sát rộng hơn: Argo không đứng một mình
- Vệ tinh đo độ cao mặt biển: chuỗi liên tục từ TOPEX/Poseidon (1992) qua Jason-1, Jason-2, Jason-3 tới Sentinel-6 Michael Freilich (phóng năm 2020); vệ tinh SWOT (2022) đo chi tiết hơn tới cả xoáy nhỏ.
- Mảng phao neo nhiệt đới: TAO/TRITON ở xích đạo Thái Bình Dương, RAMA ở Ấn Độ Dương, PIRATA ở Đại Tây Dương, theo dõi liên tục các vùng quan trọng với gió mùa và El Niño.
- Tàu lượn ngầm tự hành (glider): bay lượn trong nước theo hình răng cưa, có thể điều khiển đi theo tuyến định trước, hay dùng ở biển rìa và dưới đường đi của bão.
- Phao trôi mặt nước: hàng nghìn phao nhỏ đo nhiệt độ mặt biển, áp suất khí quyển và dòng chảy bề mặt.
Các biển rìa như Biển Đông thường có mật độ phao Argo thấp hơn đại dương mở, vì phao dễ trôi ra khỏi vùng hoặc mắc cạn ở vùng nước nông. Đây là một trong những lỗ hổng mà mạng lưới đang tìm cách bù.
Góc nhìn hôm nay: tự xem số liệu và gặp phao dạt bờ
Số liệu Argo được công bố miễn phí, thường trong vòng 24 giờ sau khi phao gửi về, qua hai trung tâm dữ liệu toàn cầu đặt ở Pháp (Coriolis) và Mỹ. Một số cách tiếp cận dễ cho người không chuyên:
- Trang của chương trình Argo quốc tế (argo.ucsd.edu) có giải thích, ảnh, và bản đồ vị trí các phao.
- Trung tâm OceanOPS của WMO và UNESCO-IOC cho xem vị trí gần như thời gian thực của phao Argo và các thiết bị quan sát khác.
- Chương trình nhận nuôi phao (Adopt-a-Float) của dự án SOCCOM ở Nam Đại Dương cho học sinh đặt tên và theo dõi một phao BGC-Argo.
Thỉnh thoảng ngư dân vớt được hoặc thấy phao Argo dạt vào bờ. Nếu gặp: không cố mở vỏ, vì bên trong có pin, nhiều phao dùng pin lithium; chụp ảnh nhãn ghi trên thân phao (thường có số hiệu và địa chỉ liên hệ của cơ quan sở hữu); báo cho chính quyền địa phương hoặc liên hệ theo thông tin trên nhãn. Phao thường không có giá trị khi bán lại, nhưng số hiệu của nó giúp các nhà khoa học hoàn tất hồ sơ thiết bị.
Điều nên mang về: mỗi khi đọc một con số về đại dương nóng lên, hãy hình dung khoảng bốn nghìn chiếc ống nhỏ đang âm thầm lặn lên lặn xuống khắp các biển, mười ngày một lần, không người điều khiển. Đó là một trong những thành tựu hợp tác khoa học đáng kể nhất của thế kỷ này.
Câu hỏi thường gặp
Phao Argo là gì?
Là phao tự hành trôi trong đại dương, cứ khoảng 10 ngày lặn xuống 2.000 m rồi nổi lên, đo nhiệt độ và độ mặn theo độ sâu, sau đó gửi số liệu qua vệ tinh. Mạng lưới bắt đầu năm 1999, hiện có khoảng 4.000 phao hoạt động trên toàn cầu.
Phao Argo lặn lên xuống bằng cách nào?
Phao dùng bơm thuỷ lực đẩy dầu ra một túi cao su bên ngoài để tăng thể tích và nổi lên, hút dầu vào để chìm. Khối lượng không đổi, chỉ thể tích thay đổi nên lực nổi thay đổi. Cách này rất tiết kiệm năng lượng.
Phao Argo hoạt động được bao lâu?
Thông thường khoảng 4–6 năm, thực hiện hàng trăm chu kỳ lặn cho tới khi hết pin. Các quốc gia tham gia thả phao mới liên tục để giữ mật độ mạng lưới.
Số liệu Argo có miễn phí không?
Có. Số liệu được công bố miễn phí cho mọi người, thường trong vòng 24 giờ sau khi phao gửi về, qua các trung tâm dữ liệu toàn cầu ở Pháp và Mỹ. Bản đã kiểm tra chất lượng kỹ hơn được cập nhật sau đó.
Nhặt được phao Argo dạt bờ thì làm gì?
Không tự mở vỏ vì bên trong có pin, nhiều phao dùng pin lithium. Chụp ảnh nhãn và số hiệu trên thân phao, rồi báo chính quyền địa phương hoặc liên hệ theo thông tin in trên nhãn để cơ quan sở hữu xử lý.
