Hành tinh Đại dương
Đại dương thế giới bao phủ khoảng 2/3 diện tích bề mặt Trái Đất, nhưng các chuyên gia thường nói rằng, bề mặt sao Hỏa được nghiên cứu rõ hơn so với đáy biển. Và điều này là đúng. Lập bản đồ đáy biển là một thủ tục tốn kém thời gian và công nghệ. Tuy nhiên, kết quả của hoạt động này là vô cùng cần thiết. Bản đồ độ sâu chi tiết - tương tự như bản đồ địa hình trên đất liền - là cần thiết để điều hướng hàng hải an toàn, để đặt dây cáp và đường ống dưới nước, dự báo khí hậu và khai thác tài nguyên của Đại dương Thế giới. Các nhà khoa học sử dụng bản đồ độ sâu để mô hình hóa các dòng hải lưu và sóng thần, nghiên cứu các hệ sinh thái dưới nước, để thực hiện các cuộc nghiên cứu địa chất, địa vật lý và những nghiên cứu khác.
Bản đồ địa lý đầu tiên của toàn bộ đại dương thế giới đã được tạo ra vào những năm 1950. Việc khảo sát địa hình dưới biển đã được thực hiện bằng phương pháp sonar: máy đo tiếng vang chùm tia đơn giản nhất ước tính độ sâu theo thời gian truyền tín hiệu sóng phản xạ từ đáy biển. Khi đó, các nhà khoa học phát hiện dãy núi lửa dưới Đại Tây Dương đã hình thành trong quá trình phun trào dung nham tại nơi phân tách các mảng thạch quyển. Phát hiện này đã xác nhận lý thuyết trôi dạt lục địa.
Vào những năm 1970, các nhà khoa học đã có sẵn sonar hiệu quả hơn phát xung hình nón hoặc hình quạt xuống đáy biển. Những thiết bị như vậy đã được cài đặt trên các tàu nghiên cứu khoa học và một số tàu dân sự. Điều này phần nào đẩy nhanh quá trình nghiên cứu đáy biển, nhưng các công việc vẫn chậm tiến độ: các cuộc khảo sát chỉ bao phủ một dải hẹp dọc theo hải trình của con tàu.
Ngày nay, các nhà thủy văn học có rất nhiều phương tiện kỹ thuật tùy ý sử dụng - từ các công nghệ viễn thám chủ động sử dụng các loại tia laser để khảo sát đối tượng từ xa (lidar) đến các phương tiện dưới nước được điều khiển từ xa có khả năng lặn ở độ sâu lớn. Tuy nhiên, các thiết bị này đều thực hiện các chức năng phụ trợ, còn sonar vẫn đóng vai trò chính.
Các nhà khoa học đã tính toán rằng, để tiến hành cuộc khảo sát bao phủ diện tích toàn bộ đáy đại dương với độ phân giải 100 mét, phải mất hàng chục năm và thực hiện hàng nghìn chuyến đi của các tàu địa vật lý chuyên dụng được trang bị hệ thống định vị thủy âm kiểu sonar (sonar viết tắt từ tiếng Anh: sound navigation and ranging).
Mục tiêu đầy tham vọng
Vào giữa những năm 2010, chỉ có 19% tổng diện tích đáy đại dương được lập bản đồ, trong đó không quá 6% được khảo sát chi tiết. Để khắc phục tình trạng này, quỹ từ thiện Nhật Bản Nippon Foundation và tổ chức phi lợi nhuận liên chính phủ GEBCO tham gia đo đạc độ sâu đại dương đã khởi động dự án Seabed 2030 vào năm 2016.
Dự án Seabed 2030 thu thập dữ liệu từ các chính phủ, công ty và viện nghiên cứu, đặt mục tiêu lập bản đồ 100% đáy đại dương năm 2030 dựa trên mạng lưới đo độ sâu toàn cầu của GEBCO. Những người khởi xướng dự án này kêu gọi các viện nghiên cứu, cơ quan chính phủ và các công ty tư nhân chia sẻ dữ liệu thủy văn.
Một số chính phủ đã hưởng ứng lời kêu gọi này. Ngoài ra, vào năm 2017, dự án đã nhận được tư cách là một chương trình chung của Tổ chức Thủy văn Quốc tế (IHO) và Ủy ban Hải dương học Liên chính phủ (IOC) của UNESCO. Cũng trong năm đó, Đại hội đồng Liên Hợp Quốc tuyên bố việc lập bản đồ toàn diện về đại dương là mục tiêu chính của "Thập kỷ Khoa học biển vì sự phát triển bền vững (giai đoạn 2021-2030)".
Nhờ có quan hệ đối tác toàn cầu, thêm 90 triệu km vuông đáy các đại dương đã được thám hiểm và lập bản đồ trong sáu năm kể từ khi bắt đầu Dự án Seabed 2030. Đến nay, các cuộc khảo sát chi tiết đã bao phủ 25% tổng diện tích các đại dương trên Trái Đất. Nhưng, 3/4 tổng diện tích đáy đại dương vẫn chưa có dữ liệu bản đồ. Vấn đề chính liên quan đến những hạn chế về công nghệ, đặc biệt là trong nghiên cứu về các vùng biển sâu, và chi phí cao cho các cuộc thám hiểm đại dương.
Theo quan niệm của ban tổ chức, nguồn thông tin chính phải là hàng trăm nghìn con tàu với nhiều mục đích khác nhau (từ tàu container khổng lồ đến tàu đánh cá và du thuyền tư nhân) được trang bị máy đo tiếng vang. Theo tính toán của các chuyên gia, nếu có ít nhất 200 tàu làm việc lâu dài trong khuôn khổ dự án Seabed 2030 thì mục tiêu sẽ đạt được đúng thời hạn đã đặt ra.
"Mỗi người liên quan đến đại dương đều đóng vai trò quan trọng trong việc lập bản đồ toàn bộ đáy biển trước cuối thập kỷ này", - theo Đại hội đồng của Tổ chức Thủy văn quốc tế (International Hydrographic Organization – IHO).
Bản đồ địa hình đáy biển của Pao Pao Seamount ở Thái Bình Dương dựa trên dữ liệu đo độ sâu đa tia
© Ảnh : NOAA Office of Ocean Exploration
Sát thủ tàu ngầm
Các phương pháp viễn thám có thể thúc đẩy quá trình lập bản đồ đáy biển. Nhưng, những máy quét radar từ vũ trụ đang được sử dụng thành công để vẽ bản đồ chi tiết về các vùng đất không thể xuyên qua cột nước.
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học bắt đầu sử dụng phương pháp giải đoán địa hình đáy biển bằng ảnh vệ tinh dựa trên việc theo dõi những thay đổi cục bộ nhỏ của mực nước biển. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng, trên các đỉnh núi ngầm mực nước biển là cao hơn một chút so với các đồng bằng biển thẳm. Sự khác biệt này được gọi là độ lệch dọc (VD) phản ánh gián tiếp độ gồ ghề đáy biển.
Phương pháp giải đoán địa hình đáy biển bằng ảnh vệ tinh dựa trên độ lệch dọc (VD) vượt trội đáng kể sonar về hiệu suất, nhưng không phù hợp cho các khảo sát thực tế, vì phương pháp này chỉ giúp phát hiện các vật thể lớn có chiều cao vài km. Tuy nhiên, phương pháp này đang được sử dụng thành công để lập bản đồ các núi ngầm lớn gây nguy hiểm nghiêm trọng cho tàu ngầm.
Có ít nhất hai trường hợp tàu ngầm Mỹ va phải núi ngầm. Tháng 10/2021, chiếc tàu ngầm hạt nhân USS Connecticut của Mỹ bị va chạm với một vật thể ở độ sâu khoảng 400 mét. Các nhà điều tra xác định chiếc tàu ngầm mắc cạn trên một ngọn núi dưới biển, vị trí của ngọn núi này chưa được xác định trước đây. Lò phản ứng hạt nhân và hệ thống đẩy của tàu không bị hư hại. Vụ va chạm làm một số thủy thủ bị thương.
Tháng 1/2005, tàu ngầm hạt nhân USS San Francisco đang di chuyển ở vùng biển đông nam đảo Guam ở Thái Bình Dương thì va phải một ngọn núi ngầm dưới biển ở độ sâu khoảng 160m.
Dữ liệu vệ tinh cũng được sử dụng để tìm kiếm khoáng sản dưới đáy biển - núi lửa ngầm chứa trữ lượng đáng kể các nguyên tố đa kim, mangan, coban và đất hiếm.
Hàng nghìn núi lửa mới
Gần đây, các nhà khoa học từ Mỹ và Hàn Quốc, dẫn đầu bởi Julie Gevorgian từ Viện Hải dương học Scripps ở California, đã phát triển một thuật toán để cải thiện độ chính xác của các quan sát vệ tinh. Dữ liệu ban đầu là một loạt các vệ tinh có khả năng quan sát Trái Đất tốt - CryoSat-2 của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) và Vệ tinh Ấn-Pháp SARAL là một sứ mệnh hợp tác công nghệ đo độ cao của Tổ chức Nghiên cứu Vũ trụ Ấn Độ (ISRO) và Trung tâm Nghiên cứu Vũ trụ Quốc gia Pháp (CNES).
Cách tiếp cận này đã giúp xác định 19.325 ngọn núi lửa dưới nước chưa từng được biết đến trước đây. Núi lửa nhỏ nhất có chiều cao 421 mét và hầu hết các núi lửa khác có chiều cao từ 700 đến 2.500 mét. Trước đó, một cuộc điều tra sonar đã lập bản đồ với 24.643 ngọn núi dưới đáy các đại dương được hình thành bởi hoạt động núi lửa. Bây giờ số lượng núi lửa ngầm đã tăng gần gấp đôi. Tuy nhiên, các nhà khoa học tin rằng đó vẫn chỉ là một phần nhỏ của thế giới núi lửa ẩn mình này, và trên đáy biển có thể có khoảng 55 nghìn đỉnh núi ngầm cao trên 2.500 mét.
Thuật toán mới để xử lý dữ liệu vệ tinh cho phép phát hiện những vật thể dưới đáy biển thậm chí còn nhỏ hơn với độ chính xác lên tới 270 mét. Phương pháp mới này cũng cho phép vẽ các bản đồ dựa trên độ lệch dọc (VD) có độ chính xác không thua kém kết quả quan sát sonar.