Giải mã bí ẩn những hố khổng lồ trong lớp băng vĩnh cửu ở Siberia

Hố sụt khổng lồ ở Siberia. Ảnh: TASS

Mười năm trước, một hố bí ẩn khổng lồ xuất hiện ở vùng Bắc Cực thuộc Nga. Đó là một miệng hố hình răng cưa rộng hàng trăm mét, phía dưới là vực thẳm đen ngòm. Chiếc hố được bao quanh bởi những khối đất và băng khổng lồ, minh chứng cho sức mạnh dữ dội đã tạo ra nó.

Kể từ năm 2014, trên 20 hố nổ như vậy đã xuất hiện, tạo thành những “vết rỗ” khổng lồ trên vùng đất xa xôi của Bán đảo Yamal và Gydan ở Tây Bắc Siberia, với hố gần đây nhất được phát hiện vào tháng 8.

Các miệng hố bí ẩn vừa khiến các nhà khoa học tò mò vừa khiến họ bối rối, sau nhiều năm cố gắng giải mã cách chúng xuất hiện. Một loạt giả thuyết đã được đưa ra, bao gồm các lý thuyết hoang đường hơn như thiên thạch va chạm hoặc thậm chí là do tác động của người ngoài hành tinh.

Giờ đây, một nhóm kỹ sư, nhà vật lý và nhà khoa học máy tính cho biết họ đã tìm ra một lời giải thích mới. Những phát hiện của họ, được nêu trong một nghiên cứu được công bố vào tháng 10, cho thấy đó là sự kết hợp giữa biến đổi khí hậu do con người gây ra và hoạt động địa chất bất thường của khu vực.

Các nhà khoa học đã nhất trí chung rằng các hố khổng lồ đó hình thành khi các khí bị mắc kẹt bên dưới lãnh nguyên — bao gồm cả khí mê-tan làm nóng hành tinh — tích tụ dưới lòng đất, khiến một gò đất xuất hiện trên bề mặt. Khi áp suất bên dưới vượt quá sức mạnh của mặt đất bên trên, gò đất sẽ phát nổ, phun ra khí.

Những gì vẫn đang được tranh luận là các cơ chế cụ thể hơn về cách áp suất tăng lên và dòng khí đến từ đâu.

Đầu tiên, nhóm nghiên cứu do bà Ana Morgado – tại Đại học Cambridge dẫn đầu, đã quyết định xem xét liệu các vụ nổ có phải là phản ứng hóa học hay không, nhưng điều này đã nhanh chóng bị loại trừ. Bà Morgado cho biết: "Không có báo cáo nào về bất cứ điều gì liên quan đến quá trình đốt cháy hóa học. Vậy thì liệu đó có phải là quá trình vật lý, giống như việc bơm lốp xe chăng”.

Cuối cùng, những gì các nhà nghiên cứu tìm thấy đã xoay quanh địa chất phức tạp của vùng Siberia này.

Một hố sụt khổng lồ khác ở Siberia. Ảnh: Sputnik

Diễn biến như sau: bên dưới mặt đất là lớp đất đóng băng vĩnh cửu dày — một hỗn hợp đất, đá và trầm tích được nén lại với nhau bằng băng. Bên dưới là một lớp hydrat methane (mê-tan), một dạng mê-tan rắn.

Kẹp giữa hai lớp này là những túi nước mặn, không đóng băng khác thường, dày khoảng 1,2 mét, được gọi là "cryopeg".

Theo nghiên cứu, khi biến đổi khí hậu khiến nhiệt độ ấm hơn, lớp đất trên cùng đang tan chảy, khiến nước chảy xuống qua lớp đất đóng băng vĩnh cửu và vào lớp cryopeg, thấm vào túi nước mặn này.

Vấn đề là không có đủ không gian cho lượng nước thừa, vì vậy lớp băng giá sẽ phồng lên, áp suất tăng lên và mặt đất nứt ra, tạo ra các vết nứt trên bề mặt. Các vết nứt này khiến áp suất giảm nhanh ở độ sâu, phá hỏng lớp hydrat methane và gây ra sự giải phóng khí nổ.

Nghiên cứu phát hiện ra rằng “điệu nhảy” phức tạp này giữa lớp đất đóng băng vĩnh cửu và mê-tan tan chảy có thể kéo dài hàng thập kỷ trước khi xảy ra một vụ nổ.

Bà Morgado cho biết quá trình này "rất đặc thù đối với khu vực", vì vậy mặc dù bà tin rằng họ đã giải được bí ẩn ở khu vực Bắc Cực này, nhưng nếu các hố nổ tương tự xuất hiện ở những nơi có địa chất khác, "có thể sẽ có một bí ẩn khác cần giải quyết".

Trong khi đó, các nhà khoa học khác không chắc chắn rằng câu đố đã được giải quyết.

Evgeny Chuvilin, nhà khoa học nghiên cứu chính tại Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo ở Moscow, người đã dành nhiều năm nghiên cứu kỹ lưỡng các miệng hố, cho biết ý tưởng của nghiên cứu này là "mới lạ" nhưng lại bác bỏ nó.

Ông nói với CNN rằng lớp đất đóng băng vĩnh cửu ở Tây Bắc Siberia rất khác thường vì có hàm lượng băng và mê-tan rất cao. Sẽ rất khó để nước từ lớp đất trên cùng đẩy qua lớp băng dày này để đến được các lớp băng dày đặc bên dưới lòng đất.

Ông cho rằng những phát hiện trên "vẫn còn quá chung chung" và không tính đến sự phức tạp của khu vực.

Nghiên cứu của riêng ông tập trung vào quá trình tích tụ mê-tan trong các khoang rỗng ở các tầng trên của lớp đất đóng băng vĩnh cửu, trước khi áp suất tăng cao đến mức phát nổ.

Ông cho biết vẫn còn nhiều việc phải làm để giúp giải quyết những bí ẩn về cách thức chính xác mà quá trình này diễn ra.

Lauren Schurmeier, một nhà địa vật lý tại Đại học Hawaii, cũng đồng tình với sự thận trọng của ông. Bà Schurmeier cho biết mặc dù nghiên cứu có lý về mặt lý thuyết, nhưng vẫn còn "nhiều nguồn khí tiềm năng cho các hố bí ẩn này".

Về phần mình, bà Morgado cho biết bà tin tưởng vào lý thuyết này nhưng "luôn có thể làm sáng tỏ lý thuyết này bằng cách xem xét các yếu tố bổ sung".

Tuy nhiên, điều mà hầu hết các nhà khoa học đều đồng ý là biến đổi khí hậu đang đóng một vai trò nào đó và có thể dẫn đến sự gia tăng các hố sụt như vậy trong tương lai.

Nhà khoa học Chuvilin cho biết hiện tượng nóng lên toàn cầu "ảnh hưởng đến độ bền của đá đóng băng phủ trên lớp băng ngầm với các khoang chứa đầy khí", khiến khí dễ dàng phun trào từ bên dưới. Khi biến đổi khí hậu tăng tốc, nó có thể dẫn đến sự suy thoái băng vĩnh cửu nhiều hơn, các vụ phun trào khí mạnh và các hố va chạm mới.

Nhà địa vật lý Schurmeier nói thêm: "Biến đổi khí hậu có thể là động lực chính". Nhiều hố nổ xuất hiện sau những mùa hè ấm bất thường và chúng ta có thể chứng kiến nhiều hố nổ hơn khi Bắc Cực ấm lên.

Các vụ nổ tạo ra hố như vậy cũng sẽ góp phần vào biến đổi khí hậu. Mỗi vụ nổ sẽ phun ra khí mê-tan vốn trước đó bị nhốt sâu trong lòng đất, một loại khí có hiệu quả giữ nhiệt trong khí quyển cao hơn carbon dioxide tới 80 lần trong thời gian ngắn.