Maar Là Núi Lửa Gì? Cấu Trúc Địa Chất Và Cơ Chế Hình Thành Miệng Hố Hồ Nước
Bài viết phát hành:
Cập nhật lần cuối:
Chúng tôi luôn thấy một nghịch lý đầy mê hoặc ở núi lửa maar (Maar volcano). Một hồ nước xanh phẳng lặng nằm giữa đồng cỏ, yên đến mức khó ai nghĩ nơi ấy từng là một vụ nổ dữ dội. Maar không có hình nón cao như núi lửa tầng. Thứ chúng để lại là một miệng hố rộng, nông, lõm xuống mặt đất, sinh ra khi magma nóng rực gặp nước ngầm và tạo nên những vụ nổ thủy magmatic (phreatomagmatic eruption).
Bài viết này sẽ đi từ định nghĩa, cơ chế hình thành đến những hồ maar nổi tiếng. Chúng tôi cũng kể lại câu chuyện về hồ Nyos, nơi một hồ maar từng gây ra một trong những thảm họa khí độc đau lòng nhất lịch sử hiện đại.
Núi Lửa Maar Là Gì?
Núi lửa maar là một miệng hố nhỏ do vụ nổ núi lửa nhiệt độ thấp tạo ra và không gắn với nón núi lửa. Vành đất đá văng ra quanh miệng hố thường rất thấp, nhiều khi khó nhận ra bằng mắt thường. Theo bách khoa toàn thư Britannica, những maar nổi tiếng nhất nằm ở vùng Eifel của Đức, nơi nhiều hố chứa những hồ nước xanh nhỏ xinh.
Các nhà địa chất còn phân biệt maar với vòng tuf (tuff ring). Maar là hố cắt xuống dưới mặt đất xung quanh, còn vòng tuf có miệng hố nằm cao hơn mặt đất và được bao bởi một vành vật liệu núi lửa.
(Xem thêm: Caldera Là Núi Lửa Gì? Cấu Trúc Địa Chất Và Sức Mạnh Lòng Chảo Sụt Lở)
Núi Lửa Maar Hình Thành Như Thế Nào
Cơ chế hình thành maar nghe đơn giản nhưng sức tàn phá thì rất lớn. Chúng tôi tóm tắt qua ba bước:
- Magma gặp nước ngầm: Magma dâng lên từ sâu bên dưới và chạm vào tầng nước ngầm gần mặt đất. Chênh lệch nhiệt độ quá lớn khiến nước hóa hơi gần như tức thì.
- Những vụ nổ liên tiếp: Hơi nước giãn nở mạnh xé vỡ lớp đá bên trên và thổi mảnh vụn lên không trung. Thường không chỉ có một vụ nổ mà là chuỗi nhiều vụ nổ rời rạc, mỗi lần lại khoét sâu và mở rộng thêm miệng hố.
- Hố sụt và vành mảnh vụn: Phần đất đá quanh vụ nổ sụt xuống, còn tro và mảnh đá rơi lại thành vành đai thấp xung quanh.
Bên dưới miệng hố thường có một ống dẫn hình phễu chứa đầy vật liệu vụn, các nhà địa chất gọi là diatreme. Ống này có thể kéo dài từ vài trăm mét đến khoảng hai kilômét xuống lòng đất rồi nối với đường dẫn magma. Có những maar lớn nhanh đến bất ngờ. Maar Ukinrek East, chẳng hạn, đạt đường kính khoảng 340 mét và sâu 70 mét chỉ sau vài ngày phun trào.
Đặc Điểm Hình Thái Dễ Nhận Biết
Nếu từng nhìn một hồ maar từ xa, bạn sẽ hiểu vì sao chúng dễ bị bỏ sót. Maar không có đỉnh nhọn, không có sườn dốc, chỉ có một vùng trũng tròn nằm yên trong cảnh quan. Những đặc điểm chính gồm:
- Vành đai thấp và thoải: Khác với nón xỉ hay núi lửa tầng dốc đứng, vành quanh maar rất thấp, đôi khi gần như hòa vào địa hình xung quanh.
- Miệng hố rộng và nông: Đường kính lớn so với độ sâu, đáy hố thường nằm dưới mực nước ngầm nên nước dần tích tụ thành hồ.
- Thường là núi lửa đơn sinh: Phần lớn maar hình thành trong một đợt phun trào duy nhất rồi ngừng hoạt động, để lại hố ổn định qua hàng nghìn năm.
Những Hồ Maar Nổi Tiếng Trên Thế Giới
- Vùng Eifel (Đức): Cái nôi nghiên cứu maar của thế giới. Những hồ nước xanh nhỏ nằm rải rác trên cao nguyên, tiêu biểu là Weinfelder Maar, thường xuất hiện trong sách giáo khoa địa chất.
- Hồ Nyos và hồ Monoun (Cameroon): Hai hồ maar sâu nằm trên Tuyến núi lửa Cameroon, nổi tiếng vì các vụ phun khí CO2 chết người vào thập niên 1980.
- Cánh đồng núi lửa Auckland (New Zealand): Thành phố Auckland nằm ngay trên một cánh đồng núi lửa đơn sinh, trong đó có nhiều miệng hố nổ và hồ nước nhỏ.
Hồ Nyos Và Monoun, Khi Vẻ Đẹp Trở Thành Thảm Họa
Đây là phần chúng tôi thấy khó viết nhất, vì phía sau những con số là rất nhiều gia đình. Ngày 15 tháng 8 năm 1984, người ta tìm thấy thi thể của 37 người nằm dọc con đường bên hồ Monoun ở Cameroon. Lúc đầu nhiều người nghĩ đến một vụ thảm sát, rồi đến một dịch bệnh lạ. Hai năm sau, đêm 21 tháng 8 năm 1986, hồ Nyos cách đó khoảng 100 kilômét tạo nên một thảm họa lớn hơn rất nhiều. Hơn 1.700 người thiệt mạng, có nạn nhân ở cách hồ tới 26 kilômét, cùng với gia súc, chim chóc và côn trùng. Ở ngôi làng Nyos, chỉ có sáu người sống sót.
Ban đầu giới khoa học nghi ngờ một ngọn núi lửa ngầm dưới đáy hồ đã phun trào. Nhưng khi xuống kiểm tra, các nhà nghiên cứu thấy nước dưới sâu vẫn trong, trầm tích không bị xáo trộn và nhiệt độ thấp, tức là không có vụ phun magma nào. Nước lấy từ đáy hồ sủi bọt mạnh khi lên mặt nước, cho thấy nó bão hòa khí CO2. Hóa ra chính cái hồ là thủ phạm. Hiện tượng này được gọi là phun trào limnic (limnic eruption).
Cơ chế như sau. Khí CO2 từ khối magma sâu bên dưới thấm dần vào nước ngầm rồi đổ vào đáy hồ suốt nhiều thập kỷ. Hồ Nyos và Monoun thuộc loại hồ không đảo trộn theo mùa (meromictic), nên các tầng nước luôn tách biệt và khí cứ thế dồn lại dưới đáy, bị nén bởi áp suất lớn. Khi có một tác nhân kích hoạt, tại Nyos nhiều khả năng là một vụ lở đất, khí thoát ra ồ ạt. Hồ Nyos giải phóng khoảng một kilômét khối CO2, lớp khí nặng hơn không khí này tràn xuống các thung lũng với tốc độ tới 70 kilômét mỗi giờ. Khi CO2 chiếm hơn 10 phần trăm không khí, con người mất ý thức rất nhanh, mà khí này lại không màu, không mùi.
Cách Con Người Giám Sát Và Xử Lý Rủi Ro
Sau thảm họa, một nhóm khoa học gia và kỹ sư quốc tế cùng chính phủ Cameroon bắt tay tìm cách rút khí ra khỏi các hồ một cách an toàn. Giải pháp được chọn là đặt những ống dẫn thẳng đứng xuống tầng nước giàu khí để CO2 thoát lên mặt hồ từ từ. Đây là những mốc chính:
- Năm 2001: Ống đầu tiên được đặt xuống hồ Nyos và việc khử khí liên tục bắt đầu.
- Năm 2003: Hồ Monoun nhận ống khử khí đầu tiên, sau đó thêm hai ống vào năm 2006.
- Năm 2010: Nhờ nguồn tài trợ từ Chương trình Phát triển Liên Hợp Quốc, hồ Nyos được lắp thêm hai ống nữa.
- Năm 2012: Lượng CO2 trong hồ Nyos đã giảm khoảng 40 phần trăm so với năm 2001, còn hồ Monoun chỉ còn mức khí không đáng kể.
Bài học từ Cameroon chưa dừng lại ở đó. Hồ Kivu, nằm giữa Rwanda và Cộng hòa Dân chủ Congo, rộng khoảng 2.370 kilômét vuông và có chừng 2 triệu người sống quanh hồ. Theo bài viết của tạp chí Earth đăng năm 2014, đáy hồ chứa khoảng 300 kilômét khối CO2 và 60 kilômét khối khí metan, và khi đó chưa có dự án khử khí nào được triển khai. Vì vậy việc theo dõi nồng độ khí hòa tan trong các hồ núi lửa vẫn cần duy trì lâu dài.
Giá Trị Khoa Học Của Hồ Maar
Dù có mặt tối, hồ maar vẫn là kho lưu trữ quý với giới khoa học. Do là những vùng trũng kín, nhiều hồ maar tích tụ trầm tích đều đặn qua hàng nghìn năm. Các lớp bùn đáy hồ có thể ghi lại thay đổi khí hậu, thảm thực vật và cả các biến cố địa chất trong quá khứ. Với chúng tôi, mỗi lõi khoan trầm tích giống như một cuốn nhật ký mà Trái Đất đã viết lặng lẽ suốt thời gian dài.
Câu Hỏi Thường Gặp Về Núi Lửa Maar
Núi Lửa Maar Có Còn Hoạt Động Không?
Phần lớn maar là núi lửa đơn sinh, nghĩa là chỉ phun trào một đợt rồi ngừng. Nhưng một số hồ maar vẫn cần theo dõi vì khí hòa tan có thể tích tụ dưới đáy.
Vì Sao Hồ Maar Thường Rất Tròn Và Đẹp?
Vì chúng được tạo từ các vụ nổ bắt nguồn từ một điểm, sức nổ lan đều ra mọi hướng và khoét thành miệng hố gần tròn. Về sau nước ngầm và nước mưa lấp đầy hố.
Phun Trào Limnic Có Xảy Ra Ở Mọi Hồ Maar Không?
Không. Hiện tượng này đòi hỏi hồ phải sâu, các tầng nước tách biệt và có nguồn CO2 liên tục từ bên dưới. Theo tạp chí Earth, chỉ ba hồ trên thế giới được biết là tích tụ khí nguy hiểm ở mức này, gồm Nyos, Monoun và Kivu.
Kết Luận
Núi lửa maar cho thấy năng lượng lòng đất và nước ngầm có thể tạo nên cả vẻ đẹp lẫn hiểm họa. Chúng tôi mong bài viết giúp bạn nhìn một hồ nước xanh yên ả bằng con mắt khác, vừa trân trọng vẻ đẹp, vừa hiểu rằng phía sau là cả một câu chuyện địa chất đầy sức nặng. Việc nghiên cứu, giám sát và khử khí ở các hồ như Nyos cho thấy thấy khoa học có thể biến bài học đau thương thành sự bảo vệ cho cộng đồng.
Nguồn tham khảo:
