Núi Lửa Dưới Biển Là Gì? Cấu Trúc Và Hoạt Động Phun Trào Đại Dương

Phần lớn các vụ phun trào núi lửa trên Trái Đất diễn ra ở nơi không ai nhìn thấy: dưới đáy đại dương. Đó là thế giới của núi lửa dưới biển (submarine volcano), những lỗ phun và khe nứt nằm hoàn toàn hoặc phần lớn dưới mặt nước. Theo ước tính của NOAA, các sống núi giữa đại dương tạo ra khoảng 75% lượng magma phun ra mỗi năm trên hành tinh. Chúng tôi viết bài này để giải thích núi lửa dưới biển là gì, hoạt động khác núi lửa trên cạn ở điểm nào, có những ví dụ nào đáng chú ý và vì sao có lúc chúng trở thành mối đe dọa thật sự.

Núi Lửa Dưới Biển Là Gì?

Núi lửa dưới biển là những lỗ phun hoặc khe nứt dưới đáy biển và đại dương, nơi magma từ lòng Trái Đất trào ra qua lớp vỏ đại dương. Nhiều núi lửa dưới biển nằm gần các vùng hình thành mảng kiến tạo, tức các sống núi giữa đại dương, nơi hai mảng tách xa nhau. Ước tính có hơn một triệu núi lửa dưới biển, phần lớn đã tắt, và khoảng 75.000 ngọn trong số đó nhô cao hơn 1 km so với đáy biển. Trong thời kỳ Holocene, chỉ khoảng 119 ngọn được xác nhận từng phun trào, vì phần lớn đáy đại dương vẫn chưa được khám phá.

• Áp suất nước kìm hãm vụ nổ: Ở vùng nước sâu, áp suất cột nước rất lớn. Dưới độ sâu khoảng 2.200 mét, nước không còn sôi được nữa mà trở thành chất lưu siêu tới hạn, nên các vụ nổ thường bị kìm lại. Nhưng ở vùng nước nông, vụ nổ có thể mạnh hơn nhiều.
• Dung nham gối (pillow lava): Khi dung nham chạm vào nước biển lạnh, một lớp vỏ rắn hình thành ngay quanh dòng chảy. Dung nham tiếp tục đẩy qua lớp vỏ ấy và tạo thành những khối tròn như chiếc gối, xếp chồng lên nhau.
• Nguội nhanh, hóa thủy tinh: Nước làm magma nguội và đông cứng nhanh hơn nhiều so với trên cạn, thường biến thành thủy tinh núi lửa, nên dung nham dưới biển khác hẳn dung nham trên đất liền.
• Ống khói thủy nhiệt (hydrothermal vent): Nước biển ngấm xuống khe nứt, bị buồng magma làm nóng, hòa tan khoáng chất rồi phun ngược lên. Ở các ống khói đen (black smoker), các hạt sulfide kết tủa khi dòng nước nguội đi tạo nên làn khói đen, và nhiệt độ có thể lên đến khoảng 350 độ C.

(Xem thêm: Vesuvius Là Núi Lửa Gì? Cấu Trúc Và Thảm Họa Pompeii)

Quá Trình Hình Thành Núi Ngầm Và Đảo Núi Lửa

Một ngọn núi lửa dưới biển có thể lớn dần qua nhiều đợt phun, và đôi khi trồi lên khỏi mặt nước. Quá trình này thường diễn ra như sau:

1. Magma dâng lên qua lớp vỏ đại dương, thường ở sống núi giữa đại dương hoặc vùng điểm nóng.
2. Magma trào ra đáy biển, gặp nước lạnh và tạo vỏ rắn, hình thành dung nham gối.
3. Các đợt phun lặp lại chồng thêm dung nham lên nhau, và ngọn núi cao dần từ đáy đại dương.
4. Nước biển ngấm qua khe nứt, bị nung nóng và phun ngược lên, tạo thành các ống khói thủy nhiệt quanh núi.
5. Nếu đỉnh núi vượt qua mặt biển, nó trở thành đảo núi lửa. Nhiều đảo mới như vậy chỉ tồn tại trong thời gian ngắn rồi bị sóng biển bào mòn.
6. Nếu đỉnh vẫn nằm dưới nước, ngọn núi được gọi là núi ngầm (seamount), nhiều ngọn trong số đó đã ngừng hoạt động.

Các Đặc Điểm Và Tác Động Địa Hình

• Núi ngầm (seamount): Các nhà hải dương học định nghĩa núi ngầm là địa hình độc lập nhô lên ít nhất 1.000 mét so với đáy biển. Trên thế giới có khoảng 30.000 núi ngầm, nhưng chỉ một số ít được nghiên cứu.
• Sống núi giữa đại dương: Hệ thống này kéo dài hơn 60.000 km quanh hành tinh như đường may trên quả bóng chày, nơi các mảng tách giãn và sinh ra lớp vỏ đại dương mới.
• Hệ sinh thái đặc biệt: Nhiệt và hóa chất từ magma nuôi dưỡng những hệ sinh thái hiếm có ở đáy biển sâu, nơi sinh vật sống mà không cần ánh sáng mặt trời.
• Nguy cơ ở vùng nước nông: Khi núi lửa hoạt động gần mặt nước hoặc xảy ra sụt lở, nó có thể gây sóng thần, hoặc tạo ra các mảng đá bọt trôi nổi che phủ mặt biển.

Những Ngọn Núi Lửa Dưới Biển Nổi Tiếng

• Hunga Tonga-Hunga Haʻapai (Tonga): Ngày 15 tháng 1 năm 2022, ngọn núi lửa dưới biển này phun trào dữ dội, đẩy cột khói lên gần 58 km chỉ trong khoảng 30 phút và chạm đến tầng trung quyển. Theo NASA, đó là cột khói cao nhất từng được vệ tinh ghi nhận, cao gấp 1,5 lần kỷ lục trước đó của Pinatubo. Vụ phun gây sóng thần phá hủy nhiều ngôi nhà trên các đảo lân cận, tạo ra sóng áp suất lan quanh Trái Đất, và tiếng nổ nghe được tận Alaska. Khi xem lại những hình ảnh vệ tinh của khoảnh khắc ấy, chúng tôi không khỏi choáng ngợp trước sức mạnh có thể ẩn dưới một vùng biển tưởng như yên ả.
• Axial Seamount (Thái Bình Dương): Núi ngầm cách bờ biển Oregon khoảng 480 km, nằm dọc sống núi nơi hai mảng đại dương tách ra. Đây là núi lửa dưới biển hoạt động mạnh nhất vùng đông bắc Thái Bình Dương, đã phun trào năm 1998, 2011 và 2015.
• Kavachi (quần đảo Solomon): Núi lửa dưới biển này đã tự dựng mình lên khỏi mặt nước ít nhất chín lần kể từ năm 1950, với 25 vụ phun dưới biển được biết đến từ năm 1938.
• West Mata (Tây Nam Thái Bình Dương): Năm 2009, các nhà khoa học quay được cảnh núi lửa này phun trào ở độ sâu khoảng 1.200 mét, kèm theo ghi âm bằng thiết bị hydrophone, một trong những lần ghi hình sâu nhất từ trước đến nay.

Quan Trắc Và Nghiên Cứu Núi Lửa Dưới Biển

Trước khoảng năm 1990, giới khoa học biết rằng núi lửa dưới biển phun trào thường xuyên nhưng không biết khi nào hay ở đâu. Từ khi sử dụng hệ thống hydrophone dưới nước để phát hiện các trận động đất nhỏ do magma di chuyển, việc theo dõi đã thay đổi:

• Hydrophone (micro dưới nước): Lắng nghe sóng âm truyền qua nước biển để phát hiện chấn động và tiếng nổ từ đáy sâu. Năm 2015, vụ phun của Axial Seamount là vụ phun dưới biển đầu tiên được ghi lại theo thời gian thực nhờ mạng cảm biến nối cáp ngoài khơi Oregon.
• Thiết bị đo áp suất và độ nghiêng đáy biển: Theo dõi đáy biển phồng lên hay sụt xuống khi magma nạp vào hoặc rút đi. Nhờ chu kỳ này, các nhà khoa học đã dự báo vụ phun năm 2015 của Axial Seamount từ bảy tháng trước, và trong vụ phun ấy đáy biển sụt hơn 8 feet.
• Robot lặn điều khiển từ xa (ROV): Khảo sát trực tiếp dung nham gối, ống khói thủy nhiệt và thu thập mẫu vật ở đáy biển, như các sứ mệnh Ring of Fire của NOAA ở cung đảo Mariana.

Câu Hỏi Thường Gặp

• Núi lửa dưới biển là gì? Đó là những lỗ phun hoặc khe nứt dưới đáy biển, nơi magma trào ra qua lớp vỏ đại dương.
• Có bao nhiêu núi lửa dưới biển? Ước tính có hơn một triệu, phần lớn đã tắt. Chỉ khoảng 119 ngọn được xác nhận từng phun trào trong thời kỳ Holocene.
• Dung nham gối là gì? Đó là các khối dung nham tròn như chiếc gối, hình thành khi dung nham nóng chạm nước biển lạnh và tạo vỏ rắn ngay quanh nó.
• Núi lửa dưới biển có gây sóng thần không? Có thể, nhất là khi hoạt động ở vùng nước nông hoặc khi xảy ra sụt lở lớn. Vụ Hunga Tonga năm 2022 là ví dụ nổi bật.
• Núi lửa dưới biển có nguy hiểm cho con người không? Phần lớn nằm quá sâu và quá xa bờ nên không gây nguy hiểm. Axial Seamount là ví dụ, vì nó nằm sâu và cách bờ khoảng 480 km nên không đe dọa người dân trên đất liền. Nguy cơ chủ yếu đến từ các núi lửa nằm ở vùng nước nông.
• Núi ngầm khác núi lửa dưới biển ở điểm nào? Núi ngầm là một loại núi lửa dưới biển, thường đã tắt và nhô lên ít nhất 1.000 mét so với đáy biển, nhưng đỉnh vẫn nằm dưới mặt nước.

Kết Luận

Núi lửa dưới biển cho thấy phần lớn hoạt động núi lửa của Trái Đất diễn ra lặng lẽ dưới đáy đại dương, nơi mắt người hiếm khi chạm tới. Chúng tôi nghĩ rằng điều đáng suy ngẫm nhất là chúng ta mới chỉ khám phá một phần rất nhỏ của thế giới này, và mỗi vụ phun như Hunga Tonga lại nhắc rằng những gì ẩn dưới mặt nước có thể ảnh hưởng đến cả bầu khí quyển. Việc nghiên cứu các hệ thống này giúp con người hiểu rõ hơn nguồn gốc lớp vỏ đại dương và cách sự sống tồn tại ở những nơi khắc nghiệt nhất hành tinh.

Nguồn tham khảo:

• Submarine Volcanoes, Volcano World, Oregon State University
• Tonga Volcano Plume Reached the Mesosphere, NASA Earth Observatory