Một sợi cáp quang nằm tĩnh lặng dưới đáy biển đã ghi lại được 56.000 vụ vỡ băng chỉ trong vòng ba tuần. Thí nghiệm này tiết lộ chi tiết đáng kinh ngạc về cách các sông băng nứt vỡ, sụp đổ và tái định hình đại dương xung quanh chúng. Quá trình "đẻ băng" (Glacial calving) - khi các tảng băng tách rời khỏi sông băng - là một trong những dấu hiệu rõ rệt nhất của sự thay đổi tại các vùng cực.

Dọc theo bờ biển Greenland, những sự kiện này diễn ra liên tục, từ những mảnh vỡ nhỏ đến các khối băng khổng lồ lao xuống biển. Phần lớn các hoạt động này xảy ra bên dưới bề mặt và vẫn còn rất ít được hiểu rõ. Các nhà nghiên cứu từ lâu đã gặp khó khăn trong việc quan sát những gì xảy ra tại mặt trước bị ngập nước của sông băng. Viễn thám chỉ chụp được những gì nhô lên trên mực nước, để lại một khoảng trống dữ liệu lớn.

Ảnh minh hoạ

Đột phá cáp quang bên dưới vịnh hẹp

Để giải quyết thách thức này, một nhóm nghiên cứu do Dominik Gräff từ Đại học Washington dẫn đầu đã triển khai một sợi cáp quang dài 10 km xuyên qua một vịnh hẹp ở miền nam Greenland, gần sông băng Eqalorutsit Kangilliit Sermiat (EKaS). Theo một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature, sợi cáp được đặt cách mặt trước của sông băng khoảng 500 mét, biến đáy biển thành một hệ thống cảm biến liên tục.

Hoạt động này đòi hỏi việc điều hướng cẩn thận qua lớp "hỗn hợp băng" (ice mélange) dày đặc - một sự kết hợp thay đổi giữa băng biển và các tảng băng trôi có thể nhanh chóng bao vây con tàu. Gräff giải thích rằng:

“Nếu bạn đi quá chậm, lớp hỗn hợp băng mà bạn đẩy ra bằng con tàu sẽ đóng lại nhanh chóng. Và điều đó ngăn cản sợi cáp của bạn chìm xuống đáy.”

Sau khi lắp đặt thành công, hệ thống dựa vào cảm biến âm thanh phân tán (DAS) và cảm biến nhiệt độ phân tán (DTS). Các xung laser gửi qua sợi cáp đã phát hiện những rung động và thay đổi nhiệt độ dọc theo toàn bộ chiều dài của nó. Kỹ thuật này giúp có thể theo dõi các sự kiện chỉ kéo dài trong vài phần nghìn giây.

Sơ đồ quá trình vỡ băng với cảm biến sợi quang đặt dưới đáy biển. Nguồn: Nature

56.000 sự kiện hé lộ toàn bộ trình tự vỡ băng

Trong khoảng thời gian ba tuần, sợi cáp đã ghi nhận hơn 56.000 vụ tách tảng băng, cung cấp một hồ sơ liên tục về hoạt động vỡ băng. Khối lượng dữ liệu này là điều hiếm khi đạt được trong ngành băng hà học.

Các quan sát đã tiết lộ một trình tự rõ ràng. Nó bắt đầu bằng các vết nứt nội bộ bên trong sông băng, tạo ra các tín hiệu âm thanh truyền qua vịnh hẹp. Tiếp theo là sự tách rời của băng, tạo ra các sóng dưới nước và sự thay đổi áp suất có thể phát hiện dọc theo sợi cáp.

Một số sự kiện đã gây ra các trận sóng thần nhỏ cục bộ, trong khi những sự kiện khác tạo ra những xáo trộn tinh vi hơn. Hệ thống cũng phát hiện ra âm thanh của các tảng băng vỡ ra sau khi rơi xuống nước. Những tín hiệu này giống với giai đoạn nứt vỡ ban đầu nhưng có nguồn gốc từ bên trong vịnh hẹp.

Theo nhà địa chấn học Andreas Fichtner từ ETH Zürich, việc ghi lại được nhiều quy trình vật lý khác nhau trong một khoảng thời gian ngắn như vậy là điều bất thường. Ông lưu ý rằng:

“Có rất ít bộ dữ liệu địa chấn mà trong một khoảng thời gian ngắn như vậy, bạn có thể ghi lại được nhiều hiện tượng khác nhau đến thế.”

Hệ thống DAS ghi lại các tín hiệu về mô hình sóng vỡ băng. Nguồn: Nature

Động lực học dưới nước cuối cùng đã được hé lộ

Bên cạnh những vụ vỡ băng có thể nhìn thấy, sợi cáp còn tiết lộ những chuyển động phức tạp của nước vốn hiếm khi được quan sát trực tiếp. Trong số đó có "sóng trọng trường nội bộ", di chuyển dọc theo ranh giới giữa nước ngọt lạnh từ băng tan và nước mặn ấm hơn bên dưới.

Khi các tảng băng trôi ra xa sông băng, chúng tạo ra các vệt nước khuấy động các lớp nước này. Chuyển động này ảnh hưởng đến cách nhiệt lượng được phân phối trong vịnh hẹp và tác động đến tốc độ tan chảy của phần băng chìm dưới nước. Theo báo cáo của Tạp chí EOS, các phép đo nhiệt độ của sợi cáp đã ghi lại được những thay đổi tinh vi này trong thời gian thực.

Các nhà nghiên cứu cũng quan sát thấy chuyển động của tảng băng dẫn dắt các mô hình lưu thông nước như thế nào, thêm một lớp hiểu biết khác vào quá trình vỡ băng. Những tương tác này giữa băng và đại dương thường bị thiếu trong các mô hình hiện tại.

Nguồn: Daily Galaxy