Các hố đại dương là gì?
Các hố đại dương là vực thẳm dưới đáy biển được hình thành do hoạt động của các mảng kiến tạo của Trái đất, khi hội tụ cái này bị đẩy xuống dưới cái kia.
Những vết lõm hình chữ V dài và hẹp này là phần sâu nhất của đại dương và được tìm thấy trên khắp thế giới đạt độ sâu khoảng 10 km dưới mực nước biển.
Ở Thái Bình Dương là những hố sâu nhất và là một phần của cái gọi là "Vành đai lửa" cũng bao gồm các vùng núi lửa và động đất đang hoạt động.
Các rãnh đại dương sâu nhất là Mariana Trench nằm gần quần đảo Marinas với chiều dài hơn 1.580 dặm hoặc 2.542 km, còn 5 lần so với Grand Canyon ở Colorado, Hoa Kỳ và trung bình chỉ là 43 dặm ( 69 km) rộng.
Ở đó, Challenger Abyss nằm ở độ cao 10.911 mét là phần sâu nhất của đại dương. Tương tự như vậy, các ngôi mộ của Tonga, Kuriles, Kermadec và Philippines sâu hơn 10.000 mét.
So sánh, đỉnh Everest có độ cao 8.848 mét so với mực nước biển, điều đó có nghĩa là rãnh Mariana ở phần sâu nhất của nó sâu hơn 2.000 mét.
Các hố đại dương chiếm lớp sâu nhất của đại dương. Áp lực dữ dội, thiếu ánh sáng mặt trời và nhiệt độ lạnh lẽo của nơi này khiến nó trở thành một trong những môi trường sống độc đáo nhất trên Trái đất.
Rãnh đại dương được hình thành như thế nào?
Các hố được hình thành bởi sự hút chìm, một quá trình địa vật lý trong đó hai hoặc nhiều mảng kiến tạo của Trái đất hội tụ và lâu đời nhất và dày đặc nhất được đẩy dưới tấm nhẹ hơn khiến đáy biển và lớp vỏ ngoài (thạch quyển) nó uốn cong và tạo thành một độ dốc, một vết lõm hình chữ V.
Khu vực hút chìm
Nói cách khác, khi cạnh của một mảng kiến tạo dày đặc gặp cạnh của một mảng kiến tạo ít đậm đặc hơn, mảng dày đặc hơn uốn cong xuống. Loại ranh giới giữa các lớp của thạch quyển được gọi là hội tụ. Nơi mà mảng dày nhất bị hút chìm được gọi là vùng hút chìm.
Quá trình hút chìm làm cho các hố địa chất động, chịu trách nhiệm cho một phần quan trọng của hoạt động địa chấn của Trái đất và thường là tâm chấn của các trận động đất lớn, bao gồm một số trận động đất lớn nhất được ghi nhận.
Một số rãnh đại dương được hình thành do sự hút chìm giữa một mảng mang lớp vỏ lục địa và một mảng mang lớp vỏ đại dương. Lớp vỏ lục địa luôn nổi nhiều hơn lớp vỏ đại dương và lớp sau sẽ luôn bị hút chìm.
Các rãnh đại dương được biết đến nhiều nhất là kết quả của ranh giới này giữa các mảng hội tụ. Rãnh Peru-Chile trên bờ biển phía tây Nam Mỹ được hình thành bởi lớp vỏ đại dương của mảng Nazca hút chìm dưới lớp vỏ lục địa của mảng Nam Mỹ.
Rãnh Ryukyu, kéo dài từ miền nam Nhật Bản, được hình thành theo cách mà lớp vỏ đại dương của mảng Philippines chìm dưới lớp vỏ lục địa của mảng Á-Âu.
Hiếm khi hố đại dương có thể được hình thành khi hai mảng mang vỏ lục địa gặp nhau. Rãnh Marianas, ở Nam Thái Bình Dương, được hình thành khi mảng Thái Bình Dương hùng vĩ bị nhấn chìm dưới mảng nhỏ nhất và dày đặc nhất của Philippines.
Trong một khu vực hút chìm, một phần của vật liệu nóng chảy, trước đây là đáy biển, thường được nuôi thông qua các núi lửa nằm gần hố. Núi lửa thường tạo ra các vòm núi lửa, một hòn đảo của chuỗi núi nằm song song với hố.
Rãnh Aleutian được hình thành nơi mảng Thái Bình Dương chìm dưới mảng Bắc Mỹ ở khu vực Bắc Cực giữa bang Alaska ở Hoa Kỳ và vùng Siberia của Nga. Quần đảo Aleutian tạo thành một vòng cung núi lửa rời khỏi Bán đảo Alaska và ngay phía bắc của rãnh Aleutian.
Không phải tất cả các rãnh đại dương đều ở Thái Bình Dương. Rãnh Puerto Rico là một trầm cảm kiến tạo phức tạp, một phần được hình thành bởi khu vực hút chìm của Anter Lesser. Tại đây, lớp vỏ đại dương của mảng khổng lồ Bắc Mỹ bị nhấn chìm dưới lớp vỏ đại dương của mảng Caribbean nhỏ nhất.
Tại sao rãnh đại dương quan trọng?
Kiến thức về các rãnh đại dương bị hạn chế do độ sâu và vị trí xa, nhưng các nhà khoa học biết rằng chúng đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống của chúng ta trên đất liền.
Phần lớn hoạt động địa chấn của trái đất diễn ra trong các khu vực hút chìm, có thể có tác động tàn phá đối với các cộng đồng ven biển và thậm chí nhiều hơn đối với nền kinh tế toàn cầu.
Trận động đất dưới đáy biển được tạo ra trong các khu vực hút chìm là nguyên nhân gây ra sóng thần Ấn Độ Dương năm 2004 và trận động đất Tohoku và sóng thần ở Nhật Bản năm 2011.
Bằng cách nghiên cứu các rãnh đại dương, các nhà khoa học có thể hiểu được quá trình vật lý của sự hút chìm và nguyên nhân của những thảm họa thiên nhiên tàn khốc này.
Nghiên cứu về các hố cũng cho các nhà nghiên cứu hiểu về các dạng thích nghi mới lạ và đa dạng của các sinh vật từ độ sâu của biển đến môi trường của chúng, có thể giữ chìa khóa cho những tiến bộ sinh học và y sinh.
Nghiên cứu làm thế nào các sinh vật biển sâu thích nghi với cuộc sống trong môi trường khắc nghiệt của chúng có thể giúp nâng cao hiểu biết trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, từ phương pháp điều trị bệnh tiểu đường đến cải thiện chất tẩy rửa.
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra các vi khuẩn sống trong các lỗ thông thủy nhiệt trong vực thẳm biển có tiềm năng là dạng kháng sinh và thuốc mới để điều trị ung thư.
Sự thích nghi như vậy cũng có thể là chìa khóa để hiểu nguồn gốc sự sống trong đại dương, khi các nhà khoa học kiểm tra di truyền học của các sinh vật này để đưa ra câu đố về cách cuộc sống mở rộng giữa các hệ sinh thái biệt lập và cuối cùng thông qua các đại dương trên thế giới.
Nghiên cứu gần đây cũng đã tiết lộ một lượng lớn vật liệu carbon bất ngờ và tích lũy trong các hố, điều này có thể cho thấy rằng các khu vực này đóng một vai trò quan trọng trong khí hậu Trái đất.
Cacbon này bị tịch thu trong lớp phủ của Trái đất thông qua hút chìm hoặc tiêu thụ bởi vi khuẩn trong hố.
Khám phá này cho thấy cơ hội nghiên cứu sâu hơn về vai trò của các hố cả như một nguồn (thông qua núi lửa và các quá trình khác) và như một hồ chứa trong chu trình carbon của hành tinh có thể ảnh hưởng đến cách các nhà khoa học hiểu và dự đoán tác động của khí nhà kính do con người tạo ra và biến đổi khí hậu.
Sự phát triển của công nghệ mới từ độ sâu của biển, từ chìm đến máy ảnh và cảm biến và máy lấy mẫu, sẽ mang đến cơ hội lớn cho các nhà khoa học điều tra một cách có hệ thống các hệ sinh thái của hố trong thời gian dài.
Điều này cuối cùng sẽ cho chúng ta hiểu rõ hơn về động đất và quá trình địa vật lý, xem xét cách các nhà khoa học hiểu về chu trình carbon toàn cầu, cung cấp con đường cho nghiên cứu y sinh học và có khả năng đóng góp cho những hiểu biết mới về sự tiến hóa của sự sống trên Trái đất.
Những tiến bộ công nghệ tương tự này sẽ tạo ra những khả năng mới cho các nhà khoa học nghiên cứu toàn bộ đại dương, từ bờ biển xa xôi đến Bắc Băng Dương phủ đầy băng.
Cuộc sống ở rãnh đại dương
Các rãnh đại dương là một trong những môi trường sống thù địch nhất trên trái đất. Áp suất lớn hơn 1.000 lần so với bề mặt và nhiệt độ của nước hơi cao hơn điểm đóng băng. Có lẽ quan trọng hơn, ánh sáng mặt trời không xuyên qua các rãnh đại dương sâu hơn, khiến cho quá trình quang hợp là không thể.
Các sinh vật sống trong các rãnh đại dương đã tiến hóa với sự thích nghi bất thường để phát triển trong các hẻm núi lạnh và tối này.
Hành vi của nó là một thử nghiệm của cái gọi là "giả thuyết tương tác trực quan" nói rằng khả năng hiển thị của sinh vật càng lớn thì càng phải tiêu tốn năng lượng để săn con mồi hoặc đẩy lùi kẻ săn mồi. Nói chung, cuộc sống trong các rãnh đại dương tối bị cô lập và chuyển động chậm.
Áp lực
Áp lực ở đáy của Challenger Abyss, nơi sâu nhất trên trái đất, là 703 kg mỗi mét vuông (8 tấn mỗi inch vuông). Những động vật biển lớn như cá mập và cá voi không thể sống ở độ sâu quá lớn này.
Nhiều sinh vật phát triển mạnh trong những môi trường áp suất cao này không có các cơ quan chứa đầy khí, chẳng hạn như phổi. Những sinh vật này, nhiều người liên quan đến sao biển hoặc sứa, được làm chủ yếu bằng nước và vật liệu gelatin không thể nghiền nát dễ dàng như phổi hoặc xương.
Nhiều trong số những sinh vật này điều hướng độ sâu đủ tốt để thực hiện một cuộc di cư theo chiều dọc hơn 1.000 mét từ đáy hố mỗi ngày.
Ngay cả những con cá trong hố sâu cũng bị sền sệt. Ví dụ, nhiều loài cá ốc có đầu củ, sống ở đáy rãnh Mariana. Cơ thể của những con cá này đã được so sánh với những chiếc khăn tay dùng một lần.
Tối và sâu
Rãnh đại dương nông có ít áp lực hơn, nhưng vẫn có thể ở bên ngoài khu vực ánh sáng mặt trời, nơi ánh sáng xuyên qua mặt nước.
Nhiều loài cá đã thích nghi với cuộc sống ở những hố đại dương tối tăm này. Một số sử dụng phát quang sinh học, nghĩa là chúng tự tạo ra ánh sáng để sống để thu hút con mồi, tìm bạn tình hoặc đẩy lùi kẻ săn mồi.
Mạng lưới thực phẩm
Không có quang hợp, các cộng đồng biển phụ thuộc chủ yếu vào hai nguồn dinh dưỡng bất thường.
Đầu tiên là "tuyết biển". Tuyết biển là sự rơi liên tục của vật liệu hữu cơ từ độ cao trong cột nước. Tuyết biển chủ yếu là chất thải, bao gồm phân và phần còn lại của các sinh vật chết như cá hoặc rong biển. Loại tuyết biển giàu dinh dưỡng này nuôi động vật như dưa chuột biển hoặc ma cà rồng mực.
Một nguồn dinh dưỡng khác cho lưới thức ăn từ rãnh đại dương không đến từ quá trình quang hợp mà từ quá trình quang hóa. Tổng hợp hóa học là quá trình các sinh vật trong rãnh đại dương, như vi khuẩn, chuyển đổi các hợp chất hóa học thành các chất dinh dưỡng hữu cơ.
Các hợp chất hóa học được sử dụng trong quá trình tổng hợp hóa học là metan hoặc carbon dioxide được thải ra từ các lỗ thông thủy nhiệt giải phóng khí và chất lỏng nóng, độc hại vào nước biển lạnh lẽo. Một loài động vật phổ biến phụ thuộc vào vi khuẩn tổng hợp hóa học để lấy thức ăn là loài giun ống khổng lồ.
Khám phá những ngôi mộ
Các hố đại dương vẫn là một trong những môi trường sống biển khó nắm bắt nhất và ít được biết đến. Cho đến năm 1950, nhiều nhà hải dương học nghĩ rằng những hố này là môi trường không thay đổi gần như vô hồn. Thậm chí ngày nay, phần lớn các nghiên cứu về rãnh đại dương được dựa trên các mẫu dưới đáy biển và các cuộc thám hiểm nhiếp ảnh.
Điều đó đang dần thay đổi khi các nhà thám hiểm đào sâu, theo nghĩa đen. Challenger Abyss, ở dưới cùng của rãnh Marianas, nằm sâu dưới Thái Bình Dương gần đảo Guam.
Chỉ có ba người đến thăm Challenger Abyss, hố đại dương sâu nhất thế giới: một phi hành đoàn người Mỹ gốc Pháp (Jacques Piccard và Don Walsh) vào năm 1960 đạt tới độ sâu 10.916 mét và là nhà thám hiểm cư trú của National Geographic James Cameron vào năm 2012 đạt 10.984 mét (Hai cuộc thám hiểm không người lái khác cũng đã khám phá Challenger Abyss).
Kỹ thuật của tàu lặn để khám phá các rãnh đại dương đưa ra một loạt các thách thức độc đáo.
Các tàu lặn phải cực kỳ mạnh mẽ và có khả năng chống chọi với dòng hải lưu mạnh, tầm nhìn bằng không và áp lực lớn từ rãnh Mariana.
Phát triển kỹ thuật để vận chuyển con người một cách an toàn, cũng như thiết bị tinh vi, vẫn là một thách thức lớn. Chiếc tàu ngầm đã đưa Piccard và Walsh đến Challenger Abyss, phi thường ở Bologna, là một con tàu khác thường được gọi là nhà tắm (tàu ngầm để khám phá độ sâu của đại dương).
Deepsea Challenger của Cameron, đã giải quyết thành công các thách thức kỹ thuật theo những cách sáng tạo. Để chống lại dòng nước biển sâu, tàu ngầm được thiết kế để quay chậm khi nó hạ xuống.
Ánh sáng trong tàu ngầm không phải là bóng đèn sợi đốt hoặc huỳnh quang, mà là sự sắp xếp của các đèn LED nhỏ chiếu sáng một khu vực khoảng 30 mét.
Có lẽ đáng kinh ngạc hơn, bản thân Deepsea Challenger được thiết kế để nén. Cameron và nhóm của ông đã tạo ra một bọt thủy tinh tổng hợp cho phép chiếc xe được nén dưới áp lực của đại dương. Deepsea Challenger trở lại bề mặt nhỏ hơn 7.6 cm so với khi nó hạ xuống.
