Những ngọn núi lửa khổng lồ khi “thức tỉnh” sẽ chôn vùi Trái đất trong những đám mây tro bụi khổng lồ. Rất may là gần đây, các nhà khoa học đã tìm được phương pháp dự báo thời điểm các siêu núi lửa phun trào để con người có thời gian chuẩn bị đối phó với thảm họa này.
Siêu núi lửa huỷ diệt trái đất
Khác với núi lửa bình thường, dung nham của siêu núi lửa được hình thành từ các bể chứa khổng lồ hàng ngàn kilômét khối, nằm cách mặt đất vài kilômét. Nếu phun trào, chúng có khả năng chôn vùi Trái đất trong những đám mây tro bụi khổng lồ.
Không ít lần trong lịch sử trái đất, siêu núi lửa thức giấc và gây ra những đợt phun trào khổng lồ chứa khí nóng gấp hàng trăm lần một núi lửa bình thường, đủ để các lục địa trên toàn thế giới bị bao phủ trong một mùa đông dài hàng thập kỷ.
Việc dự đoán thời điểm xảy ra các vụ phun trào có tính hủy diệt này có liên quan đến sinh mệnh của hàng triệu người và sự an toàn của tất cả sinh vật trên Trái đất.
Một trong các nguyên nhân quan trọng kích hoạt các núi lửa là quá trình hình thành các tinh thể từ dung nham. Các tinh thể này nặng hơn dung nham và chìm xuống đáy bể chứa, đẩy dung nham nóng chảy lên trên làm tăng áp lực lên phần ranh giới. Khi áp lực tăng đến mức giới hạn, núi lửa sẽ đột ngột phun trào. Để tính toán thời điểm cảnh báo, các nhà địa chất học sử dụng tàn tích từ những lần hoạt động gần nhất của siêu núi lửa để phân tích địa điểm và tốc độ hình thành tinh thể trong mácma.
Mặc dù vậy, mỗi kỹ thuật đo đạc dựa trên một quá trình địa chất khác nhau trong tự nhiên, đem lại kết quả không giống nhau.
“Các nhà địa chất đã tạo ra một số loại “đồng hồ đếm nhịp” khác nhau để phân tích các tàn tích núi lửa. Việc mỗi kỹ thuật đo đạc trên một quá trình địa chất khác nhau và đem lại kết quả khác nhau đã dẫn đến sự thiếu thống nhất trong giới khoa học” - Giáo sư Guilherme Gualda thuộc bộ môn Khoa học trái đất và môi trường tại Đại học Vanderbilt khẳng định.
Phân tích tinh thể thạch anh
Trên tạp chí Địa chất, nhóm nghiên cứu do ông Gualda phụ trách mới công bố một phương pháp mà theo họ có thể dự báo chính xác thời điểm phun trào của các siêu núi lửa.
Gualda sử dụng phương pháp đo đạc trực tiếp thời gian tồn tại của các hạt tinh thể thạch anh trong khối đất đá phun ra từ các siêu núi lửa cũ.
Các nhà khoa học áp dụng phương pháp này để tính toán thời điểm bể nham thạch nằm dưới vườn quốc gia Yellowstone (Mỹ) - vốn gây ra vài vụ siêu phun trào núi lửa trong quá khứ - hoạt động trở lại. “Hiện tỷ lệ dung nham nóng chảy chưa đủ lớn để tạo ra một vụ siêu phun trào mới tại đây. Dựa vào phương pháp mới, chúng ta sẽ có thời gian là vài trăm năm để chuẩn bị đối phó với đợt siêu phun trào” - ông Gualda tuyên bố. Tinh thể thạch anh là một dạng vật chất điển hình trong nham thạch, có tỷ lệ silica (silic oxit) cao. Đây chính là tác nhân gây ra các vụ phun trào rất lớn. Khi hình thành, chúng thường tích tụ dưới dạng các giọt dung nham nhỏ được gọi là hạt kèm tan chảy (blebs). Ban đầu có hình tròn, khi tinh thể trôi nổi trong dung nham nóng, quá trình khuếch tán khiến chúng dần trở thành dạng đa giác tương ứng với khoảng không mà chúng chiếm giữ. Quá trình này sẽ bị ngừng lại nếu núi lửa phun trước khi tinh thể hoàn chỉnh hình dạng.
Sử dụng kỹ thuật phân tích hình ảnh ba chiều bằng tia X có thể đo được kích cỡ và hình dạng các hạt blebs với độ nhạy cao. Trong trường hợp chưa hình thành tinh thể, có thể tính được khoảng thời gian đã trôi qua kể từ khi xuất hiện hạt kèm.
Phương pháp mới này là một phần trong luận án tiến sĩ của Ayla Pamukcu - hiện là nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ tại Đại học Brown & Princeton (Mỹ).
Để đảm bảo chính xác, nhóm nghiên cứu cũng so sánh kết quả đo đạc dựa trên quá trình hình thành tinh thể với các kỹ thuật khác trong ngành địa chất.
Quá trình hình thành tinh thể có thể gây ra dao động về nồng độ một số nguyên tố nhất định. Ở thạch anh, nồng độ titan có thể biến động rất khác nhau giữa các vùng hay các lớp khác nhau trong tinh thể. Tuy nhiên theo thời gian, quá trình khuếch tán sẽ làm cho khoảng dao động này thu hẹp dần.
Quá trình này ngừng lại vào thời điểm phun trào. Như vậy, sự khác biệt nồng độ nguyên tố titan giữa các khu vực địa chất sẽ thể hiện khoảng thời gian các tinh thể đã tồn tại trong điều kiện dung nham.
Thời gian tính được dựa trên sự khuếch tán nguyên tố titan có liên hệ chặt chẽ với thời gian tính được theo phương pháp hình thành tinh thể. Điều này khẳng định sự chính xác của phương pháp.
Theo Pamukcu, không chỉ áp dụng cho các siêu núi lửa, phương pháp mới này cũng có thể áp dụng cho các các dạng dung nham và núi lửa khác nhau nếu trong dung nham có tinh thể thạch anh.