Mưa có thể định hình các ngọn núi bằng cách làm cho dòng nước chảy ‘cắt’ vào đá nhanh hơn. Nhưng mưa cũng có thể làm xói mòn một khối đá đủ nhanh để về cơ bản 'nhấc' những khối đá lên khỏi bề mặt Trái Đất, từ đó kéo các ngọn núi lên rất nhanh. Các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật đo “đồng hồ vũ trụ” bên trong các hạt cát để đo tốc độ mà các con sông xói mòn các tảng đá bên dưới chúng.
Ảnh hưởng của lượng mưa đến sự phát triển của địa hình vùng núi đang là một đề tài gây tranh luận rộng rãi giữa các nhà địa chất. Nhưng một nghiên cứu mới, do Đại học Bristol dẫn đầu và được công bố trên tạp chí Science Advances, đã tính toán chi tiết tác động của mưa, từ đó nâng cao hiểu biết của chúng ta về cách các đỉnh núi và thung lũng đã phát triển như thế nào qua hàng triệu năm.
-
- Tác giả chính của nghiên cứu, Tiến sĩ Byron Adams đứng tại một con dốc ở Greater Himalaya - dãy núi cao nhất của hệ thống núi Himalaya, miền trung Bhutan. (Hình ảnh: Giáo sư Kelin Whipple)
Nghiên cứu này tập trung vào dãy núi lớn nhất thế giới - dãy Himalaya - cũng là khởi đầu cho việc dự báo tác động (có thể có) của biến đổi khí hậu đối với cảnh quan và đời sống con người. Tác giả chính của nghiên cứu, Tiến sĩ Byron Adams, là thành viên của Hiệp hội Hoàng gia Dorothy Hodgkin tại Viện Môi trường Cabot của Đại học Bristol, cho biết: “Có vẻ trực quan rằng mưa nhiều hơn có thể định hình các ngọn núi bằng cách làm cho dòng nước chảy ‘cắt’ vào đá nhanh hơn. Nhưng các nhà khoa học chúng tôi cũng tin rằng mưa có thể làm xói mòn một khối đá đủ nhanh để về cơ bản 'nhấc' những khối đá lên khỏi bề mặt Trái Đất, từ đó kéo các ngọn núi lên rất nhanh một cách hiệu quả. Cả hai giả thuyết này đã được tranh luận trong nhiều thập kỷ vì các phép đo cần thiết để chứng minh chúng rất phức tạp. Đó là điều khiến khám phá này trở thành một bước đột phá thú vị, vì nó ủng hộ mạnh mẽ quan điểm cho rằng các quá trình trong khí quyển và đá rắn có mối liên hệ mật thiết với nhau”.
Mặc dù không thiếu các mô hình khoa học nhằm giải thích phương thức hoạt động của Trái Đất, nhưng vấn đề quan trọng nhất chính là thực hiện đủ các quan sát để kiểm tra xem cái nào là chính xác nhất. Nghiên cứu được thực hiện ở giữa và phía đông dãy Himalaya, thuộc Bhutan và Nepal, bởi vì khu vực này trên thế giới đã trở thành một trong những khu vực mẫu điển hình nhất để nghiên cứu tỷ lệ xói mòn.
Tiến sĩ Adams, cùng với các cộng sự từ Đại học Bang Arizona (ASU) và Đại học Bang Louisiana, đã sử dụng kỹ thuật đo “đồng hồ vũ trụ” bên trong các hạt cát để đo tốc độ mà các con sông xói mòn các tảng đá bên dưới chúng. Tiến sĩ Adams nói:
“Khi một hạt bụi từ ngoài không gian rơi đến Trái Đất, nó có khả năng va vào các hạt cát trên các khu vực dốc khi chúng di chuyển về phía sông. Khi điều này xảy ra, một số nguyên tử trong từng hạt cát có thể chuyển đổi thành các nguyên tố hiếm. Bằng cách đếm xem có bao nhiêu nguyên tử của nguyên tố này có trong một mẫu cát, chúng tôi có thể tính được cát đã ở đó bao lâu, và từ đó xác định tốc độ mà khu vực đó đã bị xói mòn như thế nào. Khi chúng tôi có thông số về tốc độ xói mòn từ khắp dãy núi, chúng tôi có thể so sánh với giá trị tương ứng ở khu vực thượng lưu của sông và lượng mưa của sông. Tuy nhiên, việc so sánh như vậy là cực kỳ khó khăn vì việc thiết lập các điểm dữ liệu và việc giải thích các bộ kết quả đo với nhau rất phức tạp.”
Tiến sĩ Adams đã khắc phục khó khăn này bằng cách kết hợp các kỹ thuật hồi quy với các mô hình số mô phỏng lại cách các con sông xói mòn. Ông cho biết: “Chúng tôi đã thử nghiệm nhiều mô hình số khác nhau để tái tạo mô hình tốc độ xói mòn quan sát được trên khắp Bhutan và Nepal. Cuối cùng chỉ có một mô hình có thể dự đoán chính xác tốc độ xói mòn đo được. Mô hình này lần đầu tiên cho phép chúng tôi xác định được ảnh hưởng của lượng mưa đến tốc độ xói mòn ở các khu vực địa hình hiểm trở”.
Ông Kelin Whipple, cộng tác nghiên cứu và là Giáo sư Địa chất tại ASU, cho biết: “Phát hiện của chúng tôi cho thấy mức độ quan trọng của lượng mưa khi đánh giá các mô hình hoạt động của mảng kiến tạo địa chất bằng cách sử dụng phép đo vẽ địa hình, đồng thời cung cấp một bước tiến quan trọng trong việc xác định tỷ lệ trượt giữa các đứt gãy kiến tạo. Tỷ lệ này có thể bị phụ thuộc vào sự xói mòn do khí hậu trên bề mặt”.
Kết quả nghiên cứu cũng mang lại những ý nghĩa quan trọng đối với việc quản lý sử dụng đất, bảo trì cơ sở hạ tầng và các hiện tượng nguy hiểm ở dãy Himalaya. Ở dãy Himalaya, nguy cơ tốc độ xói mòn cao luôn hiện hữu và có thể làm tăng mạnh lượng bồi lắng đằng sau các con đập, gây nguy hiểm cho các dự án thủy điện quan trọng.
-
- Bảo tàng Ta Dzong nhìn hướng ra Thung lũng Paro, miền tây Bhutan. (Hình ảnh: Tiến sĩ Byron Adams)
Các phát hiện cũng cho thấy lượng mưa lớn hơn có thể làm xói mòn các dốc đồi, làm tăng nguy cơ sạt lở đá hoặc sạt lở đất, một số có thể đủ lớn để ngăn sông và tạo ra một nguy cơ mới - lũ hồ bùng phát. Ông Adams bổ sung:
“Dữ liệu và phân tích của chúng tôi cung cấp một công cụ hiệu quả để ước tính các mô hình xói mòn ở các khu vực miền núi như Himalaya, và do đó, có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc rất có giá trị về những hiểm họa ảnh hưởng đến hàng trăm triệu người sống trong và dưới chân những ngọn núi này”.
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Hiệp hội Hoàng gia Anh, Hội đồng Nghiên cứu Môi trường Tự nhiên Vương quốc Anh (NERC), và Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) của Hoa Kỳ. Dựa trên nghiên cứu này, Tiến sĩ Adams hiện đang tiến hành khám phá các hiện tượng đối với khu vực núi lân cận sau các vụ phun trào núi lửa lớn. Ông cho biết: “Biên giới mới này của mô hình tiến hóa cảnh quan cũng đang làm sáng tỏ các quá trình hoạt động của núi lửa. Với các kỹ thuật tiên tiến của chúng tôi để đo tốc độ xói mòn và tính chất của đá, chúng tôi sẽ có thể hiểu rõ hơn về các con sông và núi lửa đã ảnh hưởng đến nhau như thế nào trong quá khứ. Điều này sẽ giúp chúng tôi dự đoán chính xác hơn những gì có thể xảy ra sau các vụ phun trào núi lửa trong tương lai và nắm bắt cách xử lý những hậu quả hậu quả đối với các cộng đồng sống gần đó”.
Lĩnh vực nghiên cứu mô hình phát triển địa chất hoàn toàn mới này cũng đang làm sáng tỏ các quá trình núi lửa hoạt động.
Quang Minh
Theo Vision Times
