Mối liên hệ giữa động đất và sóng thần

TS Nguyễn Hồng Phương. Ảnh: NVCC

Sự phát sinh của chúng gắn liền với những hiện tượng đang diễn ra trong lòng Trái đất.

Hoạt động kiến tạo phát sinh động đất

Động đất là hiện tượng nền đất đang rung động nhẹ trở nên chấn động mạnh dữ dội do sự dịch chuyển đột ngột của các lớp đất đá bên dưới bề mặt Trái đất gây ra. Sự dịch chuyển đột ngột dọc theo các đứt gẫy địa chất trong các lớp rắn và cứng của vỏ Trái đất tạo ra các trận động đất kiến tạo. Còn các động đất sinh ra do sự phun trào các dòng nham thạch từ miệng núi lửa được gọi là các động đất núi lửa.

Các chấn tâm động đất thường tập trung trên những đới hẹp và kéo dài gọi là các vành đai động đất, hay còn gọi là các vành đai lửa. Ba vành đai động đất lớn nhất hành tinh là vành đai Thái Bình Dương, vành đai Địa Trung Hải – Hymalaya và kéo dài theo dải núi ngầm từ Bắc Băng Dương, qua Đại Tây Dương, xa mãi về phía Nam.

Trên lục địa, động đất thường xảy ra dọc theo các đứt gãy kiến tạo. Các đứt gãy là các mặt đứt đoạn hay các vùng yếu trong các khối đất đá, nơi diễn ra các dịch chuyển dọc theo các bề mặt này. Các đứt gãy có thể kéo dài hàng chục ki-lô-mét trên bề mặt Trái đất và có độ sâu tới hàng chục ki-lô-mét hay thậm chí xuống tới đáy lớp thạch quyển.

Các đứt gãy biểu thị các dấu hiệu hay các bằng chứng lịch sử về những dịch chuyển gần đây được gọi là các đứt gãy hoạt động. Động đất phát sinh từ sự dịch chuyển dọc theo các đứt gẫy đều là những động đất nông (có độ sâu chấn tiêu đến 70km). Các động đất có sức phá hủy lớn thường được phát sinh từ các dịch chuyển ở độ sâu không lớn (dưới 30km) giữa hai cánh của cùng một đoạn đứt gãy.

Nếu động đất mạnh và nông xảy ra ngoài biển, thường phát sinh ra sóng thần. Tác động phá hủy của động đất chủ yếu là do sự rung động nền rất mạnh gây ra. Do sự chấn động nền dữ dội, các tòa nhà thấp và cao tầng, các tòa tháp và những cột trụ có thể bị nghiêng đi, nứt nẻ, lung lay hoặc sụp đổ, đường giao thông, đường sắt và những cây cầu có thể bị bẻ gẫy, đường ống dẫn nước và những công trình xây dựng khác có thể bị xê dịch khỏi vị trí của chúng, đê đập và những kết cấu tương tự có thể bị phá hủy, gây ngập lụt và tạo ra những dòng vật chất trôi nổi.

Động đất cũng có thể gây ra những hiểm họa thứ cấp như hóa lỏng nền và trượt lở nền. Hóa lỏng nền là hiện tượng các hạt phần tử có mối liên kết không chặt chẽ và bão hòa nước của trầm tích cát mịn được sắp xếp lại và chuyển sang trạng thái rắn chắc hơn.

Nước và trầm tích được ép lên mặt đất dưới dạng các vòi phun nước và cát (cát sôi) và do đó tạo ra trạng thái giống như “cát chảy”. Sự suy giảm về thể tích và lực đỡ của các lớp đất nằm bên dưới sẽ gây ra sự sụt lún nền đất ngay ở phía trên các lớp cát bị hóa lỏng, khiến cho các công trình xây dựng trên các vị trí này bị sụt lún hay nghiêng theo.

Hiện tượng hóa lỏng nền thường xảy ra tại những khu vực như bãi biển, mũi cát, cồn cát, vùng đồng bằng rộng lớn ven biển, đồng bằng châu thổ, vùng ngập lụt, các lòng hồ cổ, vùng đầm lầy cổ hay hiện tại và các bãi lầy, các vùng nằm trên lớp trầm tích cát.

Trượt lở nền là sự chuyển động xuống dốc một cách chậm chạp hay nhanh chóng của dòng các vật liệu do tác động của lực động đất. Trượt lở nền có thể xuất hiện dưới dạng đá rơi, sự trượt hay lan tỏa theo chiều ngang của khối đất đá.

Một chấn động nền mạnh có thể gây ra lở đất bằng cách làm mất đi lực liên kết giữa các hạt phân tử của đất đá trên sườn dốc, khiến cho đất đá dễ dàng bị lực trọng trường cuốn rơi xuống dốc. Các vùng đồi và núi, chỗ dốc đứng, và các bờ sông dốc, vách đá trên bờ biển, và những sườn dốc khác là nơi dễ xảy ra hiện tượng trượt lở nền.

Sóng thần sinh ra do các biến động địa chất

Sóng thần là một chuỗi các đợt sóng lớn có bước sóng dài sinh ra do các biến động địa chất mạnh mẽ xảy ra ở đáy biển. Khi sự di chuyển đột ngột của các cột nước lớn xảy ra, hoặc đáy biển đột ngột nâng lên hay hạ xuống do tác động của động đất, sóng thần được hình thành dưới tác động của trọng lực. Các đợt sóng nhanh chóng lan truyền trong môi trường nước và trở nên vô cùng nguy hiểm với khả năng tàn phá lớn khi chúng tiến vào bờ biển nông.

Tuyệt đại đa số các đợt sóng thần có sức phá hủy lớn đều được hình thành từ các trận động đất xảy ra ở ngoài biển. Các trận động đất này được sinh ra từ các đứt gãy hoạt động ngay trên bề mặt đáy biển, tại các vùng có hoạt động kiến tạo dọc theo ranh giới các mảng kiến tạo.

Khi các mảng kiến tạo va chạm vào nhau thì chúng có thể làm nghiêng, gây sụp hay dịch chuyển cả một diện tích lớn của thềm đại dương từ một vài ki-lô-mét đến hàng nghìn ki-lô-mét hoặc nhiều hơn nữa. Sự di chuyển đột ngột theo phương thẳng đứng của một khối đất đá trên diện tích lớn khiến bề mặt đáy biển bị thay đổi, kéo theo sự di chuyển của khối nước nằm trên đó và tạo nên sóng thần.

Cần lưu ý rằng, không phải tất cả các trận động đất đều dẫn đến sóng thần. Thông thường, chỉ có các trận động đất lớn hơn 6,5 độ Richter mới có khả năng tạo ra sóng thần.

Ngoài động đất, sóng thần cũng được phát sinh bởi sự phun trào núi lửa dưới đáy biển, các trượt lở ngầm dưới đáy biển và cả sự va chạm thiên thạch với các đại dương.

Tại Việt Nam, bản đồ phân vùng động đất đầu tiên của Việt Nam được xuất bản vào năm 1985. Cho đến thời điểm hiện tại, 6 thế hệ bản đồ nguy hiểm động đất lãnh thổ Việt Nam đã được xuất bản, phản ánh sự tiến bộ liên tục về độ chính xác, chất lượng khoa học và công nghệ, phạm vi ứng dụng thực tế và sự tiện lợi cho người dùng. Tính đến nay, bộ bản đồ xác suất nguy hiểm động đất lãnh thổ Việt Nam và các vùng biển kế cận công bố năm 2019 là phiên bản mới nhất.

Tất cả các bản đồ được thể hiện trên một khung bản đồ thống nhất. Bộ bản đồ bao gồm ba tập (loại) bản đồ, mỗi tập lại bao gồm các bản đồ thể hiện phân bố không gian của một trong ba tham số rung động nền sau: Gia tốc cực đại nền (PGA), phổ gia tốc nền (SA) và cường độ chấn động trên bề mặt (I) theo thang MSK-64.

Chu kỳ lặp lại và xác suất bị vượt quá của các tham số rung động nền trong mỗi tập bản đồ thay đổi tùy theo yêu cầu ứng dụng vào thực tiễn và phù hợp với các quy chuẩn trong xây dựng công trình. Bên cạnh đó, các chuyên gia của ngành Vật lý địa cầu cũng đã xây hơn hơn 125 kịch bản sóng thần phát sinh trên khu vực Biển Đông.

TS Nguyễn Hồng Phương (Trung tâm Báo tin động đất và Cảnh báo sóng thần, Viện Vật lý Địa cầu, Viện KH&CN Việt Nam)