Tại sao hồ Don Juan ở Nam Cực không bao giờ bị đóng băng?

Hồ Don Juan được phát hiện vào năm 1961, nằm trong Thung lũng Wright, một trong những khu vực khô hạn nhất hành tinh. Độ mặn của nó vượt quá 40%, khiến nó trở thành một trong những vùng nước mặn nhất từng được con người biết đến.

Trong nhiều năm, hồ Don Juan được xem là hồ có nồng độ muối cao nhất thế giới, cho đến khi các nghiên cứu mới xác định hồ Gaet’ale ở Ethiopia có độ mặn cao hơn, khoảng 43,3%. Tuy nhiên, một số phép đo đã ghi nhận độ mặn của hồ Don Juan lên tới 45,8%, khiến danh hiệu này vẫn còn là một vấn đề tranh luận.

Nhưng dù xếp thứ nhất hay thứ hai về độ mặn, thì chính nồng độ muối khổng lồ này là yếu tố giúp hồ duy trì trạng thái lỏng ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cực thấp.

Điều gì khiến hồ Don Juan trở nên đặc biệt đến vậy? Câu trả lời nằm ở một loại muối có tên canxi clorua (CaCl₂). Đây là một hợp chất hóa học có khả năng phân ly thành nhiều ion hơn so với muối ăn thông thường (NaCl), bởi vậy nó có thể làm giảm đáng kể điểm đóng băng của nước.

Khi hòa tan trong nước, canxi clorua tạo ra một ion Ca²⁺ và hai ion Cl⁻, giúp phá vỡ liên kết hydro giữa các phân tử nước và ngăn cản quá trình hình thành tinh thể băng. Nhờ vậy, nước trong hồ vẫn ở trạng thái lỏng ngay cả khi nhiệt độ xuống dưới mức đóng băng thông thường.

Một câu hỏi quan trọng được đặt ra là: Nước trong hồ đến từ đâu, khi mà khu vực này hầu như không có mưa và bị bao phủ bởi những lớp đất đá khô cằn? Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nguồn cung cấp nước cho hồ Don Juan chủ yếu đến từ một quá trình đặc biệt có tên deliquescence (quá trình khử chảy).

Xung quanh hồ là những lớp đất giàu canxi clorua, một loại muối có tính chất hút ẩm cực mạnh. Khi gặp hơi nước trong không khí, những tinh thể muối này hấp thụ độ ẩm, tạo thành dung dịch nước muối đậm đặc và thấm xuống hồ. Ngoài ra, nước ngầm từ các tầng địa chất bên dưới cũng chứa lượng lớn canxi clorua, liên tục chảy vào hồ và duy trì trạng thái lỏng của nó.

Không chỉ có nguồn nước đặc biệt, mà chu trình thủy văn của hồ Don Juan cũng là một hiện tượng đáng kinh ngạc. Các nghiên cứu thực địa cho thấy nước trong hồ không hề tĩnh mà liên tục được thay mới, với chu kỳ khoảng sáu tháng một lần.

Hiện tượng này xảy ra nhờ vào sự tương tác phức tạp giữa nước ngầm sâu và các yếu tố khí hậu của khu vực. Khi nước ngầm giàu muối chảy vào hồ, nó hòa trộn với nước mặn có sẵn, đồng thời một phần nước bốc hơi, tạo ra một hệ thống cân bằng động. Do tốc độ bay hơi cao và lượng mưa cực kỳ thấp, nước trong hồ hầu như không bị pha loãng, giữ nguyên độ mặn khổng lồ của nó.

Sự tồn tại của hồ Don Juan không chỉ có ý nghĩa đối với khoa học Trái Đất mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu các hành tinh khác, đặc biệt là Sao Hỏa. Các điều kiện tại Thung lũng khô McMurdo có nhiều điểm tương đồng với bề mặt Hành tinh Đỏ, bao gồm độ ẩm cực thấp, lượng mưa tối thiểu và nhiệt độ lạnh giá.

Một trong những hiện tượng bí ẩn nhất trên Sao Hỏa là các vệt tối theo mùa (Recurring Slope Lineae - RSL), được quan sát thấy trên nhiều khu vực có địa hình dốc. Những vệt này có sự thay đổi theo mùa, xuất hiện vào mùa hè và biến mất vào mùa đông, làm dấy lên giả thuyết rằng chúng có thể liên quan đến sự tồn tại thoáng qua của nước lỏng.

Nghiên cứu tại hồ Don Juan cho thấy quá trình khử chảy có thể là cơ chế giúp hình thành các vệt tối trên Sao Hỏa. Nếu bề mặt Hành tinh Đỏ cũng chứa những khoáng chất có khả năng hút ẩm mạnh như canxi clorua, thì chúng có thể hấp thụ độ ẩm từ khí quyển mỏng của Sao Hỏa, tạo ra các dòng nước muối nhỏ chảy xuống các sườn dốc. Điều này giúp giải thích lý do tại sao các vệt tối này lại xuất hiện vào mùa ấm, khi lượng hơi nước trong khí quyển có thể cao hơn một chút so với mùa lạnh.

Tuy nhiên, câu hỏi lớn nhất vẫn chưa được giải đáp: Liệu có sự sống tồn tại trong môi trường cực mặn của hồ Don Juan hay không? Mặc dù nước trong hồ không đóng băng, nhưng độ mặn cực cao lại là một thách thức lớn đối với sự sống. Hầu hết các sinh vật trên Trái Đất không thể tồn tại trong môi trường có độ mặn cao như vậy, vì áp suất thẩm thấu sẽ khiến nước bên trong tế bào của chúng bị hút ra ngoài, dẫn đến mất nước và chết. Tuy nhiên, một số dạng vi sinh vật cực đoan, được gọi là halophile, có thể thích nghi với môi trường mặn và vẫn tồn tại trong những điều kiện khắc nghiệt.

Nếu có vi sinh vật trong hồ Don Juan, chúng có thể cung cấp những manh mối quan trọng cho việc tìm kiếm sự sống trên Sao Hỏa. Các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu để xác định xem liệu có bất kỳ dạng vi khuẩn nào có thể tồn tại trong hồ hay không. Nếu tìm thấy dấu hiệu của sự sống, điều đó sẽ củng cố giả thuyết rằng các dạng vi sinh vật có thể tồn tại trên các hành tinh khác, ngay cả trong những môi trường tưởng chừng như không thể duy trì sự sống.

Hồ Don Juan là một minh chứng rõ ràng cho thấy Trái Đất vẫn còn chứa đựng vô số điều bí ẩn đang chờ được khám phá. Những nghiên cứu về hồ nước siêu mặn này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các quá trình địa hóa trên hành tinh của mình mà còn mở ra những cánh cửa mới trong hành trình tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất.

Khi con người tiến gần hơn đến các sứ mệnh thám hiểm Sao Hỏa, những bài học rút ra từ hồ Don Juan sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các khu vực có thể tồn tại nước lỏng trên Hành tinh Đỏ, và xa hơn nữa, giúp chúng ta trả lời câu hỏi lớn nhất: Liệu chúng ta có cô đơn trong vũ trụ hay không?

Đức Khương