Tìm phương pháp định lượng chính xác các vụ phun trào núi lửa

Vụ phun trào núi lửa Sierra Negra trên quần đảo Galápagos đã được dự báo chính xác

Không chỉ là may mắn

Vào ngày 26-6-2018, những tiếng động ầm ào dội lên dưới mặt đất của đảo Isabela có hình dáng như một chú rùa khổng lồ đang ngủ thuộc quần đảo Galápagos, Ecuador trên Thái Bình Dương. Không lâu sau đó, Sierra Negra, một ngọn núi lửa nằm trên đảo Isabela bắt đầu phun trào. Trong 2 tháng tiếp theo, các khe nứt của núi lửa phun ra dung nham bao phủ diện tích khoảng 49km2. Đây không phải là lần phun trào đầu tiên của Sierra Negra. Nó đã “tỉnh giấc” ít nhất 7 lần trong thế kỷ qua. Nhưng điều khiến hiện tượng năm 2018 trở nên đặc biệt là các nhà địa chất ngay từ tháng 1 đã dự báo được ngày phun trào của núi lửa và thời điểm dự báo hoàn toàn chính xác.

Dự báo các vụ phun trào núi lửa cũng giống như dự báo thời tiết. Với rất nhiều biến số và các bộ phận chuyển động, thách thức với các nhà khoa học là làm sao vẽ nên một bức tranh tổng thể để chiếu xa hơn vào tương lai. Bạn có thể tin tưởng vào một dự báo cho ngày mai, nhưng không tin tưởng nhiều lắm vào một dự báo cho cả tuần tới. Điều đó lý giải vì sao dự báo của bà Gregg và các đồng nghiệp được đưa ra 5 tháng trước khi núi lửa hoạt động ở Sierra Negra ban đầu cũng gặp không ít nghi ngờ. Mặc dù lúc đó núi lửa đã bắt đầu hoạt động nhưng các nhà dự báo cũng nghĩ rằng đó là một canh bạc. “Chúng tôi không dám đặt nhiều niềm tin rằng dự báo của mình là chính xác”, nhà địa chất học này thừa nhận.

Trong một bài báo được xuất bản trên tạp chí Science Advances mới đây, các nhà địa chất tại Đại học Illinois Urbana-Champaign của Mỹ đã công bố lý do tại sao các ước tính của họ lại đạt hiệu quả cao như vậy. Sierra Negra chỉ là một ngọn núi lửa trong một quần đảo thưa thớt người ở, nhưng với hàng trăm triệu người trên thế giới cư trú trong vùng nguy hiểm của núi lửa, việc dự báo đúng thời điểm núi lửa phun trào có thể cứu được vô số sinh mạng. Patricia Gregg, nhà địa chất tại Đại học Illinois Urbana-Champaign và một trong những tác giả của bài báo cho biết: “Vẫn còn nhiều việc phải làm, nhưng… dự báo núi lửa có thể trở thành hiện thực trong những thập kỷ tới”.

Kết hợp thực tế và mô hình tính toán

Núi lửa Sierra Negra có quy luật cứ 15-20 năm lại phun trào một lần. Vì thế, nó được rất nhiều nhà khoa học từ cả Ecuador và trên toàn thế giới liên tục theo dõi. Các chuyên gia biết rằng, những ngọn núi lửa như Sierra Negra biến dạng đỉnh núi khi magma tích tụ trong hồ chứa bên dưới. Khi càng nhiều macma làm biến dạng đá xung quanh, nó khiến lòng đất chịu áp lực ngày càng lớn. Đến đỉnh điểm, những tảng đá vỡ ra, và magma bắt đầu phun trào. Nếu các nhà địa chất có thể hiểu chính xác các tảng đá vỡ vụn thế nào, họ có thể dự báo khi nào thời điểm phun trào có thể xảy ra.

Gregg và các đồng nghiệp dựa vào các phương pháp quen thuộc với các nhà dự báo thời tiết - khí hậu. Họ kết hợp dữ liệu quan sát về hoạt động trên bề mặt của núi lửa với các dự đoán từ mô phỏng. Sau đó, họ sử dụng các hình ảnh radar vệ tinh từ lòng đất bên dưới núi lửa Sierra Negra để xem hồ chứa magma đang hoạt động thế nào và chạy các mô hình trên siêu máy tính để tìm hiểu điều gì xảy ra tiếp theo. Dựa trên cách magma sinh sôi vào tháng 1-2018, dự báo của họ cho thấy một vụ phun trào có thể xảy ra trong khoảng thời gian từ ngày 25-6 đến ngày 5-7. Các mức tiếp tục tăng với tốc độ tương tự trong vài tháng và vụ phun trào bắt đầu vào ngày 26-6, đúng lịch trình.

“Sự trùng hợp giữa dự báo với thời điểm bắt đầu vụ phun trào hẳn liên quan đến may mắn, nhưng điều đó cũng đáng để chúng ta tìm hiểu”, Andrew Bell, một nhà địa chất học tại Đại học Edinburgh, người đã nghiên cứu núi lửa Sierra Negra nhưng không phải là tác giả của bài báo nhận xét.

Núi lửa Sierra Negra đang ngủ yên. Vì vậy, những năm sau đó, Gregg và các đồng nghiệp của bà đã cân nhắc lại các tính toán của mình để xác định xem phương pháp của họ đúng đến đâu. Họ đã chạy nhiều mô phỏng hơn bằng cách sử dụng dữ liệu từ vụ phun trào thực tế. Những gì họ phát hiện ra là sự tích tụ magma tương đối không đổi trong suốt thời gian đầu năm 2018. Đến cuối tháng 6, hồ chứa đã tạo đủ áp lực lên bề mặt của núi lửa để gây ra một trận động đất mạnh vừa phải. Đó dường như là lớp rơm cuối cùng, làm nứt các tảng đá để magma chảy qua.

Ngoài Sierra Negra, Gregg và các đồng nghiệp đã thử nghiệm các vụ phun trào núi lửa cũ ở Sumatra, Alaska và dưới nước ngoài khơi bờ biển Cascadia. Nhưng liệu có thể sử dụng các kỹ thuật dự báo giống nhau ở các khu vực khác nhau trên thế giới không? Mỗi ngọn núi lửa là một thực thể độc nhất vô nhị, có đặc thù riêng nên các nhà địa chất cần phải điều chỉnh mô hình của chúng. Tuy nhiên, bằng cách làm như vậy, các tác giả đằng sau nghiên cứu Sierra Negra đã tìm thấy một số điểm tương đồng về sự chuyển động dưới mặt đất trước khi núi lửa phun trào.

Các mô hình dự báo tốt hơn cũng có nghĩa là các nhà khoa học đang tìm hiểu thêm về các quá trình vật lý để cố gắng khớp mô phỏng với các điều kiện trong thế giới thực. “Đưa ra các dự báo định lượng chính xác trước khi sự kiện xảy ra là một việc đầy thách thức, nhưng điều quan trọng là phải cố gắng”, nhà địa chất học Andrew Bell nhấn mạnh.

Với hàng trăm triệu người trên thế giới cư trú trong vùng nguy hiểm của núi lửa, việc dự báo đúng thời điểm núi lửa phun trào có thể cứu được vô số sinh mạng. Patricia Gregg, nhà địa chất tại Đại học Illinois Urbana-Champaign cùng công trình dự báo chính xác thời điểm phun trào núi lửa Sierra Negra cho biết: “Vẫn còn nhiều việc phải làm, nhưng… dự báo núi lửa có thể trở thành hiện thực trong những thập kỷ tới”.

(Theo Popular Science)

Yến Chi