Tàu lặn Trung Quốc thực hiện chuyến lặn lịch sử xuống sống núi chưa được khám phá ở Bắc Cực

Dấu mốc lịch sử trong thám hiểm vùng cực

Các nhà khoa học trên tàu lặn có người lái Fendouzhe của Trung Quốc đã làm được điều mà nhiều người cho là bất khả thi: lặn sâu hơn 5 km dưới lớp băng biển dày ở Bắc Cực để thám hiểm một khu vực chưa từng được khám phá trên Sống núi Gakkel. Chuỗi núi lửa ngầm này trải dài giữa Greenland và Siberia, là một phần của hệ thống sống núi giữa đại dương toàn cầu, nơi các mảng kiến tạo từ từ tách rời và lớp vỏ đại dương mới hình thành. Đoàn thám hiểm đạt độ sâu tối đa 5.277 mét, đánh dấu lần đầu tiên con người trực tiếp quan sát khu vực xa xôi có ý nghĩa địa chất này.

Chuyến thám hiểm được thực hiện trên tàu nghiên cứu Tan Suo San Hao, hoàn thành 43 lần lặn trong hành trình kéo dài khoảng ba tháng, vượt qua những giới hạn của hoạt động thám hiểm vùng cực. Sống núi Gakkel từ lâu đã thu hút sự quan tâm của giới khoa học vì tốc độ giãn tách đặc biệt chậm, tạo nên những điều kiện địa chất và sinh học độc đáo có thể làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về cách sự sống tồn tại trong môi trường khắc nghiệt. Xiaoxia Huang, nhà địa vật lý biển tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Biển sâu, đồng thời là nhà khoa học trưởng của đoàn thám hiểm, mô tả phần phía đông của sống núi là mảnh ghép cuối cùng trong nghiên cứu địa chất Bắc Cực.

"Được trực tiếp nghiên cứu biển sâu trong một cơ hội như thế này thực sự là một đặc ân", Huang nói khi chia sẻ về tính chất chưa từng có của nhiệm vụ.

Các chuyến thám hiểm trước đây từng khảo sát một số phần của sống núi bằng sonar và phương tiện không người lái, nhưng chưa tàu lặn có người lái nào từng đến phần phía đông của Sống núi Gakkel. Một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature năm 2003 phát hiện các miệng phun thủy nhiệt ở phía tây, nhưng khu vực phía đông hoàn toàn chưa được khám phá cho đến nay. Thành công của nhiệm vụ mở ra cơ hội hiếm có để tìm hiểu một trong những đáy biển cuối cùng trên Trái Đất chưa bị tác động, có thể hé lộ những sinh vật biển sâu khác thường và hiểu biết mới về những biến đổi do Bắc Cực ấm lên nhanh chóng.

Ứng phó với những thách thức của băng Bắc Cực

Vận hành tàu lặn có người lái dưới lớp băng biển Bắc Cực đặt ra những thách thức đặc biệt, đòi hỏi các giải pháp sáng tạo. Đoàn thám hiểm đã phát triển phương thức tiên phong "phối hợp tàu mặt nước và tàu lặn", cho phép hoạt động tại những vùng biển có hơn 80% bề mặt bị băng bao phủ. Trong điều kiện như vậy, tàu lặn không thể nổi lên ở bất cứ đâu. Nếu trở lại mặt nước ngay bên dưới lớp băng dày, những người bên trong có thể bị mắc kẹt, không có lối thoát hay hỗ trợ khẩn cấp.

Trước mỗi lần lặn, tàu nghiên cứu phá băng Tan Suo San Hao phải tạo một khoảng trống tạm thời trên lớp băng, về cơ bản là mở một vùng nước giữa đại dương đóng băng để tàu lặn có thể ra vào an toàn. Quá trình này đòi hỏi sự phối hợp và căn thời điểm cẩn thận, vì băng liên tục dịch chuyển theo dòng hải lưu và gió. Đoàn thám hiểm hoạt động trên Bắc Băng Dương trong 56 ngày, vượt gần 2.000 hải lý qua vùng biển phủ băng để đến các khu vực mục tiêu.

Hành trình trở về từ đáy biển đặc biệt khó khăn. Sau khi hoàn tất công việc dưới đáy biển, Fendouzhe sẽ dừng lại bên dưới mặt nước, dùng sonar và camera quét tìm vùng nước trống hoặc băng mỏng hơn để có thể nổi lên an toàn. Trong một số trường hợp, tàu lặn phải chờ tàu hỗ trợ mở lối xuyên qua băng. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa tàu phá băng và tàu lặn này là một thành tựu kỹ thuật đáng kể trong hoạt động thám hiểm vùng cực.

Christopher German, nhà địa hóa học biển tại Viện Hải dương học Woods Hole, người không tham gia nhiệm vụ, nhấn mạnh ý nghĩa của việc đến được một địa điểm xa xôi như vậy.

"Đến được đó khó khăn đến mức bất cứ điều gì người ta làm cũng gần như chắc chắn sẽ thú vị, khác biệt và mới mẻ", German nói.

Công nghệ tiên tiến cho môi trường khắc nghiệt

Tàu lặn Fendouzhe, tên gọi có nghĩa là "Người phấn đấu", là một công trình kỹ thuật đáng chú ý, được thiết kế chuyên biệt cho hoạt động thám hiểm biển sâu trong điều kiện khắc nghiệt. Được chế tạo tại Trung Quốc, tàu có thể lặn sâu ít nhất 7.000 mét và từng chứng minh năng lực khi xuống độ sâu 10.909 mét tại Vực Challenger thuộc Rãnh Mariana, điểm sâu nhất được biết đến trong các đại dương của Trái Đất. Trong nhiệm vụ ở Bắc Cực, tàu lặn được điều chỉnh để hoạt động trong nhiệt độ gần mức đóng băng và trước nguy cơ băng biển liên tục dịch chuyển.

Tàu nghiên cứu Tan Suo San Hao là một dấu mốc công nghệ khác. Trung Quốc mô tả đây là tàu nghiên cứu khoa học toàn diện đầu tiên trên thế giới được thiết kế riêng cho hoạt động thám hiểm biển sâu toàn cầu, có khả năng phá băng. Sự kết hợp giữa tàu phá băng và tàu hỗ trợ nghiên cứu biển sâu cho phép hoạt động quanh năm tại những vùng cực trước đây chỉ có thể tiếp cận trong khoảng thời gian ngắn vào mùa hè, khi băng phủ ở mức thấp nhất.

Elmar Albers, nhà địa chất biển tại Viện Alfred Wegener ở Đức, lưu ý rằng những thành tựu kỹ thuật của đoàn thám hiểm không chỉ giới hạn ở việc di chuyển.

"Nhiệm vụ của Trung Quốc hứa hẹn mang lại những hiểu biết mới đáng kể về các môi trường sống dưới nước khắc nghiệt nhất trên Trái Đất", Albers nói.

Chuyến thám hiểm cũng ghi dấu hoạt động phối hợp dưới nước đầu tiên của Trung Quốc giữa hai tàu lặn có người lái. Fendouzhe hoạt động cùng tàu lặn Jiaolong; hai phương tiện phối hợp về định vị, trao đổi thiết bị đánh dấu và quay phim dưới nước. Cách tiếp cận sử dụng hai tàu lặn này cho phép khảo sát toàn diện hơn và tăng mức độ dự phòng để đảm bảo an toàn. Jiaolong cũng thực hiện chuyến lặn có người lái đầu tiên của Trung Quốc bên dưới băng Bắc Cực trong nhiệm vụ, cho thấy năng lực ngày càng phát triển của nước này trong hoạt động biển sâu ở vùng cực.

Ý nghĩa địa chất của Sống núi Gakkel

Sống núi Gakkel có ý nghĩa đặc biệt đối với các nhà địa chất vì đây là một trong những ví dụ cực đoan nhất về sống núi giữa đại dương có tốc độ giãn tách siêu chậm. Trong khi hầu hết các sống núi giữa đại dương mở rộng vài centimet mỗi năm, Sống núi Gakkel giãn tách chậm đến mức lớp vỏ mới hình thành còn chậm hơn tốc độ mọc của móng tay người. Tốc độ giãn tách đặc biệt chậm này tạo nên những cấu trúc địa chất độc đáo và có thể ảnh hưởng đến các dạng hệ thống thủy nhiệt hình thành dọc theo sống núi.

Là một phần của hệ thống sống núi giữa đại dương toàn cầu, Sống núi Gakkel giữ vai trò quan trọng trong kiến tạo mảng và chu trình trao đổi các nguyên tố giữa phần bên trong với bề mặt Trái Đất. Sống núi hình thành tại nơi Mảng Bắc Mỹ và Mảng Á-Âu tách rời, tạo điều kiện cho magma dâng lên và hình thành lớp vỏ đại dương mới. Hiểu rõ quá trình này giúp các nhà khoa học xây dựng mô hình về nhiều hiện tượng, từ hoạt động núi lửa đến sự tiến hóa của các bồn đại dương qua thời gian địa chất.

Đoàn thám hiểm hướng đến những khu vực có giá trị địa chất như núi ngầm, vách đá, đồi và hẻm núi dưới biển. Họ dùng camera và sonar để thay thế những đường nét mờ trên các bản đồ trước đây bằng hình ảnh chi tiết về đáy biển thực tế. Những hình ảnh độ phân giải cao này sẽ giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ cấu trúc và quá trình hình thành của hệ thống sống núi khác thường này.

Một trong những mục tiêu khoa học chính là xác định liệu có miệng phun thủy nhiệt ở phần phía đông của Sống núi Gakkel hay không. Những suối nước nóng dưới biển này hình thành khi nước biển tuần hoàn qua lớp đá núi lửa mới hình thành, được magma bên dưới làm nóng rồi phun trở lại đại dương, mang theo các khoáng chất hòa tan. Các miệng phun ở phía tây Sống núi Gakkel, được phát hiện năm 2003, hé lộ những quần thể sinh vật khác thường sống hoàn toàn trong bóng tối nhờ năng lượng hóa học thay vì ánh sáng mặt trời.

Tìm kiếm sự sống trong môi trường khắc nghiệt

Việc tìm kiếm miệng phun thủy nhiệt ở phía đông Sống núi Gakkel không chỉ xuất phát từ tò mò khoa học. Các hệ thống miệng phun này là nơi sinh sống của những hệ sinh thái độc đáo, có thể gợi mở cách sự sống tồn tại trên các thiên thể khác. Sinh vật quanh miệng phun thủy nhiệt lấy năng lượng từ các phản ứng hóa học liên quan đến khoáng chất như hydro sulfua, hoàn toàn không phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời. Kiểu chuyển hóa này tương tự điều mà các nhà khoa học cho rằng có thể tồn tại bên dưới lớp vỏ băng của những vệ tinh như Europa, quay quanh Sao Mộc, và Enceladus, quay quanh Sao Thổ.

Trong gần 100 ngày trên biển, đoàn thám hiểm thu thập lõi trầm tích, đá, mẫu nước biển và mẫu sinh vật dọc theo sống núi. Các mẫu này hiện chờ được phân tích kỹ lưỡng trong phòng thí nghiệm, nơi các nhà khoa học sẽ tìm kiếm dấu hiệu hóa học của hoạt động thủy nhiệt và bằng chứng về những sinh vật độc đáo thích nghi với điều kiện khắc nghiệt. Huang và nhóm nghiên cứu không tiết lộ liệu họ có tìm thấy các hệ thống miệng phun đang hoạt động hay không, đồng thời cho biết cần nhiều tháng nghiên cứu cẩn thận trong phòng thí nghiệm mới có thể đưa ra kết luận chắc chắn.

Các mẫu sinh vật thu thập trong nhiệm vụ có thể hé lộ những loài mới hoặc khả năng thích nghi khác thường với môi trường sống sâu, lạnh và tối. Nhóm nghiên cứu quan sát thấy nhiều loài cá và sinh vật biển sâu sống trong điều mà Huang mô tả là bóng tối, cái lạnh, áp suất và đá. Những sinh vật này đã tiến hóa các chiến lược sinh tồn đáng kinh ngạc trong một trong những môi trường khắc nghiệt nhất trên Trái Đất. Hiểu rõ chúng có thể thúc đẩy các lĩnh vực từ y học đến công nghệ sinh học.

Nghiên cứu sự sống trong môi trường khắc nghiệt, còn gọi là sinh học vũ trụ, tạo nên mối liên hệ trực tiếp giữa hoạt động thám hiểm biển sâu và công cuộc tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất. Nếu các sinh vật có thể phát triển quanh miệng phun thủy nhiệt ở Bắc Băng Dương, những dạng sống tương tự có thể tồn tại trong các đại dương ngầm dưới lớp băng trên những vệ tinh khắp hệ Mặt Trời. Các mẫu từ Sống núi Gakkel có thể giúp hoàn thiện những mô hình về hình thái của các hệ sinh thái ngoài Trái Đất như vậy.

Mối liên hệ khí hậu ở Bắc Cực sâu thẳm

Dù nhiệm vụ diễn ra ở độ sâu hàng nghìn mét dưới mặt nước và cách xa nền văn minh nhân loại, những phát hiện của chuyến thám hiểm có liên quan trực tiếp đến biến đổi khí hậu và tác động của nó đối với xã hội. Bắc Cực đang ấm lên với tốc độ nhanh gấp hai đến ba lần mức trung bình toàn cầu, kéo theo những hệ quả sâu rộng đối với các kiểu thời tiết, mực nước biển và hệ sinh thái trên khắp thế giới. Những gì diễn ra dọc đáy biển Bắc Cực tác động đến cùng hệ thống khí hậu chi phối các đợt rét đậm hoặc mùa đông ấm bất thường ở những vùng ôn đới.

Các sống núi giữa đại dương như Sống núi Gakkel đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận chuyển nhiệt và hóa chất qua biển sâu. Khi nước tuần hoàn qua lớp vỏ đại dương gần những sống núi này, nó trao đổi nhiệt và khoáng chất với môi trường xung quanh. Quá trình này ảnh hưởng đến thành phần hóa học và dòng tuần hoàn đại dương, từ đó tác động đến khí hậu toàn cầu. Dữ liệu chi tiết từ Sống núi Gakkel có thể giúp các nhà khoa học hoàn thiện mô hình khí hậu, hỗ trợ quy hoạch dài hạn cho cộng đồng ven biển, phát triển cơ sở hạ tầng và chuẩn bị ứng phó thiên tai.

Khu vực Bắc Cực cũng là nơi báo hiệu những biến đổi khí hậu toàn cầu. Những thay đổi về nhiệt độ, thành phần hóa học đại dương và hệ sinh thái ở Bắc Cực thường là dấu hiệu cho các chuyển biến rộng hơn, rồi sẽ ảnh hưởng đến những khu vực khác. Việc thiết lập dữ liệu nền về môi trường Bắc Cực sâu ngay từ bây giờ sẽ tạo ra mốc tham chiếu để đo lường các biến đổi trong tương lai. Thông tin này thiết yếu để hiểu toàn bộ hệ thống Trái Đất phản ứng ra sao trước tình trạng ấm lên tiếp diễn.

Đoàn thám hiểm đã thu thập lượng lớn dữ liệu quan sát phục vụ nghiên cứu về biến đổi khí hậu nhanh chóng ở Bắc Cực. Dữ liệu bao gồm nhiệt độ nước, độ mặn, thành phần hóa học và các quần thể sinh vật trong toàn bộ cột nước. Những thông tin này giúp các nhà khoa học hiểu Bắc Băng Dương đang biến đổi như thế nào và những thay đổi đó có thể lan truyền trong hệ thống khí hậu toàn cầu ra sao.

Tham vọng ngày càng lớn của Trung Quốc ở vùng cực

Nhiệm vụ này không chỉ là một thành tựu khoa học mà còn cho thấy năng lực nghiên cứu vùng cực của Trung Quốc đang mở rộng nhanh chóng, cùng sự hiện diện ngày càng lớn của nước này ở Bắc Cực. Trung Quốc tự mô tả là "quốc gia cận Bắc Cực" và liên tục tăng cường hoạt động ở các vùng cực trong thập niên qua, đưa tàu phá băng, tàu nghiên cứu và tàu lặn không người lái đến khu vực. Bắc Kinh xem nỗ lực ở Bắc Cực là một phần trong chiến lược "phát triển khoa học hòa bình", tập trung vào nghiên cứu khí hậu, đa dạng sinh học biển và lập bản đồ tài nguyên dưới đáy biển.

Năng lực công nghệ được thể hiện trong chuyến thám hiểm, bao gồm hoạt động lặn sâu dưới lớp băng dày và các tàu hỗ trợ phá băng tiên tiến, mang ý nghĩa chiến lược. Bắc Cực ngày càng dễ tiếp cận khi biến đổi khí hậu làm giảm diện tích băng phủ, mở ra các tuyến hàng hải mới và để lộ những nguồn tài nguyên tiềm năng. Năng lực kỹ thuật ngày càng cao của Trung Quốc trong khu vực giúp nước này có vị thế tham gia các cơ hội phát triển trong tương lai và những tuyến thương mại Bắc Cực mới hình thành.

Mùa hè vừa qua, Trung Quốc điều năm tàu nghiên cứu, trong đó có một tàu phá băng, đến Bắc Cực. Sự hiện diện đáng kể này cho thấy cam kết của nước này với nghiên cứu vùng cực và mong muốn khẳng định vị thế một nhân tố lớn trong các vấn đề Bắc Cực. Việc hoàn thành thành công 43 lần lặn có người lái trong vùng biển phủ băng giúp Trung Quốc trở thành quốc gia duy nhất hiện có khả năng thực hiện liên tục các chuyến lặn biển sâu có người lái ở Bắc Băng Dương phủ băng dày.

Theo Bộ Tài nguyên thiên nhiên Trung Quốc, chuyến thám hiểm đã kiểm chứng năng lực hoạt động của cả Fendouzhe và Tan Suo San Hao trong các vùng biển cực có băng. Nhiệm vụ thiết lập quy trình vận hành trong điều kiện vùng cực khắc nghiệt và tiên phong áp dụng mô hình lặn phá băng cơ động, có thể mở rộng khả năng thám hiểm trong tương lai. Vai trò dẫn đầu của Trung Quốc trong lĩnh vực này có thể tác động đến các cuộc thảo luận quốc tế về quản trị Bắc Cực, hợp tác nghiên cứu và bảo vệ môi trường.

Chặng đường dài của khám phá khoa học

Dù chuyến thám hiểm đã kết thúc, công việc khoa học mới chỉ bắt đầu. Các mẫu thô và đoạn phim thu thập trong nhiệm vụ có thể cần nhiều năm phân tích chi tiết mới làm sáng tỏ đầy đủ ý nghĩa. Đá sẽ được kiểm tra thành phần và niên đại khoáng vật, lõi trầm tích sẽ được phân tích để tìm dấu hiệu hóa học và sinh học, còn các mẫu sinh vật sẽ được nghiên cứu để xác định mối quan hệ của chúng với những loài đã biết.

Các nhà khoa học sẽ đặc biệt chú ý đến mọi bằng chứng về hoạt động của miệng phun thủy nhiệt ở phía đông Sống núi Gakkel. Sự hiện diện của một số khoáng chất, thành phần hóa học bất thường trong nước hoặc các quần thể sinh vật nhất định có thể cho thấy khu vực này có các miệng phun đang hoạt động. Phát hiện như vậy không chỉ hoàn thiện bức tranh về Sống núi Gakkel mà còn đem lại hiểu biết mới về cách sự sống lan rộng và tiến hóa trong môi trường biển sâu.

Dữ liệu địa chất thu thập trong nhiệm vụ sẽ giúp các nhà nghiên cứu hiểu những sống núi giãn tách siêu chậm khác với các sống núi giãn tách nhanh hơn như thế nào. Thông tin này có thể giúp hoàn thiện các mô hình kiến tạo mảng và nâng cao hiểu biết về cách lớp vỏ Trái Đất hình thành, tiến hóa. Việc lập bản đồ chi tiết các cấu trúc dưới biển cũng sẽ tạo nền tảng cho những nghiên cứu tiếp theo trong khu vực.

Khi các nhà khoa học phân tích dữ liệu và mẫu vật từ nhiệm vụ lịch sử này, những câu hỏi mới chắc chắn sẽ xuất hiện. Mỗi phát hiện thường lại hé lộ những bí ẩn mới, thúc đẩy thêm các hoạt động thám hiểm và nghiên cứu. Phần phía đông Sống núi Gakkel, từng bị che khuất dưới lớp băng và chưa được khoa học biết đến, giờ đã có mặt trên bản đồ khoa học. Những bí mật của khu vực này có thể dần thay đổi cách chúng ta nhìn nhận biển sâu của Trái Đất và vùng Bắc Cực đang biến đổi phía trên.

Điểm chính

• Tàu lặn Trung Quốc Fendouzhe hoàn thành 43 lần lặn trong chuyến thám hiểm Bắc Cực kéo dài 98 ngày, đạt độ sâu tối đa 5.277 mét.
• Nhiệm vụ thực hiện chuyến thám hiểm có người lái đầu tiên ở phần phía đông Sống núi Gakkel, chuỗi núi lửa ngầm nằm giữa Greenland và Siberia.
• Đoàn thám hiểm tiên phong áp dụng phương thức "phối hợp tàu mặt nước và tàu lặn", cho phép hoạt động tại vùng biển có 80% diện tích bề mặt bị băng phủ.
• Trung Quốc trở thành quốc gia đầu tiên thực hiện liên tục các chuyến lặn biển sâu có người lái ở Bắc Băng Dương phủ băng dày.
• Nhóm nghiên cứu thu thập lõi trầm tích, đá, nước biển và mẫu sinh vật từ những khu vực sâu chưa từng được khám phá.
• Nhiệm vụ có hoạt động phối hợp dưới nước đầu tiên giữa hai tàu lặn có người lái của Trung Quốc là Fendouzhe và Jiaolong.
• Nghiên cứu có thể phát hiện các miệng phun thủy nhiệt và hệ sinh thái độc đáo, có ý nghĩa đối với sinh học vũ trụ và khoa học khí hậu.
• Chuyến thám hiểm cho thấy năng lực kỹ thuật và sự hiện diện ngày càng lớn của Trung Quốc trong nghiên cứu vùng cực.
• Các mẫu vật và dữ liệu sẽ cần nhiều năm phân tích để hiểu đầy đủ ý nghĩa khoa học.