Các hồ nước biến mất ở Tây Tạng đánh thức những đứt gãy cổ đại và gây ra động đất

Khi Nóc nhà Thế giới cạn nguồn nước

Khoảng 115.000 năm trước, cao nguyên phía nam Tây Tạng có những biển nội địa rộng lớn, kéo dài hơn 125 dặm (200 km). Những khối nước khổng lồ này, trong đó có tổ tiên của các hồ hiện đại như Nam Co (còn gọi là Namtso hoặc hồ Nam), đã thu hẹp đáng kể theo thời gian. Ngày nay, hồ Nam Co chỉ dài 45 dặm (75 km). Trong khi các nhà khoa học từ lâu đã theo dõi những hệ quả môi trường của tình trạng khô cạn này, nghiên cứu mới cho thấy tác động còn dữ dội hơn nhiều. Các hồ biến mất dường như đã kích hoạt động đất khi đánh thức những đứt gãy ngủ yên từ lâu sâu bên trong vỏ Trái Đất.

Một nhóm địa chất học do Chunrui Li thuộc Viện Khoa học Địa chất Trung Quốc ở Bắc Kinh dẫn đầu đã tìm thấy bằng chứng cho thấy việc các hồ cổ mất đi sức nặng của nước khiến vỏ Trái Đất trồi lên, tái kích hoạt các đường đứt gãy lân cận. Được công bố trên tạp chí Geophysical Research Letters, nghiên cứu củng cố hiểu biết về cách những biến đổi khí hậu trên bề mặt có thể tác động đến các quá trình địa chất sâu bên dưới. Các phát hiện cho thấy khi Tây Tạng mất nước, mặt đất cũng trồi lên để đáp ứng, giống như một con tàu nổi cao hơn khi hàng hóa được dỡ xuống, tạo ra ứng suất có thể làm nứt các khe nứt cổ trong đá. Khám phá này thách thức những giả định trước đây rằng chỉ các lực kiến tạo sâu bên dưới mới có thể tạo ra hoạt động địa chấn đáng kể trong khu vực.

Ý nghĩa của phát hiện vượt xa mối quan tâm học thuật. Khi biến đổi khí hậu đẩy nhanh tình trạng mất nước ở các vùng núi cao trên khắp thế giới, việc hiểu rõ tác động của các hồ thu hẹp đối với độ ổn định địa chất trở nên thiết yếu trong đánh giá nguy cơ. Cao nguyên Tây Tạng, thường được gọi là Nóc nhà Thế giới, là nơi điển hình để quan sát các quá trình này, cho thấy những thay đổi môi trường trên bề mặt có thể lan sâu vào bên trong hành tinh.

Sức nặng của nước và sự trồi lên của đá

Cơ chế đằng sau hiện tượng này liên quan đến nguyên lý cân bằng đẳng tĩnh, mô tả cách vỏ Trái Đất nổi trên lớp phủ đặc hơn bên dưới. Các hồ lớn tạo sức nặng đáng kể đè lên vỏ Trái Đất. Khi chúng bắt đầu khô cạn, sức nặng đó mất đi và vỏ Trái Đất từ từ bật lên. Quá trình này, gọi là phục hồi đẳng tĩnh, diễn ra chậm trong hàng nghìn năm nhưng có thể tích tụ ứng suất đáng kể lên các cấu trúc địa chất. Ở miền nam Tây Tạng, quá trình này diễn ra tại khu vực vốn đã chịu áp lực kiến tạo khổng lồ do sự va chạm đang tiếp diễn giữa mảng Ấn Độ và mảng Á-Âu. Cuộc va chạm bắt đầu khoảng 50 triệu năm trước, tạo nên dãy núi Himalaya và cao nguyên Tây Tạng.

Qua hàng triệu năm, cuộc va chạm lục địa này đã tích tụ sức căng rất lớn trong lớp vỏ bên dưới miền nam Tây Tạng. Các đứt gãy cổ, hay những khe nứt trong đá, nằm im nhưng sẵn sàng vỡ ra khi gặp điều kiện thích hợp. Li và các đồng nghiệp cho rằng sự trồi lên từ từ của vỏ Trái Đất do các hồ thu hẹp có thể là tác nhân cần thiết để giải phóng sức căng tích tụ này. Sử dụng các mô hình máy tính để dự đoán phản ứng của vỏ Trái Đất trước tình trạng mất nước, họ nhận thấy việc mất đi sức nặng của các hồ đã biến mất thực sự có thể tái kích hoạt những đứt gãy đang ngủ yên này. Nghiên cứu nhấn mạnh mức độ nhạy cảm bất ngờ của các cấu trúc sâu trong lòng đất trước những biến đổi diễn ra trên bề mặt.

Bối cảnh địa chất miền nam Tây Tạng khiến khu vực này đặc biệt dễ chịu những tác động như vậy. Nơi đây nằm trên ranh giới giữa hai mảng lục địa khổng lồ, nơi lớp vỏ dày, nứt vỡ và liên tục chịu sức căng. Khác với các vùng ven biển, nơi các mảng kiến tạo gặp nhau bên dưới đại dương, vùng va chạm lục địa này tạo ra những mạng lưới đứt gãy phức tạp, có thể nằm im hàng thiên niên kỷ cho đến khi bị kích hoạt bởi ứng suất bất thường. Các hệ thống hồ cổ từng bao phủ khu vực đã bổ sung khối lượng đáng kể cho một số nơi, kìm hãm xu hướng tự nhiên của vỏ Trái Đất muốn trồi lên và dịch chuyển. Khi khối lượng đó biến mất, năng lượng bị dồn nén được giải phóng thông qua chuyển động của các đứt gãy.

Định lượng dịch chuyển: 15 mét

Để kiểm chứng giả thuyết, các nhà nghiên cứu lập bản đồ đường bờ hồ cổ nhằm tính chính xác lượng nước các hồ đã mất đi trong hàng thiên niên kỷ. Phân tích tập trung vào giai đoạn từ 115.000 đến 30.000 năm trước, khi tình trạng khô cạn diễn ra đáng kể. Kết quả cho thấy những con số đáng chú ý. Riêng lượng nước mất đi ở hồ Nam Co dường như đã khiến một đứt gãy gần đó dịch chuyển tổng cộng khoảng 50 feet (15 mét). Các hồ nằm cách đó 60 dặm (100 km) về phía nam mất nhiều nước hơn nữa, có thể đã gây ra chuyển động 230 feet (70 mét) trên các đứt gãy địa phương.

Các tính toán này tương ứng với tốc độ dịch chuyển đứt gãy từ 0,008 đến 0,06 inch (0,2 đến 1,6 milimét) mỗi năm. Con số này có vẻ khiêm tốn nếu so với đứt gãy San Andreas ở California, vốn dịch chuyển khoảng 0,8 inch (20 milimét) mỗi năm, nhưng nguồn gốc của chuyển động lại khác biệt đáng kể. San Andreas chủ yếu dịch chuyển do các quá trình kiến tạo sâu ở ranh giới mảng. Các đứt gãy ở Tây Tạng dịch chuyển do những biến đổi trên bề mặt từ hàng nghìn năm trước, cho thấy các quá trình trên mặt đất có thể tác động đáng kể đến những cấu trúc sâu trong lòng đất. Nghiên cứu đưa ra bằng chứng cụ thể rằng những thay đổi thủy văn do khí hậu chi phối có thể tạo ra phản ứng địa chất đo đếm được.

Sự khác biệt giữa chuyển động đứt gãy do kiến tạo và chuyển động do tác động trên bề mặt có ý nghĩa đối với cách các nhà khoa học phân loại và dự báo nguy cơ địa chấn. Theo truyền thống, các nhà địa chất hầu như chỉ tập trung vào động lực ở ranh giới mảng khi đánh giá nguy cơ động đất. Dữ liệu Tây Tạng cho thấy động đất trong nội mảng, tức những trận xảy ra xa ranh giới mảng, đôi khi có thể bắt nguồn từ những thay đổi tích tụ trên bề mặt thay vì các quá trình sâu trong lớp phủ. Việc phân loại lại này có thể ảnh hưởng đến cách lập bản đồ nguy cơ tại các khu vực sâu trong lục địa, nơi từng tồn tại những hồ cổ.

Đọc hồ sơ địa chất trong trầm tích hồ

Mối quan hệ giữa hồ và hoạt động địa chấn diễn ra theo cả hai chiều. Cũng như hồ biến mất có thể gây ra động đất, những trận động đất mạnh có thể làm biến đổi đáng kể các hệ thống hồ. Nghiên cứu tại hồ Qionghai, nằm ở rìa đông nam cao nguyên Tây Tạng, cho thấy trầm tích hồ lưu giữ dấu tích các trận động đất trong quá khứ. Phân tích sáu lõi trầm tích lấy từ nhiều khu vực khác nhau trong hồ, các nhà khoa học đã xác định được những lớp riêng biệt hình thành sau các trận động đất năm 1850 và 1952, bằng cách sử dụng chụp CT, phân tích kích thước hạt và các chỉ dấu địa hóa như hàm lượng mangan.

Các nghiên cứu này cho thấy trầm tích do động đất tạo ra xuất hiện dưới dạng những lớp đồng nhất, phân loại kém và có dấu hiệu hóa học đặc trưng. Trận động đất năm 1850, có độ lớn 7,5 trên đứt gãy sông Zemu, và trận động đất độ lớn 6,75 năm 1952 trên đứt gãy sông Anning đều để lại dấu tích vĩnh viễn trong lớp bùn. Nghiên cứu xác nhận rằng hồ vừa tác động đến hoạt động kiến tạo, vừa ghi lại hoạt động này, tạo nên vòng phản hồi phức tạp giữa thủy văn bề mặt và các quá trình sâu trong lòng đất. Những lớp trầm tích cung cấp dòng thời gian về các thảm họa, cho thấy cảnh quan phản ứng ra sao trước những trận động đất lớn qua nhiều thế kỷ.

Phương pháp được áp dụng tại hồ Qionghai là khuôn mẫu để khảo sát các trận động đất lịch sử ở những nơi khác. Các nhà nghiên cứu dùng máy đo sâu hồi âm đa tia để lập bản đồ đáy hồ, sau đó lấy lõi trầm tích ở nhiều vị trí nhằm đối chiếu sự kiện trên toàn lưu vực. Chụp CT cho thấy cấu trúc bên trong mà không phá hủy mẫu, trong khi quét huỳnh quang tia X xác định những thay đổi nguyên tố với độ phân giải đến từng milimét. Phân tích kích thước hạt giúp phân biệt trầm tích lũ, vốn mịn dần từ dưới lên, với trầm tích do động đất, thường là những lớp hỗn độn, phân loại kém. Các kỹ thuật này cho phép các nhà khoa học đọc lịch sử địa chất của một khu vực như đọc từng trang sách, xác định những năm cụ thể khi Trái Đất rung chuyển và làm biến đổi các khối nước bên trên.

Góc nhìn chuyên gia về mối liên kết giữa bề mặt và lòng đất

Các nhà địa chất độc lập nhấn mạnh ý nghĩa của những phát hiện này đối với việc tìm hiểu sự biến đổi của cảnh quan. Matthew Fox, phó giáo sư địa chất tại University College London, người không tham gia nghiên cứu, giải thích ý nghĩa rộng hơn của công trình.

Các quá trình trên bề mặt có thể tác động mạnh đến mức đáng ngạc nhiên lên phần rắn của Trái Đất. Các nhà địa chất ngày càng nhận thức rõ rằng để hiểu đầy đủ quá trình biến đổi của một cảnh quan hay khu vực kiến tạo, chúng ta cần xem xét mối liên kết giữa các quá trình trên bề mặt và sâu trong lòng đất.

Tuy nhiên, các chuyên gia cảnh báo không nên cho rằng mọi hồ khô cạn đều sẽ gây động đất. Sean Gallen, phó giáo sư địa chất tại Đại học Bang Colorado, người không tham gia nghiên cứu, làm rõ rằng ứng suất kiến tạo phải tồn tại từ trước thì việc giảm tải trên bề mặt mới có thể kích hoạt sự kiện địa chấn.

Kiến tạo luôn là động lực chính. Những thay đổi về tải trọng nước chỉ làm thay đổi cách ứng suất kiến tạo tích tụ được giải phóng theo thời gian.

Philippe Steer, trợ lý giáo sư khoa học địa chất tại Đại học Rennes ở Pháp, lưu ý rằng các quá trình khác trên bề mặt cũng có thể kích hoạt sự giải phóng ứng suất tương tự. Những cơn bão dữ dội gây xói mòn nhanh, hoặc các mỏ đá lớn lấy đi khối lượng đá khổng lồ, có thể tạo ra hiệu ứng giảm tải tương tự, khiến vỏ Trái Đất trồi lên và có khả năng kích hoạt chuyển động đứt gãy. Các quá trình này cho thấy bề mặt Trái Đất không phải là yếu tố thụ động trong động lực địa chất, mà là một thành phần chủ động có thể khởi phát những biến đổi sâu bên dưới. Việc nhận ra mối liên kết này đánh dấu bước chuyển đổi lớn trong cách các nhà địa chất nhìn nhận tương tác giữa khí hậu và kiến tạo.

Giới nghiên cứu hiện phải tìm cách đưa những tác động trên bề mặt này vào các mô hình nguy cơ hiện có. Hầu hết mô hình dự báo động đất hiện nay tập trung vào sự tích tụ ứng suất sâu bên dưới và chuyển động của các mảng. Việc bổ sung các yếu tố giảm tải trên bề mặt đòi hỏi theo dõi mực nước, các dải băng và tốc độ xói mòn cùng với những phép đo địa chấn truyền thống. Dù khiến mô hình phức tạp hơn, cách tiếp cận này cũng mở ra những phương thức mới để đánh giá nguy cơ ở các khu vực có đứt gãy cổ và tải trọng bề mặt đang biến đổi.

Bài học từ băng hà cuối cùng

Ví dụ đáng kể nhất về tình trạng vỏ Trái Đất giảm tải liên quan đến cực đại băng hà cuối cùng, khoảng 20.000 năm trước, khi những dải băng dày nhiều dặm bao phủ phần lớn Bắc Mỹ và lục địa Á-Âu. Phần lớn những dải băng này tan chảy vào khoảng 10.000 năm trước, nhưng vỏ Trái Đất bên dưới vẫn tiếp tục phục hồi cho đến ngày nay. Quá trình điều chỉnh đẳng tĩnh hậu băng hà đang diễn ra này có thể lý giải một số trận động đất khó hiểu nhất trong lịch sử.

Năm 1811 và 1812, ba trận động đất mạnh độ lớn 7 hoặc 8 xảy ra tại thung lũng sông Mississippi ở miền trung Hoa Kỳ, cách xa hàng nghìn dặm so với mọi ranh giới mảng kiến tạo. Các nhà địa chất cho rằng ứng suất tích tụ trên những đứt gãy cổ ở thung lũng Mississippi do hoạt động kiến tạo tại các rìa xa của mảng Bắc Mỹ. Khi các dải băng tan và vỏ Trái Đất bắt đầu trồi lên, sức căng tích tụ đó được giải phóng thành các trận động đất New Madrid. Như Fox nhận định, biến đổi khí hậu không gây ra hoạt động kiến tạo, nhưng có thể điều chỉnh điều kiện ứng suất trong lớp vỏ, một yếu tố cần được tính đến khi đánh giá nguy cơ.

Các quá trình tương tự diễn ra ở Scandinavia và Canada, nơi đất đai vẫn trồi lên sau khi các sông băng thời kỳ băng hà tan đi. Tại Thụy Điển, vỏ Trái Đất trồi lên với tốc độ tới 10 milimét mỗi năm ở một số khu vực, gây ra những điều chỉnh trong các hệ thống đứt gãy địa phương. Dù các khu vực này ít xảy ra động đất lớn hơn Tây Tạng, việc theo dõi liên tục quá trình phục hồi hậu băng hà cung cấp dữ liệu quý giá về tốc độ phản ứng của vỏ Trái Đất khi được giảm tải. Các hồ Tây Tạng có quy mô thời gian và mức độ giảm tải khác, nhưng các nguyên lý vật lý vẫn giống nhau. Hiểu rõ cả những sự kiện giảm tải nhanh lẫn chậm giúp xây dựng các mô hình toàn diện về trạng thái của vỏ Trái Đất.

Khi Trái Đất làm rung chuyển các hồ

Mối quan hệ hai chiều giữa nước và động đất còn thể hiện qua các sự kiện hiện đại trên cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng. Trận động đất Maduo năm 2021, có độ lớn 7,4, đã gây ra những biến đổi đáng kể ở các vùng đất ngập nước trên núi cao trong khu vực. Nghiên cứu được công bố sau sự kiện ghi nhận trận động đất làm nứt các cấu trúc địa chất bên dưới, khiến nước mặt thấm sâu vào lòng đất. Quá trình thấm này làm mực hồ hạ xuống và khiến các vùng đất ngập nước suy thoái, dẫn đến cây thủy sinh và ốc chết hàng loạt, đồng thời làm suy giảm số lượng chim nước.

Các phát hiện cho thấy những vùng đất ngập nước khô cạn và suy thoái có thể trở thành nguồn gây sa mạc hóa, tạo ra những biến đổi sinh thái kéo dài qua nhiều thế hệ. Nghiên cứu đưa ra các khuyến nghị cụ thể cho nỗ lực phục hồi sau động đất, trong đó có việc lấp các khe nứt do động đất tạo ra và bổ sung nước mặt để bảo vệ đa dạng sinh học. Những nghiên cứu như vậy cho thấy mối liên hệ giữa hồ và động đất không chỉ thuộc về quá khứ mà vẫn tiếp tục định hình hệ sinh thái và địa chất cao nguyên Tây Tạng ngày nay. Sự tương tác này tạo thành một chu trình: mất nước có thể gây động đất, còn động đất có thể đẩy nhanh tình trạng mất nước.

Hệ quả sinh thái của chu trình này đặc biệt nghiêm trọng đối với các vùng đất ngập nước độc đáo ở độ cao lớn trên cao nguyên. Những vùng đất ngập nước này là nơi sinh sản thiết yếu của chim di cư và là môi trường sống của các loài đặc hữu thích nghi với điều kiện khắc nghiệt. Khi động đất làm nứt lớp băng vĩnh cửu hoặc nền đá bên dưới, mối liên kết thủy lực của cảnh quan sẽ thay đổi vĩnh viễn. Nước từng đọng trên bề mặt thoát đi, khiến đồng cỏ khô cạn và đất trở nên nhiễm mặn. Các nhà nghiên cứu cảnh báo những khu vực suy thoái này có thể mở rộng thành vùng sa mạc hóa, làm biến đổi các kiểu khí hậu địa phương và giảm khả năng lưu trữ carbon, nước của cao nguyên.

Tiếng vọng toàn cầu của các hệ thống liên kết

Những tương tác tương tự giữa các quá trình trên bề mặt và sâu trong lòng đất diễn ra trên toàn thế giới, khẳng định tầm quan trọng toàn cầu của các phát hiện tại Tây Tạng. Tháng 7 năm 2024, một trận động đất độ lớn 8,8 xảy ra trên bán đảo Kamchatka của Nga, sau đó sáu núi lửa phun trào, trong đó có Klyuchevskoy, núi lửa đang hoạt động cao nhất ở châu Á và châu Âu. Dù núi lửa đã có dấu hiệu bất ổn trước trận động đất, các chuyên gia cho rằng sự kiện địa chấn đã làm đợt phun trào mạnh thêm. Trận động đất làm thay đổi điều kiện ứng suất trong vỏ Trái Đất, có thể khiến magma dễ lên bề mặt hơn.

Các ví dụ khác gồm phát hiện năm 2025 nhờ trí tuệ nhân tạo về một đứt gãy vòng ẩn tại núi lửa Campi Flegrei ở Italy, nơi đã xảy ra hơn 54.000 trận động đất trong giai đoạn 2022-2025, và vụ phun trào khe nứt năm 2024 ở Iceland sau những đợt động đất dồn dập trên bán đảo Reykjanes. Những sự kiện này cho thấy dù thông qua băng tan, hồ khô cạn hay hoạt động khai thác đá, tình trạng giảm tải trên bề mặt đều có thể kích hoạt phản ứng sâu bên dưới; ngược lại, những biến động kiến tạo sâu có thể định hình lại cảnh quan trên bề mặt. Hành tinh vận hành như một hệ thống thống nhất, trong đó những biến đổi ở cấp độ này tất yếu tác động đến cấp độ kia.

Các sự kiện ở Kamchatka đặc biệt cho thấy các hệ thống núi lửa nhạy cảm ra sao trước rung chấn địa chấn. Sau trận động đất độ lớn 8,8, Klyuchevskoy, Shiveluch, Bezymianny, Karymsky, Avachinsky và Krasheninnikov đều gia tăng hoạt động. Krasheninnikov đã không phun trào trong khoảng 500 năm, cho thấy các sóng địa chấn có thể đã làm mất ổn định những buồng magma ngủ yên suốt nhiều thế kỷ. Điều này tương tự tình hình ở Tây Tạng, nơi các đứt gãy ngủ yên từ lâu bị đánh thức để đáp ứng với những thay đổi trên bề mặt. Kết hợp lại, các trường hợp này vẽ nên bức tranh thuyết phục về một Trái Đất năng động, nơi bề mặt và phần bên trong liên tục tương tác.

Kết luận chính

• Nghiên cứu cho thấy các hồ biến mất ở Tây Tạng đã gây ra động đất trong giai đoạn từ 115.000 đến 30.000 năm trước, khi vỏ Trái Đất phục hồi và tái kích hoạt các đứt gãy ngủ yên.
• Lượng nước mất đi ở hồ Nam Co khiến một đứt gãy dịch chuyển khoảng 15 mét, trong khi các hồ phía nam có thể đã gây ra mức dịch chuyển lên tới 70 mét.
• Va chạm giữa mảng Ấn Độ và mảng Á-Âu tạo ra ứng suất kiến tạo cần thiết cho các sự kiện do tác động trên bề mặt kích hoạt; biến đổi khí hậu điều chỉnh chứ không tạo ra các lực kiến tạo nền tảng.
• Trầm tích hồ trong khu vực lưu giữ dấu tích các trận động đất lịch sử, cung cấp bằng chứng về mối quan hệ hai chiều giữa các sự kiện thủy văn và địa chấn.
• Các quá trình tương tự diễn ra trên toàn cầu, từ sự phục hồi sau băng hà gây ra các trận động đất New Madrid năm 1811-1812 đến tương tác hiện đại giữa động đất và núi lửa ở Kamchatka và Iceland.
• Các chuyên gia khuyến nghị đưa tác động giảm tải trên bề mặt vào các đánh giá nguy cơ địa chấn trong tương lai.