Nơi sâu nhất đã biết của đại dương là vực Challenger (Challenger Deep), nằm ở đầu nam rãnh Mariana thuộc tây Thái Bình Dương, sâu khoảng 10.900 đến 10.935 m tuỳ phép đo. Nếu đặt Everest vào đó, đỉnh núi vẫn còn nằm dưới mặt biển hơn 2 km. Ở đáy vực, áp suất nước hơn một nghìn lần áp suất khí quyển ở mặt biển, tương đương hơn một tấn đè lên mỗi centimet vuông.
Dù vậy, con người đã xuống tới đáy, lần đầu năm 1960, và ở đó vẫn có sự sống. Bài này giải thích vì sao độ sâu chính xác vẫn còn lệch vài chục mét giữa các nghiên cứu, rãnh hình thành ra sao, những chuyến lặn kỷ lục, sinh vật nào chịu được áp suất ấy, và so sánh với nơi sâu nhất con người từng khoan vào lòng đất.
Rãnh Mariana ở đâu và hình thành thế nào
Rãnh Mariana là một vết lõm dài hình lưỡi liềm ở đáy Thái Bình Dương, chạy khoảng 2.500 km phía đông quần đảo Mariana, gần đảo Guam. Bề rộng trung bình chỉ vài chục kilomet, nên nếu nhìn từ trên cao, nó giống một vết cào hẹp và rất sâu hơn là một thung lũng rộng. Vực Challenger là chỗ sâu nhất trong rãnh, gồm vài hố nhỏ nằm cạnh nhau ở đầu phía nam.
Rãnh hình thành ở nơi hai mảng kiến tạo gặp nhau. Mảng Thái Bình Dương, già và nặng, chúi xuống bên dưới mảng nhỏ hơn ở phía tây, chìm dần vào lớp phủ của Trái Đất. Quá trình này gọi là hút chìm. Chỗ mảng bắt đầu bẻ cong đi xuống tạo thành rãnh sâu; phía bên kia, đá nóng chảy trồi lên thành chuỗi núi lửa và đảo. Vì vỏ đại dương ở đây thuộc loại già nhất Trái Đất, nó lạnh và đặc nên chìm sâu hơn những nơi khác.
Cũng vì cơ chế này, vùng quanh rãnh có nhiều động đất. Các rãnh sâu khác trên thế giới, như rãnh Tonga hay rãnh Kuril–Kamchatka, đều nằm ở ranh giới hút chìm; tất cả những nơi sâu trên 10.000 m đều ở Thái Bình Dương.
Vì sao độ sâu chính xác vẫn còn lệch
Tên gọi Challenger đến từ tàu HMS Challenger của Anh, trong chuyến khảo sát đại dương 1872–1876 đã thả dây dò sâu ở vùng này, và tàu HMS Challenger II năm 1951 dùng sóng âm đo được chỗ sâu hơn. Từ đó đến nay, mỗi đợt đo cho một con số hơi khác: có nghiên cứu ra khoảng 10.902 m, có nghiên cứu ra gần 10.935 m, sai số công bố từ vài mét đến vài chục mét.
Lý do nằm ở cách đo. Phần lớn phép đo dùng sóng âm: tàu phát tiếng "ping" xuống đáy và đo thời gian tiếng vọng quay lại. Nhưng tốc độ âm thanh trong nước không cố định; nó thay đổi theo nhiệt độ, độ mặn và áp suất ở từng tầng nước. Muốn đổi thời gian ra mét, phải biết chính xác tốc độ âm ở mọi độ sâu, và chỉ cần lệch một chút là kết quả lệch hàng chục mét qua gần 11 km nước. Đáy vực lại gồ ghề, chùm sóng âm rộng có thể "chạm" vào chỗ nông bên cạnh trước.
Cách khác là đo áp suất bằng cảm biến gắn trên tàu lặn hoặc thiết bị thả xuống đáy, rồi đổi ra độ sâu. Cách này cũng cần biết mật độ nước ở từng tầng. Vì thế các nhà khoa học thường nói "khoảng 10.900 m, có thể tới 10.935 m", và đó là cách nói trung thực nhất hiện nay.
Để thấy sai số ấy nhỏ đến đâu: chênh 30 m trên tổng chiều sâu gần 11 km chỉ là khoảng 0,3%. Với một chiếc thước kẻ dài 30 cm, đó là chưa tới một milimet. Vấn đề là ở một kỷ lục, người ta muốn biết chính xác đến từng mét, nên mọi nghiên cứu nghiêm túc đều ghi kèm khoảng sai số. Khi gặp bài viết nào khẳng định chắc nịch "sâu đúng 11.034 m", con số cũ từ một phép đo năm 1957 nay được xem là quá cao, bạn có thể biết người viết đang dùng tư liệu lỗi thời.
Những chuyến xuống đáy vực Challenger
Tính đến nay, số người từng xuống đáy vực Challenger ít hơn nhiều so với số người từng lên vũ trụ. Một số mốc chính:
| Năm | Ai, phương tiện gì | Điểm đáng nhớ |
|---|---|---|
| 1960 | Jacques Piccard và Don Walsh, tàu lặn sâu Trieste | Lần đầu con người xuống tới đáy; ở đáy khoảng 20 phút, cửa sổ ngoài bị nứt khi đang lặn, bụi trầm tích bốc lên che tầm nhìn |
| 2012 | James Cameron, tàu Deepsea Challenger | Người đầu tiên lặn một mình xuống đáy, quay phim và lấy mẫu |
| 2019 | Victor Vescovo, tàu Limiting Factor | Lặn nhiều lần trong một chuyến khảo sát xuống đáy cả năm đại dương; tàu được thiết kế để dùng lại nhiều lần |
| 2020 | Kathy Sullivan cùng Victor Vescovo | Bà Sullivan, cựu phi hành gia từng đi bộ ngoài không gian, trở thành người phụ nữ đầu tiên xuống đáy vực |
Điểm khác biệt lớn giữa năm 1960 và hiện nay: Trieste là loại tàu "bóng bay" chỉ lên xuống theo chiều dọc, gần như không di chuyển ngang được. Các tàu lặn mới có thể chạy dọc đáy, quay video độ nét cao và mang thiết bị lấy mẫu, nên mỗi chuyến lặn đem về dữ liệu khoa học thật thay vì chỉ một kỷ lục.
Áp suất ở đáy vực mạnh cỡ nào
Cứ xuống thêm khoảng 10 m nước, áp suất tăng thêm chừng một atmosphere, tức bằng toàn bộ áp suất không khí đè lên bạn ở mặt biển. Xuống gần 11 km, áp suất đạt hơn 1.000 atmosphere. Để hình dung: một chiếc cốc nhựa dùng một lần mang xuống đó sẽ bị ép teo lại; các nhà thám hiểm hay buộc cốc xốp vẽ hình lên vỏ tàu, khi kéo lên chiếc cốc chỉ còn bằng cỡ ngón tay vì không khí trong các lỗ xốp bị ép hết.
Thân người không bị bẹp ngay như cốc xốp vì phần lớn cơ thể là nước, mà nước gần như không nén được. Thứ nguy hiểm là các khoang chứa khí như phổi. Vì vậy tàu lặn phải có khoang người ngồi là một quả cầu kim loại dày, thường bằng thép hoặc titan, giữ áp suất bên trong như trên mặt đất. Cửa sổ quan sát làm bằng nhựa acrylic dày, hình côn, để áp lực càng lớn càng ép chặt nó vào khung.
Ở đáy vực, nhiệt độ nước chỉ khoảng 1–4°C, không có chút ánh sáng mặt trời nào. Ánh sáng duy nhất là đèn của tàu lặn và ánh sáng sinh học do một số sinh vật tự phát ra.
Áp suất cũng giải thích vì sao việc lặn xuống đáy vực không cần "đẩy" tàu xuống. Tàu lặn mang theo vật nặng như những khối thép để chìm, tới đáy thì thả bớt để nổi lên lại. Trieste năm 1960 dùng một bồn lớn chứa xăng, chất lỏng nhẹ hơn nước và gần như không bị nén, làm phao, cộng với hàng tấn viên bi sắt làm vật dằn. Hành trình xuống mất gần năm tiếng, lên mất hơn ba tiếng, trong khi thời gian ở đáy chỉ khoảng hai mươi phút.
Sự sống ở nơi sâu nhất hành tinh
Năm 1960, Piccard kể đã thấy một sinh vật giống cá dẹt ở đáy, nhưng nhiều nhà sinh học cho rằng đó có lẽ là một loài hải sâm. Các chuyến lặn và thiết bị mồi bẫy về sau xác nhận đáy vực Challenger có sự sống: giáp xác chân hai loại (amphipod) trông như tôm nhỏ màu trắng, có loài dài vài centimet; hải sâm; và trùng lỗ khổng lồ, những sinh vật đơn bào có thể to bằng bàn tay. Chúng sống nhờ "tuyết biển", tức vụn xác sinh vật và chất hữu cơ lắng dần từ tầng nước phía trên.
Cá thì không xuống được tới đáy. Loài cá được quay phim ở độ sâu lớn nhất là một loài cá ốc (snailfish), ghi nhận ở khoảng 8.300 m trong một rãnh gần Nhật Bản. Các nhà sinh học cho rằng giới hạn với cá nằm quanh 8.200–8.400 m: để protein không bị áp suất làm biến dạng, cá tích một chất gọi là TMAO trong tế bào, nhưng càng sâu càng cần nhiều chất này, tới một mức thì nước biển bên ngoài sẽ bị hút vào tế bào làm cá không sống được.
Một phát hiện buồn: dữ liệu về rác thải biển sâu từng ghi nhận một túi nilon ở độ sâu gần 10.900 m, và nghiên cứu sau đó tìm thấy vi nhựa cùng chất ô nhiễm trong cơ thể giáp xác ở các rãnh sâu. Nơi xa xôi nhất của đại dương cũng không tránh khỏi dấu vết con người.
So với những kỷ lục "sâu" khác
Lỗ khoan sâu nhất thế giới. Giếng khoan siêu sâu Kola ở bán đảo Kola (Nga) đạt khoảng 12.262 m năm 1989, sâu hơn vực Challenger chút ít nhưng đường kính chỉ cỡ một gang tay. Mũi khoan dừng lại vì nhiệt độ đá ở đáy lên khoảng 180°C, nóng hơn dự đoán, khiến đá biến dạng như nhựa dẻo. Con số này vẫn chỉ là vết xước trên lớp vỏ Trái Đất dày hàng chục kilomet.
Mỏ sâu nhất có người làm việc. Một số mỏ vàng ở Nam Phi đã đào xuống sâu khoảng 4 km. Ở độ sâu ấy, đá nóng tới mức phải bơm nước đá và không khí lạnh để thợ mỏ làm việc được.
Chỗ sâu nhất Biển Đông. Biển Đông có những vùng sâu hơn 5.000 m, chủ yếu ở phần trung tâm và gần rãnh Manila phía đông. Sâu cỡ đó vẫn chỉ bằng khoảng một nửa vực Challenger.
Độ sâu lặn của con người không dùng tàu. Thợ lặn bình khí kỹ thuật có kỷ lục được công nhận ở mức hơn 300 m, phải mất nhiều giờ giảm áp khi trồi lên. Lặn tự do nín thở đạt khoảng trên dưới 200 m ở hạng mục không giới hạn. Cả hai đều cực kỳ nguy hiểm, chỉ dành cho vận động viên chuyên nghiệp có đội hỗ trợ.
Câu hỏi thường gặp
Rãnh Mariana sâu bao nhiêu mét?
Chỗ sâu nhất của rãnh Mariana là vực Challenger, sâu khoảng 10.900 đến 10.935 m tuỳ nghiên cứu. Con số chưa thống nhất tuyệt đối vì đo bằng sóng âm hay cảm biến áp suất đều phụ thuộc vào nhiệt độ, độ mặn và mật độ nước ở từng tầng.
Nếu thả một viên bi sắt từ mặt biển xuống đáy vực Challenger thì mất bao lâu?
Thời gian phụ thuộc kích thước và hình dạng vật, vì nước cản rất mạnh khiến vật chìm với một tốc độ ổn định chứ không tăng mãi. Các thiết bị khoa học thả rơi tự do xuống vực thường mất vài giờ mới chạm đáy. Một viên bi nhỏ có thể còn lâu hơn vì chìm chậm hơn vật nặng to.
Tại sao tàu ngầm quân sự không xuống được đáy rãnh Mariana?
Tàu ngầm thông thường cần thân lớn để chở người, vũ khí và động cơ, nên không thể làm vỏ dày như quả cầu tàu lặn sâu. Độ sâu hoạt động của tàu ngầm thường chỉ vài trăm mét. Tàu lặn xuống đáy vực có khoang người rất nhỏ, chỉ đủ một hai người ngồi, đổi lại vỏ chịu được hơn 1.000 atmosphere.
Đáy vực Challenger có tối hoàn toàn không?
Ánh sáng mặt trời gần như không xuống quá khoảng 1.000 m nước, nên đáy vực tối hoàn toàn nếu không có đèn. Ánh sáng duy nhất ở đó là đèn của tàu lặn và ánh sáng sinh học yếu ớt do một số sinh vật biển sâu tự phát ra để săn mồi hoặc giao tiếp.
Con người đã khám phá được bao nhiêu phần đáy đại dương?
Đáy đại dương đã được lập bản đồ ở độ phân giải thô nhờ vệ tinh đo độ cao mặt biển. Nhưng phần được đo chi tiết bằng sóng âm từ tàu mới chiếm khoảng một phần tư tính tới giữa thập niên 2020, theo dự án quốc tế Seabed 2030. Phần được con người tận mắt nhìn thấy còn nhỏ hơn rất nhiều.