Núi lửa

Mỗi khi có một vụ núi lửa phun trào ở đâu đó trên thế giới, bạn sẽ thấy hàng loạt bản tin và bài báo nhắc đến nó, người ta gọi nó là “thảm hoạ”.

Tóm tắt bài viết:

- Trong bài viết này chúng ta sẽ tìm hiểu về sự hình thành của núi lửa, các tính chất, đặc chưng của hiện tượng thiên nhiên hùng vĩ này.

- Núi lửa cũng có nhiều loại khác nhau, với nhiều kiểu phun trào khác nhau. Trong đó,  Plinian Eruption là kiểu phun trào gây ra nhiều thiệt hại nhất cho những khu vực xung quanh.

Mỗi khi có một vụ núi lửa phun trào ở đâu đó trên thế giới, bạn sẽ thấy hàng loạt bản tin và bài báo nhắc đến nó, người ta gọi nó là “thảm hoạ”. Và nếu bạn đối mặt trực tiếp với một vụ núi lửa phun trào, bạn sẽ ngay lập tức nghĩ rằng, chúng ta không thể nào chống lại được sức phá hủy của thiên nhiên, và rồi, lại nghĩ đến tương lai một ngọn núi nào đó gần nhà mình sớm muộn sẽ trở thành một núi lửa và cuốn phăng hết mọi thứ đi mất!

 

Trong khi các nhà khoa học đang khám phá dần dần những bí ẩn của núi lửa, thì những tri thức khoa học không làm núi lửa trở nên kém hấp dẫn. Trong bài viết này, chúng ta hãy điểm qua những nét chính về hiện tượng thiên nhiên kì thú này, và tìm hiểu xem làm cách nào một trận núi lửa phun trào lại có thể tạo nên được cả một hòn đảo!

Khi nhắc đến núi lửa, chắc hẳn mọi người đều hình dung ra một ngọn núi cao, hình nón, và từng đợt dung nham phun trào trên miệng núi. Thực tế, phần lớn các “volcano” có hình dáng như vậy; tuy nhiên, “volcano” không chỉ là núi, mà nó ám chỉ một hiện tượng thiên nhiên rộng hơn nhiều. Trong bài viết này, người dịch sẽ để nguyên nghĩa “núi lửa” cho người đọc dễ hiểu.

 

Núi lửa – volcano – là một khu vực trên hành tinh mà các vật chất trong lòng đất có khả năng phun trào lên bề mặt hành tinh. Với hiện tượng núi lửa thông thường như ta thường hiểu, thì đó là “vật chất phun ra từ đỉnh núi”, nhưng theo định nghĩa trên, thì còn có nhiều dạng khác nữa.

Magma và mảng kiến tạo

Một câu hỏi được đặt ra: cái vật chất phun ra từ núi lửa, thực chất nó là cái gì vậy? Trên Trái đất, thì cái vật chất đó là magma – đá nóng chảy. Vật chất này ở cả ba thể rắn, lỏng và khí. Để hiểu hơn về cách magma hình thành, chúng ta hãy tìm hiểu qua về cấu trúc của Trái đất.

Trái đất được cấu tạo bởi rất nhiều lớp, chúng ta có thể chia ra thành 3 tầng chính: lõi trong cùng, lớp mantle – Quyển Manti hay là lớp phủ, và lớp vỏ địa chất. Loài người hiện đang sống trên lớp vỏ địa chất cứng, có độ dày từ 5 đến 10 km dưới đáy biển và 32 đến 70 km dưới mặt đất. Nghe thì có vẻ dày, nhưng so với kích thước của cả Trái đát thì lớp này quá mỏng – chỉ như lớp vỏ của một quả táo mà thôi.

 

Ngay dưới lớp vỏ địa chất là lớp phủ, tầng dày nhất của Trái đất. Lớp phủ rất nóng, nhưng phần lớn vật chất trong lớp này ở thể rắn vì áp suất trong lòng Trái đất lớn đến nỗi vật chất không thể bị nóng chảy. Nhưng ở một vài nơi, áp suất thấp hơn, vật chất tại đây bị nóng chảy, tạo nên magma và đi ra ngoài lớp vỏ địa chất.

Những năm 1960, các nhà khoa học đã phát triển một học thuyết mang tính cách mạng có tên thuyết mảng kiến tạo. Mảng kiến tạo là một phần của lớp vỏ Trái đất (lớp thạch quyển), được chia thành bảy mảng lớn và rất nhiều mảng nhỏ hơn. Những mảng này di chuyển vô cùng chậm chạp trên lớp phủ; sở dĩ chúng di chuyển được là nhờ lớp quyển mềm, hay quyển astheno – asthenosphere - ở ngay phía dưới. Sự hoạt động tương tác vùng ranh giới các mảng này là chất xúc tác chính giúp hình thành nên magma.

 

Nơi hai mảng kiến tạo tiếp giáp nhau, chúng sẽ tương tác với nhau theo một trong bốn cách:

- Nếu hai mảng đi xa nhau, tại nơi tiếp giáp giữa hai mảng, lớp đá từ tầng quyển mềm phía dưới sẽ phun trào lên vào khoảng giữa hai mảng đó. Vì áp suất ở đây giảm xuống, với nhiệt độ cao có sẵn, đất đá ở đây sẽ nóng chảy và tạo nên magma. Khi phun trào, magma sẽ nguội đi, cứng lại và trở thành một phần của lớp vỏ Trái đất. Hiện tượng này gặp ở nơi các mảng phân kì, và cách thức tạo nên magma kiểu này gọi là spreading center volcanism.

- Nếu hai mảng tiến lại gần và va vào nhau, một mảng có thể bị mảng kia đè lên, và nó sẽ bị chìm xuống dưới lớp phủ. Quá trình này gọi là subduction, thường sẽ tạo nên một rãnh rất sâu, thường nằm ở dưới đại dương. Khi lớp thạch quyển bị nhấn sâu xuống lớp phủ có nhiệt độ và áp suất rất cao, chúng sẽ nóng lên. Nhiều nhà khoa học tin rằng với nhiệt độ và áp suất đó thì lớp quyển đá không thể nào bị tan chảy được, tuy nhiên với áp suất rất lớn, nước từ trong mảng sẽ tuôn ra. Có thêm nước ở đây, nhiệt độ nóng chảy của lớp đá sẽ giảm đi, và lúc này chúng mới bị tan chảy tạo thành magma. Kiểu hình thành magma này được gọi là subduction zone volcanism.

- Nếu hai mảng kiến tạo cũng va vào nhau, nhưng không có cái nào bị nhấn xuống dưới cả, thì đất đá ở vùng này sẽ chồi lên và hình thành núi. Quá trình này không hình thành núi lửa. Đường ranh giới này, trong tương lai có thể sẽ trở thành một subduction zone.

- Một vài mảng di chuyển cùng với nhau, không va vào nhau mà cũng không đi xa nhau. Ranh giới mảng chuyển tiếp này rất hiếm khi hình thành núi lửa.

 

Sự hình thành núi lửa

Magma cũng có thể đẩy lên ngay dưới trung tâm của lớp quyển đá, điều này ít khi xảy ra hơn là sự hình thành magma ở những nơi tiếp giáp của mảng kiến tạo. Hoạt động núi lửa ở những khu vực giữa các mảng kiến tạo thường xảy ra do vật chất nóng bất thường từ phía dưới lớp phủ phun lên phía trên lớp phủ. Vật chất của lớp phủ tạo nên cấu trúc hình lông chim rộng từ 500 đến 1000 km, hình thành một điểm nóng ngay dưới bề mặt Trái đất. Do nhiệt độ nóng bất thường, chúng sẽ bị nóng chảy, và hình thành nên magma ngay dưới lớp vỏ địa chất. Thường thì những điểm nóng này sẽ ổn định, tuy nhiên tại khu vực giao nhau của các mảng kiến tạo, thì magma sẽ tạo nên một chuỗi các núi lửa, chúng sẽ biến mất dần dần khi các mảng kiến tạo di chuyển qua các điểm nóng này. Núi lửa ở Hawaii được tạo nên từ một điểm nóng như vậy từ ít nhất 70 triệu năm trước.

Khi đất đá cứng nóng lên và chảy dần thành dạng lỏng, tỉ trọng của nó sẽ giảm đi nhiều so với đất đá cứng xung quanh. Do đó, magma sẽ phun trào lên với một lực rất mạnh, kéo theo nhiều đất đá quanh đường đi của nó tiếp tục nóng chảy, tham gia thêm vào hỗn hợp magma đó.

 

Magma sẽ tiếp tục phun trào lên bề mặt, tới khi áp suất bên trên vượt cao hơn hẳn so với áp suất bên dưới. Lúc này, magma sẽ tập trung lại trong một “magma chamber” bên dưới bề mặt Trái đất. Nếu áp lực magma trong đây tăng đủ lớn, hoặc một vết nứt hình thành trên bề mặt, magma lại tiếp tục phun trào.

Khi hiện tượng này xảy ra, dòng magma, lúc này được gọi là dung nham, tạo nên núi lửa. Cấu trúc của núi lửa, và độ mạnh của đợt phun trào, phụ thuộc vào một số yếu tố, chủ yếu là thành phần của magma. Phần tiếp theo, chúng ta sẽ biết thêm về các loại magma và xem chúng phun trào như thế nào.

Sự phun trào magma

Núi lửa có sức công phá hủy diệt. Có ngọn núi lửa phun trào dữ dội, tiêu diệt mọi thứ trong bán kính một dặm chỉ trong vòng vài phút; có ngọn núi lửa lại rỉ nham thạch ra từ từ, rất chậm, thậm chí chúng ta có thể đi trên nó một cách an toàn. Mức độ phun trào phụ thuộc vào thành phần của magma.

 

Trước tiên, ta hãy cùng xem tại sao magma lại phun trào? Lực phun trào thường do áp lực khí từ bên trong. Vật chất tạo nên magma chứa rất nhiều khí hòa tan. Lượng khí này được giữ lại trong magma do lực giam giữ của đất đá xung quanh lớn hơn áp suất hơi của khí. Một khi cân bằng này bị thay đổi, áp suất khí lớn hơn, lượng khí hòa tan này sẽ thoát ra khỏi magma, tạo nên những bong bóng khí bên trong magma. Điều này sẽ xảy ra khi, hoặc áp suất giữ giảm (do giảm áp suất nén magma, hoặc khi magma di chuyển đến nơi có áp suất thấp hơn) hoặc áp suất khí tăng (trong trường hợp magma nguội đi, và tạo thành các tinh thể chứa nhiều khí bên trong magma).

Trường hợp khác, magma chứa rất nhiều bọt khí nhỏ sẽ có tỉ trọng thấp hơn, chúng sẽ được đẩy lên phía trên: điều này rất giống với việc khi bạn mở một chai cô ca, đặc biệt sau khi lắc chai lên – các bọt khí nhỏ sẽ bay lên trên và thoát ra ngoài, khi lượng bọt khí quá lớn bạn sẽ thấy chúng kéo theo cả một lượng lớn cô ca cùng thoát ra. Nó chính xác là những gì xảy ra bên trong một ngọn núi lửa. Khi các bong bóng khí thoát ra, chúng sẽ kéo theo magma, và tạo thành hiện tượng phun trào.

 

Bản chất của hiện tượng phun trào phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khí và độ nhớt của magma. Độ nhớt là một chỉ số cho biết khả năng kháng lại dòng chảy, nó ngược lại với tính linh động của chất lỏng. Nếu magma có độ nhớt lớn, tức là nó sẽ giữ dòng chảy rất tốt, không khí trong đây sẽ rất khó để thoát ra ngoài, và khi áp suất đủ lớn, nó sẽ tống nhiều magma ra ngoài hơn, tạo thành một vụ phun trào lớn hơn. Nếu magma có độ nhớt nhỏ, các bọt khí sẽ thoát khỏi magma dễ dàng hơn, và vụ phun trào sẽ không quá mãnh liệt.

Ngoài ra, mức độ phun trào còn tương đương với lượng khí bên trong magma – nếu magma chứa nhiều bọt khí, vụ nổ sẽ mãnh liệt hơn, còn nếu magma chứa ít bọt khí, nó sẽ trở nên khá thầm lặng.