Điều gì xảy ra khi núi lửa phun trào dưới một dòng sông băng?

Núi lửa phun trào là một hiện tượng tự nhiên nguy hiểm trên Trái Đất, thường giải phóng ra lượng lớn nham thạch kèm theo khí và tro bụi với sức nóng lên tới hàng nghìn độ có khả năng thiêu rụi những tất cả mọi thứ xung quanh.

>>> Núi lửa thức giấc sau 36 năm

Thậm chí, hàng loạt chuyến bay và các hoạt động của con người trên một phạm vi rộng lớn sẽ bi đình trệ bởi ảnh hưởng của núi lửa phun trào. Thế nhưng, đó là khi núi lửa hoạt động trên đất liền. Còn đối với những ngọn núi lửa vẫn còn đang hoạt động dưới các dòng sông băng và bên trên là các tảng băng khổng lồ thì sao? Chúng ta hãy cùng gặp gỡ nhà nghiên cứu địa chất học Benjamin Edwards tại Đại học Dickinson để làm sáng tỏ vấn đề nhé.

Ảnh chụp vụ phun trào núi lửa Eyjafjallajökull vào ngày 17/4/2010​

Edwards là nhà địa chất học chuyên nghiên cứu các vấn đề có liên quan tới núi lửa. Trong một nghiên cứu gần đây, Edwards đã thực hiện những thí nghiệm nhằm khảo sát điều gì sẽ xảy ra khi nham thạch gặp băng tuyết. Ông cho biết: "Khi thực hiện nghiên cứu tại Nga, tôi đã đến gần núi lửa hết mức có thể. Khi đó, nếu bạn cho dung nham tiếp xúc mới băng đá, những tiếng xèo xèo cùng hơi nước bốc lên sẽ xộc thẳng vào mặt bạn. Và bạn cũng nhận được điều tương tự khi cho nham thạch vào nước lạnh". Bên dưới là đoạn video cho nham thạch chảy trên băng đá.

​

Nhưng đoạn video trên chỉ là một dòng nham thạch nhẹ nhàng chảy lên bề mặt băng tuyết. Sẽ ra sao nếu một ngọn núi lửa bùng nổ và phun trào nham thạch từ bên dưới lớp băng? Dưới đây là những câu hỏi và lời giải đáp của nhà nghiên cứu Edwards.

Vụ phun trào có thể dễ dàng xuyên qua lớp băng trên bề mặt?

Sơ đồ giản lược 1 ngọn núi lửa hoạt động bên dưới sông băng​

Không hẳn là vậy. Hãy xét một khu vực núi lửa với diện tích khoảng 70 kilomet vuông và toàn bộ diện tích này đều được bao phủ bởi lớp băng dày 400 mét. Mỗi mét khối băng nặng khoảng 1 tấn (giả sử 1 lít băng nặng 1kg) suy ra toàn bộ khối băng dày trên sẽ có khối lượng là 28.000.000.000 tấn. Một số người đã đưa ra lý thuyết dự đoán về việc bẻ gãy những tảng băng có độ dày lên tới hàng trăm mét. Nhưng có vẻ xác suất khá thấp để một vụ phun trào núi lửa có thể xuyên qua cả một lớp băng dày và nặng chỉ trong vài giây.

Vụ phun trào có làm tan chảy khối băng bên trên?

Có và điều này phụ thuộc vào lượng dung nham chảy ra. Trên mặt lý thuyết, 1 mét khối dung nham có thể làm tan chảy từ 7,6 đến gần 10,7 mét khối băng. Tuy nhiên, dung nham bị làm lạnh rất nhanh chóng nên lượng nhiệt mà nó phát ra cũng trở nên ít đi. Trong điều kiện làm lạnh nhanh như tại các dòng sông băng, một mét khối dung nham chỉ có theer làm tan chảy khoảng từ 3,8 đến 5,4 mét khối băng.

Gần đây nhất là vụ phun trào núi lửa tại Grímsvötn thuộc miền Đông Nam Iceland hồi năm 1996 và làm tan chảy gần 600 mét băng. Nếu vụ phun trào có thể xuyên qua lớp băng dày, một số vụ nổ có thể tiếp tục xảy ra, phá hủy một số núi băng và bắn các mảnh vỡ vào không khí. Trước đây, có rất nhiều bằng chứng cho thấy sự việc tương tự đã xảy ra tại núi lửa Redoubt ở Alaska gây ra tuyết lở và bắn ra những mảnh vụn băng đá.

Nham thạch làm tan những tảng băng nhanh như thế nào?

Hình ảnh sông băng gần núi lửa Eyjafjallajökull​

Điều này phụ thuộc vào loại nham thạch nào được núi lửa phun ra. Đôi khi, núi lửa phun ra những dòng dung nham chảy theo theo dạng ống dày khoảng 1 mét và dài từ 6 đến 9 mét. Mô hình này sẽ giải tỏa nhiệt một cách chậm chạp và thường làm tan băng, tạo ra một khoảng trống ở giữa khối băng. Mặt khác, nếu các loại khoáng chất phun ra từ núi lửa có dạng từng khối nhỏ thì khả có thể khiến băng tan chảy nhanh hơn. Những mảnh nhỏ bị làm mát nhanh, nhưng đồng thời chúng cũng làm nóng những thứ xung quanh nhanh hơn. Với dòng chảy dung nham dạng ống, một lượng nhiệt rất lớn vẫn còn tồn tại và thời gian để bị làm lạnh hoàn toàn là khá lâu. Trong vụ phun trào tại núi lửa Grímsvötn, nham thạch đã làm tan chảy 600 mét băng trong vòng 30 phút và gây nên một cơn lũ khổng lồ.

Điều gì xảy ra sau khi dung nham chảy trên bề mặt băng?

Bạn có thể nghĩ rằng dung nhau chảy trên bề mặt băng đá có thể bi làm lạnh một cách nhanh chóng trước khi nó có thể chảy đi xa. Trên thực tế, lập luận này là chưa đúng. Trong những thử nghiệm tại phòng thí nghiệm, Edwards và các đồng nghiệp đã phát hiện rằng nham thạch có thể di chuyển nhanh hơn khi nó chảy trên bề mặt băng tuyết, có lẽ nguyên nhân là do băng tan đã tạo nên một lớp cách nhiệt giúp dung nham trượt đi trên đó nhanh hơn. Và trong các tình huống thực tế, một phụ phun trào núi lửa luôn được bao phủ bởi băng đá và tro. Tro sẽ làm chậm quá trình tan chảy và vô tình giúp dung nham chảy loang trên bề mặt băng trong thời gian lên tới vài giờ.

Băng đá có ảnh hưởng như thế nào đến lượng bụi tro?

Tro bụi từ vụ phun trào núi lửa có thể tạo nên những đám mây bụi tro khổng lồ​

Đây là một câu hỏi rất quan trọng. Vụ phun trào núi lửa Bárðarbunga tại Iceland hồi năm 2010 đã khiến nhà chức trách không chỉ ở nước sở tại mà còn trên phạm vi khắp châu Âu lo ngại về ảnh hưởng của những đám mây tro khổng lồ có thể khiến hàng loạt chuyến bay bị hoãn lại. Các nhà khoa học luôn cố gắng tìm cách ước tính độ lớn của các đám mây bụi tro núi lửa để lường trước các ảnh hưởng của nó tới cuộc sống con người.

Sau quá trình nghiên cứu, có 2 ý kiến trái chiều được đưa ra: Một giả thuyết cho rằng khi dung nham tiếp xúc với băng, các vụ nổ đầy hơi nước sẽ khiến các mảnh tro bụi nhỏ hơn. Tro bụi có kích thước càng nhỏ thì nó càng có nhiều khả năng di chuyển trong không khí xa hơn, và đây là điều bất lợi đối với ngành hàng không. Một ý kiến khác lại cho rằng khi dung nham tiếp xúc với băng, nó sẽ tạo nên rất nhiều hơi nước, ngưng tụ và gắn kết các hạt tro lại với nhau. Từ đó, tro bụi sẽ nặng hơn và sẽ không thể bay đi xa.

Video vụ phun trào núi lửa Eyjafjallajökull hồi năm 2010​

HIện tại, cả 2 lập luận trên vẫn còn được các nhà địa chất học tranh luận. Tuy nhiên, một nhân tố không kém phần quan trọng chính là lượng tro bụi tạo ra tại nơi phun trào lần đầu tiên phụ thuộc vào dạng dung nham. Những dòng dung nham bazan thường có dạng lỏng, trong khi các loại dung nham khác dày và đặc hơn thường có xu hướng dễ nổ và tạo ra nhiều tro hơn. Các ngọn núi lửa tại Iceland phun ra cả 2 loại dung nham này nên công tác nghiên cứu để phân định rõ 2 giả thuyết nêu trên cũng do đó mà gặp nhiều khó khăn.

Một vấn đề khác là lượng dung nham nằm trong băng tuyết có thể gây nên những cơn lũ lớn hết sức nguy hiểm. Núi lửa tại khu vực sông băng bùng nổ sẽ tạo nên những cơn lũ lớn, trong tiếng Iceland gọi là jökulhlaups. Nhưng nếu dung nham có thể xuyên qua lớp băng dày thì tàn tro chắc chắn sẽ được giải phóng vào không khí. Đặc biệt là núi lửa dưới sông băng bùng nổ nằm trong thời điểm những cơn gió dữ dội như dòng tia (jet-stream) đang hoạt động.

Điển hình như núi lửa Eyjafjallajökull phun trào hồi năm 2010, lượng tàn tro bay lên gặp phải dòng tia thổi từ hướng Tây hướng về phía châu Âu khiến hàng loạt chuyến bay phải hoãn lại để đảm bảo tính an toàn. Ngược lại, vụ phun trào hồi năm 2011 tại đây lại không gây ảnh hưởng nhiều do tàn tro gặp phải những cơn gió thổi chúng hướng về Bắc cực. Nói tóm lại, ảnh hưởng của những đám mây bụi tro còn phụ thuộc vào những cơn gió đưa nó đi.