Hiểm họa núi lửa phun trào ngay cửa ngõ Đài Bắc

Hơi nước bốc lên cuồn cuộn từ những vết nứt trên đá ám màu xanh vàng nhợt nhạt. Những bể nước vẩn đục sủi bọt như chảo nước sôi sùng sục. Mùi hôi thối của lưu huỳnh nặc nồng trong không khí.

Quang cảnh như bề mặt mặt trăng đang cháy âm ỉ này là ở Tiểu Du Khanh (Xiaoyoukeng), nơi đây có một tập hợp ấn tượng các lỗ khí thuộc Công viên Quốc gia Dương Minh Sơn (Yangmingshan), một cung đường đi bộ trải dài suốt 11.000 hecta (42 dặm) nằm gọn trong phạm vi thành phố Đài Bắc.

Tiểu Du Khanh là nơi lý tưởng nhất để quan sát cận cảnh hoạt động địa nhiệt của công viên – các lỗ phun khí (các lỗ tự nhiên trên bề mặt Trái Đất giúp thông khí gas giống như hơi nước thoát ra từ vòi ấm nước) lỗ chỗ khắp nơi và nhiều suối nước nóng có khi chỉ cách đường chính vỏn vẹn một mét.

Suốt hàng thập kỷ, hầu hết cư dân ở thành phố thủ đô này chỉ đơn giản nghĩ rằng họ may mắn vì có cả một công viên quốc gia độc đáo như vậy ngay trước cửa nhà.

Các nhà địa chất học đã biết về dãy Núi lửa Datun (dân nơi đây thường đọc là Tatun), một quần thể khoảng 20 đỉnh núi trong công viên, nhưng chủ yếu họ cho rằng lỗ phun khí và suối nước nóng chỉ đơn giản là tàn dư của núi lửa trong quá khứ.

Vì không có dữ liệu ghi lại các vụ phun trào, dãy núi lửa này được cho là đã ngừng hoạt động và không còn là mối hiểm nguy nữa.

Nhưng vào tháng 2/2017, truyền thông đưa tin về một nghiên cứu mới của Lin Cheng-Horng, giám đốc Trạm Quan sát Núi lửa Đài Loan, theo đó nói rằng có hốc dung nham bên dưới Datun – đặc trưng của một ngọn núi lửa còn hoạt động.

Trung tâm Đài Bắc với các tòa nhà chọc trời, quán bar và nhà hàng, chỉ cách Datun 15km (9 dặm). Năm triệu người ở Đài Bắc và các thành phố thuộc Tân Đài Bắc đều nằm trong bán kính khu vực chịu ảnh hưởng của một vụ phun trào. Trong tình huống tệ nhất, dung nham nóng chảy có thể nhận chìm các khu dân cư ở chân công viên, còn các thành phố có thể bị bao trùm bởi các đám mây tro bụi cuộn xoáy.

Chính phủ Đài Loan đã ngay lập tức có hành động.

Đầu tiên, Đài Loan yêu cầu các nhà khoa học tìm hiểu tối đa có thể về núi lửa và các rủi ro phát sinh. Sau đó, vào tháng 5/2018, Nha Khí tượng Trung ương (CWB), cơ quan thiên văn và dự báo của Đài Loan, được giao nhiệm vụ làm việc với các nhà khoa học, cơ quan chính phủ và các quan chức để lập ra quy trình cho một hệ thống cảnh báo sớm.

Việc này được công bố ra công chúng hơn hai năm sau, vào tháng 9/2020.

Phần lớn các công trình học thuật nghiên cứu về núi lửa ở Đài Loan trong thập kỷ trước đều có sự đóng góp của ông, và chính bài báo năm 2016 chứng minh sự tồn tại của hốc dung nham đã khiến chính phủ phải ngay lập tức quan tâm và ra tay giải quyết vấn đề. “Mọi người đều biết tôi là người chuyên nghiên cứu núi lửa,” ông cười lớn chia sẻ.

Cảm nhận đầu tiên của tôi về Lin là hình ảnh ông lão tươi cười cầm theo cây dù đen cỡ đại. Dù trời mưa, ông nhanh nhẹn tiến bước ở cổng Đài Quan sát Núi lửa Đài Loan ngay gần Datun trong công viên Dương Minh Sơn.

Ban đầu, Lin quan tâm đến động đất, nhưng sau đó chuyển sang nghiên cứu núi lửa khoảng hai thập kỷ trước.

Mối quan tâm mà ông dành cho núi lửa trỗi dậy bởi các nghiên cứu cho thấy Datun có thể chưa thực sự ngừng hoạt động. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra điều kỳ lạ về khí gas bốc lên từ suối nước nóng ở núi lửa – chúng chứa quá nhiều helium-3, một chất đồng vị hình thành từ lớp manti nằm sâu dưới mặt đất. Các nhà khoa học coi helium là “manh mối rõ rệt nhất để truy dấu quá trình hình thành dung nham” và sự hiện diện của quá nhiều helium-3 cho thấy núi lửa đang hoạt động.

Vào năm 2003, Lin dẫn dắt một nghiên cứu nhỏ đặt các máy đo địa chấn khắp công viên, cách tiếp cận tiêu chuẩn để điều tra tình trạng núi lửa.

Ông ngạc nhiên khi thấy các máy đo ghi nhận một lượng lớn các hoạt động địa chất với các vạch sóng rất kỳ lạ.

“Tôi chưa từng thấy biểu đồ sóng nào như thế này,” ông nói. Ông gửi kết quả đến các nhà nghiên cứu cùng ngành ở Nhật, đất nước có hơn 100 núi lửa. “Họ nói với tôi rằng đây là tín hiệu của một ngọn núi lửa đang hoạt động,” ông nói. Bằng chứng cho thấy có hoạt động núi lửa rất nhiều, dù vậy điều đó vẫn bị coi là cực đoan phi lý tại Đài Loan.

Nằm trên Vành đai Lửa Thái Bình Dương, mỗi năm Đài Loan hứng chịu khoảng 1.000 trận động đất có thể cảm nhận rung chấn và hàng ngàn đợt nhỏ hơn không gây chuyển động rõ rệt. Lin khám phá tín hiệu địa chất dữ dội này để tìm hiểu điều gì đang diễn ra dưới lòng đất.

Ông tập trung vào hai dạng sóng địa chất đặc biệt sản sinh bởi các cơn rung chấn: sóng sơ cấp (còn gọi là sóng P – primary wave) và sóng cắt (sóng S – shear wave).

Các loại sóng này được dùng để phát hiện các khu vực có chứa chất lỏng (là chỉ dấu cho thấy có thể có hốc dung nham) dưới lòng đất vì chất lỏng chặn sóng S và giảm tốc sóng P. Phương pháp này đã được sử dụng từ hơn 100 năm trước bởi các nhà khoa học để chứng minh phần lõi ngoài của Trái Đất, cách mặt đất khoảng 2.900km (1.800 dặm), là chất lỏng.

Lin thực sự đã nhận thấy sóng P trên địa chấn kế đặt ở Datun bị chậm lại so với các địa chấn kế ở những nơi khác trong công viên, còn sóng S không hề được ghi nhận tại đó nhưng lại xuất hiện trên các địa chấn kế khác. Các tính toán của ông cho thấy sự tồn tại của hốc dung nham bên dưới dãy núi và một hồ chứa thủy nhiệt (hình thành bởi nước và hơi nóng) ở bên trên nó.

“Đây là bằng chứng then chốt cho thấy núi lửa vẫn đang hoạt động,” ông nói. “Với tư cách là một nhà nghiên cứu, tôi rất phấn khích vì đã tìm ra bằng chứng, nhưng mặt khác tôi lo sợ rằng một ngày nào đó thảm họa sẽ xảy ra.”

Tuy nhiên, với cư dân sống gần Datun thì tin này khiến họ bị sốc.

Patrick Lu là cha của hai đứa con và sống gần Tianmu, khu dân cư gần với núi lửa, hồi tưởng lại cảm giác của mình khi lần đầu tiên biết tin. “Tôi khá là sợ hãi,” anh nói. “Điều này sao có thể là sự thật được? Từ khi còn là trẻ con, chúng tôi được dạy rằng núi lửa đã ngừng hoạt động ở Đài Loan.”

Việc chính quyền hiểu rõ hơn về hốc dung nham giúp việc tìm hiểu ở đâu và khi nào sẽ xảy ra phun trào trở nên dễ dàng hơn. “Vấn đề là khi đó chúng tôi không biết hốc dung nham này sâu và lớn đến đâu; chúng tôi cũng không biết cấu trúc chi tiết của nó,” Lin nói.

146 trạm địa chấn băng thông rộng được lắp đặt khắp miền bắc Đài Loan để ghi nhận số lượng tối đa các trận động đất từ nhiều hướng khác nhau bao gồm các rung chấn tại chỗ tới các rung chấn từ xa – động đất ở các địa điểm cách xa như Nhật và Hawaii.

“Chúng tôi cần thu thập dữ liệu chi tiết của hàng ngàn hàng vạn cơn rung chấn và những cơn rung chấn này cần đến từ nhiều hướng khác nhau để xây dựng bức tranh toàn cảnh,” Lin giải thích.

Chỉ trong vài năm, họ đã có đủ thông tin. Tin xấu: hốc dung nham không những nằm gần mặt đất hơn mà còn rộng lớn hơn họ dự đoán. Nó có hình trụ, phần trên cùng của hốc cách mặt đất khoảng 8km (5 dặm), đường kính khoảng 12km (7,5 dặm), và có độ sâu khoảng 12km (7,5 dặm).

Bên cạnh dữ liệu địa chấn, Lin và nhóm của ông cũng bắt đầu quan tâm đến hoạt động phreatic (giếng nước ngầm), một dấu hiệu cảnh báo sớm về hoạt động dung nham.

Sức nóng liên tục từ hốc dung nham khiến các khí gas dưới lòng đất di chuyển lên trên thông qua các máng nước trong các lớp đá cho đến khi chúng phụt lên khỏi mặt đất. Các vụ phun trào phreatic lớn thường kèm theo sạt lở đất đá, tro núi lửa và các mảnh vụn khác.

Sử dụng cảm biến sóng hạ âm, nhóm đã bắt được tín hiệu mà Lin mô tả là “cuộc trò chuyện” giữa hai lỗ phun khí cách nhau khoảng 7km (4,3 dặm).

Lin nói âm thanh ì ầm giống tiếng như “máy bay đang bay qua trên cao”, đôi lúc ở nốt cao, lúc khác lại trầm xuống. Cuộc “trò chuyện” này được coi là bằng chứng cho thấy núi lửa có thể phun trào dưới dạng một vụ phun trào phreatic.

Cho đến năm 2018, chính phủ đã quan tâm đến phát hiện của Lin đủ tới mức yêu cầu Nha Khí tượng Trung ương (CWB) thiết lập hệ thống cảnh báo sớm.

Đài Quan sát Núi lửa Đài Loan, đứng đầu bởi Lin, được giao nhiệm vụ thiết kế và thiết lập hệ thống theo dõi theo thời gian thực các dấu hiệu cho thấy một vụ phun trào sắp xảy ra.

Trong khi đó, CWB sẽ thiết lập cơ chế để họ phối hợp với các cơ quan chính phủ, quan chức thành phố và các học giả để đưa ra quyết định – ví dụ như sơ tán người dân – dựa trên dữ liệu cảnh báo.

Nếu dung nham bắt đầu bị đẩy lên, hàng loạt rung chấn trong khu vực sẽ xuất hiện và có thể được ghi nhận một cách dễ dàng bởi mạng lưới này, Lin nói. Sự gia tăng đột ngột về số liệu sẽ ngay lập tức kích hoạt chức năng báo động.

Hai nguồn dữ liệu chủ chốt khác là đường trắc địa (bất cứ thay đổi nào tới độ cong của bề mặt Trái Đất) và cấu tạo hóa học của chất lỏng và khí gas thoát ra từ các lỗ thông.

Nhóm của Lin đã lắp đặt hơn 10 trạm GPS gần các địa điểm có khả năng cao xảy ra phun trào ở Đại Du Khanh (Dayoukeng), Tiểu Du Khanh (Xiaoyoukeng) và Hoàng Chuỷ Sơn (Huangzuishan) (các địa điểm có sóng địa chấn thường xuyên nhất) và máy móc tại suối nước nóng và lỗ phun khí để đo nồng độ và mật độ của hợp chất đặc trưng chỉ dấu dung nham phun trao và chất đồng vị, như carbon dioxide và helium.

Từ khía cạnh toàn cầu thì hệ thống theo dõi giám sát của Đài Loan khá là tiêu chuẩn. “Các nhà khoa học chủ yếu tìm kiếm sự gia tăng hoạt động địa chấn của núi lửa, sự biến dạng, và/hoặc hoạt động thải khí gas” để dự đoán các vụ phun trào, Elizabeth Cottrell, nhà địa chất học đến từ Viện Smithsonian, Hoa Kỳ, nói.

Trong khi nhóm của Lin lắp đặt thiết bị trên các con dốc ở Dương Minh Sơn, CWB bắt đầu công việc hậu cần cho hệ thống cảnh báo sớm.

Pu Hsin-Chieh, nhà nghiên cứu tại Trung tâm Địa chấn học thuộc CWB, cùng với một cựu sinh viên cao học của Lin, là thành viên của nhóm này. Ông vẫn còn nhớ sự căng thẳng mà ông và các đồng nghiệp của mình tại cục phải trải qua vào thời điểm đó vì hiểm họa núi lửa phun trào mới được biết đến ở Đài Loan.

“Không có bất cứ dữ liệu nào được ghi nhận về phun trào núi lửa từ Nhóm Núi lửa Datun trong thời gian gần đây, vì vậy rất khó để thiết kế một hệ thống cảnh báo sớm phù hợp,” ông nói.

Tính khẩn cấp của vấn đề lan đến chính quyền địa phương.

Thế nhưng khi Đài Bắc diễn tập ứng phó núi lửa phun trào lần đầu tiên vào đầu năm 2018, nhiều tuần trước khi Pu và nhóm của ông nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống cảnh báo sớm, thành phố đã quên không báo trước cho cư dân.

Lực lượng cứu hỏa thành phố gửi tin nhắn yêu cầu cư dân sống gần núi lửa sơ tán. Phần thông tin nói rằng đây là kỳ diễn tập chỉ được nhắc đến vào cuối tin nhắn.

Một bản tin thời sự vào thời điểm đó đã mô tả sự hoảng loạn của dân chúng, có người đăng lên mạng xã hội rằng họ đã “sợ chết khiếp”.

Nếu họ cho rằng dữ liệu cho thấy dấu hiệu có hoạt động núi lửa, một loạt các cuộc họp khác sẽ được thực hiện ngay.

Đầu tiên, lực lượng đặc nhiệm sẽ tham vấn hội đồng chuyên môn gồm nhiều học giả. Nếu bằng chứng về một vụ phun trào vẫn tiếp tục được ghi nhận, các quan chức của thành phố Đài Bắc và Tân Đài Bắc sẽ tham gia hành động.

Dân cư sẽ được cập nhật tình hình qua tin nhắn, giống như cuộc diễn tập năm 2018. Người Đài Loan đã quen với việc nhận các “cảnh báo từ chính quyền” về các mối nguy thường gặp, ví dụ như động đất hay giông bão.

Hệ thống cảnh báo theo màu sắc cũng đã được thiết kế, mức 1 (xanh) có nghĩa “mọi việc đều bình thường”; mức 2 (vàng) cảnh báo dấu hiệu một vụ phun trào; và mức 3 (đỏ) cảnh báo một vụ phun trào đã xảy ra hoặc sắp xảy ra. Cho tới giờ, Pu nói, cảnh báo chưa từng vượt qua màu xanh.

Mọi việc đều được tổng hợp trong một lưu đồ mà Pu cho tôi xem. Khi tôi hỏi các cuộc họp kiểu này sẽ kéo dài bao lâu trong trường hợp có dữ liệu bất thường, ông cười. “Tôi nghĩ nó sẽ rất nhanh, nhưng tôi cũng không chắc nữa, việc đó chưa từng xảy ra.”

Tuy nhiên, bất cứ một hệ thống cảnh báo sớm nào cũng chỉ hiệu quả nếu dấu hiệu ban đầu được phát hiện từ sớm trước mỗi thảm họa.

Lin tự tin rằng trong trường hợp Datun, Đài Quan sát có thể dự đoán được bất cứ hoạt động núi lửa nào sớm trước nhiều ngày, thậm chí nhiều tuần. “Dung nham di chuyển khá chậm: nó sẽ không thể dâng trào ngay trong ngày một ngày hai được, việc đó có thể cần một tuần hoặc thậm chí cả tháng,” ông nói.

Nhưng một số nhà khoa học khác khuyến cáo nên thận trọng.

Cottrell nói không phải lúc nào cũng có thể biết chính xác thời điểm núi lửa phun trào. “Thời gian trôi qua từ lúc có hoạt động báo hiệu tới đỉnh điểm của vụ phun trào có biến động rất lớn,” bà nói. “Các nhà khoa học đã ghi nhận được các sự kiện báo trước phun trào xảy ra cách thời điểm phun trào từ vài phút cho tới vài năm.”

Kostas Konstantinou, một nhà nghiên cứu núi lửa tại Đại học Quốc lập Trung ương Đài Loan, người tham gia vào dự án đặt địa chấn kế ở Datun cùng với Lin, đồng ý rằng không phải lúc nào cũng có thể chắc chắn rằng sẽ thu được dấu hiệu rõ ràng từ Datun thật sớm.

“Thiên nhiên không tuân theo nguyên tắc của con người, nó có quy luật của riêng nó,” ông tỏ ý thận trọng. “Núi lửa là một hệ thống rất phức tạp, bất kể chúng ta theo dõi sát sao thế nào đi nữa, nó vẫn có thể gây cho ta những bất ngờ lớn.”

Tuy nhiên, Caroline Whitehill, nhà địa chất cấu trúc từng nghiên cứu vùng nguy hiểm quanh núi lửa khi làm việc tại Đại học Caldas ở Colombia, lại lạc quan hơn về dự báo núi lửa phun trào.

“Các phát ngôn đầy nghi hoặc liên quan đến việc cảnh báo khá bảo thủ,” bà nói. “Một cách không chính thức, tôi nghĩ là trong hầu hết các trường hợp, chúng ta có thể dự báo những trận phun trào từ các ngọn núi được theo dõi, nhiều tuần hoặc nhiều tháng trước khi chúng xảy ra.”

Nguyên nhân vì sao một số núi lửa có các dấu hiệu bất thường trong khi số khác lại không hiện chưa được hiểu rõ, nhưng điều chắc chắn là nếu Datun là kiểu núi lửa có các tín hiệu báo trước phun trào từ sớm thì hệ thống cảnh báo của đài quan sát là thứ tốt nhất chúng ta có thể dựa vào.

Lin nói ông không tin sẽ phải chứng kiến Datun phun trào trong đời mình.

Ông cho rằng khả năng có hoạt động dung nham trong vài thập kỷ tới là khoảng 1%, dù vậy ông cảnh báo phun trào phreatic (giếng nước ngầm) có khả năng cao hơn, 10-20%.

Tuy các vụ phun trào phreatic không mang hình ảnh dữ dội như phun trào dung nham với các thác lửa đỏ rực, nhưng chúng vẫn có thể trở thành thảm họa. Vào năm 2014, một vụ phun trào phreatic từ núi lửa Ontake ở Nhật làm chết hơn 60 người đang đi bộ đường trường gần đó.

Konstantinou mô tả hệ thống thủy nhiệt ở Dương Minh Sơn giống như một nồi nước đang sôi bị bịt kín. Một vụ động đất hoặc lở đất có thể dẫn đến hiện tượng giảm áp và tạo ra một vụ phun trào phreatic, với đất đá bắn tung ra ngoài như đạn vậy, ông nói.

Trong một bài báo mà ông là đồng tác giả, công bố năm 2018, Konstantinou tính toán rằng các cung đường đi bộ và đường giao thông ở Tiểu Du Khanh nằm trong phạm vi bị ảnh hưởng bởi đất đá bắn ra từ phun trào phreatic. “Nếu điều đó xảy ra vào Chủ Nhật, khi mọi người hay ra ngoài vui chơi và nếu trời đẹp họ sẽ tìm đến chụp ảnh các lỗ phun khí, con số thương vong sẽ rất lớn,” ông cảnh báo.

Các vụ phun trào Phreatic rất khó dự đoán, nhưng Lin nói việc giám sát bằng các máy đo độ nghiêng, vốn có thể ghi nhận những thay đổi rất nhỏ của chiều thẳng đứng, và bằng các thiết bị khác, vẫn có tác dụng tốt.

“Chúng ta vẫn có cơ hội lớn để phát hiện các hoạt động bất thường nếu tập trung vào nhiều dữ liệu khác nhau như dữ liệu từ máy đo độ nghiêng, quan sát địa hóa và tín hiệu hạ âm.”

“Về mặt lý thuyết, chúng ta có cơ hội kiểm soát tình hình,” Pu nói. “Trong thực tế, chúng ta không thể biết chắc được mọi sự sẽ diễn ra thế nào.”

Bài tiếng Anh đã đăng trên BBC Future.