Xem mẫu
- §¹i häc Quèc gia Hµ néi
Trêng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn
Joan Brown, Angela Colling, Dave Park,
John Phillips, Dave Rothery vµ John Wright
CÊu tróc vµ c¸c qóa tr×nh
h×nh thµnh ®¹i d¬ng
Ngêi dÞch: TrÞnh Lª Hµ
Nhµ xuÊt b¶n ®¹i häc quèc gia hµ néi
- Môc lôc
Trang
Giíi thiÖu vÒ cuèn s¸ch 5
Ch¬ng 1 Më ®Çu 6
1.1. §o vÏ b¶n ®å ®¹i d¬ng 6
1.1.1 C¸c ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ hµng h¶i 10
1.1.2 Ph¬ng ph¸p ®o ®é s©u 12
1.2. §o vÏ ®Þa h×nh ®¸y ®¹i d¬ng 15
1.2.1 §o vÏ ®é s©u qua vÖ tinh quan 19
1.3. §Þa chÊt vïng ®¸y biÓn 23
1.4. Tãm t¾t ch¬ng 1 25
Ch¬ng 2 H×nh th¸i ®¸y ®¹i d¬ng 27
2.1. §Æc ®iÓm chÝnh cña ®¸y ®¹i d¬ng 30
2.2. R×a lôc ®Þa 32
2.2.1 R×a lôc ®Þa æn ®Þnh 32
2.2.2 R×a lôc ®Þa ®Þa chÊn vµ c¸c cung ®¶o 33
2.3. Sèng nói ®¹i d¬ng 36
2.3.1 H×nh th¸i cña c¸c sèng nói ®¹i d¬ng 36
2.3.2 Mèi t¬ng quan tuæi vµ ®é s©u cña c¸c sèng nói ®¹i 37
d¬ng
2.4 §øt g·y biÕn d¹ng vµ ®íi nøt vì 38
2.5 §¸y s©u ®¹i d¬ng 41
2.5.1 §ång b»ng biÓn th¼m 42
2.5.2 C¸c nói ngÇm 43
2.5.3 Sù ph©n bè cña c¸c nói löa ngÇm 44
- 2.5.4 C¸c sèng nói ®Þa chÊn æn ®Þnh 46
2.6 §o vÏ ®é s©u qua vÖ tinh – trêng hîp nghiªn cøu cô 46
thÓ
2.7 Tãm t¾t ch¬ng 2 51
Ch¬ng 3 Sù tiÕn hãa cña ®¹i d¬ng 54
3.1. Qóa tr×nh tiÕn hãa cña ®¹i d¬ng 55
3.2. Sù ra ®êi cña ®¹i d¬ng 57
3.2.1 BiÓn §á 58
3.3 C¸c ®¹i d¬ng lín 61
3.31 BiÓn §Þa Trung H¶i 65
3.4 Tãm t¾t ch¬ng 3 66
Ch¬ng 4 CÊu t¹o vµ sù h×nh thµnh líp th¹ch quyÓn ®¹i 68
d¬ng
4.1 Sù thµnh t¹o cña líp th¹ch quyÓn ®¹i d¬ng 71
4.1.1 Dung nham d¹ng gèi: Líp vËt chÊt bªn ngoµi vá ®¹i 72
d¬ng
4.1.2 Sù h×nh thµnh cña tÇng ®¸ nói löa - vÝ dô cô thÓ 74
4.1.3 Ho¹t ®éng cña c¸c lß macma díi trôc t¸ch d·n 83
4.2 Sù ph©n ®o¹n cña c¸c trôc t¸ch d·n ®¹i d¬ng 84
4.2.1 Gi¶i thÝch qóa tr×nh h×nh thµnh líp th¹ch quyÓn ®¹i 87
d¬ng
4.2.2 Nh÷ng biÕn ®æi trong qóa tr×nh t¸ch d·n 89
4.2.3 Nh÷ng dÞ thêng trong líp vá 89
4.3 C¸c nói löa ngÇm vµ ®¶o nói löa 91
4.4 Tãm t¾t ch¬ng 4 93
Ch¬ng 5 Ho¹t ®éng thñy nhiÖt trong vá ®¹i d¬ng 96
5.1 B¶n chÊt cña qóa tr×nh thñy nhiÖt 100
5.1.1 Dßng nhiÖt, qóa tr×nh ®èi lu vµ thÈm thÊu 101
- 5.2 Nh÷ng biÕn ®æi hãa häc trong qóa tr×nh thñy nhiÖt 102
5.2.1 Sù biÕn ®æi cña ®Êt ®¸ 103
5.2.2 Nh÷ng thay ®æi x¶y ra trong níc biÓn 106
5.3 ‘Cét khãi ®en’ - kh¶ n¨ng dù b¸o c¸c vÊn ®Ò liªn quan 108
5.3.1 Cét “khãi ®en” ; cét “khãi tr¾ng” vµ dßng thñy nhiÖt 109
Êm
5.4 Ph¹m vi ho¹t ®éng cña c¸c dßng thñy nhiÖt 113
5.4.1 Sù ®a d¹ng cña hÖ thèng thñy nhiÖt 115
5.4.2 BiÕn chÊt thñy nhiÖt 117
5.5 Lîng nhiÖt chuyÓn t¶i qua c¸c dßng thñy nhiÖt 117
5.6 Sù bay h¬i cña c¸c khÝ hoµ tan vµ c¸c lo¹i khÝ kh¸c 119
trong dung dÞch thñy nhiÖt
5.7 Tãm t¾t ch¬ng 5 122
Ch¬ng 6 §¹i d¬ng cæ vµ sù biÕn ®æi mùc níc biÓn 125
6.1 Sù ph©n bè cña c¸c lo¹i trÇm tÝch 125
6.1.1 C¸c nghiªn cøu vÒ trÇm tÝch vµ cæ h¶i d¬ng häc 128
6.2 Sù biÕn ®æi cña mùc níc biÓn 132
6.2.1 Sù biÕn ®æi cña mùc níc biÓn theo quy m« thêi gian 134
kh¸c nhau
6.2.2 Sù d©ng cao cña mùc níc biÓn sau b¨ng hµ 136
6.2.3 C¸c dao ®éng mùc níc trong §Ö tø 137
6.2.4 Sù ph¸t triÓn cña líp b¨ng phñ vïng Nam Cùc 142
6.2.5 Khñng ho¶ng ®é muèi trong biÓn §Þa Trung H¶i 144
6.2.6 Sù di chuyÓn cña c¸c ®ai khÝ hËu 150
6.2.7 ¶nh hëng cña c¸c qóa tr×nh kiÕn t¹o m¶ng lªn mùc 151
níc biÓn
6.2.8 C¸c thêi kú biÓn tiÕn, biÓn tho¸i lín 152
6.3 Tãm t¾t ch¬ng 6 154
Ch¬ng 7 Bèi c¶nh toµn cÇu 157
- 7.1 Chu tr×nh toµn cÇu 157
7.1.1 Sù biÕn ®æi cña c¸c thµnh phÇn trong chu tr×nh 160
7.1.2 ¶nh hëng cña nh÷ng biÕn ®æi ng¾n h¹n 161
7.1.3 §¹i d¬ng trong tr¹ng th¸i æn ®Þnh 162
7.2 §¸nh gi¸ tèc ®é cña mét vµi qóa tr×nh 164
7.3 Tãm t¾t ch¬ng 7 165
Phô lôc Cét ®Þa tÇng 167
Tµi liÖu tham kh¶o 168
Híng dÉn tr¶ lêi c¸c c©u hái 169
- Giíi thiÖu vÒ cuèn s¸ch
§©y lµ mét trong nh÷ng tËp s¸ch n»m trong bé tuyÓn tËp vÒ H¶i d¬ng häc
®îc viÕt díi d¹ng s¸ch tham kh¶o nhng ®ång thêi còng lµ s¸ch gi¸o khoa
dïng cho c¸c khãa häc më réng dµnh cho sinh viªn §¹i häc n¨m thø ba. Trong
néi dung cuèn s¸ch cã sö dông mét sè kÕt qña nghiªn cøu thuéc ch¬ng tr×nh
“H¶i d¬ng S330”.
Cã thÓ nãi H¶i d¬ng häc lµ mét ngµnh khoa häc ®a ngµnh, tuy nhiªn nhiÒu
néi dung nghiªn cøu cña nã vÉn kh«ng n»m ngoµi ph¹m vi cña mét hoÆc vµi
ngµnh khoa häc chÝnh thèng. V× vËy, ngêi ®äc sÏ tiÕp nhËn ®îc nhiÒu kiÕn
thøc h¬n khi ®äc cuèn s¸ch nµy nÕu nh ®· cã mét tr×nh ®é hiÓu biÕt vÒ ®Þa chÊt,
®Þa hãa häc vµ ®Þa vËt lý. C¸c tËp s¸ch cßn l¹i n»m trong bé s¸ch nµy chñ yÕu ®i
vµo c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn vËt lý, hãa häc vµ sinh häc (vµ nhiÒu phô nh¸nh
liªn quan kh¸c).
Ch¬ng 1 ®Õn ch¬ng 4 m« t¶ c¸c qóa tr×nh h×nh thµnh ®¸y ®¹i d¬ng, cÊu
tróc vµ thµnh phÇn líp vá ®¹i d¬ng, nh÷ng ®Æc ®iÓm chÝnh cña r×a lôc ®Þa. C¸c
®¹i d¬ng ngµy nay lµ nh÷ng ®Æc ®iÓm ®Þa chÊt “tøc thêi” vµ c¸c ch¬ng nµy sÏ
gi¶i thÝch t¹i sao l¹i nh vËy?. Ch¬ng 5 cña cuèn s¸ch ®Ò cËp ®Õn sù h×nh thµnh
cña c¸c “m¹ch níc nãng” díi vïng ®¸y s©u ®¹i d¬ng do ho¹t ®éng ®èi lu cña
c¸c dßng níc biÓn bÞ ®èt nãng xuyªn qua vá ®¹i d¬ng. §Õn gi÷a nh÷ng n¨m
1960, hiÖn tîng nµy vÉn cßn lµ ®iÒu bÝ Èn, ph¶i mét vµi n¨m sau ®ã, ngêi ta
míi cã thÓ kh¼ng ®Þnh b»ng c¸c quan tr¾c. KÓ tõ ®ã, nhiÒu ngêi míi cã c¬ héi
chiªm ngìng nh÷ng bøc ¶nh ®Çy Ên tîng vÒ c¸c cét “khãi ®en” trªn c¸c sèng
nói ngÇm díi ®¹i d¬ng. Ch¬ng 6 tr×nh bµy tãm t¾t vÒ sù ph©n bè chung cña
c¸c lo¹i trÇm tÝch trªn ®¸y ®¹i d¬ng vµ cho thÊy trÇm tÝch cã thÓ ghi nhËn sù
biÕn ®æi cña mùc níc biÓn vµ khÝ hËu trong qóa khø nh thÕ nµo. Cuèi cïng lµ
ch¬ng 7 víi c¸c nghiªn cøu vÒ vai trß cña ®¹i d¬ng nh lµ mét bé phËn kh«ng
thÓ thiÕu trong chu tr×nh hãa häc toµn cÇu.
Trong qóa tr×nh biªn so¹n s¸ch, mét sè c©u hái ®· ®îc c¸c t¸c gi¶ ®a ra
nh»m gióp b¹n ®äc ph¸t triÓn c¸c cuéc th¶o luËn, ®ång thêi kiÓm tra l¹i c¸c kiÕn
thøc võa häc víi phÇn gîi ý tr¶ lêi ®îc ®Æt ë cuèi s¸ch. Mét sè thuËt ng÷ chuyªn
ngµnh quan träng sÏ ®îc in ch÷ ®Ëm khi b¾t ®Çu ®îc giíi thiÖu hay ®Ò cËp
®Õn.
- Ch¬ng 1
Më ®Çu
Ngay tõ thêi xa xa, loµi ngêi ®· biÕt khai th¸c biÓn ®Ó t×m kiÕm c¸c lîi Ých
th¬ng m¹i, kinh tÕ, vËn t¶i vµ c¶ chiÕn tranh. Hä ®· t×m c¸ch chÕ t¹o ra con
thuyÒn ®i biÓn ®Çu tiªn dùa trªn h×nh d¸ng th« s¬ cña nh÷ng con thuyÒn ®éc
méc ch¹y trªn s«ng cã tõ thêi c¸c nÒn v¨n minh cæ ®¹i (h×nh 1.1). M·i cho ®Õn
thÕ kû 15, nh÷ng chuyÕn hµnh tr×nh kh¸m ph¸ ®¹i d¬ng mét c¸ch cã quy m«
míi b¾t ®Çu, mÆc dï ®ã vÉn chØ lµ c¸c chuyÕn th¸m hiÓm nhá nhng ®· t¹o nªn
nh÷ng dÊu Ên lÞch sö trong ngµnh H¶i d¬ng. §¸ng chó ý nhÊt lµ c¸c tuyÕn
hµnh tr×nh tõ Ch©u ¢u, B¾c Phi vµ Trung §«ng ®Õn §¹i T©y D¬ng (§TD), Ên
§é D¬ng (A§D) vµ mét sè tiÓu vïng quan träng ë phÝa t©y Th¸i B×nh D¬ng
(TBD) do ngêi Polinedi vµ Melanedi thùc hiÖn. Tuy nhiªn, nh÷ng ngêi ®Çu
tiªn th¸m hiÓm ®¹i d¬ng l¹i kh«ng ph¶i lµ ngêi Ch©u ¢u mµ lµ ngêi Trung
Quèc. Ngay tõ ®Çu nh÷ng n¨m 1400 ngêi Trung Quèc ®· cã chuyÕn du hµnh
b»ng ®êng biÓn tíi vïng bê phÝa ®«ng cña Ch©u Phi tríc c¶ ngêi Bå §µo Nha
vµ chuyÕn ®i cña hä kh«ng v× c¸c môc ®Ých t×m kiÕm thuéc ®Þa hay th¬ng m¹i.
H×nh 1.1: M« h×nh con thuyÒn ®éc méc cña ngêi Ai CËp cæ ®¹i (kho¶ng
2000 n¨m tríc c«ng nguyªn) dùa theo nguyªn mÉu kh¶o cæ t¹i nhµ må
ë Thebes
1.1. §o vÏ b¶n ®å ®¹i d¬ng
- Vµo thÕ kû thø 15, víi sù hng thÞnh cña thêi kú Phôc Hng nh÷ng ngêi
Ch©u ¢u b¾t ®Çu ®i tiªn phong trong c¸c chuyÕn hµnh tr×nh dµi kh¸m ph¸ ®¹i
d¬ng. §îc sù b¶o trî cña nh÷ng qóy téc giµu cã nh Th¸i tö Henry, mét nhµ
hµng h¶i ngêi Bå §µo Nha, c¸c chuyÕn hµnh tr×nh xuyªn ®¹i d¬ng ®· ®îc
khuyÕn khÝch víi nh÷ng môc ®Ých c¸ nh©n, nhng ®ång thêi còng ®Ó t×m ra
nh÷ng con ®êng giao th¬ng míi. Liªn tôc trong suèt qu·ng thêi gian kÐo dµi
tõ thÕ kû thø 15 ®Õn thÕ kû thø 18 lµ c¸c chuyÕn th¸m hiÓm do Columbus,
Magellan, Cook vµ mét sè ngêi kh¸c dÉn ®Çu. §ã lµ nh÷ng ngêi cã kiÕn thøc
réng vÒ ®Þa lý vµ n¾m v÷ng viÖc sö dông c¸c kü thuËt ®i biÓn thêi ®ã. C¸c chuyÕn
hµnh tr×nh cña hä ngoµi viÖc t×m kiÕm nh÷ng vïng ®Êt míi cßn nh»m môc ®Ých
më réng c¸c vïng thuéc ®Þa cña Ch©u ¢u trªn toµn thÕ giíi.
Cã thÓ nãi, c¸c chuyÕn th¸m hiÓm ®Çu tiªn ®Òu lµ nh÷ng chuyÕn ®i ®Çy nguy
hiÓm bëi nh÷ng h¹n chÕ vÒ ph¬ng tiÖn kü thuËt hµng h¶i vµ thiÕt bÞ ®Þnh vÞ khi
tµu rêi khái tÇm nh×n thÊy ®Êt liÒn. Mét vµi c«ng cô ®i biÓn th« s¬ thêi ®ã chØ cã
thÓ gióp hä x¸c ®Þnh ®îc vÞ trÝ kinh ®é cña con tµu trªn biÓn mµ kh«ng cã kh¶
n¨ng x¸c ®Þnh ®îc vÜ ®é cho dï lµ theo c¸ch ®¬n gi¶n nhÊt cho ®Õn khi chiÕc
®ång hå ®o täa ®é congtomet ®Çu tiªn ra ®êi vµo cuèi thÕ kû thø 18.
Trong bèi c¶nh ®ã, tÊm b¶n ®å ®¹i d¬ng do Halley lËp n¨m 1701 (h×nh 1.2)
cã ý nghÜa rÊt lín. H×nh th¸i cña §¹i T©y D¬ng ®îc x¸c ®Þnh trong b¶n ®å cña
Halley kh«ng hoµn toµn trïng khíp víi nh÷ng b¶n vÏ ®îc thùc hiÖn tríc ®ã
200 n¨m, vÞ trÝ c¸c ®êng bê ë ®©y ®· ®îc biÓu diÔn kh¸ chÝnh x¸c theo kinh ®é
vµ c¸c ®êng ®¼ng gi¸c (®êng cïng gi¸ trÞ gãc lÖch gi÷a kinh tuyÕn tõ vµ kinh
tuyÕn ®Þa lý) .
- H×nh 1.2: B¶n ®å ®¼ng gi¸c do Edmund Halley thµnh lËp n¨m 1701 trªn
c¬ së c¸c d÷ liÖu thu thËp trong chuyÕn hµnh tr×nh cña con tµu
Paramour Pink (1698-1700). Nguån : ”B¶n ®å vµ con ngêi” N.J.W.
Thrower (1972) Maps and Man, NXB Prentice-Hall
- H×nh 1.3: B¶n ®å thÕ giíi do Juan de la Cosa thùc hiÖn vµo n¨m 1500.
¤ng lµ hoa tiªu trong chuyÕn th¸m hiÓm thø hai cña Columbus. Nguån:
b¶o tµng hµng h¶i ë Mardrid; ¶nh Arxiu Mas
- H×nh 1.4: (a) Hµnh tr×nh cña tµu HMS Challenger, 6/1872; (b) Tµu HMS
Challenger, 1872. §©y lµ mét con tµu gç ch¹y b»ng h¬i níc cã träng t¶i
2306 tÊn
- HÖ thèng c¸c th«ng tin h¶i d¬ng häc ban ®Çu chØ dùa vµo c¸c kÕt qña kh¶o
s¸t thùc ®Þa vµ viÖc tiÕn hµnh thµnh lËp s¬ ®å ®êng bê, v× vËy lîng th«ng tin
cã ®îc kh«ng kh¸c biÖt nhiÒu so víi kiÕn thøc cña ngêi ®i biÓn hoÆc cña ng
d©n. Tríc ®ã, c¸c chuyÕn kh¶o s¸t vïng ®¸y s©u ®¹i d¬ng chØ ®Õm trªn ®Çu
ngãn tay vµ thêng kh«ng ®em l¹i nhiÒu kÕt qña. Ch¼ng h¹n nh chuyÕn kh¶o
s¸t ®é s©u vïng trung t©m ®¸y biÓn Th¸i B×nh D¬ng do Magellan thùc hiÖn vµo
®Çu thÕ kû thø 16. ¤ng ®· sö dông ph¬ng ph¸p d©y däi ®Ó x¸c ®Þnh ®é s©u ®¸y
biÓn, nhng do ®é s©u t¹i khu vùc nghiªn cøu qóa lín nªn kh«ng thu ®îc kÕt
qña. Sau ®ã nhiÒu chuyÕn kh¶o s¸t kh¸c tiÕp tôc ®îc thùc hiÖn vµ ngµy cµng
hoµnh tr¸ng nhÊt lµ vµo thÕ kû thø 19, ®¸ng kÓ lµ chuyÕn kh¶o s¸t quy m« lín
nh»m x©y dùng hÖ thèng c¸c th«ng tin d÷ liÖu ®Çu tiªn vÒ h¶i d¬ng häc do tµu
Challenger thùc hiÖn kÐo dµi tõ n¨m 1872 ®Õn n¨m 1876 ®îc chÝnh phñ Anh
b¶o trî (h×nh1.4b).
C¸c sè liÖu mµ tµu Challenger thu thËp ®îc trong chuyÕn hµnh tr×nh nµy
rÊt ®a d¹ng vµ phong phó vÒ chñng lo¹i. Sau ®ã, toµn bé c¸c ®Çu sè liÖu ®· ®îc
xuÊt b¶n thµnh 50 tËp s¸ch, ®¸nh dÊu sù ra ®êi cña ngµnh khoa häc biÓn. NhiÒu
néi dung nghiªn cøu khoa häc kh¸c vÒ ®¹i d¬ng còng rÊt ph¸t triÓn trong giai
®o¹n nµy. Ngay tõ tríc thÕ kû thø 19, nh÷ng ngêi ®i biÓn ®· nhËn thøc ®îc
sù tån t¹i cña c¸c dßng h¶i lu do chóng lµm c¶n trë hoÆc lµm t¨ng tèc ®é hµnh
tr×nh cña hä. VÝ dô nh c¸c chuyÓn ®éng thuËn nghÞch theo mïa cña dßng ch¶y
Somali, ngoµi kh¬i vïng biÓn §«ng Phi ®· tõng ®îc ghi nhËn trong c¸c tµi liÖu
cæ tõ thÕ kû thø 9 hay nh÷ng thay ®æi mµu cña níc biÓn vµ sù xuÊt hiÖn cña
c¸c loµi thùc vËt rong t¶o ë c¸c vïng ngoµi kh¬i xa ®· minh chøng thªm vÒ sù
hiÖn diÖn cña c¸c dßng ch¶y trong ®¹i d¬ng. Tuy nhiªn nh÷ng khã kh¨n ®èi víi
c¸c ho¹t ®éng hµng h¶i trªn ®¹i d¬ng chÝnh lµ viÖc x¸c ®Þnh vËn tèc cña c¸c
dßng h¶i lu v× c¸c chuyÓn ®éng cña chóng kh«ng cã sù t¬ng quan víi nh÷ng
®Æc ®iÓm cè ®Þnh dÔ x¸c ®Þnh gièng nh mèi t¬ng quan gi÷a dßng ch¶y ven bê
víi ®Æc ®iÓm ®Þa h×nh vïng bê.
1.1.1. C¸c ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ hµng h¶i
MÆc dï nh÷ng khã kh¨n mµ c¸c nhµ th¸m hiÓm ®i tríc gÆp ph¶i trong viÖc
x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña c¸c con tµu ®i trªn biÓn vµ ®¹i d¬ng ®· ®îc kh¾c phôc b»ng
nh÷ng kü thuËt c«ng nghÖ hiÖn ®¹i th× viÖc ®iÒu khiÓn c¸c con tµu trong khu vùc
gÇn bê vÉn thuËn lîi h¬n ®èi víi hä so ngoµi ®¹i d¬ng mªnh m«ng. ViÖc ®Þnh vÞ
tµu t¹i c¸c khu vùc nµy chñ yÕu dùa vµo giíi h¹n tÇm nh×n tõ tµu tíi ®Êt liÒn,
tuy nhiªn (ngoµi lý do thêi tiÕt xÊu hoÆc biÓn ®éng) mét sè yÕu tè tù nhiªn nh
®é cong cña tr¸i ®Êt, ®é cao cña tr¹m quan s¸t (cã thÓ lµ tr¹m ph¸t sãng ra®a) vµ
®é cao cña vËt ®Þnh vÞ trªn ®Êt liÒn cã thÓ lµm ng¾n giíi h¹n kho¶ng c¸ch tÇm
nh×n nµy (h×nh 1.5).
- H×nh 1.5: Giíi h¹n tÇm nh×n vµ ®é cong cña bÒ mÆt tr¸i ®Êt (kh«ng theo tØ
lÖ). T¹i vÞ trÝ quan s¸t cã ®é cao 5 m so víi mùc níc biÓn, giíi h¹n tÇm
nh×n cña m¾t ngêi lµ 7,5km vµ hä cã thÓ nh×n thÊy c¸c vËt thÓ cao 10m
®Õn 20m so víi mùc níc biÓn ë kho¶ng c¸ch 7,5 + 11 = 18,5km vµ 7,5 +
16 = 23,5km.
Khi gÆp ®iÒu kiÖn thêi tiÕt xÊu hoÆc ®ªm tèi, viÖc sö dông c¸c tr¹m ra®a thu
ph¸t (sãng radio) rÊt thuËn lîi. Sù ph¸t x¹ cña c¸c chïm tia xoay trßn díi d¹ng
sãng v« tuyÕn (tÇn sè tõ 3000-10000MHz; MHz = megahertz, 1MHz = 106Hz.
Hertz (Hz) lµ ®¬n vÞ tÇn sè = 1 chu kú/gi©y) tõ tµu sÏ nhanh chãng bÞ ph¶n håi
trë l¹i khi gÆp c¸c vËt thÓ n»m ch¾n trªn ®êng ®i cña chóng. Dùa vµo kho¶ng
thêi gian tÝn hiÖu ®îc truyÒn ®i vµ thu nhËn trë l¹i, ngêi ta cã thÓ x¸c ®Þnh
®îc kho¶ng c¸ch vµ ph¬ng híng theo chiÒu ph¶n håi cña c¸c tia ph¶n x¹. Nãi
chung, kho¶ng thêi gian nµy rÊt ng¾n v× c¸c sãng v« tuyÕn lµ mét d¹ng bøc x¹
®iÖn tõ cã tèc ®é lan truyÒn b»ng tèc ®é ¸ng s¸ng ( 3 108ms-1).
§é chÝnh x¸c cña ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ b»ng m¾t thêng vµ ra®a chØ ¸p dông
®îc trong giíi h¹n kho¶ng c¸ch tõ hµng chôc ®Õn hµng tr¨m m, nhng vÉn bÞ
h¹n chÕ bëi giíi h¹n tÇm nh×n, do vËy ph¹m vi ph¸t hiÖn hÑp (h×nh 1.5). §èi víi
nh÷ng hÖ thèng ®Þnh vÞ v« tuyÕn tÇm xa, ngêi ta sö dông m¹ng líi c¸c tr¹m
thu ph¸t trªn ®Êt liÒn ®Ó ph¸t c¸c xung hoÆc tÝn hiÖu v« tuyÕn liªn tôc cã tÇn sè
tõ 10kHz ®Õn 2MHz, ®ã lµ c¸c tia cã kh¶ n¨ng lan truyÒn vßng theo ®é cong cña
vá tr¸i ®Êt. C¸c m¸y thu ®Æt trªn tµu sÏ ®ãn nhËn c¸c chïm tia giao thoa tõ c¸c
tr¹m ph¸t kh¸c nhau vµ cho biÕt vÞ trÝ cña tµu th«ng qua mét hÖ quy chiÕu
thèng nhÊt. Tuy nhiªn, kho¶ng c¸ch vµ ®é chÝnh x¸c cña nh÷ng hÖ thèng nµy
kh«ng gièng nhau. ThÝ dô : hÖ Decca cã tÇm xa chõng 500km vµ ®é chÝnh x¸c
trong ®iÒu kiÖn tèi u lµ 50m, trong khi hÖ Omega cã ph¹m vi sö dông réng, cã
thÓ ¸p dông trong ®Þnh vÞ hµng h¶i víi ®é chÝnh x¸c 2-3km.
Ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ hµng h¶i dùa vµo thiªn v¨n häc vÉn ®îc xem lµ
ph¬ng ph¸p truyÒn thèng. Trong ph¬ng ph¸p nµy, ngêi ta sö dông kÝnh lôc
ph©n ®Ó ®o gãc lÖch cña mÆt trêi, mÆt tr¨ng, c¸c hµnh tinh vµ c¸c v× sao theo
®êng ch©n trêi vµo cïng mét thêi ®iÓm x¸c ®Þnh. Dùa vµo b¶ng tra cøu cã thÓ
biÕt ®îc c¸c chuyÓn ®éng cña mçi thiªn thÓ vµ hai trong sè chóng sÏ gióp ta
- ®Þnh vÞ ®îc vÞ trÝ cÇn x¸c ®Þnh. Nhng ph¬ng ph¸p nµy còng chØ cho ®é chÝnh
x¸c trong ph¹m vi vµi km kÓ c¶ trong ®iÒu kiÖn thêi tiÕt lý tëng vµ chØ cã thÓ
thùc hiÖn ®îc khi cïng lóc quan s¸t thÊy c¸c thiªn thÓ vµ ®êng ch©n trêi. MÆt
trêi, ®«i khi c¶ mÆt tr¨ng vµ ®êng ch©n trêi cã thÓ nh×n thÊy vµo ban ngµy,
nhng ban ®ªm vÞ trÝ ®êng ch©n trêi kh«ng dÔ t×m thÊy cho nªn viÖc quan tr¾c
c¸c ng«i sao vµ nh÷ng hµnh tinh thêng chØ thùc hiÖn ®îc vµo cuèi ngµy khi
®êng ch©n trêi cßn nh×n thÊy râ. Ngoµi ra viÖc l¾p ®Æt vµ sö dông kÝnh lôc ph©n
trªn c¸c con tµu ®ang chuyÓn ®éng ®ßi hái nhiÒu kü n¨ng thao t¸c, c«ng søc vµ
thêi gian tÝnh to¸n.
MÆc dï ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ hµng h¶i thiªn v¨n lµ ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ l©u
®êi ®· ®îc sö dông qua nhiÒu thÕ kû, nhng vÉn kh«ng thÓ so s¸nh ®îc víi
ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ b»ng vÖ tinh. Nhê sù gióp ®ì cña c¸c vÖ tinh ®îc phãng
vµo trong kh«ng gian bªn ngoµi tr¸i ®Êt, ngêi ta cã thÓ ®Þnh vÞ ®îc chÝnh x¸c
mäi vÞ trÝ trªn ®¹i d¬ng víi sai sè 100m trong bÊt kú ®iÒu kiÖn thêi tiÕt nµo.
§©y lµ ph¬ng ph¸p do Côc h¶i qu©n Hoa Kú ph¸t triÓn vµ øng dông vµo n¨m
1967. Ngµy nay, mét m¹ng líi c¸c vÖ tinh ®Þnh vÞ lu«n s½n sµng cho c¸c ho¹t
®éng hµng h¶i vµ hµng kh«ng. Mét sè vÖ tinh ë quü ®¹o tÇm cao (gÇn 20000km)
cã thÓ “quan s¸t” cïng lóc mét vïng réng lín trªn ®Þa cÇu, sè kh¸c bay ë quü ®¹o
thÊp h¬n, gÇn c¸c cùc tr¸i ®Êt nªn cã thÓ quan s¸t hÕt phÇn lín mäi ®iÓm trªn
®Þa cÇu khi tr¸i ®Êt quay (h×nh 1.6). Th«ng qua vÖ tinh, cø vµi tiÕng c¸c ph¬ng
tiÖn hiÖn ®ang ho¹t ®éng trªn biÓn vµ trªn kh«ng ®Òu nhËn ®îc c¸c tÝn hiÖu
®Þnh vÞ cho vÞ trÝ cña nã. §èi víi c¸c ho¹t ®éng trªn biÓn, viÖc ®Þnh vÞ chÝnh x¸c
cã ý nghÜa rÊt lín, ®«i khi mang tÝnh sèng cßn. Do vËy, theo nguyªn t¾c, c¸c tµu
®i trªn biÓn vµ ®¹i d¬ng thêng sö dông tõ hai ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ trë lªn
phßng trêng hîp bÊt tr¾c x¶y ra. Song hµnh cïng víi ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ vÖ
tinh víi nh÷ng øng dông kü thuËt tiÕn tiÕn hiÖn ®ang ®îc sö dông réng r·i
trong c¸c c«ng t¸c nghiªn cøu khoa häc, th¬ng m¹i vµ qu©n sù trªn ®¹i d¬ng
th× c¸c ph¬ng ph¸p truyÒn thèng tuy kÐm hiÖu qña nhng vÉn ®îc sö dông bëi
kh¶ n¨ng øng dông ®¬n gi¶n cña chóng. B¶ng 1.1 tæng hîp kho¶ng c¸ch vµ ®é
chÝnh x¸c cña mét sè c¸c ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ hµng h¶i.
B¶ng 1.1: Kho¶ng c¸ch vµ ®é chÝnh x¸c cña mét vµi ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ hµng h¶i
Ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ Kh¶ n¨ng sö dông vµ kho¶ng c¸ch §é chÝnh x¸c
x¸c ®Þnh
Mèc chuÈn ven bê (m¾t thêng 10 – 200m
Trong ph¹m vi tÇm nh×n ( 50km)
vµ ra®a)
HÖ thèng ®Þnh vÞ b»ng sãng 10 – 100m
Kh¸c nhau ë mçi hÖ. VÝ dô Decca (
radio 1 – 15km
500km); Omega (kh¾p n¬i)
§Þnh vÞ b»ng thiªn v¨n Toµn cÇu 2 – 10km
§Þnh vÞ b»ng vÖ tinh Toµn cÇu 0,1 – 200m
- H×nh 1.6: Nguyªn t¾c ®Þnh vÞ hµng h¶i b»ng vÖ tinh. Khi mét vÖ tinh xoay
theo t©m quü ®¹o cùc, nã sÏ ph¸t ra nh÷ng tÝn hiÖu chøa th«ng tin vÒ ®é
cao, vÞ trÝ vµ tèc ®é bay cña nã. Nhê ®ã khi vÖ tinh ®i qua c¸c ®iÓm A,B
vµ C trªn h×nh vÏ, c¸c m¸y tÝnh ®Æt trªn bong tµu sÏ ph©n tÝch c¸c d÷
liÖu do vÖ tinh ph¸t vÒ ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ t¬ng quan cña con tµu víi vÖ
tinh, tõ ®ã x¸c ®Þnh ®îc vÞ trÝ cña nã trªn bÒ mÆt tr¸i ®Êt víi sai sè giíi
h¹n trong vßng b¸n kÝnh kho¶ng 100m.
1.1.2. Ph¬ng ph¸p ®o ®é s©u
C¸c ®êng ®ång møc trªn b¶n ®å ®Þa h×nh ®Êt liÒn ®îc x©y dùng dùa trªn
sè ®o ®é cao cña c¸c d¹ng ®Þa h×nh so víi mùc níc biÓn, cßn c¸c ®êng ®ång møc
trªn b¶n ®å ®é s©u biÓn vµ ®¹i d¬ng th× dùa trªn sè ®é s©u díi mùc níc biÓn.
V× vËy, viÖc ®o ®¹c chÝnh x¸c vÞ trÝ c¸c ®é s©u vµ ®é cao nµy lu«n lµ mét yªu cÇu
tÊt yÕu.
Tríc khi m¸y ®o ®é s©u håi ©m ra ®êi, viÖc ®o ®¹c ®é s©u chØ ®îc thùc
hiÖn b»ng nh÷ng dông cô th« s¬ vµ thiÕu ®é chÝnh x¸c cao. Ch¼ng h¹n, ®Ó ®o ®é
s©u ngêi ta dïng mét sîi d©y däi cã buéc qña nÆng ë ®Çu d©y råi th¶ xuèng
níc hoÆc dïng mét c¸i èng dµi b»ng thÐp chäc xuèng ®¸y biÓn, kÕt qña ®o ®îc
chÝnh lµ chiÒu dµi cña ®o¹n d©y hoÆc èng thÐp ®îc th¶. Nhng c¸ch ®o ®¹c nµy
chØ cã hiÖu qña ®èi víi nh÷ng vïng biÓn n«ng (h×nh 1.7), cßn víi nh÷ng vïng
nuíc s©u h¬n nh ngoµi ®¹i d¬ng th× ph¶i cÇn ®Õn hµng giê ®Ó h¹ vµ kÐo dông
cô ®o lªn trong khi dßng h¶i lu hoÆc giã cã thÓ ®Èy con tµu xª dÞch khái vÞ trÝ
ban ®Çu khiÕn dông cô ®o h¹ xuèng níc kh«ng cßn ë t thÕ th¼ng ®øng vµ kÕt
qu¶ ®é s©u ®o ®îc sÏ lín h¬n nhiÒu gi¸ trÞ thùc tÕ. H¬n n÷a, trong vïng níc
s©u viÖc x¸c ®Þnh qu¶ däi ch¹m ®¸y lµ rÊt khã bëi träng lîng sîi d©y sÏ trë nªn
- nÆng h¬n qu¶ däi. V× nh÷ng khã kh¨n nµy mµ trong chuyÕn th¸m hiÓm ba n¨m
rìi cña tµu Challenger, c¸c nhµ khoa häc chØ thu ®îc 300 sè ®o ®é s©u ë vïng
biÓn s©u.
Ph¬ng ph¸p ®o ®é s©u b»ng m¸y håi ©m ®îc sö dông lÇn ®Çu tiªn vµo
nh÷ng n¨m 1920 trong c¸c chuyÕn hµnh tr×nh kh¶o s¸t biÓn. Nhê tÝnh n¨ng sö
dông cao, ngêi ta cã thÓ thùc hiÖn hµng tr¨m phÐp ®o trong vßng mét vµi ngµy
vµ cho phÐp thµnh lËp c¸c b¶n ®å ®Þa h×nh ®¸y ®¹i d¬ng víi c¸c d¹ng ®Þa h×nh
c¬ b¶n nh sèng nói ngÇm gi÷a §TD hay d·y Carlsberg vµ c¸c vïng thung lòng
gi÷a nói.
Ph¬ng ph¸p nµy còng cho phÐp thùc hiÖn c¸c ®o ®¹c mét c¸ch nhanh
chãng, liªn tôc vµ chÝnh x¸c. Nguyªn lý cña ph¬ng ph¸p lµ truyÒn xung ©m
thanh qua c¸c líp níc xuèng ®¸y biÓn, khi ch¹m ®¸y ©m thanh sÏ tù ph¶n x¹
trë l¹i vµ ®îc c¸c m¸y ®Æt trªn tµu thu nhËn. Dùa vµo tèc ®é lan truyÒn cña
sãng ©m thanh trong níc vµ kho¶ng thêi gian gi÷a hai thêi ®iÓm m¸y thu vµ
ph¸t ©m thanh, ngêi ta tÝnh ®îc ®é s©u ®¸y biÓn. NÕu c¸c xung ©m thanh ®îc
ph¸t ®i ®Òu ®Æn trong tõng kho¶ng thêi gian ng¾n, sãng ph¶n håi cã thÓ ®îc ghi
l¹i díi d¹ng ®å thÞ biÓu diÔn mÆt c¾t liªn tôc cña ®¸y ®¹i d¬ng (h×nh 1.8).
Trong ®iÒu kiÖn lý tëng, phÐp ®o nµy cã thÓ ®¹t ®é chÝnh x¸c ®Õn vµi mÐt ngay
c¶ ë vïng níc s©u. Tuy nhiªn, vÉn cã mét sè yÕu tè g©y nhiÔu, ch¼ng h¹n nh
¶nh hëng cña sãng trªn bÒ mÆt biÓn cã thÓ lµm tµu trßng trµnh lªn xuèng tíi
vµi mÐt, quan träng h¬n n÷a lµ tèc ®é truyÒn ©m trong níc biÓn cã thÓ dao ®éng
trong giíi h¹n 4% tuú theo ®é muèi, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cña níc biÓn. B»ng
c¸ch sö dông c¸c b¶ng tra cøu ®èi víi c¸c vïng ®¹i d¬ng kh¸c nhau trªn toµn
cÇu, c¸c nhµ nghiªn cøu cã thÓ xö lý s¬ bé c¸c sè liÖu ®o ®îc (quy chuÈn th«ng
dông lµ 1500m/s). C¸c sai sãt khi xö lý cã thÓ dÉn ®Õn nh÷ng sai sè ®¸ng kÓ vÒ
®é s©u, ch¼ng h¹n sai sè tèc ®é truyÒn ©m b»ng 1% sÏ dÉn ®Õn sai sè tíi 30m víi
cét níc s©u 3km. TÇn sè ©m thanh ®îc dïng ®Ó ®o ®é s©u ®¹i d¬ng thêng lµ
5-30kHz.
Ngoµi ra, sai sè gÆp ph¶i cßn do kh¶ n¨ng ph©n gi¶i yÕu cña c¸c m¸y håi ©m,
nguyªn nh©n lµ sù ph©n kú cña chïm tia víi gãc ph¸t kho¶ng 300 khi c¸c sãng
©m thanh ®îc truyÒn xuèng vµ øng gãc ph¸t nh vËy c¸c chïm tia cã thÓ quÐt
®îc mét diÖn tÝch lín trªn ®¸y ®¹i d¬ng víi ®êng kÝnh kho¶ng 1,5km ë ®é s©u
3km. Nhng nh÷ng biÕn ®æi ®Þa h×nh ®¸y trong diÖn tÝch nµy sÏ kh«ng ®îc thÓ
hiÖn râ vµ ®é s©u ®o ®îc sÏ n«ng h¬n ®é s©u thùc tÕ bªn díi tµu (h×nh 1.9 (b)).
C¸c m¸y håi ©m cã ®é ph©n gi¶i cao lµ nh÷ng m¸y sö dông chïm tia cã gãc
ph¸t hÑp, kho¶ng mét vµi ®é. §Ó thiÕt kÕ ®îc nh vËy, m¸y sÏ trë nªn cång
kÒnh nªn ®ã lµ lý do mµ lo¹i m¸y nµy Ýt ®îc sö dông réng r·i. Mét lý do kh¸c
khiÕn c¸c m¸y håi ©m cã chïm tia ph©n kú lín ®îc sö dông nhiÒu h¬n lµ nã cho
phÐp thùc hiÖn c«ng viÖc ®o ®¹c ngay c¶ khi biÓn ®éng vµ tµu bÞ l¾c l m¹nh, do
vËy mµ ®èi víi c¸c ho¹t ®éng hµng h¶i thêng xuyªn th× viÖc sö dông c¸c lo¹i
m¸y nµy lµ thÝch hîp vµ hiÖu qña h¬n so víi nh÷ng thiÕt bÞ víi chïm tia hÑp.
- Song ®èi víi mét sè nghiªn cøu kh¶o s¸t biÓn quan träng th× c¸c m¸y cã ®é ph©n
gi¶i cao vÉn rÊt cÇn thiÕt.
H×nh 1.7: Ph¬ng ph¸p ®o ®é s©u b»ng d©y däi. §©y lµ ph¬ng ph¸p ®o
®é s©u duy nhÊt ®îc sö dông cho tíi ®Çu thÕ kû thø 20 (tranh cña
Arthur Briscoe)
- H×nh 1.8: S¬ ®å ghi cña m¸y ®o ®é s©u håi ©m vïng r×a thÒm lôc ®Þa phÝa
®«ng cña níc Mü. §é dèc cña mÆt c¾t lµ do tû lÖ phãng ®¹i gÊp 12 lÇn
theo trôc ®øng. C¸c líp nhiÔu thÓ hiÖn sù tËp trung cña c¸c tæ chøc h÷u
c¬ hoÆc m¶nh vôn sinh vËt chÕt vµ kÕt qña nµy còng cho thÊy nh÷ng
øng dông h÷u Ých kh¸c cña m¸y håi ©m
H×nh 1.9: (a) Chïm tia ph©n kú cña m¸y ®o ®é s©u echo-sounder cã h×nh
chãp víi gãc ®Ønh b»ng 300. (b) MÆt c¾t ngang phãng ®¹i thÓ hiÖn ®é s©u
thùc (d), n»m ngay díi ®¸y tµu, bÞ nhiÔu bëi c¸c tia ph¶n x¹ m¹nh h¬n
t¹i ®iÓm tíi vu«ng gãc víi ®é s©u n«ng (h). h< d< l. Do vËy thêi gian m¸y
ghi l¹i th
- ViÖc n¾m râ ®é s©u cña c¸c vïng biÓn n«ng lu«n lµ ®iÒu quan träng ®èi víi
nguêi ®i biÓn, v× thÕ tõ vµi thÕ kû tríc c¸c s¬ ®å ®é s©u cña vïng nuíc ven bê ®·
ra ®êi. Nhng nhu cÇu cÇn biÕt ®Çy ®ñ h¬n vÒ c¸c th«ng tin vÒ ®é s©u ®¹i d¬ng
míi chØ ph¸t sinh gÇn ®©y, vµ ®Ó ®¸p øng yªu cÇu ®ã, b¶n ®å ®é s©u ®Çu tiªn do
Matthew Maury thµnh lËp n¨m 1885 cho vïng b¾c §¹i T©y D¬ng (h×nh 1.10)
®· ®îc c«ng bè. Tªn gäi vïng “§Êt Gi÷a” cña Maury lµ dÉn liÖu ®Çu tiªn ®Ò cËp
®Õn sù hiÖn diÖn cña sèng nói ngÇm n»m gi÷a §¹i T©y D¬ng mµ ngµy nay
chóng ta ®· biÕt. Kh«ng l©u sau ®ã, h×nh d¸ng kÐo dµi vµ gîn sãng cña sèng nói
nµy ®· tµu Challenger m« t¶ dùa trªn nh÷ng sè liÖu kh¶o s¸t Ýt ái mµ nã thu
®îc (xem môc 1.1.2).
Cho tíi nay, h×nh th¸i ®Þa m¹o ®¸y ®¹i d¬ng nãi chung ®· ®îc kh¶o s¸t
kh¸ tØ mØ, mÆc dï tríc ®ã kh«ng l©u nhiÒu d¹ng ®Þa h×nh lín vÉn cha ®îc
ph¸t hiÖn vµ nhiÒu yÕu tè kh¸c vÉn cÇn ph¶i ®iÒu tra thªm. Nhê vµo chuyÕn hîp
t¸c th¸m hiÓm Ên §é D¬ng vµo gi÷a nh÷ng n¨m 1960, ngêi ta míi x¸c ®Þnh
®îc sèng nói ngÇm 900 ®«ng lµ mét d¹ng ®Þa h×nh kÐo dµi ®¬n lÎ tíi 4500km
(h×nh 1.11). Ngoµi ra, rÊt nhiÒu d¹ng ®Þa h×nh kh¸c díi TBD bao gåm c¶ nói
löa ngÇm vÉn ®ang tiÕp tôc ®îc ®iÒu tra th«ng qua c¸c vÖ tinh cã sö dông thiÕt
bÞ ®o ®é cao bÒ mÆt biÓn (xem môc 1.2.1).
H×nh 1.10: (a) B¶n ®å ®é s©u vïng b¾c §¹i T©y D¬ng do Matthew Maury
lËp n¨m 1855. Nguån: §Þa lý tù nhiªn biÓn, M.Maury, (1857). NXB
Sampson Low & Son.
- H×nh 1.10: (b) MÆt c¾t ®¸y biÓn vïng b¾c §¹i T©y D¬ng do M.Maury lËp.
Nguån dÉn nh trªn.
nguon tai.lieu . vn