Xem mẫu

  1. §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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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.
  7. 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
  8. 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) .
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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).
  13. 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
  14. ®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
  15. 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
  16. 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.
  17. 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)
  18. 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
  19. 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.
  20. 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