Từ chiến công trong quá khứ...

Vị trí Challenger Deep trên bản đồ thế giới.

Năm 1960, khi Jacques Piccard và Don Walsh lặn xuống vực Marianas - nơi sâu nhất thế giới - họ chỉ có đủ thời gian để quan sát một con cá hình dẹt như cái đĩa lượn lờ dưới đáy đại dương. Tuy nhiên, chừng đó thời gian cũng đủ cho họ trở thành những người đầu tiên trong lịch sử nhân loại lặn xuống độ sâu khủng khiếp ấy.

Sau 20 phút ở dưới đáy Challenger Deep của vực Marianas, hai nhà thám hiểm buộc phải trở lại mặt biển. Con tàu Trieste của họ không được trang bị camera, vì thế họ không ghi lại được gì về cuộc sống dưới "đáy của thế giới", theo đúng nghĩa đen của từ này. Kể từ đó đến nay, chưa có người nào trở lại điểm thám hiểm bí ẩn bậc nhất trên Trái đất này, bởi vì dưới áp lực khủng khiếp của nước biển, một con tàu có thể sẽ bị ép bẹp dí như tờ giấy.

... Đến robot thám hiểm mới

Robot mới sẽ vận hành theo chế độ bơi tự do nên đến được những vùng xa xôi hơn.

Cho đến nay, con tàu duy nhất lặn xuống tận độ sâu 10.924m của Challenger Deep là tàu ngầm không người lái của Nhật Bản mang tên Kaiko. Không may là con tàu này đã mất tích hồi tháng 5/2003.

Mặc dù vậy, ước mơ chinh phục đáy sâu đại dương cũng thôi thúc con người mạnh mẽ không kém khát vọng khám phá không gian bao la. Trong tương lai không xa, một robot mới sẽ đảm nhận trách nhiệm nặng nề nhưng vinh quang này.

Robot mới có tên Phương tiện lai tạo Vận hành từ xa (Hybrid Remotely Operated Vehicle - HROV) sắp sửa ra đời, nhờ sự hợp tác chặt chẽ của Viện Hải dương học Woods Hole (WHOI) và ĐH Johns Hopkins (Mỹ). HROV có khả năng lặn xuống nơi sâu nhất của đại dương, thực hiện một số nhiệm vụ nhất định như chụp ảnh, lấy mẫu vật sinh học và vẽ bản đồ địa mạo dưới đáy đại dương.

Robot HROV sẽ vận hành theo 2 chế độ khác nhau: Thứ nhất, đóng vai trò phương tiện vận hành từ xa (ROV) nối với dây cáp nhẹ để giúp các nhà khoa học nhận được dữ liệu và liên lạc với tàu trong thời gian thực. Thứ hai, trở thành phương tiện tự hành được lập trình trước nhằm thu thập dữ liệu trong các cuộc khảo sát trên diện rộng, sau đó sẽ đưa về mặt đất để phân tích. Chế độ bơi tự do sẽ cho phép HROV lặn tới những khu vực trước đây loài người chưa bao giờ tiếp cận được, chẳng hạn như dưới lớp băng của 2 vùng cực Bắc - Nam, nơi dây cáp không kéo tới được. Một sợi dây cáp nhẹ sẽ cho phép robot lặn sâu mà không bị cản trở như trước đây - lúc dùng dây cáp nặng với mục đích vừa cung cấp điện năng vừa liên lạc với ROV. Để có điện năng hoạt động, HROV sử dụng ắc quy trong thời gian 36 giờ, đủ thời gian cho robot chụp ảnh với máy ảnh gắn trên tàu.

Với các tính năng mới của HROV, giới khoa học Mỹ sẽ thực hiện được ước mơ thăm dò đáy vực Marianas, một trong những khu vực gây động đất mạnh mẽ nhất trên thế giới. Robot này sẽ được phóng mà không cần đến bất cứ con tàu chuyên dụng nào, như trước đây vẫn thường dùng để đưa ROV xuống đáy đại dương. Nhờ thế, nó có thể đến đích sớm hơn, chẳng hạn như ngay sau khi một vụ động đất hoặc phun trào núi lửa xảy ra, để thu thập thông tin kịp thời hơn. Theo James Yoder, giám đốc Bộ phận Đại dương học thuộc Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ, chúng ta đang ở trước ngưỡng cửa một kỷ nguyên mới của ngành đại dương học.

Nỗ lực chinh phục đại dương

Đưa tàu ngầm Alvin xuống đáy biển.

Cho đến nay, con tàu ngầm nổi tiếng Alvin chuyên dùng để thực hiện những phi vụ lặn có người lái của Viện Hải dương học Woods Hole vẫn được sử dụng. Tuy nhiên, vì nó chỉ lặn được đến độ sâu tối đa 4.500m, đồng thời vì lý do tài chính hạn hẹp, các nhà nghiên cứu đại dương của Mỹ đành phải dùng đến tàu ngầm không người lái để nghiên cứu đáy đại dương tại những điều kiện khắc nghiệt.

Mặc dù đại dương chiếm hơn 2/3 diện tích Trái đất, đến nay chúng ta cũng chỉ mới khám phá được khoảng 10% - còn quá nhiều bí ẩn cần được làm sáng tỏ. Trong khi đó, hiểu biết của con người về Sao Hỏa xa xôi còn nhiều hơn những gì ở ngay dưới chân mình. Chính vì vậy, robot HROV mở ra cho giới nghiên cứu đại dương rất nhiều hy vọng khám phá và chinh phục làn nước sâu thẳm.

GS Chris German, thuộc Trung tâm Hải dương học Southampton (Anh), cho biết: "Có thể nói: Thám hiểm biển sâu là một cuộc "thám hiểm không gian" mới, và robot là con át chủ bài trong những điều kiện khắc nghiệt mà con người không thể có mặt. Trở ngại lớn nhất từ trước đến nay vẫn là thời gian chúng ta có thể ở trong một quả cầu thép tại độ sâu hàng ngàn mét dưới nước. Trong vài năm qua, công nghệ robot đã phát triển đến mức cho phép robot thực hiện một cách tốt nhất những gì tàu ngầm có người lái có thể làm. HROV là một trong số rất ít những tàu lặn sâu đầu tiên có khả năng thám hiểm những vùng xa xôi nhất của đại dương".

Các nhà khoa học Anh và Mỹ hy vọng robot HROV sẽ chính thức khởi hành trong vòng 3-4 năm tới. Đồng thời, vào mùa xuân năm sau, Viện Hải dương học Southampton sẽ tiến hành hạ thuỷ con tàu lặn sâu đầu tiên của Anh mang tên Isis. Đây là "đứa em song sinh" của Jason II - con tàu ROV do Woods Hole sản xuất và đưa vào sử dụng năm ngoái. Cả hai con tàu không người lái này đều có thể chịu được áp suất nước biển tại độ sâu 6.500m. Sợi dây cáp nối liền với tàu ngầm sẽ cung cấp điện năng cho chúng, đồng thời nhận dữ liệu từ máy quay phim và hệ thống định vị bằng âm thanh.

Nhiệm vụ và thử thách

Tàu ngầm Isis của Anh.

Nhiệm vụ của Isis là lặn xuống khu vực thuỷ nhiệt TAG vào tháng 3 năm nay. Đây là một trong những khu vực trầm tích lớn nhất trên thềm đại dương, nằm tại thung lũng thuộc khu vực giữa Đại Tây Dương. Khoảng 98% đáy đại dương sẽ do ROV khám phá, 2% sâu nhất còn lại phải nhờ đến các HROV. Dan Fornari, nhà khoa học thuộc Viện Woods Hole, cho biết: "2% còn lại này cực kỳ quan trọng. Nó chứa một thế giới sinh học cực kỳ thú vị dưới các vực thẳm tại đáy đại dương, đặc biệt là xung quanh Thái Bình Dương. Và đây chính là nơi duy nhất mà chúng ta tìm hiểu về những gì đang xảy ra dưới lớp vỏ Trái đất, cũng như về sự tương tác của vỏ trái đất với thạch quyển dưới đáy đại dương".

Dưới đáy vực Marianas, thạch quyển - lớp vỏ ngoài cùng cứng rắn của Trái đất - đang được tái tạo. Hiện tượng địa chấn khiến nén lớp đá sâu xuống lòng trái đất, khiến cho rất nhiều vật liệu thô từ thềm đại dương cũng bị kéo theo xuống lớp vỏ bên dưới. Địa chấn là nguyên nhân gây động đất, sóng thần và phun trào núi lửa, đồng thời cũng tạo nên các lớp trầm tích quặng, năng lượng địa nhiệt và đất liền nơi chúng ta đang sinh sống. Được mệnh danh là "nhà máy địa chấn", vực Marianas là một trong những "bằng chứng sống" về địa chấn trên trái đất.

Công việc của HROV là thu thập thông tin đầy đủ hơn về hoạt động địa chất và sinh học tại đáy vực. Patricia Fryer, nhà khoa học thuộc Trường Khoa học Công nghệ Đại dương và Trái đất tại ĐH Hawaii (Mỹ), nói: "Chúng tôi đang ra sức tìm hiểu toàn bộ chu kỳ hoạt động của nhà máy địa chấn. Các quần thể sinh học sống trên núi lửa bùn phải phụ thuộc vào phản ứng hóa học diễn ra tại đấy, và tất cả điều liên quan chặt chẽ đến hoạt động kiến tạo".

Miệng phun thuỷ nhiệt là môi trường cư trú của rất nhiều loài sinh vật lạ.

Bên cạnh đó, hoạt động của lớp vỏ Trái đất diễn ra tại một dải thuộc khu vực giữa đại dương cũng không kém phần hấp dẫn, nhưng lại chưa được khám phá nhiều. Các hoạt động này diễn ra dọc theo dải đại dương dài khoảng 50.000km vòng quanh Trái đất, tạo nên các đợt phun trào đất đá và chất lỏng qua miệng núi lửa hoặc vòi phun thuỷ nhiệt. Cư dân nổi tiếng nhất của dải này là loài giun ống khổng lồ, sống trong miệng vòi phun thuỷ nhiệt. Phần lớn giun ống sống ở Thái Bình Dương trên đường xích đạo, một bộ phận khác sống tại Bắc Đại Tây Dương. Mặc dù vẫn còn khoảng 30.000-40.000km chưa được khám phá, trong vòng 25 năm qua giới khoa học đã phát hiện được hơn 100 vòi phun thuỷ nhiệt trên dải đại dương này. TS German cho biết: "Mỗi lần tìm thấy một địa chỉ mới, chúng tôi lại phát hiện ra một loài sinh vật lạ mà khoa học chưa bao giờ biết tới. Trong suốt 25 năm qua, trung bình cứ 2 tuần chúng tôi lại phát hiện được một loài sinh vật lạ".

Cuộc thám hiểm dưới đáy đại dương có thể cung cấp thông tin cho chúng ta về nguồn gốc sự sống trên Trái đất. Một số ý kiến cho rằng sự sống bắt đầu từ miệng phun thuỷ nhiệt, trong khi một bộ phận khác lại phản đối vì nhiệt độ tại vòi thuỷ nhiệt quá cao nên phân tử nguyên thuỷ không thể tồn tại lâu để phát triển thành tế bào sống được. Cho đến nay, thuyết được nhiều người chấp nhận nhất vẫn là sự sống bắt nguồn từ các khu vực địa chấn. TS Fryer giải thích: "Phản ứng diễn ra tại khu vực này sẽ giải phóng khí hydro, yếu tố cực kỳ quan trọng đối với vi sinh vật. Vì vậy, hoàn toàn có khả năng các lớp đất đá hội tụ tại môi trường mát mẻ hơn, góp phần hình thành nên lịch sử buổi sơ khai của Trái đất".

Do vậy, dạng sống nguyên thuỷ buộc phải chịu một áp lực lớn khủng khiếp dưới đáy sâu đại dương: khoảng 3.000 tấn/cm². Theo TS Fornari, áp lực này "tương đương với hàng trăm con voi cùng lúc dẫm lên ngón chân của bạn". Chính vì vậy, kỹ sư chế tạo HROV không được phép mắc bất cứ sai lầm nào, bởi không bao giờ họ có mảy may cơ hội để sửa chữa sai lầm. Dưới đáy sâu đại dương, chỉ có một lựa chọn duy nhất: phải sống hoặc trở thành tro bụi.

Giải pháp cho tương lai

Sợi cáp quang tí hon sẽ nối liền đáy đại dương với mặt đất.

Thử thách lớn đối với các kỹ sư là làm thế nào để thiết kế và sản xuất được một cỗ máy hoạt động tại độ sâu 11.000m. Nhiệm vụ này đòi hỏi nhà sản xuất phải tìm ra loại nguyên liệu mà hiện nay chưa ai biết đến. Titanium đã được sử dụng làm thân tàu Jason II, nhưng vật liệu tốt nhất này cũng chỉ có thể chịu được một nửa áp lực nói trên mà thôi. Theo TS Fornari, nếu làm vỏ titanium dày lên thì tàu có thể chịu được áp lực dưới 11.000m. Tuy nhiên, đối với một phương tiện chạy bằng ắc-quy hoặc tự hành thì như thế là quá nặng nề. Các nhà khoa học đang tính đến khả năng sử dụng gốm chống áp lực, đồng thời dùng dây cáp nhẹ để giảm bớt trọng lượng con tàu. Loại cáp trước đây cùng cho tàu ROV quá nặng, nhất là khi tàu thám hiểm phải gánh chịu áp lực cực lớn của nước biển.

Tàu ngầm Kaiko của Nhật Bản là một ví dụ. Dây cáp đã làm giảm tốc độ của Kaiko rất nhiều khi con tàu chạm tới đáy đại dương, và đứt cáp có lẽ là nguyên nhân khiến cho tàu bị mất tích. Cáp quang siêu nhỏ với đường kính khoảng 1mm sẽ được dùng thay thế cho loại cáp dày truyền thống. Hiện nay, lực lượng hải quân Mỹ đã chế tạo được loại cáp chỉ mỏng bằng sợi tóc người dùng để nối thuỷ lôi và một số hệ thống dưới nước khác.

40 năm trước, kết quả chuyến du hành đầu tiên của loài người xuống đáy đại dương được chỉ được phản ánh qua trí nhớ thị giác của 2 nhà khoa học. Ngày nay, sợi cáp mỏng manh sẽ giúp cho tất cả những người ở trên mặt nước có cơ hội quan sát những gì robot HROV nhìn thấy. Bức màn bí ẩn dưới đáy đại dương sâu thẳm cuối cùng cũng sẽ được vén lên. Với khát vọng khám phá, con người sẽ buộc thiên nhiên phải lùi bước, từ vũ trụ bao la đến đại dương huyền bí.

Khánh Hà (Tổng hợp)