Nhìn vào những ngọn núi lửa sừng sững hay hình ảnh dòng dung nham đỏ rực, ta không khỏi rùng mình trước sức mạnh nguyên thủy của Trái Đất. Chúng không chỉ là những "ngọn núi lửa" đơn thuần mà là minh chứng sống động cho sự vận động không ngừng nghỉ của hành tinh chúng ta, nơi lòng đất sôi sục chứa đựng những bí mật và năng lượng khổng lồ. Từ thảm kịch chôn vùi Pompeii bởi Vesuvius đến sự hình thành những hòn đảo mới giữa đại dương, núi lửa đã và đang định hình cảnh quan, khí hậu, thậm chí cả sự sống trên hành tinh này theo những cách ít ai ngờ tới. Vậy, điều gì đã tạo nên những gã khổng lồ lửa này, chúng hoạt động ra sao, và tác động của chúng lên thế giới của chúng ta lớn đến mức nào?
Núi lửa: Cửa ngõ rực lửa của Trái Đất
Tưởng tượng Trái Đất của chúng ta như một quả bóng khổng lồ, bên trong nóng hừng hực. Núi lửa chính là những "cửa sổ" hay "lỗ thoát" tự nhiên giúp hành tinh giải phóng bớt năng lượng và vật chất nóng chảy từ sâu bên trong. Nói một cách khoa học hơn, núi lửa là một cấu trúc địa chất hình thành khi vật chất nóng chảy, tro bụi và khí thoát ra từ lớp vỏ Trái Đất. Nó thường có dạng một ngọn núi hoặc đồi, được bồi đắp qua nhiều lần phun trào.
Dù trông có vẻ đơn giản từ bên ngoài, cấu tạo bên trong của một ngọn núi lửa khá phức tạp. Trung tâm của mọi hoạt động chính là buồng magma (magma chamber), một bể chứa khổng lồ nằm sâu dưới lòng đất, nơi tập trung đá nóng chảy ở nhiệt độ cực cao. Từ buồng magma này, vật chất nóng chảy sẽ di chuyển lên bề mặt qua một hoặc nhiều ống dẫn (vent). Ống dẫn chính thường kết thúc ở miệng núi lửa (crater) trên đỉnh, tạo thành một cái hố trũng đặc trưng. Phần thân núi lửa chính là khối vật chất (dung nham nguội, tro, đá vụn) tích tụ lại qua hàng ngàn, thậm chí hàng triệu năm phun trào.
Vậy tại sao núi lửa lại mọc lên ở những vị trí nhất định? Hầu hết chúng sinh ra từ hoạt động của kiến tạo mảng – những mảng vỏ Trái Đất khổng lồ không ngừng dịch chuyển. Khi hai mảng va chạm (vùng hút chìm), một mảng lặn xuống dưới mảng kia, tan chảy và tạo ra magma dâng lên. Ví dụ điển hình là Vành đai lửa Thái Bình Dương nổi tiếng. Ngược lại, khi hai mảng tách rời (vùng tách giãn), magma từ lớp phủ cũng trào lên lấp đầy khoảng trống, như ở đáy đại dương.
Ngoài ra, một số núi lửa lại xuất hiện ở giữa các mảng, tại những nơi gọi là điểm nóng (hotspot). Đây là những cột vật chất siêu nóng dâng lên từ rất sâu trong lòng Trái Đất, xuyên qua lớp vỏ. Khi mảng kiến tạo di chuyển qua điểm nóng cố định này, nó để lại một chuỗi các núi lửa, giống như quần đảo Hawaii vậy.
Núi lửa Muôn Hình Vạn Trạng
Khi nhắc đến núi lửa, hẳn nhiều người sẽ nghĩ ngay đến hình ảnh ngọn núi hình nón hùng vĩ phun khói lửa ngút trời, đúng không nào? Nhưng thực tế, thế giới núi lửa phong phú hơn bạn tưởng nhiều lắm! Giống như con người, mỗi ngọn núi lửa lại có một "tính cách" và "hình dáng" riêng, phụ thuộc vào loại dung nham nó phun ra, cách nó phun trào và môi trường xung quanh.
Không phải lúc nào magma cũng trồi lên từ một điểm duy nhất. Đôi khi, áp lực từ lòng đất quá lớn khiến vỏ Trái Đất rách toạc cả một đường dài, tạo thành những vết nứt phun trào. Từ những vết nứt này, dung nham lỏng có thể tuôn chảy ra ngoài một cách khá "dễ chịu", tạo nên những vùng đồng bằng dung nham rộng lớn thay vì dựng thành ngọn núi cao.
Tưởng tượng một chiếc khiên khổng lồ nằm úp xuống đất ấy. Đó là núi lửa hình khiên, sinh ra từ dòng dung nham lỏng, chảy xa và tích tụ thành ngọn núi thoai thoải với sườn dốc nhẹ nhàng. Kiểu núi lửa này thường gắn liền với các điểm nóng (hotspot) trong lòng Trái Đất, nơi magma liên tục được đẩy lên. Quần đảo Hawaii xinh đẹp là một ví dụ kinh điển về hoạt động của núi lửa hình khiên đấy.
Ngược lại với hình khiên, có loại núi lửa "khó tính" hơn. Dung nham của nó đặc quánh, chẳng chịu chảy xa mà cứ ứ đọng lại quanh miệng phun, tạo thành một cái vòm dung nham hay "chỏm" tròn trịa, dốc đứng. Những vòm này có thể phát triển chậm rãi nhưng lại tiềm ẩn nguy cơ sụp đổ, gây ra các dòng chảy vật chất nóng cực kỳ nguy hiểm.
Nhỏ nhắn nhưng "chất", đó là nón núi lửa. Chúng thường hình thành nhanh chóng từ vụn tro, đá bọt (scoria) bắn ra khi phun trào. Vật liệu này rơi xuống quanh miệng phun, tích tụ lại thành một ngọn đồi hình nón dốc, với miệng hõm ở đỉnh. Nón núi lửa thường có tuổi đời ngắn và kích thước khiêm tốn so với các loại khác.
Đây rồi, "ngôi sao" trong làng núi lửa mà ai cũng biết mặt gọi tên: núi lửa dạng tầng, hay còn gọi là núi lửa phức hợp. Chúng có hình nón "chuẩn sách giáo khoa", được xây dựng từ lớp dung nham đặc quánh xen kẽ với lớp tro, đá vụn chồng lên nhau qua hàng trăm, hàng nghìn vụ phun trào. Kiểu núi lửa này thường gắn liền với các ranh giới mảng kiến tạo hội tụ và nổi tiếng với những vụ phun trào mạnh mẽ, đôi khi mang tính chất bùng nổ dữ dội. Các ngọn núi biểu tượng như Phú Sĩ ở Nhật Bản hay Vesuvius ở Ý chính là núi lửa dạng tầng.
Nói đến "khủng" thì phải nhắc đến siêu núi lửa. Đây không chỉ là một ngọn núi đơn lẻ, mà thường là một vùng trũng khổng lồ (gọi là caldera) hình thành sau vụ phun trào "long trời lở đất", có sức mạnh gấp hàng trăm, thậm chí hàng nghìn lần vụ phun trào thông thường. May mắn là siêu núi lửa rất hiếm khi hoạt động, nhưng nếu xảy ra, tác động của nó có thể ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu. Khu vực Yellowstone ở Mỹ là một ví dụ nổi tiếng về siêu núi lửa đang "ngủ yên".
Thế giới núi lửa còn có những dạng đặc thù "ẩn mình" nữa. Không chỉ trên cạn, núi lửa còn "lặn" dưới đáy đại dương nữa đấy. Núi lửa dưới nước thường tạo ra "dung nham gối" hình thù ngộ nghĩnh và có thể "mọc" dần thành đảo theo thời gian. Ở những vùng cực lạnh giá, núi lửa lại "đội" lớp băng dày để phun trào. Chúng làm tan băng, tạo ra những hồ nước tạm thời và khi băng tan hết, để lại ngọn núi có đỉnh bằng phẳng đặc trưng gọi là núi lửa dưới băng (hay tuya). Cuối cùng, có một loại hơi khác biệt là núi lửa bùn. Chúng không phun dung nham nóng chảy mà là hỗn hợp bùn, nước và khí gas, thường liên quan đến hoạt động địa chất khác như sự tích tụ khí metan hoặc địa nhiệt, chứ không phải trực tiếp từ magma.
Thấy chưa, thế giới núi lửa thật đa dạng và kỳ thú! Mỗi hình thái lại kể một câu chuyện khác nhau về cách Trái Đất "thở" và "biến hình" qua hàng triệu năm.
Núi lửa khi nào thức giấc và phun trào thế nào
Núi lửa không phải lúc nào cũng gầm gừ hay phun khói. Chúng có những trạng thái hoạt động khác nhau, giống như con người có lúc tỉnh táo, lúc ngủ say vậy.
Đầu tiên là núi lửa còn hoạt động. Đây là những anh chàng "nóng tính" nhất, đã phun trào trong lịch sử loài người và có khả năng phun trào lần nữa trong tương lai gần. Chúng ta luôn phải để mắt đến những ngọn núi này.
Tiếp theo là núi lửa ngủ yên, hay còn gọi là núi lửa "lim dim". Chúng chưa phun trào trong một thời gian dài, có thể hàng trăm, thậm chí hàng nghìn năm, nhưng vẫn giữ khả năng "thức giấc" bất cứ lúc nào. Giống như một người đang ngủ sâu, bạn không biết khi nào họ sẽ tỉnh dậy.
Cuối cùng là núi lửa đã tắt. Đây là những ngọn núi đã "ngủm củ tỏi" hoàn toàn, không còn nguồn magma bên dưới để có thể phun trào nữa. Chúng chỉ còn là những tàn tích hùng vĩ của quá khứ địa chất.
Khi núi lửa "thức giấc", chúng phun trào theo nhiều kiểu khác nhau, tùy thuộc vào thành phần magma và cách nó tương tác với môi trường xung quanh.
Kiểu phổ biến nhất là phun trào magma. Đây là khi magma nóng chảy trực tiếp từ lòng đất trào lên bề mặt. Tùy thuộc vào độ nhớt của magma và lượng khí hòa tan, kiểu phun trào này có thể từ nhẹ nhàng, tạo ra dòng dung nham chảy chậm, đến dữ dội, bắn tung tóe tro và đá lên không trung.
Phức tạp hơn một chút là phun trào phreatomagmatic. Kiểu này xảy ra khi magma nóng gặp nước (có thể là nước ngầm, hồ nước, hoặc nước biển). Sự tương tác giữa magma cực nóng và nước tạo ra hơi nước bùng nổ, làm vụn nát magma thành tro và đá nhỏ, tạo ra những cột tro bụi khổng lồ và nguy hiểm.
Kiểu phun trào phreatic thì lại không liên quan trực tiếp đến magma mới trồi lên. Nó xảy ra khi nhiệt từ magma hoặc đá nóng dưới lòng đất làm bốc hơi nước ngầm hoặc nước trên bề mặt một cách đột ngột. Áp lực hơi nước tích tụ và gây ra vụ nổ, đẩy đá cũ, tro và hơi nước lên cao. Kiểu này giống như một nồi áp suất bị nổ tung vậy.
Để đo lường "sức mạnh" của một vụ phun trào, các nhà khoa học dùng Chỉ số Sức nổ Núi lửa (VEI). Chỉ số này dựa trên lượng vật chất phun trào, chiều cao cột tro bụi và thời gian phun trào. VEI có thang từ 0 (không nổ, chỉ chảy dung nham) đến 8 (cực kỳ lớn, như vụ phun trào Toba cách đây 74.000 năm). Mỗi bước tăng trên thang VEI tương ứng với mức độ phun trào lớn hơn gấp khoảng mười lần. VEI giúp chúng ta hình dung được quy mô và mức độ hủy diệt tiềm tàng của một vụ phun trào.
Vật Chất Núi Lửa Thoát Ra Nguy Hiểm và Lợi Ích Bất Ngờ
Khi lòng đất sôi sục, núi lửa như một van an toàn, giải phóng năng lượng và vật chất tích tụ từ sâu bên trong. Những thứ thoát ra không chỉ là lửa và khói như nhiều người vẫn nghĩ, mà là cả một "thực đơn" phức tạp với đủ loại thành phần, mỗi thứ mang một tính chất và tác động riêng biệt lên môi trường và cuộc sống con người.
Những Gì Phun Trào Từ Lòng Đất
Hãy thử hình dung một ngọn núi lửa đang hoạt động. Điều đầu tiên bạn nghĩ đến có lẽ là dòng dung nham đỏ rực, chảy lênh láng như mật nóng. Dung nham chính là đá nóng chảy, nhiệt độ có thể lên tới hơn 1000 độ C. Tùy thuộc vào thành phần hóa học, dung nham có thể đặc quánh chảy chậm chạp hoặc lỏng loét như nước, cuồn cuộn đổ xuống sườn núi với tốc độ đáng kinh ngạc. Dù nhanh hay chậm, sức tàn phá của nó là không thể xem thường, thiêu rụi mọi thứ trên đường đi.
Nhưng dung nham chỉ là một phần câu chuyện. Khi núi lửa phun trào dữ dội, một lượng khổng lồ tro núi lửa được bắn lên không trung. Tro này không phải tro bếp thông thường, mà là những mảnh đá, khoáng chất và thủy tinh núi lửa bị nghiền vụn. Chúng có thể mịn như bột hoặc thô như cát, bay xa hàng trăm, thậm chí hàng nghìn cây số. Lớp tro dày đặc có thể làm sập mái nhà, phá hỏng động cơ máy bay, gây khó thở và biến cả bầu trời thành màu xám xịt.
Bên cạnh vật chất rắn và lỏng, núi lửa còn "thở" ra một lượng lớn khí núi lửa. Hơi nước là thành phần chính, nhưng đi kèm là những loại khí độc hại như carbon dioxide (CO2), sulfur dioxide (SO2), hydrogen sulfide (H2S), và cả các khí halogen. CO2 có thể tích tụ ở những vùng trũng, gây ngạt thở vì nó nặng hơn không khí. SO2 khi kết hợp với hơi nước tạo thành mưa axit, ăn mòn nhà cửa và gây hại cho cây cối. H2S thì có mùi trứng thối đặc trưng và cực kỳ độc.
Tác Động Hai Mặt Của Núi Lửa
Sức mạnh của núi lửa thật đáng sợ, và những gì nó phun trào mang đến không ít mối nguy hiểm chết người.
Mối nguy hiểm rình rập:
- Dòng chảy: Không chỉ có dòng dung nham nóng bỏng, những vụ phun trào lớn còn tạo ra dòng chảy pyroclastic – hỗn hợp cực nóng của khí, tro và đá vụn di chuyển với tốc độ kinh hoàng, thiêu rụi mọi thứ trong tích tắc. Lở đất và dòng bùn núi lửa (lahar) cũng là mối đe dọa lớn, đặc biệt khi tro núi lửa gặp nước.
- Khí độc: Như đã nói, khí núi lửa có thể gây ngạt, ngộ độc, và ăn mòn. Hồ Nyos ở Cameroon năm 1986 là một ví dụ bi thảm, khi một lượng lớn CO2 thoát ra từ hồ miệng núi lửa đã giết chết gần 1800 người trong vùng lân cận.
- Mùa đông núi lửa: Những vụ phun trào siêu mạnh có thể bắn tro và khí SO2 lên tầng bình lưu. Lớp màn che này phản xạ ánh sáng mặt trời, làm nhiệt độ toàn cầu giảm xuống, gây ra hiện tượng được gọi là "mùa đông núi lửa", ảnh hưởng nghiêm trọng đến khí hậu và mùa màng trên diện rộng.
Tuy nhiên, nhìn từ một góc độ khác, núi lửa không chỉ mang đến tai ương. Trải qua hàng triệu năm, hoạt động núi lửa đã định hình nên cảnh quan Trái Đất và mang lại những lợi ích không ngờ.
Món quà từ lòng đất:
- Đất đai màu mỡ: Tro và đá núi lửa phong hóa theo thời gian tạo ra loại đất cực kỳ giàu dinh dưỡng. Những vùng đất quanh núi lửa thường là những vựa lúa, nương cà phê, hoặc vườn cây ăn trái trù phú nhất thế giới. Đất đỏ bazan ở Tây Nguyên Việt Nam là một minh chứng điển hình.
- Khoáng sản quý giá: Hoạt động núi lửa và nhiệt độ cao dưới lòng đất là điều kiện lý tưởng để hình thành nhiều loại khoáng sản có giá trị như lưu huỳnh, vàng, bạc, đồng… Nhiều mỏ khoáng sản lớn trên thế giới nằm ở những khu vực có lịch sử núi lửa.
- Năng lượng sạch: Nhiệt lượng khổng lồ từ các buồng magma dưới lòng đất có thể được khai thác để sản xuất năng lượng địa nhiệt. Đây là nguồn năng lượng tái tạo, sạch và hiệu quả, đặc biệt phổ biến ở các quốc gia nằm trên Vành đai lửa Thái Bình Dương như Iceland, New Zealand hay Indonesia.
Như vậy, những gì phun trào từ núi lửa là một con dao hai lưỡi. Một mặt, chúng là biểu hiện của sức mạnh hủy diệt khủng khiếp của tự nhiên, mang đến hiểm họa khôn lường. Mặt khác, chúng lại là nguồn gốc của sự sống mới, tạo nên những vùng đất màu mỡ, cung cấp khoáng sản và năng lượng cho con người. Hiểu rõ về vật chất phun trào và tác động của núi lửa giúp chúng ta vừa tôn trọng sức mạnh của nó, vừa biết cách tận dụng những lợi ích mà nó mang lại.
Núi lửa ở những thế giới xa xôi
Khi nhắc đến núi lửa, ta thường nghĩ ngay đến những ngọn khói nghi ngút hay dòng dung nham đỏ rực trên Trái Đất. Nhưng bạn biết không, hiện tượng phun trào này không chỉ gói gọn trong hành tinh xanh của chúng ta đâu nhé! Khắp nơi trong hệ Mặt Trời, từ những người hàng xóm gần gũi đến các mặt trăng xa xôi của những hành tinh khí khổng lồ, núi lửa xuất hiện với muôn vàn hình thái và cơ chế hoạt động khác nhau, cho thấy sự năng động địa chất không ngờ của vũ trụ.
Ngay người hàng xóm gần nhất, Mặt Trăng, cũng từng có thời kỳ "nóng bỏng". Những vùng tối màu mà chúng ta thấy, gọi là biển Mặt Trăng (maria), thực chất là những bãi dung nham bazan khổng lồ chảy ra từ hàng tỷ năm trước. Chúng là bằng chứng về hoạt động núi lửa quy mô lớn trong quá khứ. Tuy nhiên, do Mặt Trăng có kích thước nhỏ, nhiệt lượng bên trong nguội đi nhanh chóng, nên giờ đây nó là một thế giới địa chất "chết", không còn núi lửa hoạt động.
Xa hơn chút, Sao Hỏa là nơi trú ngụ của những "gã khổng lồ" núi lửa. Olympus Mons, ngọn núi lửa lớn nhất hệ Mặt Trời, cao gấp gần ba lần đỉnh Everest và có đường kính bằng cả nước Pháp! Sao Hỏa có nhiều núi lửa dạng khiên khổng lồ, tương tự như ở Hawaii trên Trái Đất, nhưng với quy mô lớn hơn rất nhiều. Điều này có thể là do thiếu kiến tạo mảng, cho phép magma liên tục phun trào tại cùng một điểm trong thời gian rất dài. Dù không còn hoạt động mạnh mẽ như xưa, sự tồn tại của chúng cho thấy Sao Hỏa từng là một hành tinh năng động về địa chất.
Nhưng nếu nói về "nhà vô địch" núi lửa trong hệ Mặt Trời, thì đó chắc chắn là Io, một trong bốn mặt trăng lớn nhất của Sao Mộc. Io liên tục phun trào, không ngừng nghỉ! Bề mặt của nó được bao phủ bởi hàng trăm núi lửa đang hoạt động, phun ra vật chất lên tới hàng trăm km vào không gian. Năng lượng cho màn trình diễn "pháo hoa" vũ trụ này không đến từ nhiệt bên trong như Trái Đất, mà từ lực hấp dẫn cực mạnh của Sao Mộc và các mặt trăng lân cận. Lực thủy triều khổng lồ bóp méo Io, tạo ra ma sát và nhiệt lượng khủng khiếp bên trong. Dung nham ở đây chủ yếu là lưu huỳnh và các hợp chất của nó, nên cảnh tượng cũng khác hẳn dung nham đá nóng chảy trên Trái Đất.
Điểm đặc biệt là núi lửa không chỉ phun ra đá nóng chảy. Ở những thế giới băng giá như Europa (cũng của Sao Mộc) hay Enceladus (của Sao Thổ), chúng ta tìm thấy hiện tượng cryovolcanism – núi lửa băng! Thay vì dung nham đá, chúng phun ra nước lỏng hoặc hơi nước, đôi khi kèm theo vật chất hữu cơ, từ bên dưới lớp vỏ băng dày. Ở Europa, các vết nứt trên bề mặt được cho là nơi nước từ đại dương ngầm trào lên và đóng băng. Còn Enceladus nổi tiếng với những "vệt hổ" ở cực nam, nơi các cột nước khổng lồ liên tục phun trào vào không gian, tạo thành vành đai E của Sao Thổ. Điều này cực kỳ thú vị vì nó gợi ý về khả năng có đại dương nước lỏng và thậm chí là sự sống dưới bề mặt băng giá này.
Mặt trăng Triton của Sao Hải Vương cũng có những cột "khói" băng giá. Dù cơ chế chưa rõ ràng bằng Io, Europa hay Enceladus, những vệt tối trên bề mặt Triton cho thấy vật chất từ bên trong đã được đẩy lên, có thể là nitrogen đóng băng hoặc methane. Đây là một ví dụ khác về sự đa dạng của hiện tượng phun trào trong vũ trụ lạnh giá.
So với Trái Đất, núi lửa ngoài hành tinh cho thấy sự đa dạng đáng kinh ngạc về cả quy mô, cơ chế năng lượng lẫn thành phần vật chất phun trào. Năng lượng không chỉ đến từ nhiệt bên trong hành tinh (như Trái Đất và Sao Hỏa), mà còn từ lực thủy triều (Io), hay có thể là sự phân rã phóng xạ kết hợp với cấu trúc bên trong (các mặt trăng băng giá). Vật chất phun trào cũng phong phú hơn nhiều, từ đá nóng chảy đến băng nước, lưu huỳnh hay nitrogen. Việc khám phá những ngọn núi lửa ở những thế giới xa xôi này không chỉ mở rộng hiểu biết của chúng ta về địa chất hành tinh, mà còn hé lộ những bí ẩn về sự hình thành và tiến hóa của cả hệ Mặt Trời.
