Một thiết bị khoa học đổ sụp xuống biển, tạo cơ hội cho các nhà nghiên cứu tính toán chính xác độ sâu của vực thẳm Challenger Deep.
Ngồi trên tàu R.V. Falkor vào tháng 12/2014, David Barclay nghe thấy âm thanh truyền qua tai nghe gắn vào ống thu thanh dưới nước ở đầu tàu. Tâm trí ông lóe lên hình ảnh hai thiết bị khoa học chìm dần xuống nước, rơi xuống vực thẳm Challenger ở Thái Bình Dương. Địa điểm này nằm ở độ sâu gần 11km bên dưới những con sóng, hơn 1,6km so với độ cao của núi Everest, được xem là điểm sâu nhất dưới đại dương.
Hai thiết bị nằm trong nghiên cứu của Barclay nhằm tạo ra một phương pháp gọn nhẹ và ít tốn kém để ghi lại âm thanh thiên nhiên dưới nước, dự án ông bắt tay thực hiện từ khi là nghiên cứu sinh cao học ở Viện Hải dương học Scripps. Nghiên cứu âm thanh của biển không chỉ giúp các nhà khoa học hiểu rõ cấu trúc đại dương mà còn giúp thu nhiều giai điệu đặc biệt từ cá voi hoặc tàu ngầm. Theo dự kiến, chuyến đi khứ hồi của bộ đôi thiết bị để ghi âm bên trong vực thẳm Challenger sẽ kéo dài khoảng 9 giờ. Nhưng khi thời gian kết thúc, chỉ có một thiết bị quay lại từ biển sâu.
Thiết bị Deep Sound Mark II được thả xuống nước. (Ảnh: Dieter Bevans).
Đúng như Barclay suy luận sau này, tiếng bốp đến từ sự cố nổ lớp vỏ thủy tinh bảo vệ thiết bị, khối cầu rộng 38 cm bao bọc đồ điện tử. Dù thiết bị bị phá hủy, Barclay và cộng sự tìm thấy những âm thanh hữu ích từ tạp âm của vụ sụp đổ. Nhóm nghiên cứu sử dụng sóng âm vọng lại từ vụ nổ do thiết bị còn lại ghi được để thực hiện một trong những tính toán chính xác nhất về vực thẳm Challenger. Kết quả đo trước đây chủ yếu rơi vào khoảng 10.900 - 10.950m, nhưng ước tính mới về độ sâu của vực thẳm Challenger là 10.983m.
Từ lâu giới khoa học đã biết vực thẳm Challenger là điểm sâu nhất dưới đại dương, nhưng họ mất nhiều thập kỷ để xác định vị trí và độ sâu của khu vực này. Barclay, hiện nay là phó giáo sư ở Đại học Dalhousie tại Nova Scotia, luôn chuẩn bị tỉ mỉ trước mỗi chuyến thám hiểm. Vào đêm trước mỗi lần triển khai thiết bị quan trọng, ông đều lập danh mục mọi sự cố có thể xảy ra. Việc liệt kê những khả năng thất bại giúp Barclay tránh được các thảm họa do con người như quên sạc pin hoặc quên bật thiết bị. Tuy nhiên, luôn có thứ vượt ngoài tầm kiểm soát của Barclay. Khám phá nơi sâu nhất hành tinh không phải nhiệm vụ dễ dàng. Độ sâu hàng kilomet tạo ra áp lực cực lớn. Áp lực tại vực thẳm Challenger lên tới 1.260 kg/cm2, gấp khoảng 1.000 lần áp suất ở mặt nước.
Chỉ có vài người từng ghé thăm vực thẳm Challenger. Người đầu tiên là nhà hải dương học người Thụy Sĩ Jacques Piccard và trung úy Hải quân Mỹ Don Walsh, sử dụng tàu ngầm thăm dò Trieste vào ngày 23/1/1960. Khi tàu Trieste gần tới đáy biển, nhiệt độ giảm mạnh làm rạn cửa sổ làm từ thủy sinh hữu cơ, tạo ra vết nứt dọc cabin chật chội. Nhưng cửa sổ vẫn chịu được áp lực, Piccard và Walsh tới vực thẳm Challenger an toàn, nán lại 20 phút trước khi ngoi lên.
Các nhà khoa học khác đã đưa nhiều phương tiện điều khiển từ xa tới vực thẳm này hoặc đo độ sâu từ mặt nước bằng sóng âm. Hai thiết bị của Barclay được lập trình để hạ xuống độ sâu nhất định và lưu lại đó, ghi lại âm thanh của đại dương, sau đó quay trở lại mặt nước. Một trong hai thiết bị có tên Deep Sound Mark II sẽ lặn xuống độ sâu 9.000m. Thiết bị còn lại là Deep Sound Mark III sẽ tiếp cận đáy biển. Nhưng khi bộ đôi thiết bị biến mất khỏi tầm mắt, có rất ít cách theo dõi hành trình của chúng.
Do đã chuẩn bị trước, Barclay thiết lập ống thu thanh dưới nước trên tàu để ghi âm ở mặt biển, lắng nghe manh mối về những gì diễn ra bên dưới. Đó là lúc ông nghe thấy tiếng nổ. Chiều hôm đó, mặc dù không biết chắc điều gì xảy ra, Barclay và cộng sự vẫn quan sát mặt biển vào giờ đã định để thu hồi thiết bị. Họ chỉ tìm thấy một thiết bị trôi dập dềnh giữa những cơn sóng. Các nhà khoa học kéo Deep Sound Mark II lên tàu và nghe băng ghi âm. Một loạt tiếng ồn vang lên trong không gian tĩnh lặng, đó là tạp âm từ vụ nổ dưới nước của Mark III. Barclay suy đoán một trong những trụ nhỏ bằng gốm của thiết bị có thể bị hỏng, dẫn tới sự cố.
Do lớp vỏ kính của Mark III vỡ nát dưới sức nặng của 8km nước, thiết bị giải phóng một túi khí dao động do áp suất trước khi vỡ ra thành lớp màng bong bóng nhỏ. Âm thanh từ cả quá trình truyền xuyên qua nước biển, lên tới mặt nước trước khi vọng trở lại biển sâu, nơi Mark II đang thu âm.
Đo sóng âm là một trong những cách phổ biến nhất để lập bản đồ đáy biển, tương tự loài dơi dùng tiếng vang để định vị trong bóng tối. Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu kích nổ mìn gần mặt nước để sản sinh âm thanh vọng tới đáy biển. Gần đây, họ chuyển sang phương pháp tạo âm thanh có kiểm soát như khí nén, theo Mark Rognstad, chuyên gia lập bản đồ đáy biển ở Viện Địa vật lý và Hành tinh học Hawaii.
Rognstad nhận định sự đổ vỡ của lớp vỏ thủy tinh dưới tác động của áp suất có thể khá dữ dội. Vụ nổ của Mark III mạnh đến mức khiến sóng âm truyền qua lại nhiều lần giữa mặt nước và đáy biển. Dựa vào các đặc điểm âm thanh của tiếng vang, nhóm nghiên cứu xác định thời gian truyền đến của tiếng nổ ban đầu và mỗi lần dội lại. Sau đó, họ lập mô hình đường truyền của sóng âm, điều chỉnh theo thay đổi về vận tốc âm thanh ở những độ sâu khác nhau do nhiệt độ, áp suất và độ mặn gây ra. Điều này giúp họ tính toán độ sâu của vực thẳm Challenger là 10.983 m với sai số vào khoảng 6m.
Những phương pháp khác nhau tạo ra con số khác nhau về độ sâu của vực thẳm Challenger. Khi công nghệ ngày càng phát triển, nỗ lực tìm kiếm các điểm sâu nhất đại dương vẫn tiếp tục. Một phân tích công bố năm ngoái đưa ra độ sâu 10.935m từ dữ liệu đo âm thanh và áp suất thu thập trong nhiều chuyến lặn của nhà thám hiểm Victor Vescovo trong tàu ngầm Limiting Factor.
Bản thân vụ nổ là ví dụ về một phát hiện tình cờ, sản sinh dữ liệu mà các nhà nghiên cứu thu thập ngoài dự kiến. Đối với kế hoạch lắng nghe âm thanh thiên nhiên ở vực thẳm Challenger, Barclay và cộng sự đã hoàn thành mục tiêu. Năm 2021, họ đáp một thiết bị xuống điểm sâu nhất hành tinh, ghi lại âm điệu thanh bình của đại dương trong suốt 4 giờ.