Làm sao để dự đoán sóng sát thủ trên đại dương?

378

Dự đoán khi nào sóng sát thủ, những cột sóng nguy hiểm cao như tòa nhà chọc trời xuất hiện vẫn là vấn đề khiến các nhà nghiên cứu đau đầu.

Năm 1826, thuyền trưởng Jules Dumont d’Urville, một nhà khoa học kiêm sĩ quan hải quân người Pháp, gặp phải trận bão mạnh khi đi qua Ấn Độ Dương. Ông quan sát bức tường nước dâng cao 30 m phía trên tàu Astrolabe. Đây là một trong vài cơn sóng cao hơn 24 m mà Dumont d’Urville từng thấy trong suốt trận bão. Một thành viên thủy thủ đoàn của ông mất tích. Tuy nhiên, sau khi Dumont d’Urville trở về đất liền, câu chuyện có 3 nhân chứng đi kèm của ông dường như kỳ lạ đến mức bị mọi người cho là điều hoang tưởng.

Giới khoa học thời đó cho rằng những cơn sóng chỉ có thể cao khoảng 9 m, vì vậy một số báo cáo về cơn sóng khổng lồ trên đại dương vào thế kỷ 19 được xem như bí ẩn hàng hải. Mãi sau này, các nhà nghiên cứu mới nhận ra các ghi chép rất hiếm hoi bởi nhiều thủy thủ từng gặp sóng sát thủ hay còn gọi là sóng độc không còn sống sót để kể về chúng.

Sóng sát thủ trên Nam Đại Dương chụp từ tàu phá băng Astrolabe của Pháp. (Ảnh: Veronique Sarano)

Ngày nay, sóng sát thủ được định nghĩa là cơn sóng cao hơn gấp đôi những cơn sóng ở xung quanh. Đây là loại sóng lớn có thể xuất hiện đột ngột và từ bất kỳ hướng nào. Với cạnh dốc và rãnh sâu bên dưới, sóng sát thủ giống như một bức tường nước nhô thẳng từ mặt biển. Chúng có thể xảy ra trong trận bão khi biển động nhưng cũng được ghi nhận ở vùng nước lặng nên rất khó dự đoán.

Giới khoa học nhận ra sóng sát thủ là hiện tượng có thật từ giữa thập niên 1990 nhưng bảo đảm an toàn cho người đi biển trước loại sóng này vẫn là một thách thức lớn. Dù tương đối hiếm gặp, sóng sát thủ có thể gây thiệt hại nghiêm trọng về sinh mạng và tài sản khi xô vào tàu thuyền trên biển rộng. Giữa đại dương mênh mông, tương tác của nhiều lực hình thành nên sóng sát thủ rất khó xác định rõ. Gần đây, các nhà toán học kết hợp dữ liệu thời gian thực thu thập từ phao nổi với mô hình thống kê nhằm hiểu rõ điều gì khiến sóng sát thủ hình thành. Nghiên cứu của họ có thể góp phần giúp dự đoán sóng sát thủ trước khi chúng ập tới.

Giả thuyết hình thành sóng sát thủ

Có hai giả thuyết toán học chính lý giải về chuyển động sóng dẫn tới sự ra đời của sóng sát thủ. Theo giả thuyết linear addition, sóng di chuyển qua đại dương ở tốc độ khác nhau. Khi xô vào nhau, chúng mạnh dần lên tạo thành sóng độc. Giả thuyết thứ hai mang tên nonlinear focusing cho rằng, sóng di chuyển theo cụm và cung cấp năng lượng cho nhau, hình thành sóng sát thủ. Lý do giới nghiên cứu không thể chắc chắn là vì sóng sát thủ rất hiếm. Ngay cả hiện nay, dữ liệu theo dõi chất lượng rất ít ỏi.

"Nhìn chung, sóng sát thủ trên đại dương được đo từ phao nổi ở một địa điểm cụ thể mà không thể biết điều gì xảy ra trước hoặc sau đó", Amin Chabchoub, nhà vật lý chuyên nghiên cứu sóng ở Đại học Sydney tại Australia, cho biết. Một nghiên cứu vào năm 2019 do Chabchoub tiến hành đánh giá một số quan sát và mô hình về sóng sát thủ. Nhóm nghiên cứu kết luận, cơ chế tạo ra sóng sát thủ có thể thay đổi tùy theo nhiều yếu tố trên biển, gọi là trạng thái mặt biển.

Để hỗ trợ cho quan sát hạn chế về sóng sát thủ, các nhà khoa học dựa vào bể tạo sóng. "Việc tái tạo trong phòng thí nghiệm mô phỏng gần như chính xác những gì diễn ra trên bề mặt đại dương", Chabchoub nói. Thí nghiệm kiểu này thậm chí có thể kết hợp cả dòng hải lưu và sức gió, dù môi trường kiểm soát có một số hạn chế riêng.

Khi nước bị giữ lại trong rãnh hẹp như bể tạo sóng, những cơn sóng lớn dễ dàng hình thành và quan sát hơn nhiều. Tuy nhiên, thí nghiệm như vậy có phần không thực tế bởi sóng không thể lan ra theo mọi hướng như ở biển, theo Francesco Fedele, kỹ sư ở Viện Công nghệ Georgia.

Phát triển công nghệ dự đoán

Cục Quản lý Đại dương và Khí quyển Quốc gia Mỹ đang phát triển một hệ thống có thể dự đoán khu vực nguy hiểm tiềm tàng trên đại dương mỗi giờ, sử dụng chương trình WAVEWATCH III. Phiên bản mới nhất, công bố năm 2019, ứng dụng công thức xác suất mà Fedele phát triển vào năm 2012 để dự đoán điều kiện cực hạn ở biển tại thời gian và địa điểm cụ thể. Đây là một công cụ hữu ích giúp các nhà hàng hải tránh vùng biển nguy hiểm, nhưng không đủ để bảo vệ họ trước sóng sát thủ xuất hiện đột ngột.

Johannes Gemmrich, nhà nghiên cứu ở Đại học Victoria tại Canada, người từng phân tích cơn sóng sát thủ năm 2020 gần đảo Vancouver, cho biết sóng sát thủ xuất hiện thường xuyên nhất khi sóng di chuyển ở tốc độ khác nhau và đôi khi xô vào nhau. Nhưng ông cho rằng tính bất đối xứng của sóng biển (cơn sóng có đỉnh cao và rãnh thấp hơn) cũng đóng vai trò quan trọng.

Giới khoa học đang phát triển công nghệ dự đoán sóng theo thời gian thực, nhưng phương pháp mới cần kiểm tra trong điều kiện thực tế, một thách thức lớn xét theo độ hiếm gặp của sóng sát thủ. Trong nhiều trường hợp, quá trình tính toán cần tăng tốc để phù hợp với tốc độ sóng. Sóng sát thủ có thể hình thành chỉ trong 10 - 15 giây ở vùng biển động nên rất khó đưa ra dự đoán nhanh và chính xác trong thời gian ngắn ngủi như vậy.

Để dự đoán, các nhà khoa học sẽ cần hệ thống radar liên tục đo sóng gần tàu, nhờ đó họ có thể chạy dữ liệu qua một mô hình toán học giúp mô phỏng mặt biển ở thời điểm đó. Mô hình cứ 5 phút lại tính toán điều kiện mặt biển một lần sẽ cung cấp dự đoán tương đối chính xác về cách sóng biển phát triển trong vài phút tiếp theo. Nhưng hệ thống như vậy vẫn chưa trở thành hiện thực. "Công nghệ đã có sẵn. Vấn đề hiện nay là làm thế nào bạn có thể dự đoán đủ nhanh?", Fedele nhấn mạnh.

Cập nhật: 04/06/2022 VnExpress