Ở giữa đại dương, xa các cửa sông, lớp bùn đáy biển chỉ dày thêm vài milimét tới vài centimét mỗi nghìn năm. Đất sét đỏ biển sâu tích tụ chậm nhất, khoảng 1 mm hoặc ít hơn mỗi nghìn năm; bùn vôi từ vỏ sinh vật phù du nhanh hơn, cỡ 1–3 cm mỗi nghìn năm; còn gần cửa các sông lớn, trầm tích có thể dày thêm vài centimét mỗi năm. Nguồn chính của bùn biển khơi là "tuyết biển": xác sinh vật nhỏ và hạt bụi rơi chậm từ mặt nước xuống đáy.
Tuyết biển rơi suốt ngày đêm
Lặn xuống vài trăm mét dưới mặt biển và bật đèn, bạn sẽ thấy những đốm trắng lơ lửng trôi xuống như tuyết. Đó là các cụm vật chất hữu cơ: xác tảo, vỏ sinh vật phù du, phân của động vật nhỏ, chất nhầy, bụi gió từ lục địa, tất cả dính vào nhau thành những bông vài milimét.
Từng hạt riêng lẻ quá nhỏ, có thể mất hàng chục năm mới chìm tới đáy. Khi kết thành bông, chúng rơi nhanh hơn nhiều, có thể vài chục tới vài trăm mét mỗi ngày, nên từ mặt biển xuống tới đáy sâu khoảng 4.000 m có thể chỉ mất vài tuần. Dọc đường, phần lớn chất hữu cơ bị vi khuẩn và động vật ăn mất. Chỉ một phần nhỏ chạm được đáy, và trong đó một phần nhỏ nữa bị chôn vùi vĩnh viễn.
Tuyết biển là đường chính đưa carbon từ mặt biển xuống đáy biển sâu. Các nhà khoa học gọi chuỗi quá trình này là "bơm sinh học". Mỗi bông tuyết biển chìm xuống mang theo một chút carbon mà tảo đã lấy từ khí quyển.
Bốn loại bùn đáy đại dương
Chuyến khảo sát của tàu Challenger (1872–1876), được coi là chuyến khảo sát hải dương học hiện đại đầu tiên, đã kéo lên các mẫu bùn từ khắp các đại dương và chia chúng thành những loại mà sách giáo khoa ngày nay vẫn dùng.
| Loại trầm tích | Làm từ gì | Gặp ở đâu | Tốc độ tích tụ khoảng |
|---|---|---|---|
| Bùn vôi | Vỏ canxi cacbonat của trùng lỗ và tảo vôi | Đáy không quá sâu, thường trên 4.000–5.000 m | 1–3 cm mỗi nghìn năm |
| Bùn silic | Vỏ silic của tảo cát và trùng tia | Vùng nước giàu dinh dưỡng: quanh Nam Cực, xích đạo Thái Bình Dương | Vài mm tới khoảng 1 cm mỗi nghìn năm |
| Sét đỏ (sét nâu) biển sâu | Bụi gió, tro núi lửa, bụi vũ trụ | Đáy rất sâu, xa đất liền, giữa Thái Bình Dương | Khoảng 1 mm hoặc ít hơn mỗi nghìn năm |
| Trầm tích lục nguyên | Bùn cát sông mang ra, sạt trượt từ sườn lục địa | Thềm và sườn lục địa, gần cửa sông lớn | Từ vài cm mỗi nghìn năm tới vài cm mỗi năm |
Để hình dung, hãy đặt các con số này cạnh một tờ giấy in dày khoảng 0,1 mm. Đáy biển sét đỏ mất khoảng một trăm năm để dày thêm một tờ giấy. Một hạt bụi rơi xuống giữa Thái Bình Dương hôm nay sẽ bị phủ dưới một lớp dày khoảng một milimét sau chừng một nghìn năm.
Đường tuyết dưới đáy biển
Trên núi cao có đường tuyết: trên độ cao đó tuyết còn quanh năm, dưới đó tuyết tan. Dưới biển có một ranh giới tương tự cho vỏ vôi, gọi là độ sâu bù cacbonat.
Nước biển sâu lạnh, áp suất cao và chứa nhiều CO₂ hoà tan hơn, nên hoà tan canxi cacbonat mạnh hơn. Vỏ vôi rơi xuống nơi nông thì còn nguyên và tích lại thành bùn vôi. Xuống quá một độ sâu nhất định, vỏ tan nhanh hơn tốc độ được bổ sung, nên đáy chỉ còn sét đỏ. Ở Thái Bình Dương, ranh giới này thường nằm quanh khoảng 4.000–4.500 m; ở Đại Tây Dương sâu hơn, quanh khoảng 5.000 m.
Kết quả trông như phong cảnh núi phủ tuyết lộn ngược: các sống núi giữa đại dương nhô cao được phủ bùn vôi trắng, còn các bồn đáy sâu chỉ có sét nâu đỏ.
Đá phấn: bùn vôi hoá thành vách đá
Những vách đá trắng ở Dover, bờ nam nước Anh, cao tới hơn 100 m, gần như làm hoàn toàn từ những tấm vảy vôi siêu nhỏ của một loại tảo phù du gọi là tảo vôi. Mỗi tấm vảy chỉ cỡ vài micromét, phải dùng kính hiển vi điện tử mới thấy rõ.
Đá phấn này lắng đọng chủ yếu trong kỷ Phấn Trắng, khoảng 145 tới 66 triệu năm trước. Tên kỷ trong nhiều ngôn ngữ châu Âu bắt nguồn từ chữ Latinh creta, nghĩa là phấn. Khi đó mực nước biển rất cao, phần lớn tây Âu chìm dưới một vùng biển nông ấm, và tảo vôi nở rộ.
Phép tính: nếu bùn vôi tích tụ khoảng 2 cm mỗi nghìn năm, thì để có 100 m đá cần khoảng 10.000 cm chia cho 2 cm, nhân với 1.000 năm, tức khoảng 5 triệu năm, chưa kể bùn còn bị nén lại khi hoá đá. Một vách đá cao bằng toà nhà ba chục tầng là ghi chép của vài triệu năm tuyết biển.
Thứ lớn chậm nhất dưới đáy biển
Tàu Challenger còn kéo lên những cục đá đen, tròn như củ khoai, gọi là kết hạch mangan. Chúng nằm rải rác trên đáy biển sâu, chứa mangan, sắt, niken, đồng, coban. Kết hạch lớn lên bằng cách kim loại trong nước biển và trong bùn kết tủa từng lớp mỏng quanh một cái nhân, có khi là một mảnh xương cá hay một chiếc răng cá mập.
Tốc độ lớn của chúng được đo bằng đồng vị phóng xạ, thường chỉ vài milimét mỗi triệu năm. Một kết hạch to cỡ quả bóng bàn có thể đã mất hàng triệu năm để lớn tới cỡ đó, nằm yên dưới đáy biển khi loài người còn chưa xuất hiện. Đây là một trong những quá trình tự nhiên chậm nhất từng được đo.
Vì sao lớp bùn đáy đại dương mỏng hơn tưởng tượng
Một câu hỏi từng làm các nhà địa chất bối rối: nếu đại dương đã tồn tại hàng tỉ năm và bùn tích tụ không ngừng, lẽ ra đáy biển phải phủ lớp trầm tích dày hàng chục kilômét. Thực tế, lớp trầm tích đáy đại dương trung bình chỉ dày khoảng vài trăm mét.
Lời giải đến cùng thuyết kiến tạo mảng. Đáy đại dương liên tục được sinh ra ở sống núi giữa đại dương và bị nuốt xuống lòng đất ở các rãnh sâu. Vỏ đại dương già nhất hiện còn chỉ khoảng 180 triệu năm tuổi. Thử nhân: 180 triệu năm, mỗi nghìn năm 1 mm, ra khoảng 180 m. Con số đó cùng bậc với độ dày thực đo.
Từ năm 1968, tàu khoan Glomar Challenger của Dự án khoan biển sâu khoan nhiều lỗ qua lớp trầm tích ở Nam Đại Tây Dương. Kết quả: càng xa sống núi, lớp trầm tích càng dày và lớp dưới cùng càng già, đúng như dự đoán của thuyết tách giãn đáy đại dương. Lớp bùn tích tụ chậm đã trở thành bằng chứng mạnh cho việc đáy biển đang di chuyển.
Góc nhìn hôm nay: Biển Đông và những bồn trầm tích
Ven bờ Việt Nam, bức tranh khác hẳn biển khơi. Sông Hồng và sông Mê Kông đổ ra Biển Đông hàng chục triệu tấn phù sa mỗi năm, nên trên thềm lục địa, trầm tích tích tụ nhanh hơn biển khơi hàng nghìn lần. Qua hàng chục triệu năm, các bồn trũng như bồn Sông Hồng, bồn Cửu Long, bồn Nam Côn Sơn đã chứa các lớp trầm tích dày nhiều kilômét, và chính trong những lớp đó dầu khí đã hình thành.
Lõi trầm tích đáy biển cũng là kho dữ liệu khí hậu như lõi băng: tỉ lệ đồng vị oxy trong vỏ trùng lỗ ghi lại nhiệt độ nước và lượng băng trên lục địa qua hàng chục triệu năm. Muốn tìm hiểu thêm, Bảo tàng Hải dương học ở Nha Trang (Khánh Hoà) có các mẫu sinh vật biển, còn chương trình khoan biển quốc tế hiện nay công bố ảnh lõi khoan và nhật ký các chuyến tàu khoan cho công chúng xem miễn phí.
Câu hỏi thường gặp
Trầm tích đáy biển dày thêm bao nhiêu mỗi năm?
Ở biển khơi, rất chậm: sét đỏ biển sâu khoảng 1 mm hoặc ít hơn mỗi nghìn năm, bùn vôi khoảng 1–3 cm mỗi nghìn năm. Gần cửa sông lớn và trên thềm lục địa, trầm tích có thể dày thêm vài centimét mỗi năm.
Tuyết biển là gì?
Tuyết biển là những bông vật chất hữu cơ gồm xác tảo, vỏ sinh vật phù du, phân động vật nhỏ và bụi, rơi chậm từ mặt biển xuống đáy. Nó là nguồn thức ăn chính của sinh vật biển sâu và là con đường đưa carbon xuống đáy đại dương.
Đá phấn được tạo thành từ gì?
Đá phấn làm chủ yếu từ những tấm vảy vôi siêu nhỏ của tảo vôi, một loại tảo phù du. Vách đá trắng Dover ở Anh hình thành chủ yếu trong kỷ Phấn Trắng, khoảng 145 đến 66 triệu năm trước, khi tây Âu chìm dưới biển nông.
Vì sao đáy biển sâu không có bùn vôi?
Nước biển sâu lạnh, áp suất cao, nhiều CO₂ nên hoà tan vỏ canxi cacbonat. Dưới độ sâu bù cacbonat, khoảng 4.000–4.500 m ở Thái Bình Dương, vỏ vôi tan trước khi kịp tích lại, nên đáy chỉ còn sét đỏ.
Vì sao lớp trầm tích đáy đại dương mỏng?
Vì đáy đại dương luôn được làm mới: sinh ra ở sống núi giữa đại dương và bị chìm xuống ở rãnh sâu. Vỏ đại dương già nhất chỉ khoảng 180 triệu năm, nên lớp trầm tích chỉ kịp dày trung bình vài trăm mét.
