Nguyên Nhân Chính Gây Nên Sóng Thần Và Cơ Chế Dịch Chuyển

Giải đáp nguyên nhân chính gây nên sóng thần là gì theo địa vật lý đại dương, hiện tượng này chủ yếu phát sinh từ các trận động đất kiến tạo dưới đáy biển có độ lớn trên 7,0 độ Richter. Sự dịch chuyển thẳng đứng của thềm lục địa đẩy bật khối nước khổng lồ, tạo chuỗi sóng lan truyền với vận tốc 800 km/h.

Nguyên nhân chính gây nên sóng thần dưới góc độ địa vật lý đại dương

Trong hải dương học, sóng thần (Tsunami) khác hẳn các con sóng biển thông thường do gió thổi trên bề mặt. Nếu từng tìm hiểu cách phân biệt sóng lừng sóng gió, bạn sẽ thấy sóng gió chỉ dao động ở lớp nước mặt sâu 10 – 20 m với chu kỳ 5 – 15 giây. Ngược lại, sóng thần là sự dịch chuyển của toàn bộ cột nước đại dương từ đáy biển sâu 4.000 m lên mặt thoáng với bước sóng dài 100 – 500 km.

Động đất đứt gãy sụt lún đáy biển tại đới hút chìm (Chiếm 80 – 85% số vụ)

Theo thống kê của Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ (NOAA) cùng Viện Các khoa học Trái đất, động đất dưới đáy biển là nguyên nhân chính gây ra 80 – 85% các trận sóng thần hủy diệt. Tại các đới hút chìm (Subduction zones) — nơi mảng đại dương chúi xuống dưới mảng lục địa — năng lượng đàn hồi tích tụ hàng trăm năm dọc mặt phẳng đứt gãy.

Khi ứng suất vượt giới hạn chịu đựng của đá, mép mảng kiến tạo bật tung lên hàng chục mét chỉ trong vài giây. Cú bật thẳng đứng của đáy biển hoạt động như một pít-tông khổng lồ hất tung hàng tỷ mét khối nước nằm phía trên, tạo ra thế năng trọng trường tỏa ra mọi hướng.

Điều kiện ngưỡng độ lớn chấn động (trên 7,0 độ Richter) và độ sâu chấn tiêu

Theo quy trình cảnh báo của Cục Khí tượng Thủy văn (Bộ Nông nghiệp và Môi trường), một trận động đất dưới biển chỉ phát sinh sóng thần nguy hiểm khi hội tụ đủ 3 điều kiện:

• Độ lớn mô-men địa chấn (Mw): Đạt từ 6,5 – 7,0 độ Richter trở lên; sóng thần xuyên đại dương thường do siêu động đất 8,0 – 9,2 độ Richter.
• Độ sâu chấn tiêu (Hypocenter depth): Tâm chấn nằm nông dưới đáy biển (dưới 70 km, nguy hiểm nhất dưới 30 km).
• Cơ chế đứt gãy thẳng đứng: Đứt gãy nghịch (Thrust fault) làm nâng hoặc sụt đáy biển; đứt gãy trượt ngang rất ít đẩy cột nước.

Cơ chế vật lý truyền sóng từ đáy biển sâu vào vùng nước nông ven bờ

Sự nguy hiểm của sóng thần nằm ở quá trình biến đổi hình thái sóng khi di chuyển từ vùng biển sâu vào thềm lục địa ven bờ. Vận tốc truyền sóng thần tuân theo công thức sóng nước nông: bằng căn bậc hai của tích gia tốc trọng trường (g = 9,8 m/s²) và độ sâu đáy biển (d).

Giai đoạn đẩy cột nước thẳng đứng và lan truyền 700 – 800 km/h ngoài khơi

Ở ngoài đại dương sâu trung bình 4.000 đến 5.000 m, sóng thần lao đi với vận tốc từ 700 đến 850 km/h — ngang tốc độ máy bay phản lực thương mại. Tuy nhiên, do bước sóng trải rộng tới 200 – 400 km, biên độ cao của sóng ngoài khơi chỉ dao động từ 0,3 đến 1,0 m. Tàu thuyền ngoài biển khơi hầu như không cảm nhận được con sóng thần đang lướt qua dưới đáy tàu.

Hiệu ứng dồn nén năng lượng (Shoaling effect) dựng bức tường nước

Khi chuỗi sóng tiến vào vùng thềm lục địa gần bờ có độ sâu giảm dần xuống 50 m rồi 10 m, ma sát đáy biển làm vận tốc phần chân sóng phía trước giảm mạnh xuống chỉ còn 35 – 50 km/h, trong khi phần đuôi sóng phía sau vẫn lao tới rất nhanh.

Theo định luật bảo toàn năng lượng, khi bước sóng bị ép ngắn từ 200 km xuống còn 5 – 10 km, toàn bộ động năng chuyển hóa thành thế năng chiều cao. Hiệu ứng dồn nén (Shoaling effect) đẩy cột nước dựng đứng thành bức tường nước cao từ 10 đến trên 30 m, tràn sâu vào đất liền từ 2 đến 5 km.

Các nguyên nhân phi địa chấn gây sóng thần: Núi lửa ngầm, sạt lở và khí tượng

Bên cạnh động đất kiến tạo chiếm đa số, khoảng 15 – 20% số trận sóng thần còn lại xuất phát từ các biến cố địa chất và khí quyển đột ngột:

Phun trào núi lửa dưới đáy biển và sụp đổ miệng núi lửa

Các vụ hiện tượng núi lửa phun trào dưới lòng biển giải phóng năng lượng cực lớn. Khi buồng magma rỗng đột ngột sụp đổ (hình thành hố sụt Caldera) hoặc vụ nổ hơi nước đẩy bật khối nước quanh miệng núi lửa, sóng thần lập tức hình thành. Điển hình là vụ phun trào núi lửa ngầm Hunga Tonga (tháng 1/2022) tạo ra sóng thần cao 15 m tại Tonga.

Sạt lở sườn lục địa ngầm và sóng thần khí tượng (Meteotsunami)

Những khối trầm tích hàng chục km³ trượt lở ở sườn thềm lục địa dốc đứng hoặc băng hà đổ sụp xuống vịnh hẹp có thể tạo ra siêu sóng thần cục bộ (Megatsunami), như vụ lở đất xuống vịnh Lituya (Alaska, năm 1958) tạo vết sóng cao 524 m.

Ngoài ra còn có sóng thần khí tượng (Meteotsunami): xuất hiện khi dải dông mạnh gây biến thiên khí áp đột ngột (nhảy vọt 5 – 10 hPa trong vài phút) di chuyển cộng hưởng với sóng biển, làm mực nước dâng cao bất ngờ tại vịnh hẹp tương tự như mức độ nguy hiểm nước dâng trong bão lớn.

Bảng phân loại các nguyên nhân gây sóng thần và ngưỡng cảnh báo địa chấn

Bảng dưới đây tổng hợp tỷ lệ đóng góp của từng nguyên nhân gây sóng thần và thông số nhận diện kỹ thuật theo chuẩn NOAA:

Dấu hiệu nhận biết sóng thần tự nhiên tại bờ biển và kịch bản cảnh báo ở Biển Đông

Tại các vùng bờ biển nằm gần tâm chấn, sóng thần có thể ập vào bờ chỉ sau 10 đến 30 phút kể từ lúc mặt đất rung chuyển. Do đó, việc nhận diện dấu hiệu tự nhiên tại chỗ quyết định trực tiếp đến khả năng sinh tồn.

Quy tắc vàng nhận diện nước biển rút cạn bất thường và tiếng gầm đại dương

Khi đang ở bãi biển, bạn phải chạy ngay lên vùng đất cao (tối thiểu trên 15 m so với mực nước biển hoặc lùi sâu vào nội địa trên 2 km) hoặc leo lên tầng 4 trở lên của tòa nhà bê tông kiên cố khi thấy 1 trong 3 dấu hiệu:

1. Cảm nhận rung chấn động đất: Mặt đất rung lắc mạnh khiến bạn khó đứng vững kéo dài trên 20 giây.
2. Nước biển rút cạn đột ngột (Drawback): Khi phần bụng sóng đi vào bờ trước đỉnh sóng, nước biển tụt xuống cực nhanh, rút xa khỏi bờ 200 – 800 m làm lộ đáy cát và cá mắc cạn. Chỉ 5 – 10 phút sau, bức tường nước sẽ ập vào.
3. Âm thanh gầm rú dị thường: Từ ngoài khơi vang lên tiếng ầm ầm liên tục giống tiếng đoàn tàu hỏa hoặc động cơ phản lực.

Nguy cơ từ đới hút chìm Manila và hệ thống cảnh báo sóng thần tại Việt Nam

Theo kịch bản đánh giá nguy cơ sóng thần của Bộ Nông nghiệp và Môi trường cùng Viện Các khoa học Trái đất, nguồn phát sinh sóng thần đe dọa trực tiếp nhất đến bờ biển Việt Nam là đới hút chìm Manila (Manila Trench) nằm phía Tây quần đảo Philippines trên Biển Đông.

Nếu xảy ra động đất độ lớn 8,3 – 8,5 độ Richter tại rãnh Manila, sóng thần sẽ mất khoảng 2 giờ đến 2 giờ 30 phút để tiến vào bờ biển Trung Bộ (từ Đà Nẵng, Quảng Ngãi đến Khánh Hòa). Hiện nay, Việt Nam đã lắp đặt mạng lưới trạm còi hụ cảnh báo sóng thần dọc miền Trung nối trực tiếp với Trung tâm Báo tin động đất và Cảnh báo sóng thần quốc gia.