CẤU TRÚC VÀ CÁC QÚA TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẠI DƯƠNG

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:210

Thêm vào BST

Báo xấu

110
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đây là một trong những tập sách nằm trong bộ tuyển tập về Hải dƯơng học đƯợc viết dƯới dạng sách tham khảo nhƯng đồng thời cũng là sách giáo khoa dùng cho các khóa học mở rộng dành cho sinh viên Đại học năm thứ ba. Trong nội dung cuốn sách có sử dụng một số kết qủa nghiên cứu thuộc chƯơng trình “Hải dƯơng S330”. Có thể nói Hải dương học là một ngành khoa học đa ngành, tuy nhiên nhiều nội dung nghiên cứu của nó vẫn không nằm ngoài phạm vi của một hoặc vài ngành khoa học chính thống. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CẤU TRÚC VÀ CÁC QÚA TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẠI DƯƠNG

§¹i häc Quèc gia Hµ néi Trêng ®¹i häc khoa häc tù nhiªn Joan Brown, Angela Colling, Dave Park, John Phillips, Dave Rothery vµ John Wright CÊu tróc vµ c¸c qóa tr×nh h×nh thµnh ®¹i d¬ng Ngêi dÞch: TrÞnh Lª Hµ Nhµ xuÊt b¶n ®¹i häc quèc gia hµ néi
Môc lôc Trang Giíi thiÖu vÒ cuèn s¸ch 5 Ch¬ng 1 Më ®Çu 6 1.1. §o vÏ b¶n ®å ®¹i d¬ng 6 1.1.1 C¸c ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ hµng h¶i 10 1.1.2 Ph¬ng ph¸p ®o ®é s©u 12 1.2. §o vÏ ®Þa h×nh ®¸y ®¹i d¬ng 15 1.2.1 §o vÏ ®é s©u qua vÖ tinh quan 19 1.3. §Þa chÊt vïng ®¸y biÓn 23 1.4. Tãm t¾t ch¬ng 1 25 Ch¬ng 2 H×nh th¸i ®¸y ®¹i d¬ng 27 2.1. §Æc ®iÓm chÝnh cña ®¸y ®¹i d¬ng 30 2.2. R×a lôc ®Þa 32 2.2.1 R×a lôc ®Þa æn ®Þnh 32 2.2.2 R×a lôc ®Þa ®Þa chÊn vµ c¸c cung ®¶o 33 2.3. Sèng nói ®¹i d¬ng 36 2.3.1 H×nh th¸i cña c¸c sèng nói ®¹i d¬ng 36 2.3.2 Mèi t¬ng quan tuæi vµ ®é s©u cña c¸c sèng nói ®¹i 37 d¬ng 2.4 §øt g·y biÕn d¹ng vµ ®íi nøt vì 38 2.5 §¸y s©u ®¹i d¬ng 41 2.5.1 §ång b»ng biÓn th¼m 42 2.5.2 C¸c nói ngÇm 43 2.5.3 Sù ph©n bè cña c¸c nói löa ngÇm 44
2.5.4 C¸c sèng nói ®Þa chÊn æn ®Þnh 46 2.6 §o vÏ ®é s©u qua vÖ tinh – trêng hîp nghiªn cøu cô 46 thÓ 2.7 Tãm t¾t ch¬ng 2 51 Ch¬ng 3 Sù tiÕn hãa cña ®¹i d¬ng 54 3.1. Qóa tr×nh tiÕn hãa cña ®¹i d¬ng 55 3.2. Sù ra ®êi cña ®¹i d¬ng 57 3.2.1 BiÓn §á 58 3.3 C¸c ®¹i d¬ng lín 61 3.31 BiÓn §Þa Trung H¶i 65 3.4 Tãm t¾t ch¬ng 3 66 Ch¬ng 4 CÊu t¹o vµ sù h×nh thµnh líp th¹ch quyÓn ®¹i 68 d¬ng 4.1 Sù thµnh t¹o cña líp th¹ch quyÓn ®¹i d¬ng 71 4.1.1 Dung nham d¹ng gèi: Líp vËt chÊt bªn ngoµi vá ®¹i 72 d¬ng 4.1.2 Sù h×nh thµnh cña tÇng ®¸ nói löa - vÝ dô cô thÓ 74 4.1.3 Ho¹t ®éng cña c¸c lß macma díi trôc t¸ch d·n 83 4.2 Sù ph©n ®o¹n cña c¸c trôc t¸ch d·n ®¹i d¬ng 84 4.2.1 Gi¶i thÝch qóa tr×nh h×nh thµnh líp th¹ch quyÓn ®¹i 87 d¬ng 4.2.2 Nh÷ng biÕn ®æi trong qóa tr×nh t¸ch d·n 89 4.2.3 Nh÷ng dÞ thêng trong líp vá 89 4.3 C¸c nói löa ngÇm vµ ®¶o nói löa 91 4.4 Tãm t¾t ch¬ng 4 93 Ch¬ng 5 Ho¹t ®éng thñy nhiÖt trong vá ®¹i d¬ng 96 5.1 B¶n chÊt cña qóa tr×nh thñy nhiÖt 100 5.1.1 Dßng nhiÖt, qóa tr×nh ®èi lu vµ thÈm thÊu 101
5.2 Nh÷ng biÕn ®æi hãa häc trong qóa tr×nh thñy nhiÖt 102 5.2.1 Sù biÕn ®æi cña ®Êt ®¸ 103 5.2.2 Nh÷ng thay ®æi x¶y ra trong níc biÓn 106 5.3 ‘Cét khãi ®en’ - kh¶ n¨ng dù b¸o c¸c vÊn ®Ò liªn quan 108 5.3.1 Cét “khãi ®en” ; cét “khãi tr¾ng” vµ dßng thñy nhiÖt 109 Êm 5.4 Ph¹m vi ho¹t ®éng cña c¸c dßng thñy nhiÖt 113 5.4.1 Sù ®a d¹ng cña hÖ thèng thñy nhiÖt 115 5.4.2 BiÕn chÊt thñy nhiÖt 117 5.5 Lîng nhiÖt chuyÓn t¶i qua c¸c dßng thñy nhiÖt 117 5.6 Sù bay h¬i cña c¸c khÝ hoµ tan vµ c¸c lo¹i khÝ kh¸c 119 trong dung dÞch thñy nhiÖt 5.7 Tãm t¾t ch¬ng 5 122 Ch¬ng 6 §¹i d¬ng cæ vµ sù biÕn ®æi mùc níc biÓn 125 6.1 Sù ph©n bè cña c¸c lo¹i trÇm tÝch 125 6.1.1 C¸c nghiªn cøu vÒ trÇm tÝch vµ cæ h¶i d¬ng häc 128 6.2 Sù biÕn ®æi cña mùc níc biÓn 132 6.2.1 Sù biÕn ®æi cña mùc níc biÓn theo quy m« thêi gian 134 kh¸c nhau 6.2.2 Sù d©ng cao cña mùc níc biÓn sau b¨ng hµ 136 6.2.3 C¸c dao ®éng mùc níc trong §Ö tø 137 6.2.4 Sù ph¸t triÓn cña líp b¨ng phñ vïng Nam Cùc 142 6.2.5 Khñng ho¶ng ®é muèi trong biÓn §Þa Trung H¶i 144 6.2.6 Sù di chuyÓn cña c¸c ®ai khÝ hËu 150 6.2.7 ¶nh hëng cña c¸c qóa tr×nh kiÕn t¹o m¶ng lªn mùc 151 níc biÓn 6.2.8 C¸c thêi kú biÓn tiÕn, biÓn tho¸i lín 152 6.3 Tãm t¾t ch¬ng 6 154 Ch¬ng 7 Bèi c¶nh toµn cÇu 157
7.1 Chu tr×nh toµn cÇu 157 7.1.1 Sù biÕn ®æi cña c¸c thµnh phÇn trong chu tr×nh 160 7.1.2 ¶nh hëng cña nh÷ng biÕn ®æi ng¾n h¹n 161 7.1.3 §¹i d¬ng trong tr¹ng th¸i æn ®Þnh 162 7.2 §¸nh gi¸ tèc ®é cña mét vµi qóa tr×nh 164 7.3 Tãm t¾t ch¬ng 7 165 Phô lôc Cét ®Þa tÇng 167 Tµi liÖu tham kh¶o 168 Híng dÉn tr¶ lêi c¸c c©u hái 169
Giíi thiÖu vÒ cuèn s¸ch §©y lµ mét trong nh÷ng tËp s¸ch n»m trong bé tuyÓn tËp vÒ H¶i d¬ng häc ®îc viÕt díi d¹ng s¸ch tham kh¶o nhng ®ång thêi còng lµ s¸ch gi¸o khoa dïng cho c¸c khãa häc më réng dµnh cho sinh viªn §¹i häc n¨m thø ba. Trong néi dung cuèn s¸ch cã sö dông mét sè kÕt qña nghiªn cøu thuéc ch¬ng tr×nh “H¶i d¬ng S330”. Cã thÓ nãi H¶i d¬ng häc lµ mét ngµnh khoa häc ®a ngµnh, tuy nhiªn nhiÒu néi dung nghiªn cøu cña nã vÉn kh«ng n»m ngoµi ph¹m vi cña mét hoÆc vµi ngµnh khoa häc chÝnh thèng. V× vËy, ngêi ®äc sÏ tiÕp nhËn ®îc nhiÒu kiÕn thøc h¬n khi ®äc cuèn s¸ch nµy nÕu nh ®· cã mét tr×nh ®é hiÓu biÕt vÒ ®Þa chÊt, ®Þa hãa häc vµ ®Þa vËt lý. C¸c tËp s¸ch cßn l¹i n»m trong bé s¸ch nµy chñ yÕu ®i vµo c¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn vËt lý, hãa häc vµ sinh häc (vµ nhiÒu phô nh¸nh liªn quan kh¸c). Ch¬ng 1 ®Õn ch¬ng 4 m« t¶ c¸c qóa tr×nh h×nh thµnh ®¸y ®¹i d¬ng, cÊu tróc vµ thµnh phÇn líp vá ®¹i d¬ng, nh÷ng ®Æc ®iÓm chÝnh cña r×a lôc ®Þa. C¸c ®¹i d¬ng ngµy nay lµ nh÷ng ®Æc ®iÓm ®Þa chÊt “tøc thêi” vµ c¸c ch¬ng nµy sÏ gi¶i thÝch t¹i sao l¹i nh vËy?. Ch¬ng 5 cña cuèn s¸ch ®Ò cËp ®Õn sù h×nh thµnh cña c¸c “m¹ch níc nãng” díi vïng ®¸y s©u ®¹i d¬ng do ho¹t ®éng ®èi lu cña c¸c dßng níc biÓn bÞ ®èt nãng xuyªn qua vá ®¹i d¬ng. §Õn gi÷a nh÷ng n¨m 1960, hiÖn tîng nµy vÉn cßn lµ ®iÒu bÝ Èn, ph¶i mét vµi n¨m sau ®ã, ngêi ta míi cã thÓ kh¼ng ®Þnh b»ng c¸c quan tr¾c. KÓ tõ ®ã, nhiÒu ngêi míi cã c¬ héi chiªm ngìng nh÷ng bøc ¶nh ®Çy Ên tîng vÒ c¸c cét “khãi ®en” trªn c¸c sèng nói ngÇm díi ®¹i d¬ng. Ch¬ng 6 tr×nh bµy tãm t¾t vÒ sù ph©n bè chung cña c¸c lo¹i trÇm tÝch trªn ®¸y ®¹i d¬ng vµ cho thÊy trÇm tÝch cã thÓ ghi nhËn sù biÕn ®æi cña mùc níc biÓn vµ khÝ hËu trong qóa khø nh thÕ nµo. Cuèi cïng lµ ch¬ng 7 víi c¸c nghiªn cøu vÒ vai trß cña ®¹i d¬ng nh lµ mét bé phËn kh«ng thÓ thiÕu trong chu tr×nh hãa häc toµn cÇu. Trong qóa tr×nh biªn so¹n s¸ch, mét sè c©u hái ®· ®îc c¸c t¸c gi¶ ®a ra nh»m gióp b¹n ®äc ph¸t triÓn c¸c cuéc th¶o luËn, ®ång thêi kiÓm tra l¹i c¸c kiÕn thøc võa häc víi phÇn gîi ý tr¶ lêi ®îc ®Æt ë cuèi s¸ch. Mét sè thuËt ng÷ chuyªn ngµnh quan träng sÏ ®îc in ch÷ ®Ëm khi b¾t ®Çu ®îc giíi thiÖu hay ®Ò cËp ®Õn.
Ch¬ng 1 Më ®Çu Ngay tõ thêi xa xa, loµi ngêi ®· biÕt khai th¸c biÓn ®Ó t×m kiÕm c¸c lîi Ých th¬ng m¹i, kinh tÕ, vËn t¶i vµ c¶ chiÕn tranh. Hä ®· t×m c¸ch chÕ t¹o ra con thuyÒn ®i biÓn ®Çu tiªn dùa trªn h×nh d¸ng th« s¬ cña nh÷ng con thuyÒn ®éc méc ch¹y trªn s«ng cã tõ thêi c¸c nÒn v¨n minh cæ ®¹i (h×nh 1.1). M·i cho ®Õn thÕ kû 15, nh÷ng chuyÕn hµnh tr×nh kh¸m ph¸ ®¹i d¬ng mét c¸ch cã quy m« míi b¾t ®Çu, mÆc dï ®ã vÉn chØ lµ c¸c chuyÕn th¸m hiÓm nhá nhng ®· t¹o nªn nh÷ng dÊu Ên lÞch sö trong ngµnh H¶i d¬ng. §¸ng chó ý nhÊt lµ c¸c tuyÕn hµnh tr×nh tõ Ch©u ¢u, B¾c Phi vµ Trung §«ng ®Õn §¹i T©y D¬ng (§TD), Ên §é D¬ng (A§D) vµ mét sè tiÓu vïng quan träng ë phÝa t©y Th¸i B×nh D¬ng (TBD) do ngêi Polinedi vµ Melanedi thùc hiÖn. Tuy nhiªn, nh÷ng ngêi ®Çu tiªn th¸m hiÓm ®¹i d¬ng l¹i kh«ng ph¶i lµ ngêi Ch©u ¢u mµ lµ ngêi Trung Quèc. Ngay tõ ®Çu nh÷ng n¨m 1400 ngêi Trung Quèc ®· cã chuyÕn du hµnh b»ng ®êng biÓn tíi vïng bê phÝa ®«ng cña Ch©u Phi tríc c¶ ngêi Bå §µo Nha vµ chuyÕn ®i cña hä kh«ng v× c¸c môc ®Ých t×m kiÕm thuéc ®Þa hay th¬ng m¹i. H×nh 1.1: M« h×nh con thuyÒn ®éc méc cña ngêi Ai CËp cæ ®¹i (kho¶ng 2000 n¨m tríc c«ng nguyªn) dùa theo nguyªn mÉu kh¶o cæ t¹i nhµ må ë Thebes 1.1. §o vÏ b¶n ®å ®¹i d¬ng
Vµo thÕ kû thø 15, víi sù hng thÞnh cña thêi kú Phôc Hng nh÷ng ngêi Ch©u ¢u b¾t ®Çu ®i tiªn phong trong c¸c chuyÕn hµnh tr×nh dµi kh¸m ph¸ ®¹i d¬ng. §îc sù b¶o trî cña nh÷ng qóy téc giµu cã nh Th¸i tö Henry, mét nhµ hµng h¶i ngêi Bå §µo Nha, c¸c chuyÕn hµnh tr×nh xuyªn ®¹i d¬ng ®· ®îc khuyÕn khÝch víi nh÷ng môc ®Ých c¸ nh©n, nhng ®ång thêi còng ®Ó t×m ra nh÷ng con ®êng giao th¬ng míi. Liªn tôc trong suèt qu·ng thêi gian kÐo dµi tõ thÕ kû thø 15 ®Õn thÕ kû thø 18 lµ c¸c chuyÕn th¸m hiÓm do Columbus, Magellan, Cook vµ mét sè ngêi kh¸c dÉn ®Çu. §ã lµ nh÷ng ngêi cã kiÕn thøc réng vÒ ®Þa lý vµ n¾m v÷ng viÖc sö dông c¸c kü thuËt ®i biÓn thêi ®ã. C¸c chuyÕn hµnh tr×nh cña hä ngoµi viÖc t×m kiÕm nh÷ng vïng ®Êt míi cßn nh»m môc ®Ých më réng c¸c vïng thuéc ®Þa cña Ch©u ¢u trªn toµn thÕ giíi. Cã thÓ nãi, c¸c chuyÕn th¸m hiÓm ®Çu tiªn ®Òu lµ nh÷ng chuyÕn ®i ®Çy nguy hiÓm bëi nh÷ng h¹n chÕ vÒ ph¬ng tiÖn kü thuËt hµng h¶i vµ thiÕt bÞ ®Þnh vÞ khi tµu rêi khái tÇm nh×n thÊy ®Êt liÒn. Mét vµi c«ng cô ®i biÓn th« s¬ thêi ®ã chØ cã thÓ gióp hä x¸c ®Þnh ®îc vÞ trÝ kinh ®é cña con tµu trªn biÓn mµ kh«ng cã kh¶ n¨ng x¸c ®Þnh ®îc vÜ ®é cho dï lµ theo c¸ch ®¬n gi¶n nhÊt cho ®Õn khi chiÕc ®ång hå ®o täa ®é congtomet ®Çu tiªn ra ®êi vµo cuèi thÕ kû thø 18. Trong bèi c¶nh ®ã, tÊm b¶n ®å ®¹i d¬ng do Halley lËp n¨m 1701 (h×nh 1.2) cã ý nghÜa rÊt lín. H×nh th¸i cña §¹i T©y D¬ng ®îc x¸c ®Þnh trong b¶n ®å cña Halley kh«ng hoµn toµn trïng khíp víi nh÷ng b¶n vÏ ®îc thùc hiÖn tríc ®ã 200 n¨m, vÞ trÝ c¸c ®êng bê ë ®©y ®· ®îc biÓu diÔn kh¸ chÝnh x¸c theo kinh ®é vµ c¸c ®êng ®¼ng gi¸c (®êng cïng gi¸ trÞ gãc lÖch gi÷a kinh tuyÕn tõ vµ kinh tuyÕn ®Þa lý) .
H×nh 1.2: B¶n ®å ®¼ng gi¸c do Edmund Halley thµnh lËp n¨m 1701 trªn c¬ së c¸c d÷ liÖu thu thËp trong chuyÕn hµnh tr×nh cña con tµu Paramour Pink (1698-1700). Nguån : ”B¶n ®å vµ con ngêi” N.J.W. Thrower (1972) Maps and Man, NXB Prentice-Hall
H×nh 1.3: B¶n ®å thÕ giíi do Juan de la Cosa thùc hiÖn vµo n¨m 1500. ¤ng lµ hoa tiªu trong chuyÕn th¸m hiÓm thø hai cña Columbus. Nguån: b¶o tµng hµng h¶i ë Mardrid; ¶nh Arxiu Mas
H×nh 1.4: (a) Hµnh tr×nh cña tµu HMS Challenger, 6/1872; (b) Tµu HMS Challenger, 1872. §©y lµ mét con tµu gç ch¹y b»ng h¬i níc cã träng t¶i 2306 tÊn
HÖ thèng c¸c th«ng tin h¶i d¬ng häc ban ®Çu chØ dùa vµo c¸c kÕt qña kh¶o s¸t thùc ®Þa vµ viÖc tiÕn hµnh thµnh lËp s¬ ®å ®êng bê, v× vËy lîng th«ng tin cã ®îc kh«ng kh¸c biÖt nhiÒu so víi kiÕn thøc cña ngêi ®i biÓn hoÆc cña ng d©n. Tríc ®ã, c¸c chuyÕn kh¶o s¸t vïng ®¸y s©u ®¹i d¬ng chØ ®Õm trªn ®Çu ngãn tay vµ thêng kh«ng ®em l¹i nhiÒu kÕt qña. Ch¼ng h¹n nh chuyÕn kh¶o s¸t ®é s©u vïng trung t©m ®¸y biÓn Th¸i B×nh D¬ng do Magellan thùc hiÖn vµo ®Çu thÕ kû thø 16. ¤ng ®· sö dông ph¬ng ph¸p d©y däi ®Ó x¸c ®Þnh ®é s©u ®¸y biÓn, nhng do ®é s©u t¹i khu vùc nghiªn cøu qóa lín nªn kh«ng thu ®îc kÕt qña. Sau ®ã nhiÒu chuyÕn kh¶o s¸t kh¸c tiÕp tôc ®îc thùc hiÖn vµ ngµy cµng hoµnh tr¸ng nhÊt lµ vµo thÕ kû thø 19, ®¸ng kÓ lµ chuyÕn kh¶o s¸t quy m« lín nh»m x©y dùng hÖ thèng c¸c th«ng tin d÷ liÖu ®Çu tiªn vÒ h¶i d¬ng häc do tµu Challenger thùc hiÖn kÐo dµi tõ n¨m 1872 ®Õn n¨m 1876 ®îc chÝnh phñ Anh b¶o trî (h×nh1.4b). C¸c sè liÖu mµ tµu Challenger thu thËp ®îc trong chuyÕn hµnh tr×nh nµy rÊt ®a d¹ng vµ phong phó vÒ chñng lo¹i. Sau ®ã, toµn bé c¸c ®Çu sè liÖu ®· ®îc xuÊt b¶n thµnh 50 tËp s¸ch, ®¸nh dÊu sù ra ®êi cña ngµnh khoa häc biÓn. NhiÒu néi dung nghiªn cøu khoa häc kh¸c vÒ ®¹i d¬ng còng rÊt ph¸t triÓn trong giai ®o¹n nµy. Ngay tõ tríc thÕ kû thø 19, nh÷ng ngêi ®i biÓn ®· nhËn thøc ®îc sù tån t¹i cña c¸c dßng h¶i lu do chóng lµm c¶n trë hoÆc lµm t¨ng tèc ®é hµnh tr×nh cña hä. VÝ dô nh c¸c chuyÓn ®éng thuËn nghÞch theo mïa cña dßng ch¶y Somali, ngoµi kh¬i vïng biÓn §«ng Phi ®· tõng ®îc ghi nhËn trong c¸c tµi liÖu cæ tõ thÕ kû thø 9 hay nh÷ng thay ®æi mµu cña níc biÓn vµ sù xuÊt hiÖn cña c¸c loµi thùc vËt rong t¶o ë c¸c vïng ngoµi kh¬i xa ®· minh chøng thªm vÒ sù hiÖn diÖn cña c¸c dßng ch¶y trong ®¹i d¬ng. Tuy nhiªn nh÷ng khã kh¨n ®èi víi c¸c ho¹t ®éng hµng h¶i trªn ®¹i d¬ng chÝnh lµ viÖc x¸c ®Þnh vËn tèc cña c¸c dßng h¶i lu v× c¸c chuyÓn ®éng cña chóng kh«ng cã sù t¬ng quan víi nh÷ng ®Æc ®iÓm cè ®Þnh dÔ x¸c ®Þnh gièng nh mèi t¬ng quan gi÷a dßng ch¶y ven bê víi ®Æc ®iÓm ®Þa h×nh vïng bê. 1.1.1. C¸c ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ hµng h¶i MÆc dï nh÷ng khã kh¨n mµ c¸c nhµ th¸m hiÓm ®i tríc gÆp ph¶i trong viÖc x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña c¸c con tµu ®i trªn biÓn vµ ®¹i d¬ng ®· ®îc kh¾c phôc b»ng nh÷ng kü thuËt c«ng nghÖ hiÖn ®¹i th× viÖc ®iÒu khiÓn c¸c con tµu trong khu vùc gÇn bê vÉn thuËn lîi h¬n ®èi víi hä so ngoµi ®¹i d¬ng mªnh m«ng. ViÖc ®Þnh vÞ tµu t¹i c¸c khu vùc nµy chñ yÕu dùa vµo giíi h¹n tÇm nh×n tõ tµu tíi ®Êt liÒn, tuy nhiªn (ngoµi lý do thêi tiÕt xÊu hoÆc biÓn ®éng) mét sè yÕu tè tù nhiªn nh ®é cong cña tr¸i ®Êt, ®é cao cña tr¹m quan s¸t (cã thÓ lµ tr¹m ph¸t sãng ra®a) vµ ®é cao cña vËt ®Þnh vÞ trªn ®Êt liÒn cã thÓ lµm ng¾n giíi h¹n kho¶ng c¸ch tÇm nh×n nµy (h×nh 1.5).
H×nh 1.5: Giíi h¹n tÇm nh×n vµ ®é cong cña bÒ mÆt tr¸i ®Êt (kh«ng theo tØ lÖ). T¹i vÞ trÝ quan s¸t cã ®é cao 5 m so víi mùc níc biÓn, giíi h¹n tÇm nh×n cña m¾t ngêi lµ 7,5km vµ hä cã thÓ nh×n thÊy c¸c vËt thÓ cao 10m ®Õn 20m so víi mùc níc biÓn ë kho¶ng c¸ch 7,5 + 11 = 18,5km vµ 7,5 + 16 = 23,5km. Khi gÆp ®iÒu kiÖn thêi tiÕt xÊu hoÆc ®ªm tèi, viÖc sö dông c¸c tr¹m ra®a thu ph¸t (sãng radio) rÊt thuËn lîi. Sù ph¸t x¹ cña c¸c chïm tia xoay trßn díi d¹ng sãng v« tuyÕn (tÇn sè tõ 3000-10000MHz; MHz = megahertz, 1MHz = 106Hz. Hertz (Hz) lµ ®¬n vÞ tÇn sè = 1 chu kú/gi©y) tõ tµu sÏ nhanh chãng bÞ ph¶n håi trë l¹i khi gÆp c¸c vËt thÓ n»m ch¾n trªn ®êng ®i cña chóng. Dùa vµo kho¶ng thêi gian tÝn hiÖu ®îc truyÒn ®i vµ thu nhËn trë l¹i, ngêi ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc kho¶ng c¸ch vµ ph¬ng híng theo chiÒu ph¶n håi cña c¸c tia ph¶n x¹. Nãi chung, kho¶ng thêi gian nµy rÊt ng¾n v× c¸c sãng v« tuyÕn lµ mét d¹ng bøc x¹ ®iÖn tõ cã tèc ®é lan truyÒn b»ng tèc ®é ¸ng s¸ng ( 3  108ms-1). §é chÝnh x¸c cña ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ b»ng m¾t thêng vµ ra®a chØ ¸p dông ®îc trong giíi h¹n kho¶ng c¸ch tõ hµng chôc ®Õn hµng tr¨m m, nhng vÉn bÞ h¹n chÕ bëi giíi h¹n tÇm nh×n, do vËy ph¹m vi ph¸t hiÖn hÑp (h×nh 1.5). §èi víi nh÷ng hÖ thèng ®Þnh vÞ v« tuyÕn tÇm xa, ngêi ta sö dông m¹ng líi c¸c tr¹m thu ph¸t trªn ®Êt liÒn ®Ó ph¸t c¸c xung hoÆc tÝn hiÖu v« tuyÕn liªn tôc cã tÇn sè tõ 10kHz ®Õn 2MHz, ®ã lµ c¸c tia cã kh¶ n¨ng lan truyÒn vßng theo ®é cong cña vá tr¸i ®Êt. C¸c m¸y thu ®Æt trªn tµu sÏ ®ãn nhËn c¸c chïm tia giao thoa tõ c¸c tr¹m ph¸t kh¸c nhau vµ cho biÕt vÞ trÝ cña tµu th«ng qua mét hÖ quy chiÕu thèng nhÊt. Tuy nhiªn, kho¶ng c¸ch vµ ®é chÝnh x¸c cña nh÷ng hÖ thèng nµy kh«ng gièng nhau. ThÝ dô : hÖ Decca cã tÇm xa chõng 500km vµ ®é chÝnh x¸c trong ®iÒu kiÖn tèi u lµ  50m, trong khi hÖ Omega cã ph¹m vi sö dông réng, cã thÓ ¸p dông trong ®Þnh vÞ hµng h¶i víi ®é chÝnh x¸c  2-3km. Ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ hµng h¶i dùa vµo thiªn v¨n häc vÉn ®îc xem lµ ph¬ng ph¸p truyÒn thèng. Trong ph¬ng ph¸p nµy, ngêi ta sö dông kÝnh lôc ph©n ®Ó ®o gãc lÖch cña mÆt trêi, mÆt tr¨ng, c¸c hµnh tinh vµ c¸c v× sao theo ®êng ch©n trêi vµo cïng mét thêi ®iÓm x¸c ®Þnh. Dùa vµo b¶ng tra cøu cã thÓ biÕt ®îc c¸c chuyÓn ®éng cña mçi thiªn thÓ vµ hai trong sè chóng sÏ gióp ta
®Þnh vÞ ®îc vÞ trÝ cÇn x¸c ®Þnh. Nhng ph¬ng ph¸p nµy còng chØ cho ®é chÝnh x¸c trong ph¹m vi vµi km kÓ c¶ trong ®iÒu kiÖn thêi tiÕt lý tëng vµ chØ cã thÓ thùc hiÖn ®îc khi cïng lóc quan s¸t thÊy c¸c thiªn thÓ vµ ®êng ch©n trêi. MÆt trêi, ®«i khi c¶ mÆt tr¨ng vµ ®êng ch©n trêi cã thÓ nh×n thÊy vµo ban ngµy, nhng ban ®ªm vÞ trÝ ®êng ch©n trêi kh«ng dÔ t×m thÊy cho nªn viÖc quan tr¾c c¸c ng«i sao vµ nh÷ng hµnh tinh thêng chØ thùc hiÖn ®îc vµo cuèi ngµy khi ®êng ch©n trêi cßn nh×n thÊy râ. Ngoµi ra viÖc l¾p ®Æt vµ sö dông kÝnh lôc ph©n trªn c¸c con tµu ®ang chuyÓn ®éng ®ßi hái nhiÒu kü n¨ng thao t¸c, c«ng søc vµ thêi gian tÝnh to¸n. MÆc dï ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ hµng h¶i thiªn v¨n lµ ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ l©u ®êi ®· ®îc sö dông qua nhiÒu thÕ kû, nhng vÉn kh«ng thÓ so s¸nh ®îc víi ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ b»ng vÖ tinh. Nhê sù gióp ®ì cña c¸c vÖ tinh ®îc phãng vµo trong kh«ng gian bªn ngoµi tr¸i ®Êt, ngêi ta cã thÓ ®Þnh vÞ ®îc chÝnh x¸c mäi vÞ trÝ trªn ®¹i d¬ng víi sai sè  100m trong bÊt kú ®iÒu kiÖn thêi tiÕt nµo. §©y lµ ph¬ng ph¸p do Côc h¶i qu©n Hoa Kú ph¸t triÓn vµ øng dông vµo n¨m 1967. Ngµy nay, mét m¹ng líi c¸c vÖ tinh ®Þnh vÞ lu«n s½n sµng cho c¸c ho¹t ®éng hµng h¶i vµ hµng kh«ng. Mét sè vÖ tinh ë quü ®¹o tÇm cao (gÇn 20000km) cã thÓ “quan s¸t” cïng lóc mét vïng réng lín trªn ®Þa cÇu, sè kh¸c bay ë quü ®¹o thÊp h¬n, gÇn c¸c cùc tr¸i ®Êt nªn cã thÓ quan s¸t hÕt phÇn lín mäi ®iÓm trªn ®Þa cÇu khi tr¸i ®Êt quay (h×nh 1.6). Th«ng qua vÖ tinh, cø vµi tiÕng c¸c ph¬ng tiÖn hiÖn ®ang ho¹t ®éng trªn biÓn vµ trªn kh«ng ®Òu nhËn ®îc c¸c tÝn hiÖu ®Þnh vÞ cho vÞ trÝ cña nã. §èi víi c¸c ho¹t ®éng trªn biÓn, viÖc ®Þnh vÞ chÝnh x¸c cã ý nghÜa rÊt lín, ®«i khi mang tÝnh sèng cßn. Do vËy, theo nguyªn t¾c, c¸c tµu ®i trªn biÓn vµ ®¹i d¬ng thêng sö dông tõ hai ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ trë lªn phßng trêng hîp bÊt tr¾c x¶y ra. Song hµnh cïng víi ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ vÖ tinh víi nh÷ng øng dông kü thuËt tiÕn tiÕn hiÖn ®ang ®îc sö dông réng r·i trong c¸c c«ng t¸c nghiªn cøu khoa häc, th¬ng m¹i vµ qu©n sù trªn ®¹i d¬ng th× c¸c ph¬ng ph¸p truyÒn thèng tuy kÐm hiÖu qña nhng vÉn ®îc sö dông bëi kh¶ n¨ng øng dông ®¬n gi¶n cña chóng. B¶ng 1.1 tæng hîp kho¶ng c¸ch vµ ®é chÝnh x¸c cña mét sè c¸c ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ hµng h¶i. B¶ng 1.1: Kho¶ng c¸ch vµ ®é chÝnh x¸c cña mét vµi ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ hµng h¶i Ph¬ng ph¸p ®Þnh vÞ Kh¶ n¨ng sö dông vµ kho¶ng c¸ch §é chÝnh x¸c x¸c ®Þnh Mèc chuÈn ven bê (m¾t thêng 10 – 200m Trong ph¹m vi tÇm nh×n ( 50km) vµ ra®a) HÖ thèng ®Þnh vÞ b»ng sãng 10 – 100m Kh¸c nhau ë mçi hÖ. VÝ dô Decca ( radio 1 – 15km 500km); Omega (kh¾p n¬i) §Þnh vÞ b»ng thiªn v¨n Toµn cÇu 2 – 10km §Þnh vÞ b»ng vÖ tinh Toµn cÇu 0,1 – 200m
H×nh 1.6: Nguyªn t¾c ®Þnh vÞ hµng h¶i b»ng vÖ tinh. Khi mét vÖ tinh xoay theo t©m quü ®¹o cùc, nã sÏ ph¸t ra nh÷ng tÝn hiÖu chøa th«ng tin vÒ ®é cao, vÞ trÝ vµ tèc ®é bay cña nã. Nhê ®ã khi vÖ tinh ®i qua c¸c ®iÓm A,B vµ C trªn h×nh vÏ, c¸c m¸y tÝnh ®Æt trªn bong tµu sÏ ph©n tÝch c¸c d÷ liÖu do vÖ tinh ph¸t vÒ ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ t¬ng quan cña con tµu víi vÖ tinh, tõ ®ã x¸c ®Þnh ®îc vÞ trÝ cña nã trªn bÒ mÆt tr¸i ®Êt víi sai sè giíi h¹n trong vßng b¸n kÝnh kho¶ng 100m. 1.1.2. Ph¬ng ph¸p ®o ®é s©u C¸c ®êng ®ång møc trªn b¶n ®å ®Þa h×nh ®Êt liÒn ®îc x©y dùng dùa trªn sè ®o ®é cao cña c¸c d¹ng ®Þa h×nh so víi mùc níc biÓn, cßn c¸c ®êng ®ång møc trªn b¶n ®å ®é s©u biÓn vµ ®¹i d¬ng th× dùa trªn sè ®é s©u díi mùc níc biÓn. V× vËy, viÖc ®o ®¹c chÝnh x¸c vÞ trÝ c¸c ®é s©u vµ ®é cao nµy lu«n lµ mét yªu cÇu tÊt yÕu. Tríc khi m¸y ®o ®é s©u håi ©m ra ®êi, viÖc ®o ®¹c ®é s©u chØ ®îc thùc hiÖn b»ng nh÷ng dông cô th« s¬ vµ thiÕu ®é chÝnh x¸c cao. Ch¼ng h¹n, ®Ó ®o ®é s©u ngêi ta dïng mét sîi d©y däi cã buéc qña nÆng ë ®Çu d©y råi th¶ xuèng níc hoÆc dïng mét c¸i èng dµi b»ng thÐp chäc xuèng ®¸y biÓn, kÕt qña ®o ®îc chÝnh lµ chiÒu dµi cña ®o¹n d©y hoÆc èng thÐp ®îc th¶. Nhng c¸ch ®o ®¹c nµy chØ cã hiÖu qña ®èi víi nh÷ng vïng biÓn n«ng (h×nh 1.7), cßn víi nh÷ng vïng nuíc s©u h¬n nh ngoµi ®¹i d¬ng th× ph¶i cÇn ®Õn hµng giê ®Ó h¹ vµ kÐo dông cô ®o lªn trong khi dßng h¶i lu hoÆc giã cã thÓ ®Èy con tµu xª dÞch khái vÞ trÝ ban ®Çu khiÕn dông cô ®o h¹ xuèng níc kh«ng cßn ë t thÕ th¼ng ®øng vµ kÕt qu¶ ®é s©u ®o ®îc sÏ lín h¬n nhiÒu gi¸ trÞ thùc tÕ. H¬n n÷a, trong vïng níc s©u viÖc x¸c ®Þnh qu¶ däi ch¹m ®¸y lµ rÊt khã bëi träng lîng sîi d©y sÏ trë nªn
nÆng h¬n qu¶ däi. V× nh÷ng khã kh¨n nµy mµ trong chuyÕn th¸m hiÓm ba n¨m rìi cña tµu Challenger, c¸c nhµ khoa häc chØ thu ®îc 300 sè ®o ®é s©u ë vïng biÓn s©u. Ph¬ng ph¸p ®o ®é s©u b»ng m¸y håi ©m ®îc sö dông lÇn ®Çu tiªn vµo nh÷ng n¨m 1920 trong c¸c chuyÕn hµnh tr×nh kh¶o s¸t biÓn. Nhê tÝnh n¨ng sö dông cao, ngêi ta cã thÓ thùc hiÖn hµng tr¨m phÐp ®o trong vßng mét vµi ngµy vµ cho phÐp thµnh lËp c¸c b¶n ®å ®Þa h×nh ®¸y ®¹i d¬ng víi c¸c d¹ng ®Þa h×nh c¬ b¶n nh sèng nói ngÇm gi÷a §TD hay d·y Carlsberg vµ c¸c vïng thung lòng gi÷a nói. Ph¬ng ph¸p nµy còng cho phÐp thùc hiÖn c¸c ®o ®¹c mét c¸ch nhanh chãng, liªn tôc vµ chÝnh x¸c. Nguyªn lý cña ph¬ng ph¸p lµ truyÒn xung ©m thanh qua c¸c líp níc xuèng ®¸y biÓn, khi ch¹m ®¸y ©m thanh sÏ tù ph¶n x¹ trë l¹i vµ ®îc c¸c m¸y ®Æt trªn tµu thu nhËn. Dùa vµo tèc ®é lan truyÒn cña sãng ©m thanh trong níc vµ kho¶ng thêi gian gi÷a hai thêi ®iÓm m¸y thu vµ ph¸t ©m thanh, ngêi ta tÝnh ®îc ®é s©u ®¸y biÓn. NÕu c¸c xung ©m thanh ®îc ph¸t ®i ®Òu ®Æn trong tõng kho¶ng thêi gian ng¾n, sãng ph¶n håi cã thÓ ®îc ghi l¹i díi d¹ng ®å thÞ biÓu diÔn mÆt c¾t liªn tôc cña ®¸y ®¹i d¬ng (h×nh 1.8). Trong ®iÒu kiÖn lý tëng, phÐp ®o nµy cã thÓ ®¹t ®é chÝnh x¸c ®Õn vµi mÐt ngay c¶ ë vïng níc s©u. Tuy nhiªn, vÉn cã mét sè yÕu tè g©y nhiÔu, ch¼ng h¹n nh ¶nh hëng cña sãng trªn bÒ mÆt biÓn cã thÓ lµm tµu trßng trµnh lªn xuèng tíi vµi mÐt, quan träng h¬n n÷a lµ tèc ®é truyÒn ©m trong níc biÓn cã thÓ dao ®éng trong giíi h¹n  4% tuú theo ®é muèi, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cña níc biÓn. B»ng c¸ch sö dông c¸c b¶ng tra cøu ®èi víi c¸c vïng ®¹i d¬ng kh¸c nhau trªn toµn cÇu, c¸c nhµ nghiªn cøu cã thÓ xö lý s¬ bé c¸c sè liÖu ®o ®îc (quy chuÈn th«ng dông lµ 1500m/s). C¸c sai sãt khi xö lý cã thÓ dÉn ®Õn nh÷ng sai sè ®¸ng kÓ vÒ ®é s©u, ch¼ng h¹n sai sè tèc ®é truyÒn ©m b»ng 1% sÏ dÉn ®Õn sai sè tíi 30m víi cét níc s©u 3km. TÇn sè ©m thanh ®îc dïng ®Ó ®o ®é s©u ®¹i d¬ng thêng lµ 5-30kHz. Ngoµi ra, sai sè gÆp ph¶i cßn do kh¶ n¨ng ph©n gi¶i yÕu cña c¸c m¸y håi ©m, nguyªn nh©n lµ sù ph©n kú cña chïm tia víi gãc ph¸t kho¶ng 300 khi c¸c sãng ©m thanh ®îc truyÒn xuèng vµ øng gãc ph¸t nh vËy c¸c chïm tia cã thÓ quÐt ®îc mét diÖn tÝch lín trªn ®¸y ®¹i d¬ng víi ®êng kÝnh kho¶ng 1,5km ë ®é s©u 3km. Nhng nh÷ng biÕn ®æi ®Þa h×nh ®¸y trong diÖn tÝch nµy sÏ kh«ng ®îc thÓ hiÖn râ vµ ®é s©u ®o ®îc sÏ n«ng h¬n ®é s©u thùc tÕ bªn díi tµu (h×nh 1.9 (b)). C¸c m¸y håi ©m cã ®é ph©n gi¶i cao lµ nh÷ng m¸y sö dông chïm tia cã gãc ph¸t hÑp, kho¶ng mét vµi ®é. §Ó thiÕt kÕ ®îc nh vËy, m¸y sÏ trë nªn cång kÒnh nªn ®ã lµ lý do mµ lo¹i m¸y nµy Ýt ®îc sö dông réng r·i. Mét lý do kh¸c khiÕn c¸c m¸y håi ©m cã chïm tia ph©n kú lín ®îc sö dông nhiÒu h¬n lµ nã cho phÐp thùc hiÖn c«ng viÖc ®o ®¹c ngay c¶ khi biÓn ®éng vµ tµu bÞ l¾c l m¹nh, do vËy mµ ®èi víi c¸c ho¹t ®éng hµng h¶i thêng xuyªn th× viÖc sö dông c¸c lo¹i m¸y nµy lµ thÝch hîp vµ hiÖu qña h¬n so víi nh÷ng thiÕt bÞ víi chïm tia hÑp.
Song ®èi víi mét sè nghiªn cøu kh¶o s¸t biÓn quan träng th× c¸c m¸y cã ®é ph©n gi¶i cao vÉn rÊt cÇn thiÕt. H×nh 1.7: Ph¬ng ph¸p ®o ®é s©u b»ng d©y däi. §©y lµ ph¬ng ph¸p ®o ®é s©u duy nhÊt ®îc sö dông cho tíi ®Çu thÕ kû thø 20 (tranh cña Arthur Briscoe)
H×nh 1.8: S¬ ®å ghi cña m¸y ®o ®é s©u håi ©m vïng r×a thÒm lôc ®Þa phÝa ®«ng cña níc Mü. §é dèc cña mÆt c¾t lµ do tû lÖ phãng ®¹i gÊp 12 lÇn theo trôc ®øng. C¸c líp nhiÔu thÓ hiÖn sù tËp trung cña c¸c tæ chøc h÷u c¬ hoÆc m¶nh vôn sinh vËt chÕt vµ kÕt qña nµy còng cho thÊy nh÷ng øng dông h÷u Ých kh¸c cña m¸y håi ©m H×nh 1.9: (a) Chïm tia ph©n kú cña m¸y ®o ®é s©u echo-sounder cã h×nh chãp víi gãc ®Ønh b»ng 300. (b) MÆt c¾t ngang phãng ®¹i thÓ hiÖn ®é s©u thùc (d), n»m ngay díi ®¸y tµu, bÞ nhiÔu bëi c¸c tia ph¶n x¹ m¹nh h¬n t¹i ®iÓm tíi vu«ng gãc víi ®é s©u n«ng (h). h< d< l. Do vËy thêi gian m¸y ghi l¹i th
ViÖc n¾m râ ®é s©u cña c¸c vïng biÓn n«ng lu«n lµ ®iÒu quan träng ®èi víi nguêi ®i biÓn, v× thÕ tõ vµi thÕ kû tríc c¸c s¬ ®å ®é s©u cña vïng nuíc ven bê ®· ra ®êi. Nhng nhu cÇu cÇn biÕt ®Çy ®ñ h¬n vÒ c¸c th«ng tin vÒ ®é s©u ®¹i d¬ng míi chØ ph¸t sinh gÇn ®©y, vµ ®Ó ®¸p øng yªu cÇu ®ã, b¶n ®å ®é s©u ®Çu tiªn do Matthew Maury thµnh lËp n¨m 1885 cho vïng b¾c §¹i T©y D¬ng (h×nh 1.10) ®· ®îc c«ng bè. Tªn gäi vïng “§Êt Gi÷a” cña Maury lµ dÉn liÖu ®Çu tiªn ®Ò cËp ®Õn sù hiÖn diÖn cña sèng nói ngÇm n»m gi÷a §¹i T©y D¬ng mµ ngµy nay chóng ta ®· biÕt. Kh«ng l©u sau ®ã, h×nh d¸ng kÐo dµi vµ gîn sãng cña sèng nói nµy ®· tµu Challenger m« t¶ dùa trªn nh÷ng sè liÖu kh¶o s¸t Ýt ái mµ nã thu ®îc (xem môc 1.1.2). Cho tíi nay, h×nh th¸i ®Þa m¹o ®¸y ®¹i d¬ng nãi chung ®· ®îc kh¶o s¸t kh¸ tØ mØ, mÆc dï tríc ®ã kh«ng l©u nhiÒu d¹ng ®Þa h×nh lín vÉn cha ®îc ph¸t hiÖn vµ nhiÒu yÕu tè kh¸c vÉn cÇn ph¶i ®iÒu tra thªm. Nhê vµo chuyÕn hîp t¸c th¸m hiÓm Ên §é D¬ng vµo gi÷a nh÷ng n¨m 1960, ngêi ta míi x¸c ®Þnh ®îc sèng nói ngÇm 900 ®«ng lµ mét d¹ng ®Þa h×nh kÐo dµi ®¬n lÎ tíi 4500km (h×nh 1.11). Ngoµi ra, rÊt nhiÒu d¹ng ®Þa h×nh kh¸c díi TBD bao gåm c¶ nói löa ngÇm vÉn ®ang tiÕp tôc ®îc ®iÒu tra th«ng qua c¸c vÖ tinh cã sö dông thiÕt bÞ ®o ®é cao bÒ mÆt biÓn (xem môc 1.2.1). H×nh 1.10: (a) B¶n ®å ®é s©u vïng b¾c §¹i T©y D¬ng do Matthew Maury lËp n¨m 1855. Nguån: §Þa lý tù nhiªn biÓn, M.Maury, (1857). NXB Sampson Low & Son.
H×nh 1.10: (b) MÆt c¾t ®¸y biÓn vïng b¾c §¹i T©y D¬ng do M.Maury lËp. Nguån dÉn nh trªn.