Mariana: Rãnh đại dương sâu nhất thế giới

Vực thẳm Challenger Deep nằm ở phía Nam của Rãnh Mariana là điểm sâu nhất trong đại dương. Độ sâu của vực thẳm này rất khó đo trực tiếp từ bề mặt. Nhưng vào năm 2010, Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Mỹ (NOAA) đã ước lượng nó sâu khoảng 10.994m bằng cách sử dụng các xung âm thanh truyền xuống đáy biển. Trong một nghiên cứu mới nhất vào tháng 12/2021, NOAA đã sử dụng cảm biến áp suất để tính ra độ sâu chính xác của vực thẳm Challenger Deep là 10.935m.

Để so sánh, đỉnh núi cao nhất thế giới Everest nằm ở độ cao 8.848m so với mực nước biển. Điều này nghĩa là Rãnh Mariana sâu hơn độ cao của đỉnh Everest khoảng 2.147m. Rãnh Mariana dài 2.542km, gấp hơn năm lần chiều dài hẻm núi Grand Canyon ở Mỹ. Tuy nhiên, rãnh chỉ có chiều rộng trung bình là 69km.

Rãnh Mariana nằm gần đảo Guam. Bởi vì đảo Guam và Quần đảo Bắc Mariana là lãnh thổ của Mỹ nên quốc gia này có quyền tài phán đối với Rãnh Mariana. Năm 2009, cựu Tổng thống Mỹ George W. Bush đã thành lập Đài tưởng niệm Quốc gia Hải dương Rãnh Mariana – một khu bảo tồn biển rộng khoảng 506.000km2 bao gồm hầu hết Rãnh Mariana, 21 ngọn núi lửa ngầm và vùng nước xung quanh một số hòn đảo xa xôi.

Rãnh Mariana hình thành tại một vùng hút chìm, nơi hai mảng kiến tạo lớn của lớp vỏ đại dương va chạm với nhau. Tại đới hút chìm, một mảng kiến tạo bị đẩy và kéo xuống bên dưới mảng còn lại, khiến nó chìm sâu vào lớp manti [nằm ở bên dưới lớp vỏ] của Trái đất. Nơi hai mảng kiến tạo giao nhau, một rãnh sâu hình thành phía trên chỗ uốn cong của mảng kiến tạo bị chìm xuống.

Trong trường hợp của Rãnh Mariana, mảng Thái Bình Dương có niên đại 180 triệu năm tuổi bị uốn cong và chìm xuống bên dưới mảng Philippines – có kích thước nhỏ hơn và trẻ hơn mảng Thái Bình Dương.

Mặc dù vực thẳm Challenger Deep thuộc Rãnh Mariana là nơi sâu nhất thế giới nhưng nó không phải là địa điểm gần tâm Trái đất nhất. Bởi vì Trái đất phình ra ở xích đạo nên bán kính tại hai cực nhỏ hơn bán kính ở xích đạo khoảng 25km. Do đó, đáy biển Bắc Băng Dương gần trung tâm Trái đất hơn so với vực thẳm Challenger Deep.

Những cuộc thám hiểm khoa học gần đây đã phát hiện sự sống phong phú và đa dạng một cách đáng kinh ngạc trong điều kiện môi trường khắc nghiệt tại Rãnh Mariana.

Các loài động vật ở phần sâu nhất của Rãnh Mariana sống sót trong bóng tối hoàn toàn và áp suất cực lớn, lên tới hơn 703kg/m2. Đây là mức áp suất gấp 1.000 lần so với áp suất tại mực nước biển, tương đương với 50 chiếc máy bay phản lực xếp chồng lên nhau trên một diện tích nhỏ bằng một quả bóng.

Natasha Gallo, nhà nghiên cứu tại Viện Hải dương học Scripps, đã nghiên cứu đoạn video quay cận cảnh Rãnh Mariana từ chuyến thám hiểm của nhà làm phim James Cameron vào năm 2012. Gallo phát hiện thức ăn ở rãnh Mariana cực kỳ hạn chế, bởi vì nó nằm cách xa đất liền. Xác thực vật trên cạn hiếm khi được tìm thấy dưới đáy rãnh, và xác sinh vật phù du ở vùng nước mặt phải rơi xuống hàng nghìn mét để tới vực thẳm Challenger Deep. Một số vi khuẩn sống chủ yếu dựa vào các chất hóa học, chẳng hạn như khí methane (CH4) hoặc lưu huỳnh, trong khi nhiều sinh vật khác nuốt chửng các sinh vật biển nằm bên dưới chúng trong chuỗi thức ăn.

“Ba sinh vật phổ biến nhất ở đáy Rãnh Mariana là động vật đơn bào xenophyophore, động vật giáp xác amphipod và hải sâm biển nhỏ”, Gallo cho biết.

Động vật đơn bào xenophyophore trông giống các loài amip khổng lồ. Do có cấu tạo đơn giản nên chúng sẽ dùng cơ thể để bao quanh và hấp thụ trực tiếp thức ăn từ môi trường. Trong khi đó, Amphipod là động vật ăn xác thối có hình dạng giống tôm và chúng thường xuất hiện ở các rãnh đại dương. Làm thế nào chúng có thể sống sót trong môi trường khắc nghiệt như vậy cho đến nay vẫn là điều bí ẩn, bởi vì lớp vỏ của amphipod được cho là dễ dàng tan ra trong điều kiện áp suất cao của Rãnh Mariana. Năm 2019, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã phát hiện một số loài sống ở Rãnh Mariana sử dụng nhôm chiết xuất từ nước biển để làm tăng độ cứng cho lớp vỏ của chúng.

Một trong những động vật săn mồi hàng đầu của khu vực là loài cá ốc Mariana có vẻ ngoài trông khá yếu ớt và kỳ quái. Năm 2017, các nhà khoa học đã thu thập mẫu vật đầu tiên của chúng ở độ sâu khoảng 8.000m. Loài cá này có cơ thể nhỏ, màu hồng, không có vảy. Con mồi của chúng chủ yếu là các động vật không xương sống cư trú trong Rãnh Mariana.

Thật không may, rãnh đại dương có thể hoạt động như một bể chứa tiềm năng cho các chất ô nhiễm và rác thải bị loại bỏ. Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Ecology and Evolution vào năm 2017, các nhà khoa học tại Đại học Newcastle (Anh) phát hiện một số chất hóa học do con người tạo ra từng bị cấm vào thập niên 1970 vẫn đang ẩn náu ở những phần sâu nhất của đại dương.

Trong khi lấy mẫu động vật giáp xác amphipod tại Rãnh Mariana, nhóm nghiên cứu đã ghi nhận hàm lượng các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POP) ở mức rất cao trong mô mỡ của sinh vật. Chúng bao gồm polychlorinated biphenyls (PCBs) và polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) – các hóa chất thường được sử dụng làm chất cách điện và chất chống cháy.

Bởi vì POP không thể phân hủy tự nhiên nên chúng tồn tại trong môi trường hàng chục năm. Chúng bám vào các mảnh vụn nhựa hoặc theo xác động vật chết chìm xuống đáy biển. Các chất ô nhiễm sau đó chuyển từ sinh vật này sang sinh vật khác thông qua chuỗi thức ăn, cuối cùng dẫn đến nồng độ hóa chất ở đáy đại dương cao hơn nhiều so với mức ô nhiễm tại bề mặt.

“Chúng tôi từng nghĩ rãnh đại dương sâu thẳm là một nơi xa xôi và hoang sơ, an toàn trước tác động của con người, nhưng nghiên cứu của chúng tôi đã chứng minh điều ngược lại”, Alan Jamieson, giảng viên cao cấp về sinh thái biển tại Đại học Newcastle, cho biết.