Rãnh Mariana - Vực thẳm sâu nhất thế giới

Ánh sáng Mặt Trời đã không chạm tới đáy vực này suốt hàng tỷ năm. Nhiệt độ nước có nơi xuống dưới mức đóng băng, trong khi ở nơi khác lại tồn tại các miệng phun thủy nhiệt nóng bỏng. Áp suất khổng lồ có thể nghiền nát sinh vật, còn địa hình thường được mô tả giống như bề mặt Mặt Trăng. Ở độ sâu hơn 11.000 mét dưới mực nước biển tồn tại một thế giới dưới đại dương đầy bí ẩn, đồng thời mở ra vô số khả năng nghiên cứu cho giới khoa học. Đó là câu chuyện về rãnh Mariana - nơi sâu nhất trên Trái Đất.

Độ sâu của rãnh Mariana khiến nơi đây trở thành một trong những môi trường khắc nghiệt và nguy hiểm nhất hành tinh. Bóng tối bao trùm vĩnh viễn, nhiệt độ nước xuống dưới 0 độ C và áp suất nước tăng lên khoảng 12.400 tấn trên mỗi mét vuông theo độ sâu. Chính áp suất cực lớn này khiến sự sống theo định nghĩa của con người trở nên gần như bất khả thi. Chỉ trong tích tắc, mọi khoang chứa không khí trong cơ thể người sẽ bị ép sụp. Phổi chứa đầy không khí sẽ co sập và xương có thể bị nghiền nát.

Rãnh Mariana là vị trí sâu nhất trong lớp vỏ Trái Đất. Tiến sĩ Ram Karan, cựu cộng sự của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA), hiện làm việc với Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah tại Saudi Arabia trong lĩnh vực enzyme học, đưa ra một phép so sánh để hình dung độ sâu khổng lồ của khu vực này:

“Điều thú vị là nếu đặt đỉnh Everest xuống đáy rãnh Mariana, phần đỉnh núi vẫn sẽ còn nằm thấp hơn mực nước biển khoảng 2.133 mét”, ông Karan nói.

Rãnh Mariana được hình thành từ sự va chạm giữa hai mảng kiến tạo là mảng Thái Bình Dương và mảng Mariana. Một mảng bị ép chui xuống dưới mảng còn lại, khi lớp vỏ đại dương già hơn và nặng hơn trượt sâu vào lớp phủ Trái Đất.

Ngày 23/1/1960 đánh dấu lần đầu tiên con người thực hiện chuyến lặn có người lái xuống đáy vực bí ẩn này. Tàu lặn Trieste, do nhà hải dương học Jacques Piccard và Trung úy John Walsh thuộc Hải quân Mỹ điều khiển, đã mở ra cánh cửa tới thế giới sâu thẳm dưới đáy đại dương. Tại đây, họ chứng kiến những dạngsống mà vào thời điểm đó bị xem là gần như chỉ có thể tồn tại ngoài hành tinh.

Câu hỏi lớn nhất mà hai nhà thám hiểm muốn tìm lời giải là liệu có sự sống nào tồn tại được trong điều kiện khắc nghiệt đến như vậy hay không. Sau hành trình lặn kéo dài 4 giờ 47 phút, khi tàu Trieste chạm đáy vực sâu, Piccard bất ngờ nhìn thấy một sinh vật bên ngoài cửa sổ quan sát. Ông lập tức gọi Walsh và nói rằng mình vừa thấy một con cá. Chỉ vài giây sau khi Walsh xác nhận đó là loài cá thân dẹt, lớp bùn dưới đáy biển bị khuấy lên đã che khuất toàn bộ tầm nhìn, khiến họ không thể chụp lại hình ảnh.

Trong nhiều năm sau đó, giới sinh vật học biển bác bỏ tuyên bố này, cho rằng không thể tồn tại loài cá nào dưới áp suất khủng khiếp như vậy. Tuy nhiên, Piccard và Walsh vẫn kiên định với điều họ chứng kiến.

Sự sống “ngoài hành tinh” dưới đáy đại dương

Câu hỏi về sự tồn tại của sinh vật sống ở độ sâu hơn 11.000 métcuối cùng đã được giải đáp trong các sứ mệnh nghiên cứu sau này. Theo Tiến sĩKaran, đến nay con người vẫn biết rất ít về các sinh vật sinh sống tại rãnh Mariana. Tuy nhiên, bất chấp bóng tối hoàn toàn, môi trường axit và nhiệt độ đóng băng, hơn 200 loài vi sinh vật và sinh vật nhỏ đã được ghi nhận tồn tại tại đây. Các sinh vật được phát hiện ở rãnh Mariana gồm vi khuẩn, giáp xác, hải sâm, bạch tuộc và nhiều loài cá. Năm 2014, loài cá sống sâu nhất từng được biết đến - cá ốc Mariana được phát hiện ở độ sâu khoảng 8.000 m gần đảo Guam.

Câu hỏi từng khiến giới sinh vật học tranh luận sau chuyến thám hiểm của Piccard và Walsh vẫn còn nguyên giá trị: Làm thế nào cá có thể tồn tại dưới áp suất khổng lồ như vậy, trong nhiệt độ đóng băng và hoàn toàn không có ánh sáng?

Tiến sĩ Karan giải thích rằng áp suất ở độ sâu này quá lớn khiến canxi khó tồn tại ổn định - điều vốn có thể làm tan rã bộ xương của động vật có xương sống. Tuy nhiên, các loài cá ở rãnh Mariana đã tiến hóa những cơ chế thích nghi đặc biệt.

“Những loài cá sống gần mặt nước thường có bong bóng khí chứa không khí để giúp chúng nổi lên hoặc chìm xuống. Nhưng cá sống ở biển sâu đã loại bỏ cơ quan này để tránh bị ép nổ dưới áp suất cực lớn”, ông cho biết.

Ngoài ra, sinh vật dưới đáy biển sâu còn sở hữu nhiều đặc điểm thích nghi khác như cơ thể cấu tạo chủ yếu bằng sụn thay vì xương cứng, hộp sọ có nhiều khoảng rỗng, thậm chí cả sự tiến hóa ở cấp độ gen. Để các protein trong cơ thể vẫn có thể hoạt động ổn định dưới áp suất cực cao, sinh vật dưới biển sâu cần một hợp chất đặc biệt mang tên trimethylamine oxide (TMAO). Đáng chú ý, gien tạo ra chất này ở cá ốc Mariana không chỉ có một mà tới năm bản sao. Bên cạnh đó, màng tế bào của chúng còn chứa các chất béo tương tự dầu thực vật, giúp ngăn hiện tượng đông cứng trong môi trường nhiệt độ cực thấp dưới đáy đại dương.

Các sinh vật ở biển sâu cũng đã tìm ra những cách thích nghi khác để tồn tại mà không cần ánh sáng Mặt Trời - vốn là nguồn năng lượng và ánh sáng chủ yếu đối với phần lớn sự sống trên Trái Đất. Một số loài phát triển thị giác cực kỳ nhạy bén, trong khi nhiều loài khác gần như từ bỏ khả năng nhìn và thay vào đó dựa vào xúc giác cùng rung động để cảm nhận môi trường xung quanh.

Nhiều sinh vật phát quang sinh học có khả năng tự tạo ra ánh sáng nhằm thu hút bạn tình hoặc đánh lạc hướng con mồi. Để bù đắp cho việc không thể quang hợp, hệ sinh thái dưới biển sâu dựa vào quá trình tổng hợp hóa học do vi khuẩn thực hiện - chuyển đổi các hợp chất vô cơ thành chất hữu cơ. Xác cá chìm xuống đáy biển hay thậm chí các thân gỗ trôi dạt từ mặt nước xuống vực sâu cũng trở thành nguồn thức ăn quan trọng đối với sinh vật nơi đây.

Giải mã bí ẩn đại dương

Tiến sĩ Karan nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tiếp tục nghiên cứu những vùng biển sâu tối tăm nhất hành tinh: “Giải mã bí ẩn của đại dương tối tăm không chỉ mở ra các nguồn dược phẩm, thực phẩm và năng lượng hiệu quả hơn, mà còn góp phần giúp con người phòng tránh những thảm họa như sóng thần hay động đất thông qua khả năng phát hiện sớm”.Theo ông, một trong những mảnh ghéplớn nhất mà việc nghiên cứu biển sâu có thể giúp giải đáp chính là quá trình biến đổi môi trường của Trái Đất.

Sự tồn tại của sinh vật trong những điều kiện cực hạn như áp suất khổng lồ, nhiệt độ đóng băng và bóng tối tuyệt đối có thể giúp con người hiểu rõ hơn về tiến trình tiến hóa dẫn tới sự sống như hiện nay. Các nhà khoa học cũng đã phát hiện nhiều vi sinh vật có tiềm năng trở thành nguồn phát triển thuốc kháng sinh và thuốc điều trị ung thư trong tương lai. Tuy nhiên, điều đáng buồn là con người cũng đang mang ô nhiễm tới cả những khu vực nguyên sơ nhất dưới đáy đại dương.

Một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Ecology and Evolution cho thấy mức độ ô nhiễm tại rãnh Mariana thậm chí còn cao hơn nhiều khu vực công nghiệp hóa mạnh ở gần đó. Kết quả nghiên cứu cho thấy ô nhiễm từ hoạt động của con người đã tích tụ sinh học theo thời gian và lan tới cả nơi sâu nhất hành tinh.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện lon nhựa, dụng cụ ăn dùng một lần và túi nylon dưới đáy rãnh Mariana. Đáng lo ngại hơn, một nghiên cứu đăng trên tạp chí của Hiệp hội Hoàng gia Anh còn ghi nhận sự hiện diện của vi nhựa trong cơ thể các loài amphipod thuộc bộ giáp xác sống dưới đáy vực sâu.

“Việc phát hiện mức độ ô nhiễm nghiêm trọng đến như vậy tại nơi sâu nhất hành tinh cho thấy tác động lâu dài và sự tàn phá mà con người đang gây ra đối với Trái Đất”, Tiến sĩ Ram Karan cho hay.

Một nghiên cứu gần đây của Đại học Michigan (Mỹ) cho thấy xác cá chìm từ các vùng nước gần mặt biển đang mang theo thủy ngân độc hại xuống rãnh Mariana. Việc phát hiện loại độc tố thần kinh này ở độ sâu hơn 11.000 mét cho thấy một xu hướng ô nhiễm đáng báo động. Theo các nhà khoa học, để thủy ngân có thể di chuyển tới đáy vực sâu như Mariana là một hành trình cực kỳ dài và phức tạp.

“Các nghiên cứu cho thấy nhà máy nhiệt điện than, nhà máy xi măng, lò đốt rác, hoạt động khai khoáng và nhiều ngành công nghiệp khác đang phát thải độc tố vào khí quyển. Sau đó, thủy ngân theo mưa, bụi và dòng chảy từ sông, đi ra biển”, Tiến sĩ Karan giải thích.

Điều đáng lo ngại hơn xảy ra sau đó khi các vi sinh vật trong môi trường biển sẽ chuyển hóa thủy ngân thành methylmercury - một dạng cực độc có khả năng tích tụ sinh học trong cơ thể cá. Loại độc tố này có thể gây tổn thương hệ thần kinh, hệ miễn dịch và hệ tiêu hóa của con người cũng như động vật tiêu thụ hải sản bị nhiễm độc. Hiện phần lớn rãnh Mariana đã được Mỹ bảo vệ trong khuôn khổ Khu bảo tồn biển quốc gia rãnh Mariana.

Dù phần lớn con người khó có thể lặn sâu quá 30 métdưới mặt nước biển, các phương tiện lặn có người lái hiện vẫn được sử dụng để đưa các nhà khoa học xuống nghiên cứu tại những vùng biển sâu nhất thế giới.