Đĩa Secchi: từ chiếc đĩa ăn đến thước đo độ trong của biển

Khi sương mù che khuất đường chân trời, một số thủy thủ thế kỷ XVII và XVIII từng thả chiếc đĩa ăn màu trắng xuống biển rồi ghi lại độ sâu nơi nó biến mất. Họ không nhìn chiếc đĩa để biết phương hướng trực tiếp. Thay vào đó, độ sâu nhìn thấy được giúp họ nhận ra nước đang trong hay đục; sự thay đổi này, khi đối chiếu với hiểu biết về từng vùng biển, có thể cung cấp một dấu hiệu thô sơ về vị trí con tàu. Mẹo hàng hải ấy về sau được chuẩn hóa thành đĩa Secchi, một dụng cụ đơn giản vẫn hữu ích trong quan trắc môi trường. [1]

Chiếc đĩa biến mất nói lên điều gì?

Cách làm ban đầu không đòi hỏi thiết bị chuyên dụng. Thủy thủ đặt một chiếc đĩa ăn, hoặc vật sáng màu, đủ nặng và dễ nhìn, vào lưới rồi từ từ hạ xuống nước. Ánh sáng phản xạ từ vật yếu dần theo độ sâu. Khi người quan sát không còn phân biệt được nó với vùng nước xung quanh, họ ghi lại độ sâu ấy. Vật còn thấy được ở sâu hơn nghĩa là nước trong hơn trong điều kiện quan sát đó; nó biến mất sớm hơn nghĩa là nước đục hơn. [1]

Con số thu được không phải độ sâu của đáy biển và cũng không xác định một chất cụ thể đang có trong nước. Nó là khoảng cách nhìn thấy theo phương pháp đã chọn, chịu ảnh hưởng của mức độ ánh sáng bị hấp thụ và phân tán trong nước. Vì thế, thao tác quan trọng nhất không nằm ở bản thân chiếc đĩa mà ở việc dùng cùng một dấu hiệu kết thúc: thời điểm vật vừa khuất khỏi tầm mắt. [1]

Độ đục có thể hỗ trợ định hướng ra sao?

Nước biển không có độ trong giống nhau ở mọi nơi. Trước radar, sonar và các phương tiện lập bản đồ hiện đại, thủy thủ có thể tận dụng sự khác biệt ấy như một dấu hiệu phụ. Chẳng hạn, các phép đo độ đục được dùng để theo dõi xem tàu có còn ở trong những dòng nước trong quanh biển Sargasso hay không. Khi tìm chỗ cập bờ trong sương mù, sự thay đổi độ trong cũng có thể cảnh báo con tàu đang tiến gần vùng nước quanh một bãi đá ngầm. [1]

Cách định hướng này chỉ có ý nghĩa khi thủy thủ đã biết đặc điểm tương đối của vùng biển và có điểm quen thuộc để so sánh. Một lần nhìn thấy đĩa ở độ sâu nào đó không tự tạo ra tọa độ. Có thể hình dung nó giống như nhận ra một khu phố nhờ tiếng ồn tăng hoặc giảm: dấu hiệu giúp củng cố phán đoán về vị trí, nhưng không thay thế bản đồ hay phép xác định phương hướng.

Secchi đã chuẩn hóa mẹo của thủy thủ như thế nào?

Năm 1865, Giáo hoàng Pius IX giao cho Alessandro Cialdi, chỉ huy hải quân của Giáo hoàng, tìm một cách đo độ trong của Địa Trung Hải đáng tin cậy và nhất quán hơn. Mục đích chính xác của yêu cầu này đã gây tranh luận ngay vào thời đó: có cách giải thích liên quan đến ô nhiễm, cách khác nhắc đến hải đồ, và cũng có ý kiến cho rằng ông muốn ghi nhận vẻ trong xanh của biển. Cialdi hợp tác với Pietro Angelo Secchi, nhà thiên văn làm việc cho Vatican, để thử nghiệm phương pháp. [1]

Sau khi thử nhiều hình dạng, kích thước và màu sắc, họ vẫn đi đến một thiết kế gần với chiếc đĩa ăn quen thuộc: đĩa trắng đường kính khoảng 30 cm, có vật nặng và được hạ bằng dây. Độ sâu nơi đĩa biến mất được dùng để biểu thị độ trong. Bước tiến quan trọng là cố định đặc điểm của dụng cụ và lặp phép đo tại cùng địa điểm dưới những điều kiện, mùa khác nhau. Nhờ vậy, kết quả có thể được so sánh thay vì chỉ dựa vào cảm nhận nhất thời của từng thủy thủ. [1]

Vì sao dụng cụ đơn giản vẫn có giá trị khoa học?

Đĩa Secchi không phân tích thành phần hóa học và cũng không nhận diện trực tiếp từng hạt lơ lửng. Giá trị của nó nằm ở chỗ biến một quan sát bằng mắt thành phép đo có quy trình: dùng một vật chuẩn, hạ theo cùng cách và ghi độ sâu biến mất. Thiết bị rẻ, dễ chế tạo và có thể được sử dụng nhiều lần tại ao, hồ, sông hoặc biển. Khi phương pháp được giữ nhất quán, chuỗi kết quả cho thấy độ trong thay đổi giữa các địa điểm hoặc theo thời gian. [1]

Năm 1899, George Whipple điều chỉnh thiết kế bằng cách thêm các phần tư màu đen; kiểu đĩa đen trắng này về sau trở nên phổ biến. Mảng màu tương phản giúp người quan sát nhận biết chiếc đĩa khi nó mờ dần trong nước. Dù hình thức thay đổi, nguyên tắc vẫn giữ nguyên: đo giới hạn mà mắt còn phân biệt được một mục tiêu chuẩn, thay vì cố mô tả nước bằng những từ chủ quan như “hơi đục” hoặc “khá trong”. [1]

Từ dấu hiệu hàng hải đến chỉ báo môi trường

Độ đục có thể liên quan đến nhiều vật chất lơ lửng. Trong môi trường biển, một yếu tố đáng chú ý là thực vật phù du, những sinh vật giữ vị trí đầu tiên trong chuỗi thức ăn biển. Mật độ thực vật phù du cao hơn có thể làm nước mờ hơn, nên phép đo bằng đĩa Secchi cung cấp một chỉ báo nhanh về độ trong và gián tiếp phản ánh sự thay đổi có thể liên quan đến chúng. Tuy nhiên, chiếc đĩa chỉ ghi nhận hiệu ứng nhìn thấy; riêng kết quả ấy không cho biết chắc nguyên nhân gây đục là gì. [1]

Sự thuận tiện của phương pháp còn cho phép người không làm việc trong phòng thí nghiệm tham gia thu thập dữ liệu. Năm 2013, nhà sinh vật biển độc lập Richard Kirby khởi động một chương trình mời thủy thủ dùng đĩa tự làm, đo độ trong rồi gửi kết quả vào cơ sở dữ liệu trực tuyến phục vụ nghiên cứu độ trong của đại dương và tác động của biến đổi khí hậu. Việc một chiếc đĩa có thể tham gia vào mạng lưới quan sát rộng cho thấy lợi thế riêng của dụng cụ đơn giản: dễ lặp lại ở nhiều nơi mà không cần hệ thống máy móc phức tạp. [1]

Đĩa Secchi vì thế không tồn tại bất chấp sự đơn giản, mà phần nào chính nhờ sự đơn giản ấy. Nó không trả lời mọi câu hỏi về nước, nhưng cung cấp một phép quan sát rõ ràng để phát hiện biến đổi và xác định nơi cần khảo sát kỹ hơn. Chiếc đĩa ăn từng giúp thủy thủ đọc dấu hiệu của biển nay cho phép con người nhìn cùng mặt nước theo một cách có thể ghi chép, so sánh và nối tiếp qua thời gian. [1]