Năm 1960, tàu Trieste dùng phao chứa xăng đưa hai người xuống đáy rãnh Mariana

Ngày 23 tháng 1 năm 1960, khi chiếc tàu lặn Trieste vừa vượt qua độ sâu 9.000 mét dưới lòng biển, một tấm Plexiglas ở phía ngoài bất ngờ nứt toác khiến cả con tàu rung chuyển dữ dội. Bên trong khoang cầu chật hẹp, nhà hải dương học người Thụy Sĩ Jacques Piccard cùng trung úy Hải quân Mỹ Don Walsh lập tức cảm nhận được chấn động nguy hiểm giữa bóng tối của vực thẳm đại dương. [1]

Trước đó, hành trình rơi tự do đã được hai người kiểm soát chặt chẽ; ngay khi chạm tới độ sâu 27.000 feet, hai ông đã chủ động giảm tốc độ lặn từ ba feet mỗi giây xuống chỉ còn một nửa. Đích đến của họ là Challenger Deep, điểm sâu nhất từng được biết đến của vỏ Trái Đất. Tại đáy vực, thiết bị đo chuyên dụng trên tàu ban đầu ghi nhận độ sâu kỷ lục lên tới 11.521 mét, trước khi con số này được hiệu chỉnh lại thành 10.916 mét. [10][1]

Bằng cách nào một thiết bị cơ khí của năm 1960 có thể đưa hai con người vượt qua biến cố nghẹt thở ấy để chạm tới mốc 10.916 mét dưới đáy rãnh Mariana rồi an toàn trở về mặt biển? [1]

Chiếc khinh khí cầu chứa 83.000 lít xăng dưới đáy biển

Ý tưởng về một phương tiện tự do dưới đáy biển bắt đầu từ năm 1937, khi nhà vật lý kiêm người lái khí cầu Thụy Sĩ Auguste Piccard bắt tay vào nghiên cứu. Trước đó, thiết bị tiền nhiệm Bathysphere phải treo lơ lửng bằng sợi cáp nối với tàu mẹ, khiến chuyển động hoàn toàn bị phụ thuộc và không thể tự di chuyển. Auguste Piccard muốn phá vỡ giới hạn này để tạo ra một con tàu lặn nghiên cứu có thể tự lặn và cơ động độc lập mà không cần bất kỳ dây cáp buộc vào tàu hỗ trợ. Thiết kế do Thụy Sĩ phác thảo và Italy đảm nhận khâu chế tạo, đặt nền móng cho sự ra đời của Trieste. [3][7][1]

Chính kinh nghiệm nhiều năm bay khí cầu ở độ cao lớn đã giúp Auguste Piccard thiết kế nên phương tiện lặn sâu đặc biệt này. Về bản chất, Trieste hoạt động như một phiên bản khinh khí cầu dưới nước. Thay vì cần một túi khí nhẹ hơn không khí để bay lên trời, con tàu cần một phao nổi đủ sức mang toàn bộ hệ thống trở lại mặt biển, nơi con trai ông là Jacques Piccard sau này sẽ trực tiếp ngồi vào buồng lái. [7][1]

Nếu dùng khí nén thông thường ở đáy biển sâu, áp suất nước khổng lồ sẽ đòi hỏi vỏ bình chứa cực dày và nặng đến mức nhấn chìm con tàu. Auguste Piccard giải bài toán lực nổi bằng một chất lỏng: xăng. Trong thiết kế thời kỳ đầu của Trieste, chiếc phao bằng thép mỏng dài khoảng 60 feet chứa tới 22.000 gallon xăng. [1][8]

Xăng trong các két đảm nhận vai trò tạo sức nổi vì nó nổi trên nước, chỉ nặng khoảng hai phần ba so với nước biển và chỉ bị nén nhẹ dưới áp lực. Quan trọng hơn, nước biển được phép ra vào tự do ở đáy các két qua hệ thống van để cân bằng áp suất giữa bên trong và bên ngoài. Nhờ sự triệt tiêu chênh lệch áp lực này, phao chứa không bị bẹp rúm và có thể chế tạo từ lớp thép mỏng nhẹ. [1][8]

Quả cầu thép Krupp và chín tấn bi sắt giải cứu

Khoang cầu chứa hai người được gắn bên dưới thân tàu, tiếp cận qua một giếng đứng xuyên thân. Giếng dẫn này hoàn toàn không được điều áp và sẽ ngập đầy nước biển khi con tàu lặn xuống. Trong không gian chật hẹp đó, nguồn sống được duy trì bằng hệ thống thở tuần hoàn kín, liên tục cấp oxy từ các bình mang theo và hấp thụ carbon dioxide bằng vôi soda. [1]

Khoang cầu nguyên thủy gắn trên tàu do hãng Terni chế tạo, có đường kính 2,4 mét và phần thành dày 89 milimét. Đến tháng 12-1958, khoang cũ được thay thế bằng một khoang kiên cố hơn do hãng Krupp tại Essen, Đức, chế tạo từ ba phần rèn. Khoang mới nhỏ hơn với đường kính 2,16 mét, nhưng độ dày của lớp vỏ thép được nâng lên tới 127 milimét. Khối thép rèn dày dặn này nặng 14,25 tấn khi ở trên không khí và chìm trong nước với khối lượng tám tấn. [1]

Lớp thép Krupp được tính toán để chịu áp suất lên tới 1.250 kilôgam trên centimét vuông ở đáy Challenger Deep cùng một hệ số an toàn đáng kể. Cửa sổ nhìn ra vực thẳm của kíp lái là một ô quan sát làm từ một khối kính acrylic thuôn. Dưới sức ép nghiền nát ở độ sâu hàng nghìn mét, đây là vật liệu trong suốt duy nhất sẵn có vào thời điểm đó chịu đựng được áp lực ấy. [1]

Áp suất cực lớn dưới đáy biển cũng khiến các bình điều chỉnh lực nổi bằng khí nén thường thấy trên tàu ngầm hoàn toàn không khả thi. Thay vào đó, Trieste kiểm soát việc chìm nổi bằng cách xả dần các viên bi sắt để điều chỉnh sức nâng. Hai phễu hình nón đặt ở phía trước và phía sau khoang cầu chứa chín tấn bi sắt mỗi phễu, tạo thành tải dằn chín tấn bi sắt hỗ trợ con tàu lặn xuống đáy. Toàn bộ số bi sắt được giữ ở cổ phễu bằng lực hút của nam châm điện. Cơ chế an toàn này bảo đảm rằng nếu tàu bị mất điện hoàn toàn, nam châm sẽ nhả ra lập tức để chín tấn bi sắt tự rơi xuống đáy biển, giúp con tàu tự nổi lên mặt nước. [1][10]

Gần năm giờ rơi vào vực thẳm Challenger Deep

Sau các đợt sửa đổi phục vụ Project Nekton, con tàu Trieste đạt chiều dài hơn 15 mét. Ngày 5 tháng 10 năm 1959, con tàu rời San Diego trên tàu hàng Santa Maria để hướng đến đảo Guam. Tại vùng biển gần hòn đảo này, Hải quân Mỹ triển khai loạt chuyến lặn thử nghiệm mà mục tiêu cuối cùng là đưa người chạm tới đáy Challenger Deep. Vực thẳm này nằm ở phía tây Thái Bình Dương, tọa lạc ngay tại đầu phía nam của rãnh Mariana. [1][2]

Khu vực Challenger Deep gồm ba bồn trũng, mỗi bồn có chiều dài 6–10 kilômét, bề rộng hai kilômét và đạt độ sâu hơn 10.840 mét. Địa danh này gắn với lịch sử của các chuyến thám hiểm biển sâu. Tên gọi Challenger Deep được đặt theo hai tàu khảo sát Challenger và Challenger II gắn liền với các chuyến hải trình năm 1872–1876 và 1950–1952, hoặc theo mốc năm 1851 khi tàu Challenger II xác định điểm sâu nhất này. [2][10][1]

Vào ngày lặn lịch sử, mặt biển cuộn sóng với những đợt dâng cao từ 5 đến 6 feet. Ông Jacques Piccard và ông Don Walsh phải rời tàu hỗ trợ, trèo lên một chiếc bè cao su bập bềnh giữa sóng lớn để tiếp cận con tàu lặn. Hai két nước ở hai đầu thân tàu, vốn được bơm cạn trước đó để giữ tàu nổi khi kéo trên mặt biển, lúc này được làm ngập nước hoàn toàn để đưa phương tiện chìm dần xuống. Bên trong khoang hình cầu, máy móc và thiết bị chiếm diện tích lớn đến mức hai nhà thám hiểm hầu như chỉ có đủ chỗ để ngồi yên tại chỗ. [10][1]

Khối thép bắt đầu cuộc rơi tự do vào lòng rãnh sâu chưa có bản đồ. Hành trình hạ độ sâu xuống gần bảy dặm mất 4 giờ 47 phút hoặc 4 giờ 48 phút, với tốc độ chìm đều đặn 0,9 mét mỗi giây khi con tàu lao xuống đáy rãnh. [10][1]

Hai mươi phút ở nơi sâu nhất hành tinh và con cá bí ẩn

Sau nhiều giờ rơi vào lòng rãnh sâu, chiếc tàu lặn Trieste chạm đáy Challenger Deep, nơi Jacques Piccard và Don Walsh mô tả là một lớp bùn tảo cát. Bên ngoài lớp vỏ thép, nhiệt độ nước biển hạ xuống mức 37,4°F. Trong buồng lái chật hẹp, nhiệt độ không khí cũng giảm sâu chỉ còn 7°C. Hai người ngồi ăn thanh chocolate trong lúc răng va vào nhau lập cập vì khoang tàu buốt lạnh 45°F. Họ chỉ có đúng 20 phút nán lại ở điểm sâu nhất hành tinh. [2][10][1]

Ở độ sâu tối đa tưởng như cắt đứt hoàn toàn với thế giới, hai người bất ngờ liên lạc lại được với tàu hỗ trợ USS Wandank nhờ hệ thống thoại sonar và hydrophone. Giữa lòng vực thẳm và mặt biển là khoảng trễ của sóng âm: một lời nhắn gửi đi mất khoảng bảy giây để chạm tới tàu hỗ trợ, và câu trả lời từ mặt nước mất thêm bảy giây nữa để quay trở lại. [1]

Xuyên qua bóng tối vĩnh cửu, ánh sáng bên ngoài phát ra từ bóng đèn hồ quang thạch anh vốn chịu được áp lực nước mà không cần sửa đổi kỹ thuật. Cùng lúc đó, đèn hơi thủy ngân của tàu Trieste soi rọi một sinh vật nhỏ màu đỏ mang hình dáng giống loài tôm đang lướt qua. [1][10]

Cũng dưới luồng sáng nhân tạo ấy, Piccard và Walsh báo cáo đã nhìn thấy một số cá dẹt thuộc nhóm sole và flounder ngay dưới đáy rãnh. Trong lời kể được ghi nhận lại, một con cá xuất hiện với hình dáng giống loài sole, có chiều dài khoảng 30 centimét và rộng ngang chừng 15 centimét. Chứng kiến sinh vật kỳ lạ giữa nơi tưởng như không có sự sống, Piccard và Walsh chậm rãi bắt tay nhau trong khoang lái. [1][2]

Cú đáp của con tàu đã khuấy tung trầm tích đáy biển, tạo thành một đám mây bùn che kín hoàn toàn tầm nhìn suốt 20 phút họ ở lại đáy. Màn bụi nước mịt mù không kịp lắng xuống khiến hai nhà thám hiểm không thể chụp được bức ảnh nào về con cá để làm bằng chứng. [5]

Giải mã sinh học biển sâu và hành trình trồi lên mặt biển

Báo cáo về sinh vật tựa như cá dẹt mà hai nhà thám hiểm nhìn thấy dưới đáy vực thẳm về sau vấp phải nhiều nghi vấn và không được các chuyên gia gần đây công nhận là hợp lệ. Sau này, Don Walsh thừa nhận rằng quan sát ban đầu của họ có thể đã nhầm lẫn, bởi kiến thức sinh học của hai người khi ấy còn nhiều hạn chế. [1]

Các nghiên cứu sinh lý học hiện đại chỉ ra rằng giới hạn độ sâu lý thuyết của loài cá chỉ nằm trong khoảng 8.000 đến 8.500 mét, vì nếu chìm sâu hơn ngưỡng này, cơ thể chúng sẽ trở nên ưu thẩm thấu. Nhà sinh học chuyên nghiên cứu cá biển sâu Jeffrey Drazen nghi ngờ mạnh mẽ khả năng cá có thể tồn tại ở nơi sâu như Challenger Deep. Ông giải thích rằng chính các lý do sinh lý học khiến loài cá có lẽ không thể sống sót ở những vùng nước sâu hơn đáng kể so với mốc 8.000 mét. [1][5]

Bóng dáng dẹt lướt qua đáy biển năm ấy nhiều khả năng chỉ là một cá thể hải sâm, loài sinh vật đã được xác nhận hiện diện ở độ sâu từ 10.000 mét trở xuống và rất dễ bị nhìn nhầm thành cá dẹt. Những cuộc khảo sát sau này đã củng cố nhận định đó khi camera của tàu thăm dò Kaiko chạm tới đáy vực cũng chỉ ghi nhận được hải sâm, giun vảy và tôm. [1][2]

Trieste mất từ 3 giờ 15 phút đến 3 giờ 17 phút để trở lại mặt biển, khép lại toàn bộ chuyến lặn kỷ lục kéo dài tròn chín giờ. [10][1][4]

Khoảng trống nửa thế kỷ và chuyến trở lại của James Cameron

Thông cáo của Hải quân Mỹ vào ngày lặn nêu rõ mục đích của chuyến đi là chứng minh nước Mỹ có khả năng đưa người thám hiểm tới phần sâu nhất của đáy biển. Cùng với đó, các mục tiêu khoa học của dự án Nekton bao gồm đo độ xuyên sáng, tầm nhìn dưới nước, truyền âm nhân tạo và khảo sát địa chất rãnh. Dù vậy, theo Sylvia Earle, địa hình nơi tàu Trieste lặn xuống năm 1960 khi ấy chưa từng được biết đến và hoàn toàn chưa có bản đồ. Mỗi chuyến thám hiểm trở lại rãnh ngầm này luôn là một canh bạc lớn về tài chính, danh tiếng và sự an toàn của người lái. Do đó, chuyến đi của Trieste vẫn là chuyến lặn có người duy nhất tới Challenger Deep suốt hơn nửa thế kỷ, khi chỉ có hai phương tiện không người lái từng xuống được đáy là tàu Kaiko của Nhật Bản vào năm 1995 và tàu Nereus của Mỹ vào năm 2009. [10][9][5][7]

Khoảng trống kéo dài 52 năm chỉ thực sự khép lại vào tháng 3 năm 2012 với chuyến thám hiểm DEEPSEA CHALLENGE, khi người trở lại rãnh sâu đã có trong tay bản đồ độ phân giải cao nhờ những công nghệ chưa từng tồn tại nửa thế kỷ trước. Nhà phát minh và làm phim Canada James Cameron trở thành người đầu tiên lặn một mình tới đáy rãnh Mariana. Chiếc tàu DEEPSEA CHALLENGER được ông chế tạo tại Australia mà không công bố chi phí đóng tàu hay kinh phí thám hiểm. Khác với chiếc phao khổng lồ nằm ngang của thế hệ tiền bối, tàu của Cameron có thiết kế dựng đứng cao 7,3 mét, bên trong chỉ đủ chỗ chật hẹp cho một người. Nhằm phục vụ mục tiêu không chỉ lập kỷ lục mà còn mở rộng giới hạn kiến thức khoa học và kỹ thuật, Cameron trang bị cho phương tiện bộ lấy nước, bộ lấy trầm tích, súng hút động vật và tay máy robot. [9][7][5]

Trong hành trình đó, nhóm của Cameron dựa rất nhiều vào kinh nghiệm của Don Walsh, và người cựu thuyền trưởng năm xưa đã trở thành một thành viên quan trọng của dự án DEEPSEA CHALLENGE. Sau chuyến đi đơn độc của Cameron, cánh cửa xuống rãnh thẳm dần mở rộng hơn, nâng tổng số người từng chạm tới Challenger Deep lên 27 người tính đến tháng 7 năm 2022. Đứng trên boong tàu hỗ trợ năm 2012 để dõi theo con tàu dựng đứng lặn vào lòng biển, Don Walsh chứng kiến một thế hệ mới tiếp nối con đường mà chiếc phao chứa xăng Trieste từng mở ra. [7][2]

Nguồn

1. Trieste (bathyscaphe) (Wikipedia) (en.wikipedia.org, bách khoa)
2. Challenger Deep (Wikipedia) (en.wikipedia.org, bách khoa)
3. Bathyscaphe Trieste (web.archive.org, nguồn gốc)
4. Trieste (web.archive.org, nguồn gốc)
5. James Cameron heads into the abyss : Nature News & Comment (web.archive.org, nguồn gốc)
6. [2007.13409] Challenger Deep internal wave turbulence events (arxiv.org, nguồn gốc)
7. Bathyscaphe (education.nationalgeographic.org, bài viết)
8. Science: Voyage of the Trieste - TIME (web.archive.org, bài viết)
9. Oceans' deepest depth re-measured - BBC News (www.bbc.co.uk, bài viết)
10. Trieste (web.archive.org, bài viết)

Ảnh bìa: Unknown author Unknown author · Public domain · Wikimedia Commons. Bố cục và chữ do Trải Nghiệm Sống thực hiện.