Hồ nước này tên gì và nằm ở đâu trên thế giới?
Đó là hồ Kivu ở châu Phi.
Hồ Kivu, nằm giữa biên giới Rwanda và Cộng hòa Dân chủ Congo (Trung châu Phi), mang đến một cảnh quan đẹp lạ thường, được bao quanh bởi những ngọn núi lửa cao chót vót và những sườn núi xanh tươi tốt với những đồn điền trồng chè, cà phê và chuối.
Nhưng sâu bên dưới mặt hồ ẩn chứa một mối đe dọa đáng sợ: Nước bão hòa khí mêtan (CH4), carbon dioxide (CO2) và hydro sulfide (H2S). Nếu được giải phóng, sự kết hợp độc hại này có thể cướp đi sinh mạng của hơn hàng triệu người sống dọc theo bờ hồ, tạp chí Time bình luận.
Hiện tại, nước đầy khí bị giữ lại bên dưới một lớp muối nặng khiến nó không thể trồi lên bề mặt. Nhưng rào cản đó có thể dễ dàng bị phá vỡ bởi một trận động đất, một vụ phun trào núi lửa, hoặc thậm chí là áp suất ngày càng tăng của chính các chất khí. Hồ Kivu được ví như một ‘quả bom hẹn giờ’ khổng lồ.
Dẫu vậy, trong mắt các nhà khoa học và giới chuyên môn, hồ Kivu cũng ẩn chứa khả năng cung cấp năng lượng có giá trị cho người dân sinh sống vùng lân cận. Họ đã làm gì để biến hồ nước chết người này thành ‘mỏ năng lượng’ phục vụ con người?
Hãy cùng tìm hiểu!
Hồ Kivu là một trong những vùng nước kỳ lạ nhất châu Phi. Một tập hợp các đặc tính bất thường khiến nó trở thành một chủ đề hấp dẫn đối với các nhà khoa học, cũng như là một địa điểm nguy hiểm tiềm tàng và sự thịnh vượng cho hàng triệu người sống gần đó.
Kivu không giống như hầu hết các hồ sâu. Thông thường, khi nước ở bề mặt hồ được làm mát – ví dụ như nhiệt độ không khí mùa đông hoặc các con sông mang tuyết vào mùa xuân – thì nước lạnh, dày đặc sẽ chìm xuống và nước ấm hơn, ít đặc hơn dâng lên từ sâu hơn trong hồ. Quá trình này, được gọi là đối lưu, thường giữ cho bề mặt của các hồ sâu ấm hơn so với độ sâu của chúng.
Nhưng tại hồ Kivu, điều này (đối lưu) không diễn ra, khiến cho nó ẩn chứa những thứ bất ngờ và đáng ngạc nhiên nhất trong mắt các nhà khoa học.
Hồ Kivu được nhìn thấy ở Cộng hòa Dân chủ Congo, ảnh chụp ngày 25 tháng 11 năm 2016. (Nguồn: REUTERS / Therese Di Campo / File Photo)
Trải dài qua biên giới giữa Rwanda và Cộng hòa Dân chủ Congo, Kivu là một trong chuỗi các hồ nằm dọc theo Đới tách giãn Đông Phi (EAR), nơi lục địa châu Phi đang dần bị tách ra bởi các lực kiến tạo.
Kết quả là làm mỏng vỏ Trái Đất và kích hoạt hoạt động của núi lửa, tạo ra các suối nước nóng bên dưới Kivu, mang đến cho nó nguồn nước nóng, đầy khí carbon dioxide và mêtan sâu dưới đáy của hồ.
Các vi sinh vật sống sót được trong hồ Kivu sử dụng một số carbon dioxide, cũng như các chất hữu cơ chìm từ trên cao xuống, để tạo ra năng lượng, rồi lại tạo ra mêtan bổ sung như một sản phẩm phụ. Độ sâu lớn của Kivu – hơn 457 mét ở điểm sâu nhất của nó – tạo ra áp lực lớn đến mức các khí này vẫn bị hòa tan.
Hỗn hợp nước và khí hòa tan này đặc hơn nước, khiến hiện tượng đối lưu đã nêu ở trên không xảy ra. Nước sâu hơn cũng mặn hơn do phù sa đổ xuống từ các tầng trên của hồ và từ các khoáng chất trong các suối nước nóng, điều này càng làm tăng mật độ. Kết quả, theo nhà nghiên cứu hồ học Sergei Katsev của Đại học Minnesota Duluth (Mỹ) cho biết, Kivu là một hồ nước có nhiều lớp nước riêng biệt với mật độ khác nhau, giữa chúng chỉ có các lớp chuyển tiếp mỏng manh.
Thành phần độc đáo của hồ Kivu ở châu Phi ngăn cản sự pha trộn thường thấy ở các hồ sâu khác, dẫn đến sự phân tầng bất thường của nước. Có sự khác biệt mật độ rõ ràng giữa mỗi lớp. Sự chuyển đổi rõ nét giữa hai trong số những lớp đó được thể hiện ở đây, với phần nước thấp hơn, ấm hơn, mặn hơn bên dưới (màu đỏ) và phần nước mát hơn, trong lành hơn ở phía trên (màu xanh lam). Ranh giới giữa hai lớp chỉ dày vài cm. (Nguồn: KM)
Alfred Wüest, một nhà vật lý thủy sinh học tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Lausanne, giải thích thêm: “Các lớp nước của hồ Kivu có thể được phân tách gần như thành 2 vùng: Một vùng nước bề mặt ít đậm đặc hơn, ở độ sâu khoảng 61 mét – Và dưới đó là vùng nước mặn đậm đặc mà bản thân nó được phân tầng thêm. Dẫu vậy, vẫn có sự trộn lẫn trong mỗi lớp nước, nhưng chúng không tương tác với nhau. Chỉ nghĩ đến việc toàn bộ khối nước nằm ở hồ Kivu hàng nghìn năm mà không làm gì cả đã thấy được sự khác biệt của Kivu rồi”.
Hồ Kivu không chỉ là một địa điểm kỳ lạ thu hút giới khoa học. Sự phân tầng bất thường của nó và việc carbon dioxide, mêtan, H2S bị mắc kẹt trong các lớp sâu hơn của hồ khiến các nhà nghiên cứu lo ngại rằng Kivu có thể là một thảm họa đang chực chờ xảy ra.
Cách Kivu khoảng 2.253km về phía tây bắc, có một hồ miệng núi lửa ở Cameroon được gọi là hồ Nyos cũng tích tụ và giữ lại một lượng lớn khí hòa tan – trong trường hợp này là carbon dioxide – từ một lỗ thông hơi núi lửa dưới đáy hồ.
Vào ngày 21 tháng 8 năm 1986, khả năng gây chết người của bể chứa khí đó đã được chứng minh một cách khủng khiếp. Có thể do sạt lở đất, mà một lượng lớn nước đột ngột bị dịch chuyển, khiến khí CO2 hòa tan nhanh chóng hòa trộn với các lớp trên của hồ và giải phóng ‘quả bom khí’ vào không trung. Kết quả, một đám mây khí lớn chết người làm ngạt thở khoảng 1.800 người sinh sống ở các ngôi làng gần đó.
Hồ miệng núi lửa ở Cameroon được gọi là hồ Nyos. (Ảnh: United States Geological Survey)
Những sự kiện như thế này được gọi là phun trào limnic (hay phun trào CO2), và các nhà khoa học lo ngại rằng hồ Kivu có thể đã chín muồi cho một sự kiện tương tự, thậm chí còn nguy hiểm hơn.
Bởi hồ Nyos là một hồ tương đối nhỏ, chỉ dài hơn 1,6 km, rộng dưới 1,6 km và sâu chưa đầy 213 mét. Trong khi đó, hồ Kivu dài 86 km, ngang 48 km.
Vì kích thước của nó, tại hồ Kivu có khả năng xảy ra một vụ phun trào limnic lớn, thảm khốc, nơi nhiều km khối khí sẽ được giải phóng lên không trung.
Có khoảng 14.000 người sống gần hồ Nyos vào thời điểm vụ phun trào CO2 xảy ra; Hơn 2 triệu người sống ở vùng lân cận của hồ Kivu ngày nay, bao gồm khoảng 1 triệu cư dân của thành phố Bukavu, thuộc Cộng hòa Dân chủ Congo. Nếu Kivu trải qua một vụ phun trào CO2, nhà nghiên cứu Sally MacIntyre của Đại học California, Santa Barbara (Mỹ) nói: “Sự kiện đó sẽ rất thảm khốc!”.
Đây không chỉ là một mối quan tâm mang tính lý thuyết. Các nhà khoa học đã tìm thấy những gì có thể là bằng chứng của ít nhất một vụ phun trào CO2 trước đây tại hồ Kivu, có khả năng xảy ra từ 3.500 đến 5.000 năm trước, và có thể là một số vụ phun trào gần đây hơn nữa. Các lõi trầm tích được lấy từ đáy hồ Kivu đã để lộ ra các đặc điểm được gọi là các lớp màu nâu không giống với các lớp trầm tích xung quanh.
Nhà nghiên cứu hồ học Sergei Katsev nói rằng những dải trầm tích này là “những lớp rất khác thường, giàu chất hữu cơ”, có thể là kết quả của các vụ phun trào CO2 trước đó của hồ.
Hình minh họa hồ Kivu xảy ra vụ nổ khí CH4. (Nguồn: Internet).
Theo các nhà khoa học, các vụ phun trào CO2 có thể xảy ra vì hai lý do. Nếu nước trở nên bão hòa hoàn toàn với các khí hòa tan, bất kỳ carbon dioxide hoặc khí metan bổ sung nào được bơm vào hồ sẽ nổi lên và được giải phóng vào không khí.
Vụ phun trào cũng có thể được gây ra khi một thứ gì đó ép lớp nước sâu cùng với các khí hòa tan của nó trộn với các lớp bên trên, làm giảm áp lực lên các khí và cho phép chúng nhanh chóng thoát ra khỏi dung dịch và thoát ra ngoài, tương tự như tác động của việc lắc một lon nước ngọt rồi sau đó mở nó.
Chưa hết, hồ Kivu nằm trong một khu vực hoạt động địa chấn, vì vậy một trận động đất có thể tạo ra sóng trong hồ sẽ trộn các lớp nước đủ để giải phóng các khí bị mắc kẹt.
Khí hậu cũng là một thủ phạm tiềm năng. Ít nhất một vụ phun trào trong quá khứ được phát hiện trong hồ sơ trầm tích của hồ Kivu là do hạn hán đã làm bốc hơi đủ nước từ đỉnh hồ để giảm áp suất ở các tầng thấp hơn và giải phóng các khí hòa tan. Mực nước hạ thấp trong thời kỳ khô hạn cũng có thể khiến Kivu dễ bị ảnh hưởng bởi các trận mưa đặc biệt lớn. Chúng có thể xả đủ lượng trầm tích tích tụ từ hàng chục dòng chảy vào hồ để làm cho các lớp trộn lẫn vào nhau.
Sally MacIntyre nhận định, khả năng xảy ra một chuỗi các sự kiện như vậy có thể tăng lên khi hành tinh nóng lên. Biến đổi khí hậu sẽ mang lại nhiều mưa hơn cho Đông Phi, và “nó sẽ xuất hiện dưới dạng các trận mưa cực đoan hơn với các khoảng thời gian hạn hán lớn hơn”.
Một nguyên nhân khác có thể xảy ra là hoạt động núi lửa dưới hồ Kivu hoặc từ các núi lửa xung quanh, nhưng các nhà khoa học cho rằng nguy cơ của điều đó là thấp. Một vụ phun trào năm 2002 của Núi Nyiragongo gần đó đã không mang lại đủ vật liệu để phá vỡ các lớp dưới cùng của Kivu . Và các nghiên cứu mô hình đã chỉ ra rằng núi lửa bên dưới hồ cũng sẽ không gây ra sự gián đoạn đủ lớn, Sally MacIntyre nói.
Dù thủ phạm là gì, hậu quả cũng sẽ giống nhau: Các khí tích tụ được giải phóng khỏi trạng thái hòa tan của chúng, tạo ra những đám mây dày đặc carbon dioxide và mêtan, có thể thay thế oxy và làm ngạt thở cả người và động vật sinh sống vùng lân cận. Và nếu lượng khí mêtan đủ lớn được thải vào không khí tại Kivu, sẽ có thêm nguy cơ nó có thể bốc cháy .
Sergei Katsev nói rằng hồ Kivu được theo dõi thường xuyên để tìm các dấu hiệu tăng nồng độ khí, do đó, một đợt nước dâng đột ngột “sẽ không làm chúng ta ngạc nhiên”. Hơn một chục trạm địa chấn cũng đo hoạt động gần hồ theo thời gian thực.
Vào năm 2001, một nỗ lực đã bắt đầu nhằm giảm thiểu nguy cơ xảy ra một thảm họa khác tại hồ Nyos bằng cách hút nước từ đáy hồ qua một đường ống lên bề mặt, nơi khí carbon dioxide được thải vào không khí với tốc độ an toàn. Những nỗ lực tương tự cũng đang được tiến hành tại hồ Kivu.
Khi nồng độ khí tăng lên ở độ sâu của Kivu, rủi ro cũng tăng theo.
Nhà vật lý thủy sinh học tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Alfred Wüest và các đồng nghiệp nhận thấy rằng từ năm 1974 đến năm 2004, nồng độ carbon dioxide đã tăng 10%, nhưng mối quan tâm lớn hơn ở hồ Kivu là nồng độ mêtan, tăng 15 đến 20% trong cùng thời kỳ.
Tuy nhiên, có thể có một cách để biến mối nguy hiểm tại hồ Kivu thành “phần thưởng”. Cùng một loại khí đốt – có thể gây ra một thảm họa thiên nhiên chết người – cũng có tiềm năng như một nguồn năng lượng tái tạo cho khu vực.
Đối với chính phủ Rwanda, vùng nước giàu mêtan không chỉ là mối đe dọa cần giảm thiểu mà còn là cơ hội. Quốc gia này, giống như phần lớn châu Phi, thiếu điện để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của dân số. Khai thác ước tính 60 tỷ mét khối khí mêtan ở độ sâu của hồ có thể cung cấp năng lượng cho đất nước với tốc độ hiện tại trong 400 năm – một triển vọng có thể thay đổi ở một quốc gia có ít lựa chọn thay thế cho việc nhập khẩu nhiên liệu diesel đắt đỏ.
Năm 2008, Rwanda khởi động chương trình thí điểm lấy khí mêtan từ hồ Kivu để đốt làm khí đốt tự nhiên. Và vào năm 2019, Rwanda đã ký hợp đồng xuất khẩu khí mêtan đóng chai .
Chưa hết, khi dự án có tên KivuWatt ‘bật công tắc’ vào ngày 31 tháng 12 năm 2015, nó đã vượt quá mong đợi, tạo ra năng lượng vượt quá 25 megawatt theo kế hoạch từ ngày đầu tiên.
Nhà máy điện KivuWatt mới – khai thác khí mêtan bị mắc kẹt sâu trong hồ Kivu – được xây dựng bởi công ty năng lượng ContourGlobal của Mỹ. (Nguồn: Werner Krug / ContourGlobal)
Clare Akamanzi, Giám đốc điều hành của Ban phát triển Rwanda, nói với Reuters năm 2019 rằng khí mêtan đóng chai sẽ giúp cắt giảm sự phụ thuộc của địa phương vào gỗ và than củi, những loại nhiên liệu mà hầu hết các hộ gia đình và nhà máy sản xuất chè sử dụng ở quốc gia Đông Phi với hàng chục triệu dân này.
Khí mêtan được chiết xuất để sử dụng làm nhiên liệu, và khí CO2 được bơm ngược xuống đáy hồ. Sergei Katsev nói: “Họ lấy khí này, vận chuyển qua đường ống trên bờ và đốt nó theo cách bạn đốt nhiên liệu hóa thạch để tạo ra điện”.
Việc thu hoạch này có thể giúp giảm thiểu rủi ro do khí tích tụ trong hồ, mặc dù nó sẽ không được loại bỏ hoàn toàn được. Tuy nhiên, đối với một cái hồ với nhiều nguy hiểm rình rập bên dưới, bất cứ nỗ lực nào cũng có ích và được ghi nhận.
Một khi KivuWatt tạo ra công suất 100 megawatt, nó đã tạo ra sự khác biệt đáng kể cho Rwanda, một quốc gia đang phát triển đang hướng tới mục tiêu tiếp cận điện năng toàn dân.
