Thuỷ quyển

Đ ỊA CHẤT THUỶ VĂN 407 - Tầng bán áp là trường hợp đặc biệt của tầng có áp, khi m ái và đáy tầng chứa nước là các lớp thấm nước yêu cho p hép vận đ ộn g thăng đứng. a) Tùy thuộc vào thành phần đất đá chứa nước, tủy thuộc vào độ h ổng hốc, có th ể phân biệt các loại tầng chứa nước: tầng chứa nước lỗ hổng, tầng chứa nước khe nứt và tầng chứa nước khe nứt-karst [H.2]. Tài liệu tham khảo Davis S.N., De YViest R.J.M, 1966. Hydrogeoỉogy. 2™* Edition. John Wiley & Sons. 463 pgs. N ew York, USA, Domenico p. A., Schwarz F. YV., 1997. Physical and Chemical Hydrogeology. 2nd Edition. Ịohn W iley ờ Sons. 528 pgs. New York, USA. Fetter c . w., 2001. Applied Hydrogeology. 4th Edition. Prentice Haỉỉ. 598 pgs. Nevv York, USA. Freeze R. A., Cherry J. A., 1979. Groundvvater. Prentice Haỉỉ. 604 pgs. Newjersey/ USA. López-Geta Juan Antonio, Fomés Juan Maria, Ramos Gerardo, Villarroya Fermin, 2006. Groundwater A natural under- ground resource. Authors: Legal deposit: M-8122-2006; NI- PO: 657-06-011-4. ISBN: 84-7840-618-2 Hiscock K.# 2005. Hydrogeology. Principles and practice. Blackivell Publishing. 389 pgs. Oxíord. UK. Price, Mv 1996. Introducing Groundvvater. 2nd Editìon. Chap- man & Hall. 278 pgs. London, ƯK. Thuỷ quyển Võ Công Nghiệp. Hội Địa chất Thủy văn Việt Nam. Giới thiệu Toàn bộ không gian chứa nước thiên nhiên trên hành tinh ở các trạng thái lòng, rắn, hơi - tạo thành thủy quyến trên Trái Đât. C húng chủ yếu chứa trong các đại dương, phẩn còn lại - trong thạch quyến, trong các khối băng tuyết ở hai địa cực và núi cao, trong sông h ổ lục địa, trong khí q uyến và cơ thê sinh vật. Ranh g ió i trên của thủy q uyển là b ể m ặt tiếp xúc giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu của khí quyển, ở đ ộ cao từ 8-1 Okm (ở vù n g cực) đến 16-18km (ở xích đạo) bên trên m ặt đất. Ranh giớ i dưới (độ sâu tổn tại nước thế lỏn g trong thạch quyển) chưa có ý kiến thống nhất, phần lớn các nhà khoa học quy ước là khoảng 12-16km (riêng ở nhữ n g vù n g hoạt động núi lửa đ ộ sâu đ ó chỉ vài trăm m ét dưới mặt đất, thậm chí còn nông hơn). M ột s ố ý kiến khác lại cho là ranh giới dưới của thủy q uyến phải đ ến độ sâu 30-40km - noi nhiệt đ ộ tới hạn đạt 374 ,2°c và áp suâ't 218,5atm, là nai toàn bộ nước biến thành hơi. Tổng lượng nước và sự phân bố của chúng trong thủy quyển Tổng lượng nước trong thủy quyển theo các tính toán khác nhau dao đ ộn g trong khoảng 1.300-1.500 triệu km3. Theo s ố liệu công b ố chính thức của ƯNEP năm 2002 là 1.368 triệu km 3, thường được làm tròn là 1,4 tỷ km3, bằng khoảng 0,023% khối lượng Trái Đất, phân bố khác nhau theo từng đối tượng [Bảng 1]. Tổng lượng nước nêu trên không bao hàm nước trong manti ờ trạng thái siêu tới hạn. Theo Derpgols V.F. (,4epnro;ibij B.0., 1979) thì lượng nước chứa trong man ti có thể đạt tới 20 tỷ km3, tức là gâ'p 14 lần lượng nước trong thủy quyển theo số liệu của UNEP. Bảng 1. Phân bố của nước trên Trái Đất. Thành phần Thẻ tích (1.000 km3) % trữ lưọng thế giói Thời gian lưu giữ trung bình Tổng số 1.386.000 100 2.800 năm Đại dương 1.338.000 96,5 3.000 đến30.000 năm Băng tuyết 24.364 1,76 1 đến 100.000 năm Nước mặn dưới đất 12.870 0,93 Vài ngày đến hàng nghìn năm Nước nhạt dưới đất 10.530 0,76 Vài ngày đến hàng nghìn năm Hồ nước nhạt 91 0,007 1 đến 500 năm Hồ nước mặn 85 0,006 1 đến 1.000 năm Hơi ẩm thổ nhưỡng 16,5 0,001 2 tuần đến 1 năm Nước trong khí quyển 12,9 0,001 1 tuần Nước đầm lầy 11,5 0,001 Vài tháng đến mấy năm Nước sông ngòi 2,12 0,0002 1 tuần đến 1 tháng Nước trong cơ thể sinh vật 1,12 0,0001 1 tuần 408 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT Gần đây tạp chí Nature (12/3/2014) cũng đăng tải công trình mới của nhà địa chất Canada Graham Pearson nghiên cứu v ề lượng nước trong manti, dựa trên kết quả phân tích m ột mẫu khoáng vật ringw oodit trong đá núi lửa nhặt được ở Brazil năm 2009. Ringvvoodit là biến thê đa hình của olivin, hình thành trong điểu kiện nhiệt độ và áp suất lớn, thường gặp trong thiên thạch và trong đới trung gian giữa manti dưới và manti trên của Trái Đâ't, ở độ sâu từ 410 đến 660km, có khả năng chứa tới 1,5% nước dưới dạng ion hydroxid. G. Pearson ước tính lượng nước tàng trữ trong đới này có thể tương đương tồng thể tích của tất cả các đại dương th ế giới. Tuy nhiên các nhà khoa học khác cho rằng sự tính toán trên chỉ dựa vào m ột mẫu vật quá bé nhỏ (5mm) và duy nhât nên không đủ tin cậy. N hư vậy vân đ ề nước trong manti đến nay vẫn còn bỏ ngỏ và giới khoa học công nhận tổng lượng nước của thủy quyển là "khoảng 1,4 tỷ km3". Nước trong biển và đại dương Từ Bảng 1 ta thấy phần lớn (96,5% thê tích) nước trong thủy quyến tập trung ở các đại dương và biển (tức 1,338 tỷ km3), phủ trên 70% diện tích toàn cầu (khoảng 361 triệu km2). Trong đó ở bán cẩu nam, nước chiếm trên 81% diện tích, còn đất nối 19% nên người ta còn gọi đó là "bán cẩu nước". N gược lại, ờ bán cẩu bắc, nước chi phủ 60,6%, còn đất nổi 39,4%, nên được gọi là "bán cẩu đất". Thái Bình Dương là đại dương lớn nhất, chiếm gần 50% diện tích và 52% thê tích đại dương th ế giới (tương ứng 178 triệu km2 và khoảng 710 triệu km3). Độ sâu trung bình các đại dương là 3.795m, độ sâu lớn nhât ỉà 11.034m (vực biến Mariana phía đông Philippin). Toàn bộ nước biển và đại dương là nước mặn với độ muối trung bình là 35g/l, cao nhất 44g/l ở Biển Đỏ, thấp nhất 2g/l ở biên Baltic. Nếu tính cả nước mặn trong các thủy vực nội địa (biển kín, hô' mặn, nước mặn dưới đất) thì toàn bộ nước mặn trong thủy quyển chiếm trên 97%. Phẩn nước nhạt (nước ngọt) chỉ còn chưa đẩy 3% (gồm khoảng 2,9% thể tích sông hổ, băng tuyết, nước ngầm nhạt); dưới 0,1% nước phân tán trong khí quyển và cơ thể sinh vật. Những số liệu đó cho thây tuy lượng nước trên hành tinh rất phong phú nhưng phẩn dùng được cho sinh hoạt và sản xuất rất ít, lại phân bố không đểu theo không gian và thời gian và ngày càng suy thoái do những tác động nhân sinh (bị ô nhiêm) nên nhân loại hiện đang đứng trước môi đe dọa "khát nước" ngay trong thế kỷ 21 này. Bảng tuyết Thành phần quan trọng thứ hai của thủy quyến là băng tuyết (nước ở thê rắn) phủ ở hai địa cực, ở những vùng đóng băng thường xuyên và ở những đinh núi cao trên lục địa tạo thành báng quyển (cryosphere). Tổng diện tích hiện tại của nhừng vùng băng tuyết là gần 15 triệu km2 (10% diện tích đất liền) và thể tích khoảng 25 triệu km 3 (1,74% thủy quyển), trong đó riêng băng Nam cực chiếm 90%, phần còn lại phân b ố ở Greenland (8%) và các nơi khác (2%). Bề dày lớn nhất của lớp băng ở N am cực khoảng 4.800m, trung bình 2.160m. N hững sô' liệu trên thay đối trong năm - v ể mùa xuân - hạ cả diện tích lân thể tích đểu thu hẹp do băng tuyết tan; v ể m ùa đông thì ngược lại - diện tích lẫn thể tích vùng băng tuyết phủ đều gia tăng do băng tuyết phủ dày và lan rộng. Hiện nay, do hậu quả của sự ấm lên toàn cẩu, các mũ băng ở 2 địa cực và trên các đinh n ú i cao trong lục địa đang tan chảy nhanh chóng. Trong đó theo dự báo của các nhà khoa học, đến năm 2080, thậm chí có ý kiến cho rằng đến năm 2030, Bắc cực sẽ không còn băng nừa, còn băng ở N am cực cũng mât khoảng 200 tý tấn hằng năm và sẽ cùng chung số phận với Bắc cực trong tương lai. Bên trong nội địa, các mũ băng hùng v ĩ trên những đỉnh núi cao như Kilimanjaro (Châu Phi), A lpes (Châu Au), A ndes (Châu Mỹ) cũng sẽ lẩn lượt biến mât theo tiến trình biến đổi khí hậu trong 3 thập ký tới hay đến cuối thế kỷ 21 - đẩu th ế kỷ 22. Toàn bộ băng tuyết là nước nhạt, nếu tan chảy hết và hòa vào đại dương, chúng sẽ biên thành nước mặn, khiến cho lượng nước nhạt trên hành tinh càng suy giảm nghiêm trọng. Nước trong khí quyển Trong khí quyển nước chủ yếu có mặt trong tầng đối lưu, ở cả 3 thế - hơi (mây, sương m ù), lỏng (hạt mưa), rắn (tuyết, mưa đá), với tổng th ể tích ở mọi thời điểm bằng khoảng 12.900km3 (quy ra thể lỏng), phẩn lớn phân b ố ở m iển xích đạo và giảm dẩn về 2 địa cực. Chúng được hình thành do bốc hơi từ biển, đại dương, các thủy vực nội địa, từ độ ẩm thô nhưỡng, sự thoát hơi của thảm thực vật, sự hô hấp của động vật, sự thăng hoa của băng tuyết. Lượng nước trên hầu n hư không đổi trong khoảng thời gian tương đối dài do có khả năng tự điểu tiết - khi hơi nước quá nhiều nó sẽ tích tụ thành mưa rơi xuống mặt đất đê giảm bớt; khi quá ít - sự bốc hơi tù’ mặt đất sê được tăng cường đ ể bù lại. Tính chung toàn cầu, lượng bốc hơi đạt khoảng 520.000 km3/năm và lượng m ưa cùng bằng ngần ấy, tạo nên sự cân bằng nước trong thiên nhiên. Nước trong khí quyển là nhân tố quyết định sự hình thành thời tiết trên Trái Đất và là một khâu quan trọng trong vòng tuần hoàn của nước trong thiên nhiên với sự "đổi mới" thường xuyên theo chu kỳ 7-10 ngày. Đ ỊA CHẤT THUỶ VĂN 409 Toàn bộ nước trong khí quyến là nước nhạt và siêu nhạt với thành phẩn ion chủ yếu là bicarbonat calci, ở m iên biến có thêm Cl, Na và pH trung tính. Trước đây nước khí quyến được xem là "tinh khiết", an toàn vệ sinh, nhưng ngày nay do sự phát triên mạnh m ẽ của các hoạt động công nghiệp, giao thông vận tải, v.v... với sự phát triển ổ ạt các khí độc, bụi, vi sinh vật gây bệnh, nước bị ô nhiễm nặng nề, nguy hại nhât là hiện tượng "mưa ađd" (pH hạ thấp tới 5,6; có khi nhỏ hơn), tác động xấu đến môi trường. Nước trong cơ thẻ sinh vật (nước sinh học) Trong cơ thể của m ỗi sinh vật trên Trái Đất, nước chiếm từ 40-60% đến 70-90% và hơn nừa (tới 95-98%) tùy theo tửng loài, lứa tuổi và bộ phận khác nhau. Tính trung bình cho cả sinh khối toàn cầu, nước sinh học đạt khoảng 1.120 km 3 (chưa đẩy 0,0001% thê tích thủy quyển, v ì vậy có khi nó không được kể đến), trong đó nước trong cơ thê vi sinh vật chiếm nhiều nhât, thứ đến - trong thực vật và động vật, ít nhât trong cơ thê người. Riêng đối vói loài người, theo tính toán của V. F. D erpgols (1979), dựa vào tài liệu kiểm kê dân s ố th ế giới vào năm 1975, bằng khoảng 4 tỷ người thì tổng lượng nước sinh học trong toàn nhân loại đạt 0,18km3. Dự báo đến khi dân số th ế giới tăng gấp đôi (8 tỷ) thì lượng nước sinh học trong cơ thể loài người sẽ đạt 0,36km3. Nước trên bề mặt các lục địa Trên bể mặt đất liền nước tồn tại trong các sông hổ, đầm lẩy, d o sự tích tụ lượng mưa rơi, băng tuyết tan, nguồn lộ nước ngẩm với tống thế tích gần 190 nghìn km3 (khoảng 0,014% toàn thủy quyển), trong đ ó nước sông ngòi chi chiếm 2.120km3 (bằng 0,006% tống lượng nước nhạt trên Trái Đất), còn lại là nước đẩm hổ nhạt (102.500km 3) và mặn (85.000km3). SỐ liệu trên cho thây lượng nước sông hổ rất hạn chế, lại phân b ố không đều. Lượng nước hổ nhiều gâp trăm lần nước sôn g nhưng phẩn nhiều tích tụ ở M ột s ố hổ lớn (hổ Baikal ở Nga chiếm 20% lượng nước nhạt trên th ế giới). N ước sông cũng chi phong phú ở 16 d òng chảy lớn thuộc Châu Á - 30,6%; Bắc Mỹ - 17,9%; N am Mỹ - 27,6%. Trừ phần nước m ặn và ô nhiễm, nước sông hổ củng với nước dưới đất là nguồn cung cấp quý giá cho nhu cẩu sinh hoạt, sản xuâ't của con người và d u y trì sự sốn g cho sinh vật trên đất liền. Đây cũng là nguồn bô su n g quan trọng cho nước dưới đâ't. M ột đ iều Tắt lý thú là ngay dưới lớp băng phủ trên đất liền ò nhiều nơi củng tồn tại nhừng hổ nước th ế lỏng như dưới m ủ băng Nam cực các nhà địa chât Anh đã phát h iện khoảng 200 hổ, trong đó có hổ V ostok kích thước 250x50km, tổn tại suốt 15-25 triệu năm qua dưới lớp băng dày 4km. ơ Greenland cũng phát hiện được 2 h ổ dưới băng ở độ sâu 800m. N hừng hổ dưới băng là môi trường sống cho các loài thủy sinh trong những miền băng giá vĩnh cửu. Nước dưới đắt N ước dưới đât hình thành do sự thâm nước mưa, nước mặt (nước thấm lọc), sự ngưng tụ hơi ẩm trong đất, sự tổn lưu nước trầm tích, nước chôn vùi cố, tử sự phun trào núi lửa và nhừng m iệng thoát thủy nhiệt dưới đáy đại dương (nước manti). N ước dưới đất cũng có thể hình thành do sự bổ sung nhân tạo. Về lượng nước dưới đất trong thủy quyển có n h i ề u S Ố l i ệ u k h á c n h a u , t r o n g đ ó đ ư ợ c c h ấ p n h ậ n rộng rãi là số liệu của ƯNEP [Bảng 1] bằng 23.416.500km3/ gồm 10.530.000km3 nước nhạt, 12.870.000km3 nước mặn và 16.500km3 nước trong đới thổ nhường. Lượng nước trên chi giới hạn trong phạm vi đất liền. Trên thực tế, trong lòng đât dưới đáy đại dương cũng tổn tại những tẩng chứa nước ngầm lớn, độ khoáng hóa thâp, lượng nước phong phú, hình thành trong nhửng thời kỳ biển thoái bằng con đường thâm lọc nước mưa, nước mặt. Đến thời kỳ biến tiến chúng bị chôn vùi dưới đáy đại dương qua hàng triệu, hàng tỷ năm đến tận ngày nay. Bằng chứng là mới đây các nhà địa chât Australia đã phát hiện dưới thềm lục địa một S Ố vùng biến của Australia, Bắc Mỹ, Nam Phi, Trung Quốc, v .v ..., nhừng tầng chứa nước khoáng hóa thấp với tống trữ lượng đến 500.000km3, tức là gâp 100 lẩn lượng nước khai thác trên toàn th ế giới trong 100 năm qua [H .l]. N hư vậy còn nhiều vùng tương tự dưới đáy đại dương th ế giới với tổng diện tích 361.000.000km2 ắt hắn đang tàng trừ một lượng nước khổng 16 chưa được nghiên cứu. N ếu tính cả lượng nước trong manti và từ vủ trụ do thiên thạch, tiểu hành tinh, Sao Chối mang đến thì tống lượng nước trên hành tinh chúng ta không còn hạn ch ế trong con số 1,4 tỷ km3. Chức năng của thủy quyển Tuy thủy quyển được phân thành một quyển độc lập nhưng không gian phân b ố của nó phẩn lớn giao thoa, chổng lấn và tương tác chặt chẽ với các quyển khác của Trái Đâ't, như phẩn dưới cùng của khí quyển (tầng đối lưu), toàn bộ sinh quyển và tầng trên cùng của thạch quyển (vỏ Trái Đất). Với vị trí như vậy, thủy quyển có vai trò quan trọng trong lịch sử tiến hóa của Trái Đất và sự sống trên hành tinh với những chức năng sau đây. Cái nôi của sự sống trên Trái Đắt Sự sống trên Trái Đất bắt nguồn từ đâu? Câu hỏi đã lôi cuốn sự chú ý của biết bao nhà khoa học và trải qua nhiều cuộc tranh luận với nhiều giả thuyết được để xuât. Hiện nay một luận thuyết được đông đảo giói khoa học quan tâm - sự sống nguyên thủy xuất 410 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÀT w s u n Esaasa s r iu & i ^ ã e ấ l . • . EÍ®B| jp a mrcppg ... EhaHsaar" K a m B _________ , , , 3TEC I l’:7iT .^ :*3rĩIĨ:T UMỈIsTl!*- lll “ 2 * I*1»K=«||T . ___ ĩn rn Ử Y .T .I^ Ĩ r c ỉk H ^ ti ầ tỂ M Ẽ Ê _______ E E S n r o m ELSEMSgĩH ỳ r m s m B s n E a Đồn Bredasd TĩSSEữm EBBEHB Hình 1. Những tầng chứa nước nhạt trong lòng đất dưới đáy đại dương mới được các nhà địa chất Australia phát hiện với tổng trữ lượng 500.000 km3 (Nature, 4/12/2013). hiện khoảng 3,5 tỷ năm trước (từ nguyên đại Arkei) dưới dạng những cơ thế đơn bào thoát ra tử những m iệng phun thủy nhiệt dưới đáy đại dương [H.2]. Qua quá trình tiến hóa chúng biến thành nhừng sinh vật cao cấp với s ế lượng phong phú và đa dạng mà tuyệt đỉnh là loài N gười - sinh vật có trí tuệ duy nhất trong hệ Mặt Trời (xem m ục từ "Arkei"). N hư vậy, nước chính là nguồn gốc của sự sống, nói cách khác, không có nước Trái Đất chỉ là m ột hành tinh tro trụi, hoang vu. Dưỡng chất nuôi sống mọi sinh vật trên Trái Đất Sự sống bắt nguồn từ nước và được nước nuôi dường từ lúc sinh ra cho đến lúc chết. Đ ối với con người, m ỗi ngày cần 2,5 lít nước đ ể uống. N ếu tính cả nước sinh hoạt thì suốt cuộc đòi môi cá thể cần 25 tấn nước. Các sinh vật khác cũng cần có nước với số lượng khác nhau nhưng không có loài nào là không cần nước. N ước đi vào cơ thể chủ yếu bằng đường ăn uống dưới dạng tự do, gel và hydrat hóa. N ó có chức năng hòa tan các chất dinh dưỡng hừu cơ (glucid, lipid, protit, vitamin) và vô cơ (các m uối khoáng và nguyên tố vi lượng: Na, K, Ca, p, Mg, Fe, I, Br, F, Si, v .v ...) và vận chuyển chúng đến nuôi dưởng các tế bào, mô, cơ và các cơ quan phủ tạng. Mặt khác nước "thu gom" những chất cặn bã, độc hại và đào thải chúng ra ngoài qua đường bài tiết. Không có nước, mọi hoạt động tiêu hóa, tuần hoàn, bài tiết đều ngưng trệ và con người sẽ chết sau 3 - 4 ngày (trong khi nhịn ăn có thể chịu đựng qua 1 - 2 tháng). Trong cơ thể người, nước chiếm trên 70% trọng lượng, tập trung chủ yếu ở huyết tương (92%), não (84%), máu (80%), mỡ (86%); ít hơn ở xương (22%), da (30%), v .v ... Khi cơ thể mất tới 12% nước thì con người không thế tổn tại. N hiều loại động vật, thực vật cũng chứa rất nhiều nước như bạch tuộc (95-98%), giun (84%), cá (70%), rong tảo (90-98%), v .v ... Chính vì vậy hoàn toàn có lý khi nhà khoa học, văn sĩ và họa sĩ Ý Leonardo da Vinci (1452 - 1519) phát biểu: "nước là nhựa sông của Trái Đ ất" và nhà văn Pháp s. Exupéry củng khẳng định "nước chính là sự sống". . . . . . ' y F tW ệầ an* ■ # r * X * ẹ• > • • i Hình 2. Miệng phun thuỷ nhiệt dưới đáy biển. Bộ máy điều hòa khí hậu Thủy quyến một mặt hấp thụ bức xạ Mặt Trời đ ế sưởi ấm cho Trái Đất và cung cấp năng lượng cho sinh vật, mặt khác phản xạ ánh sáng Mặt Trời trở lại vũ trụ với suất phản chiếu (albedo) lớn (tới 50-80% từ bể mặt đại dương, 80-85% tử lóp băng tuyết tươi) ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN 411 giừ cho Trái Đât khỏi bị Mặt Trời "thiêu đốt" và hạn chế hiện tượng nóng lên của hành tinh. Vậy thủy quyên là một nhân tố quan trọng góp phẩn hạn ch ế sự biến đổi khí hậu trên Trái Đ ât Biên, đại dư ơng và đât ngập nước củng được xem như "giếng carbon" có chức năng hấp thụ và lưu giừ khí thải CO 2 ờ đ iểu kiện tự nhiên, góp phẩn ngăn chặn tác hại của hiệu ứng nhà kính. Các dòng hải lun âm và lạnh trong đại dương được coi như những “băng chuyển" v ĩ đại, vận động không ngừng xu yên qua các m iền địa lý củng có tác dụng điểu hòa khí hậu trên toàn hành tinh. Nhân tố tạo nên thời tiết Nước thê hơi trong khí quyển tập trung chù yếu ờ tầng đối lưu, củng với khí quyên vận động liên tục theo phương nằm ngang củng như phương thẳng đứng, thúc đẩy sự hình thành m ây mù, sương giá, khô ẩm, mưa nắng, giông tố, sấm sét, v .v ... tạo nên thời tiết đa dạng, luôn luôn biến đổi theo thời gian và không gian. “Nhà điêu khắc” tài ba Qua quá trình tương tác với m ôi trường chứa, nước hòa tan, rửa lũa, phá húy đất đá cùng vật chất hữu ca và m ang những vật liệu vỡ vụn ước tính 12km3/năm . N hữ ng vật liệu này dồn về phẩn thấp của các thú y vực (chủ yếu là đáy biến, đại d ư ơ n g và một phần nhỏ đến những vùng đất ngập nước nội địa). Sau đó chúng được lắng đọng thành lớp vỏ trầm tích dày từ vài trăm m ét (ở m iền nền) đến 5km và hơn nửa (ở m iền võng), trung bình toàn cầu 2/4km / bao phủ 5% bể m ặt Trái Đâ't, nhiều nơi tích tụ thành những m ỏ khoáng sản khác nhau với trữ lượng lớn, nằm trên bể mặt hoặc bên dưới đáy biển. Cũng chính nhửng tác động bào xói, cuốn trôi của nước đã "chạm trổ" nên nhiều kiểu địa hình phong phú với nhừng cảnh quan hết sức ngoạn m ục trên bể mặt hành tinh. Ớ dưới mặt đất, do tác động của nước trong hoạt động karst đã hình thành nhừng dòng sông ngầm lúc ẩn lúc hiện đầy vẻ huyền bí, nhừng hang đ ộn g kỳ v ĩ được trang trí bởi nhừng khối thạch nhủ cực kỳ ngoạn m ục (xem m ục từ Karst). Vì vậy nước còn được vinh danh là "nhà điêu khắc tài ba". Con đường giao thông LPU việt Biến, đại dư ơng và các thủy vực nội địa là con đường giao thông thuận tiện và có giá trị kinh tế cao. Hiện tại phẩn lớn hàng hóa lun thông trên th ế giới được vận chuyến theo đường thủy bằng những phương tiện h iện đại với tải trọng lớn, giá thành thấp nên thường chiếm ưu th ế so với đường bộ, đường hàng không. Kho tài nguyên thiên nhiên đa dạng và phong phú Biển, đại dương và các thủy vực nội địa được xem là "kho chứa" nhiêu loại tài nguyên thiên nhiên phong phú, chủ yếu là thủy sản, khoáng sản, năng lượng, du lịch. về thủy sản Biến là môi trường sống của khoảng 25 nghìn loài thực vật, 180 nghìn loài động vật thủy sinh và lường cư, tạo nên một lượng sinh khối khoảng 34,2 tỷ tấn, gồm 32,5 tỷ tân sinh khối động vật và 1,7 tỷ tân sinh khối thực vật (theo N guyền Chín, 2008), có thế cung cấp cho nhân loại hàng chục, hàng trăm tý tân thủy sản/năm. về khoáng sản N ước biển, đại dương và hổ mặn được ví như loại "quặng lỏng" chứa hầu hết các nguyên tổ có trên Trái Đất với tống trữ lượng có thế tới 48.1015 tấn, trong đó nhiều nhất là m uối ăn (41.000.000 tỷ tấn), M g (1.900.000 tỷ tấn), s (1.200.000 tỷ tấn), Ca (560.000 tỷ tấn), K (530.000 tý tấn). Các nguyên tố khác - từ 1 đến 100.000 tỷ tân, trong đó riêng lượng vàng cũng tới 7 tý kg, nếu đem chia đểu cho toàn bộ loài người trên Trái Đât hiện tại (7 tỷ người) thì m ỗi người cũng nhận được lk g (Kudelsky A., 1973). Tuy nhiên, nhừng "của cải" đó chí là nhừng con số lý thuyết, không có ý nghĩa thực tiễn v ì chúng cực kỳ phân tán mà với trình độ công nghệ hiện tại không thể tách ly được, trừ một số ít nguyên tố và hợp châ't đang được khai thác từ nước như m uối ăn, Br, I, K, Mg, v.v... Trong SỐ khoáng sản ở bên dưới đáy biến nhiểu loại có nguồn gốc trầm tích - được hình thành trong m ôi trường nước. Có giá trị công nghiệp cũng như kinh tế lớn nhất là dầu mỏ và khí đốt tàng trữ trong những cấu tạo trầm tích và cả trong đá m óng kết tinh dưới đáy biển, chủ yếu là ở thềm lục địa. Hiện tại có đến 30% trừ lượng dầu mỏ và 27% sản lượng khí đốt của th ế giới được khai thác từ biến, nhiều nhất là khu vực Trung Đ ông và Mỹ La tinh. Về khoáng sản rắn nguồn gốc trầm tích, được hình thành bằng con đường lắng đọng cơ học, hóa học, sinh hóa trong các thủy vực tích tụ dưới đáy đại dương tạo t h à n h n h ữ n g t ụ k h o á n g n h i ề u k h i c ó t r ừ l ư ợ n g l ớ n , tiêu biểu là các m ỏ mangan, sắt, phosphorit, kaolinit, bauxit, m uối natri, muối kali, v .v ... Dưới đáy biến cũng phong phú các tụ khoáng sulfur nhiệt dịch đa kim hình thành trong nhửng vùng núi lửa hoạt động và quanh những m iệng phun thủy nhiệt. N hững mỏ nhiệt dịch còn hình thành trên lục địa do sự lắng đọng các khoáng chất từ những nguổn nước nóng lộ trên mặt đất hoặc gần mặt đất. ơ các đầm phá ven biến và đât ngặp nước nội địa, qua quá trình phân hủy xác thực vật trong môi trường nước tù đọng, thiếu oxy đã hình thành khoáng sản cháy như than bùn, sapropelit, than nâu. 412 BÁCH KHOA THƯ Đ|A CHÁT M ột loại m ỏ cũng khá p h ố biến - m ỏ sa khoáng, hình thành do hoạt đ ộng của nước, thường gặp ở các bãi bổi ven sông suối hay bãi biển. Thành phần chủ yếu của loại m ỏ này là thiếc, titan, zircon/ vàng, platin, kim cương, v .v ... M ột thành tựu m ới rất quan trọng của các nhà địa chất N hật Bản trong thời gian gần đ ây là đã phát h iện ra đất h iếm trong lớp bùn đ áy d ày trên 70m ở phía trung và đ ôn g Thái Bình D ư ơ n g vớ i trữ lư ợn g lớn. về tài nguyên năng lượng Các d òn g chảy trên lục địa được xem là "than trắng", vì bằng sức đẩy của nước, con người có th ể khai thác đ iện năng nhò nhà m áy thủy điện. N ước biển và đại d ư ơng cũng là n guổn năng lượng hầu như vô tận, đ ó là năng lượng són g - hình thành do lực va đập của són g vỗ bờ; năng lượng thủy triều, phát sinh d o lực nâng - hạ của m ực nước khi triều dâng và triều rút; năng lượng hải lưu - do sức đấy của các dòng hải lưu vận đ ộng không n gừ ng trong các đại dương; năng lượng chuyển hóa đại dư ơng - do sự chênh lệch nhiệt độ giữa nước b ề m ặt và nước dưới sâu, v .v ... T uy đến nay v iệc khai thác các dạng năng lượng này vẫn còn hạn c h ế hay còn nằm trong ý tưởng và đang nghiên cứu thử nghiệm , nhưng những kết quả ban đẩu đang m ở ra m ột triển vọn g sáng sủa trong tương lai. Gần đây các nhà khoa học hải quân M ỹ thông báo đã nghiên cứu được công n ghệ c h ế biến nước biển thành nhiên liệu bằng cách chiết xuất khí CƠ 2 và hydro từ nước. Các khí này sau đó được hóa lỏn g với sự hỗ trợ của các lò biên đổi chất xúc tác sẽ thu được m ột loại nhiên liệu cung cấp cho vận chuyển hàng hải m à không phụ thuộc và các nhiên liệu truyền thống. Một dạng năng lượng m ới và tái tạo được khai thác từ nước nóng thiên nhiên trong lòng đất - năng lượng địa nhiệt, đang phát triển m ạnh m ê ở nhiều quốc gia nằm trùng với hai vành đai động của hành tình - đai A lp ides và "Vòng đai lửa quanh Thái Bình Dương". Tính đến năm 2010 toàn th ế giới có 24 nước khai thác điện địa nhiệt với tổng công suất lắp đặt 10.897MW. D ự kiến đến năm 2015, những con s ố này sẽ tăng gấp đôi, tương ứng bằng 46 nước và 19.804MYV. Trong đó 5 nước dẫn đầu là H oa Kỳ 5.437MVV, Indonesia 3.451MVV, Philippin 2.519MW, Iceland 1.285MVV, N ew Zealand 1.237MVV (Geother- m ics 41/2012) [H.3]. Việt N am củng đã sử dụng năng lượng địa nhiệt trong sấy khô thực phẩm , trong kết tinh m uối [H.4]. vé tài nguyên du lịch Biển (cả ven bờ, vũ n g vịnh, hải đảo) và những thủy vực nội địa (kế cả nhừng n guổn nước khoáng - nước nóng, v .v ...) là nhừng nơi có khí hậu ôn hòa, m ôi trường trong lành, có tác đ ộng tốt đối với sức khỏe, hoặc có cảnh quan kỳ thú, thường được chọn làm cơ sở du lịch, chữa bệnh, nghỉ dường, hoạt đ ộng thể thao - giải trí vừa có giá trị phục vụ sức khỏe cộng đổng, vừa đem lại lợi ích kinh tế cho đất nước. Hình 3. Nhà máy điện địa nhiệt Nesjavellir ở Iceland. Hình 4. Kết tinh muối bằng năng lượng địa nhiệt tại nguồn nước nống Hội Vân (tỉnh Bình Định). N ước ta có vùng biến rộng, nhiều hải đảo, đường bờ biển dài, nhiều đầm phá, vũ n g vịnh, bãi tắm đẹp, nhiều nơi đã được xây dựng thành những khu nghi dường, trung tâm chăm sóc sức khỏe (spa) hấp dẫn du khách, trong đó nối tiếng nhất là các bãi biển Trà Cổ, Vân Đồn, Tuần Châu, Cát Bà, Sầm Sơn, Cửa Lò, Thiên Cầm, N úi Chúa, M ũi N é, Vũng Tàu, Hà Tiên, v .v ... Trong nội địa có nhiều đầm hổ tự nhiên và nhân tạo, thác nước hùng vĩ, với những cảnh quan thơ m ộng, cũng đang hoặc có triển vọng khai thác phục vụ du lịch - giải trí, nối tiếng là các điểm sau. - Các đầm hổ Pa Khoang, Ba Bế, Cấm Sơn, Đại Lải, Suôi Hai, Thác Bà, Hòa Bình, Phú N inh, Ô Loan, Biển H ổ T n ư n g , Lăk, Tuyền Lâm, v .v ... - Các thác nước Bản Giốc, Thác Bạc, Pren, Cam Ly, Damb'ri, Pong gua, Đray Soap, Ba Tầng, Ya Ly [H.5a, b]. - Các nguồn nước khoáng - nước nóng (xem mục từ "nước khoáng", "nước nóng"). Nhà bảo tàng vĩ đại về lịch sử Biến, đại dương với nhừng thủy vực lớn nội địa là nơi lưu giử những di tích lịch sừ [H.6], nhừng cảnh quan địa lý - địa chất cổ bị nhấn chìm dưới đáy Đ ỊA CHẤT THU Ỷ VĂ N 413 Hình 5. Các điềm du lịch hấp dẫn trên cơ sở nguồn nước. a. (Thừa Thiên - Huế). qua hàng ti hàng triệu năm (kể cả lục địa Atlantic "huyền thoại") do tai biến địa chất, sóng thẩn, núi lửa. Noi đây cũng tàng trữ những công trình kỳ v ĩ do con người tạo lập (thành quách, lâu đài, kim tự tháp, v .v ...) bị chôn vùi và cả nhửng thiết bị kỹ thuật hiện đại (máy bay, tàu thủy, v.v ...) bị tai nạn hay hủy diệt do chiến tranh [H.7, H.8]. Nhừng lóp băng, đất đông giá vĩnh cửu cũng được xem như những nhà "ướp xác" bảo quản lâu đời xác nhiều loài động vật, thực vật cô đại như bò rừng, nai sừng tâm, voi mamut, v .v ... và nhửng thi thế loài người tiền sử, gần như còn nguyên trạng [H.9a, %]. Đó là những "mâu vật" quý giá giúp các nhà cổ sinh học nghiên cứu lịch sử tiến hóa của sự sống trên hành tinh, k ế cả việc phục hiện những giống loài đã tuyệt chủng. Hình 7. vét tích một công trình kiến trúc cổ được phát hiện (năm 1985) dưới đáy biển ở phía nam Nhật Bản, dự đoán là đã bị nhấn chìm cách đây khoảng 12 nghìn năm. Hình 6. Những cổ vật quý được phát hiện trong chiếc tàu cổ bị chim ngoài biển Bình Châu (Quảng Ngãi). Nhân tố thiết yếu cho sự hình thành nền văn minh nhân loại N hững vùng đất ven biến, hổ và những dòng sông lớn thường là những địa bàn quy tụ đông đảo dân cư và là nơi phát sinh những nền văn minh rực rở của nhân loại từ thời cô đại. Đ ó là văn minh cổ La- Hy (trên bờ Địa Trung Hải), văn m inh Lường Hà (giừa 2 sôn g Tigris và Euphrate), văn minh cổ Ai Cập (dọc sông Nil), văn m inh Ân - Hằng (dọc 2 sông Indus và Ganges), văn m inh cổ Trung Hoa (dọc 2 sôn g H oàng Hà và Trường Giang). N ền văn minh Hình 8. Tượng Nhân sư cổ Ai Cập bị nhấn chìm, mới được phát hiện dưới đáy Địa Trung Hải. Dự đoán thuộc Alexandria - thành phổ cổ Trước công nguyên. Thác Bản Giốc (Cao Bằng), b. Suối nước khoáng Thanh Tân Sông H ồng của ta cũng là sản phẩm tiêu b iểu của m ột nển văn m inh sôn g nước. 414 BÁCH KHOA THƯ ĐỊA CHÁT Hình 9. Xác động vật và người được bảo tồn trong lớp băng vĩnh cửu. a) Voi mamut chết cách đáy 37.000 năm, được phát hiện (2007) tại Siberie (Nga), b) Người tiền sừ chết cách đây 5.300 năm, được phát hiện (1991) trong băng ở khe Oetzi trên đỉnh núi Alpes. Nơi cư trú chính của nhân loại trong tương lai Cuối cùng, một chức nàng quan trọng nhât của biến và đại dương có liên quan đến sự tổn vong của loài Người trên Trái Đất. Đó là trong tương lai, khi sự bùng nô dân số toàn cẩu vượt ngưỡng giới hạn, nhung diện tích các lục địa lại bị thu hẹp do sự biến đổi khi hậu và mực nước biển dâng, nhiều vùng đât thấp sẽ bị chìm ngập, khiến cho phần đất nối còn lại không đủ sức dung nạp và nuôi sống hàng chục tỷ nhân khẩu. Lúc đó loài người buộc phải quay về cái nôi nguyên thủy của mình - môi trường nước, đ ể "tái định cư" trong nhừng thành phố nổi trên mặt nước hay những thủy cung ngẩm, xây dựng dưới đáy biển [H.10a,b]. Vậy là đại dương sẽ trơ thành nơi cư trú "chuyển tiếp" của nhân loại trước khi đủ sức thực hiện được một sự nghiệp v ĩ đại hơn - di dân ra các thiên thể khác trong vũ trụ đ ế duy trì nòi giống. Tác động tiêu cực của thủy quyển Trên đây chi để cập mặt tích cực của thủy quyển, nhưng mặt khác chính thủy quyến cũng lại là tác nhân gây ra những thảm họa đối với loài người (và sinh giới nói chung) liên quan tới hiện tượng Trái Đất nóng lên, làm gia tăng nạn lũ lụt, hạn hán, bão tố gây tổn thất lớn v ề kinh tế và sinh mạng. N ghiêm trọng hơn nữa là Trái Đất nóng lên thúc đấy quá trình tan chảy các mũ băng dày ở 2 địa cực và trên những đinh núi cao, làm m ực nước các đại dương dâng lên nhanh, nhấn chìm nhiều đảo quốc b Hình 10. Thiết kế nơi cư trú tương lai của loài người đề ứng phố với biến đổi khí hậu. (a) Thành phố nổi trên mặt nước (Thiết kế của Nga); (b) Thành phố chm dưới đáy biển (Thiết kế của Nhật). cùng những m iền đâ't thấp của lục địa, nơi cư trú của đa số nhân loại. Một nguy cơ nừa đang rình rập trong tương lai là, theo học thuyê't kiến tạo m ảng, sự tan băng và nước biển dâng củng là tác nhân phá vỡ th ế cân bằng đẳng tĩnh nguyên thủy giữa các m àng thạch quyến với quyển m ềm trong manti, gây ra tai biến động đâ't, sóng thần, núi lửa, có thể gây thảm họa hủy diệt trên quy mô lớn. N goài ra, nhiều tai biến m ôi trường cũng phát sinh tủ’ biển và đại dương như El Nino, La N ina, vòi rồng, xoáy nước, sóng quái, sóng hạ âm, núi băng trôi, thủy triều đen, thủy triều đò, thủy triều xanh, v .v ... Đặc biệt, nhừng "Tam giác quỷ" trên đại dương được xem là thủ phạm gây ra những vụ mất tích bí hiếm cùa nhiều tàu thuyền, tàu bay đi vào nhừng vùng này; chúng luôn luôn gây nôi kinh hoàng cho giới hàng hải, hàng không th ế giới. N hững "tam giác quỷ” thường được nhắc đến là 'Tam giác quỷ" Bermuda (ờ Tây Bắc Đại Tây Dương), "Tam giác quý" Tây Địa Trung Hải, "Nghĩa địa biển Sargosse" (ở phía đông - bắc Đại Tây Dương), "Tam giác Rồng" ở biển đông N hật Bản (thuộc tây Thái Bình Dương). 'Tam giác quỷ" cũng có khi xuất hiện trong nhừng thủy vực nội địa như ở hổ Phàn D ương (Trung Quốc). Tài liệu tham khảo Lê Duy, 1978. Nước quanh ta. NXB Khoa học và Kỹ thuật. 125 tr. Hà Nội. Nguyền Chín (Biên dịch), 2008. Tiểm năng biến cả. NXB Lao động xã hội. 304 tr. H à N ộ i. ĐỊA CHẤT THUỶ VĂN 415 Nguyễn Kim Cương, 1991. Địa chất thủy văn. NXB Khoa học và Kỹ thuật. 268 tr. Hà Nội. Pearson D.G., Brenker F.E., Nestola F., McNeill ]., Nasdala L., Hutchison M.T., Matveev s ., Mather K., Ilversmit G., Schmitz s., Vekemans B., Vincze L., 2014. Hydrous mantle transition zone indicated by ringvvoodite included within diamond. Nature, 13 March 2014. 507. Pinneker E.v, 2010. General hydrogeology, 1969. Cambridge U niversity Presss. Vincent Post, 2013. Offshore fresh groundwater reserves as a global phenomenon. Nature. 4 December 2013. Vũ N gọc Kỷ, Nguyễn Thượng Hùng, Tôn Sỹ Kinh, Nguyền Kim Ngọc, 1985. Địa chất thủy văn đại cương. NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp. 214 tr. Hà Nội. BoMTKeBHM r. B. (pe^aKTop), 1996. CnpaBOHHMK no oxpaHe re0/i0rnHecK0M cpe4bi. T.2. O e H U K C . 400 CTp. Poctob Ha 4 o n y . 4 e p n ro /ib ự B.O., 1979. M n p B04Ỉ»I. Hedpa . AeHUHỉpadcKoe omờeÁenue. 53 -175. /ìeHMHrpad. lO iM M eH T O B n . n . , B o rd a H O B r . 1 9 9 7 . O õ m a a rMAporecMorna. Hedpa. 355 CTp. MocKBa. Ky4eyibCKMH A., 1973. HoBeyMbi o BOAe. "HayKa u mexHUKa”. 196 C T p. MocKBa. K y^bCK M íí A . A ., 4 a / i b B. B .., 1 974 . Ĩ I p o õ /ie M b i HMCTOM B04bi. H a y K o e a ồ \ỊM K a . 299 C T p. KneB. UỊBapựeB c . A .t 1996. O ỗ m aa rn^poreơ/iorM A. Hedpa. 422 c rp . M ocK B a. Bản đồ địa chất thuỷ văn Đoàn Văn Cánh. Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Giới thiệu Có nhiều cách định nghĩa hay khái niệm khác nhau v ể bán đổ địa chất thủy văn (ĐCTV), nhưng một cách đon giản và rò ràng, có thê nêu bản đổ ĐCTV là một loại bán đổ phản ánh đặc điểm ĐCTV của m ột vùng, một khu vực. N hững đặc điểm ĐCTV gồm d iện phân b ố các tầng chứa nước, thấm nước yếu và cách nước, sự tổn tại của nước dưới đất, đặc điếm v ể tính thâVn, v ề độ giàu nghèo của nước dưới đất, v ể chất lượng nước dưới đất, v ề mực nước, về mối quan hệ giữa nước dưới đất với nước m ặt v.v... Các bản đổ ĐCTV đầu tiên đã được lập ả m ột số nước k ể từ những năm ba mươi, bốn m ươi của thế kỷ 20. Tỷ lệ bản đổ rất đa dạng, phẩn lớn trong khoảng 1:250.000, 1:500.000 và tỷ lệ nhỏ hơn. N hừng bản đ ổ này được lập trong hoàn cảnh phát triến của m ỗi nước khác nhau, do đó nhiều khi một đặc trưng chung cho đ iều kiện ĐCTV ở các nước khác nhau lại được th ế hiện bằng các cách khác nhau, làm khó khăn cho việc sử dụng, so sánh. Gần đây đã có một vài bản đồ ĐCTV được lập cho toàn cầu, cho toàn lãnh thô một châu lục hoặc bao quát một vài quốc gia tỷ lệ 1:1.000.000 đến 1:2.500.000 do Hội ĐCTV Q uốc t ế (IAH), tổ chức Khoa học và Giáo dục của Liên hợp quốc (UNESCO) phối hợp với viện Tài n guyên nước dưới đât của Cộng hòa Liên bang Đức thực h iện [H l , H2]. Ớ V iệt Nam cũng vậy, đã có nhiều bản đồ ĐCTV được thành lập cho các vùng khác nhau, với mục đích khác nhau và với tỷ lệ khác nhau. Bản đổ ĐCTV lãnh thô Việt Nam tỷ lệ 1:500.000 do Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam trước đây thực hiện đã được công b ổ năm 1990 dựa trên bản chú giải bản đổ ĐCTV của Liên Xô trước đây. N hiều bản đổ ĐCTV tỷ lệ lớn hơn cho các vùng kinh tế trọng điểm đã được nhiều đơn vị sản xuâ't và nghiên cứu lập theo chú giải Q uốc tế công b ố năm 1997. Cho đến nay ở Việt Nam cũng như trên phạm vi toàn thế giới chưa có một bản chú giải thống nhâ't áp dụng cho mọi lành thổ và được các nước chấp nhận như chú giải khi lập bản đổ địa chất. Vì vậy trong mục từ này giới thiệu hai phương pháp lập bản đổ ĐCTV theo bản chú giải quốc tế công b ố vào những năm 1974, 1977,1983 và theo phương pháp địa tầng. Nguyên tắc thành lập bản đồ ĐCTV N guyên tắc thành lập bản đổ địa chất thuỷ văn là phương pháp thê hiện đặc điếm ĐCTV lên bản đồ địa chất (như diện phân b ố của tầng chứa nước, cách nước, những đặc trưng về số lượng và châ't lượng nước, quan hệ thủy lực giữa nước dưới đất và nước mặt, sự phân b ố của mạch nước, v .v ...) . Nguyên tắc địa tầng Hiện nay ở Việt Nam vẫn còn phô biến rộng rãi nguyên tắc lập bản đổ ĐCTV theo bản chú giải của Liên Xô trước đây (hay còn gọi là nguyên tắc địa tầng). N guyên tắc này lấy thang màu địa chất làm cơ sở;