Methane hydrate và sự cố trên nền biển

Cơ cấu lý thuyết của methane hydrate và hình chụp bằng kính hiển vi điện tử

Việt Nam sở hữu bờ biển dài hàng nghìn km kéo dài từ biển Đông qua vịnh Thái Lan, kiểu mẫu bờ biển tiếp nhận một lượng lớn phù sa từ đất liền dồi dào vật liệu hữu cơ. Theo thời gian vật liệu hữu cơ chuyển dần sang các dạng khí mà tiêu biểu nhất là các khí methane. Sâu dưới nền biển nơi nhiệt độ giảm dần đến một giới hạn nào đó, các phân tử khí methane thay đổi trạng thái vật lý và chuyển thành một cơ cấu khác -methane hydrate hay gas hydrate. Thông thường methane hydrate được tạo thành ở độ sâu không quá hơn 1.200 m tính từ mực nước biển, với cơ cấu gồm một phân tử methane (CH4) bao bọc xung quanh bởi các phân tử nước.

Vượt quá một độ sâu nào đó, địa nhiệt của vỏ đất dần lớn hơn nhiệt độ thấp cần thiết để tạo thành methane hydrate, chúng sẽ dần chuyển lại thể khí cơ bản của methane. Tổng quát, chen bên trong các vật liệu trầm tích một lớp dày có tỷ trọng cao hơn methane hydrate nằm bên trên các lớp chứa khí methane tỷ trọng nhẹ hơn bên dưới. Cơ cấu này tạo thành một dạng thể đặc biệt có thể nhận ra trên các giản đồ địa chấn (seismic profile), đó là các mặt phản xạ địa chấn (BSR - Bottom Simulating Reflector) với biên độ phản xạ ngược với đặc tính song hành với nền biển và cắt qua các lớp trầm tích cơ hữu.

Nghiên cứu về sự hiện diện các BSR trên các địa chấn đồ sẽ giúp phát hiện methane hydrate bên dưới nền biển dọc theo thềm lục địa. Sự hiện diện nếu có của methane hydrate sẽ đưa đến các ứng dụng sau: Đây là một nguồn nguyên liệu (khí đốt) cần thiết cho tương lai khi các nguồn dầu mỏ dần cạn kiệt. Trên thế giới một số quốc gia đã khai thác nguồn nhiên liệu này cũng như dự đoán vị trí của chúng.

Methane hydrate đóng một vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu về biến đổi khí hậu. Sự ấm lên trong khí quyển sẽ đi theo sự ấm lên của lượng nước biển đưa đến methane hydrate chuyển sang dạng khí trở lại. Methane thoát vào bầu khí quyển sẽ chuyển biến và thành hình khí CO₂. Khí này chính là tác nhân chính để làm nhiệt độ toàn cầu tăng lên (hiệu ứng nhà kính). Và như thế chuỗi phản ứng dây chuyền này được lặp đi lặp lại với cường độ chuyển biến càng ngày càng khốc liệt hơn.

Khi nhiệt độ thay đổi methane sẽ thoát lên nền biển và làm sụp đổ cơ cấu hoặc những xáo trộn trên mặt biển. Đã có thời các hiện tượng bí hiểm nơi “tam giác quỷ” Bermuda ngoài khơi Florida (Mỹ), sự biến mất đột ngột của máy bay hay tàu thủy đi ngang qua vùng này được cho là do sự bùng thoát bất ngờ của methane hydrate bên dưới lên mặt biển.  Từ đó gây ra những xoáy nước khổng lồ hay làm thay đổi đột ngột bầu khí quyển nơi đó.

Do vậy, khi xây dựng hay thiết lập các hệ thống trên nền biển (giàn khoan, bồn chứa, ống dẫn dầu khí...) hoặc các công trình khác như cáp quang, cáp dẫn điện (ví dụ như cáp điện ra Phú Quốc) thì vị trí các kiến trúc hệ thống này cần nghiên cứu để tránh xa những nơi có sự hiện diện của methane hydrate.

TS Nguyễn Anh Tuấn(San Jose State University, Mỹ)