Hiện tượng con đường nhựa bạn vẫn đi bộ hằng ngày hay khoảng sân trong khu dân cư vốn yên bình bỗng một ngày sụp xuống thành một hố khổng lồ chính là “hố sụt (Sinkhole)”. Có lẽ bạn đã từng thấy trên bản tin cảnh tượng kỳ lạ khi một hố lớn xuất hiện ngay giữa đường và ô tô rơi xuống đó.
Vì sao hố sụt lại xuất hiện, khiến mặt đất sụp đổ mà không hề báo trước? Đây chỉ là tai họa xảy ra do kém may mắn, hay là kết quả của những cơ chế địa khoa học đã diễn ra suốt thời gian dài sâu trong lòng đất? Tài liệu này sẽ tìm hiểu một cách có hệ thống về nguyên lý hình thành hố sụt tự nhiên và hiện tượng sụt đất do con người gây ra trong đô thị.
Hố sụt là gì?
“Hố sụt (Sinkhole)” có nghĩa đúng như tên gọi: “hố hình thành do mặt đất lún xuống”. Trong lĩnh vực khoa học Trái Đất và địa chất học, hiện tượng này còn được gọi bằng thuật ngữ học thuật là “vùng trũng hòa tan (Dissolution Depression)” hoặc “doline (Doline)”.
Hố sụt có kích thước vô cùng đa dạng, từ những hố nhỏ đường kính vài mét đến những hố lớn đường kính hơn một trăm mét, đủ sức nuốt chửng hàng chục tòa nhà. Vì không thể nhìn thấy khoảng rỗng bên trong trước khi bề mặt sụp đổ, đây là một trong những dạng tai biến địa chất tiêu biểu mà con người rất khó dự đoán.
Hố sụt hình thành như thế nào?
Nguyên nhân căn bản gây ra hố sụt là “sự hình thành khoảng rỗng dưới lòng đất” và “sự suy giảm áp lực nước ngầm” vốn nâng đỡ phần đất phía trên. Để dễ hiểu, chúng ta hãy chia hiện tượng này thành hai loại: hố sụt tự nhiên và hố sụt do con người gây ra.
(1) Hố sụt tự nhiên: Tác động hóa học giữa đá vôi và mưa axit
Các hố sụt quy mô lớn trong tự nhiên chủ yếu được quan sát thấy ở địa hình karst (Karst Topography). Điển hình là những khu vực có tầng đá mà thành phần chủ yếu là đá vôi (canxi cacbonat).
Quá trình nước mưa hòa tan đá
Thứ nhất, nước mưa có tính axit thấm xuống đất
Nước mưa rơi từ trên trời hấp thụ khí cacbon đioxit trong khí quyển, từ đó có tính axit nhẹ (axit cacbonic).
Thứ hai, sự hòa tan đá bằng tác động hóa học
Khi nước chứa axit cacbonic này chảy vào các tầng đá vôi, nó sẽ hòa tan đá từng chút một trong thời gian dài.
(Phương trình hóa học: canxi cacbonat + nước + cacbon đioxit -> ion canxi + ion hiđrocacbonat)
Thứ ba, sự hình thành hang động ngầm
Tại những vị trí đá bị hòa tan, các dòng chảy dài và hang động ngầm lớn hình thành.
Ví dụ dễ hiểu: Bóng bay và tháp cát
Hãy tưởng tượng bên dưới mặt đất có một quả bóng bay (nước ngầm) được bơm căng rất lớn, nâng đỡ vững chắc tháp cát (bề mặt đất) phía trên. Khi mưa xuống hoặc hạn hán xảy ra khiến nước ngầm thoát ra ngoài, điều đó giống như quả bóng bị xì hơi. Tháp cát phía trên mất đi lực nâng đỡ từ bên dưới (áp lực nước) và lập tức sụp xuống.
(2) Hố sụt do con người gây ra trong đô thị: Phát triển thiếu quy hoạch và thất thoát nước ngầm
Những hố sụt xuất hiện gần đây trong đô thị phần lớn hình thành do đất cát bị cuốn trôi bởi các hoạt động xây dựng, phát triển của con người, chứ không phải do đá vôi hòa tan. Nói một cách chặt chẽ, hiện tượng này được phân biệt với hố sụt đá vôi theo nghĩa học thuật và còn được gọi là “sụt lún nền đất (Ground Subsidence)” hoặc “sụt đất”.
3 nguyên nhân chính gây sụt lún nền đất đô thị
Thứ nhất, vỡ đường ống cấp thoát nước xuống cấp
Khi đường ống thoát nước cũ chôn dưới lòng đất xuất hiện vết nứt, nước trào ra sẽ xói mòn và cuốn trôi đất xung quanh.
Thứ hai, thi công đào ngầm quy mô lớn
Khi đào đất xuống sâu để xây dựng tàu điện ngầm hoặc các tòa nhà cao tầng, nước ngầm và đất xung quanh chảy vào công trường, tạo ra khoảng rỗng trong lòng đất.
Thứ ba, phủ nhựa đường quá dày đặc
Việc trải mặt đường khiến nước mưa không thể thấm tự nhiên xuống lòng đất, làm suy giảm sự cân bằng độ ẩm và khả năng chịu tải của nền đất đô thị.
Nguy cơ từ hố sụt và các biện pháp ứng phó trong tương lai
Hố sụt là hiện tượng phức hợp xảy ra do sự kết hợp giữa quá trình phong hóa hóa học trong tự nhiên và hoạt động phát triển đô thị thiếu kiểm soát của con người. Trong điều kiện môi trường gần đây, mưa lớn tập trung và hạn hán liên tiếp luân phiên nhanh chóng do biến đổi khí hậu khiến mực nước ngầm biến động cực mạnh, làm tần suất xuất hiện hố sụt ngày càng tăng.
Để phòng ngừa và khắc phục hiện tượng này, các công nghệ tiên tiến và hệ thống quản lý sau đây đang được triển khai.
Thứ nhất, khảo sát bằng radar xuyên đất (GPR)
Đây là công nghệ phát sóng điện từ xuống mặt đường để xác định trước liệu có khoảng rỗng trong lòng đất hay không.
Thứ hai, hệ thống quản lý nước ngầm thông minh
Hệ thống theo dõi tình trạng mực nước ngầm đô thị hạ thấp đột ngột theo thời gian thực để phát hiện các khu vực nguy hiểm.
Thứ ba, thay thế kịp thời đường ống xuống cấp
Các đường ống cấp thoát nước xuống cấp, nguyên nhân lớn nhất gây sụt đất trong đô thị, được sửa chữa và thay thế một cách có hệ thống.
Dù không thể nhìn thấy phần bên dưới mặt đất, đây vẫn là một không gian có cấu trúc tinh vi, nơi sự cân bằng thủy văn và địa chất phải được duy trì nghiêm ngặt. Khi kết hợp hiểu biết khoa học về không gian ngầm vô hình với việc khảo sát từ trước, chúng ta sẽ có thể xây dựng một môi trường đô thị an toàn hơn.
