Nghiên cứu khảo sát địa từ - điện ly ở Việt Nam

03/08/2011

Trường địa từ - điện ly có một tầm quan trọng vô cùng to lớn trong mọi mặt hoạt động của con người, quyết định sự tồn tại của sinh quyển, tác động trực tiếp lên địa quyển, khí quyển trái đất. Ở Việt Nam, trường địa từ điện ly mang nhiều tính chất đặc biệt so với nhiều vùng khác trên thế giới do tồn tại vòng dòng xích đạo chạy qua lãnh thổ phía Nam. Bắt đầu từ những nghiên cứu đầu tiên năm 1957, trải qua 50 năm phát triển, nhờ sự hợp tác với cộng đồng khoa học quốc tế, các nghiên cứu khảo sát địa từ - điện ly tại Viện Vật lý địa cầu (VLĐC) thuộc Viện KHCNVN đã thu được những kết quả quan trọng, góp phần vào công cuộc xây dựng, phát triển kinh tế, bảo vệ lãnh thổ của đất nước trong giai đoạn mới hiện nay. Nghiên cứu địa từ - điện ly gồm hai mặt. Trước hết, nó phục vụ cụ thể cho cuộc sống của con người trong việc truyền sóng vô tuyến, định hướng lái trong hàng không, hàng hải, thăm dò khoáng sản, dầu khí… Mặt khác, nó góp phần hạn chế ảnh hưởng không tốt đối với các hệ thống, thiết bị máy móc công nghệ, đối với đời sống, sức khỏe của con người.

Mạng lưới đài trạm thu thập số liệu địa từ - điện ly tại Việt Nam

Sơ đồ các đài địa từ - điện ly ở Việt Nam

Ra đời cách đây 54 năm, đến nay hệ thống thu thập số liệu nghiên cứu địa từ - điện ly ở Việt Nam bao gồm bốn đài trạm là đài VLĐC Sapa, đài Phú Thụy (Hà Nội), đài Đà Lạt và đài Bạc Liêu. Từ năm 1992, nhờ sự hợp tác quốc tế, ba đài Phú Thụy, Bạc Liêu và Đà Lạt lần lượt được lắp đặt máy ghi từ hiện số với độ chính xác đến 0,01 nT thay thế cho máy quang cơ cũ, phục vụ đắc lực cho việc nghiên cứu từ trường vùng cận xích đạo từ, đánh dấu một bước phát triển mới của ngành địa từ Việt Nam. Đặc biệt, đài địa từ hành tinh (OMP - Observatoire Magnetic Planétaire) Phú Thụy đã trở thành một thành viên của chương trình INTERMAGNET quốc tế, các giá trị địa từ được ghi và truyền đi qua vệ tinh trong khuôn khổ mạng lưới đài OMP phân bố trên khắp thế giới.

Bên cạnh các số liệu nghiên cứu địa từ, việc thu thập số liệu điện ly ở Việt Nam được bắt đầu từ năm 1962 tại đài Phú Thụy. Trong khuôn khổ chương trình SEALION quốc tế nghiên cứu điện ly vùng Đông Nam Á, năm 2005-2006, đài Phú Thụy và đài Bạc Liêu lần lượt được trang bị máy thăm dò thẳng đứng hiện số thay máy cũ bằng xung vô tuyến điện, quan sát bằng mắt. Trải qua 6 năm hoạt động, các thiết bị này đã cung cấp một khối lượng lớn số liệu về các thông số điện ly, giúp có được những đặc trưng quý báu về tầng điện ly lãnh thổ Việt Nam và vùng Đông Nam Á.

Nghiên cứu khảo sát địa từ tại Việt Nam

Trên cơ sở các số liệu do hệ thống đài trạm cung cấp, ngành nghiên cứu khảo sát địa từ Việt Nam đã đạt được một số kết quả quan trọng như nghiên cứu từ trường bình thường, biến thiên thế kỷ, biến thiên từ, nghiên cứu từ trường ứng dụng.

Thiết bị nghiên cứu địa từ tại đài Phú Thụy

Từ trường bình thường lãnh thổ Việt Nam

Tại một điểm trên mặt đất, từ trường sau khi tách phần biến thiên có nguồn gốc bên ngoài sẽ bao gồm từ trường bình thường (TTBT) có nguồn gốc sâu bên trong trái đất và trường dị thường tạo bởi các nguồn nằm trong vỏ trái đất và lớp bao cứng của thượng manti. Kết quả chính của việc nghiên cứu TTBT lãnh thổ Việt Nam là tập bản đồ Atlas quốc gia về địa từ niên đại 1975.5. Đây là tập bản đồ địa từ đầu tiên của Việt Nam, cung cấp đặc trưng chung của từ trường trái đất trên toàn lãnh thổ, làm cơ sở cho việc đánh giá trường dị thường từ, nghiên cứu cấu trúc địa chất, tìm kiếm các nguồn tài nguyên khoáng sản. Ngoài ra, mạng lưới đo từ lặp của Việt Nam từ khi được xây dựng vào năm 1991 đến nay đã thực hiện được ba đợt đo từ chuẩn, giúp xây dựng được ba tập bản đồ TTBT cho toàn lãnh thổ các niên đại 1991.5, 1997.5 và 2003.5, đem lại những đặc trưng điển hình nhất của TTBT lãnh thổ Việt Nam. Đó là độ từ thiên là âm trên toàn lãnh thổ, có giá trị tuyệt đối nói chung nhỏ hơn 1^o góc, thành phần thẳng đứng có grandient dọc theo kinh tuyến lớn, lên đến hơn 16nT/km, và dị thường từ lớn Nam Á tại vùng vịnh Thái Lan được thể hiện trong thành phần nằm ngang.

Biến thiên thế kỷ của từ trường trái đất

Bên cạnh việc nghiên cứu từ trường bình thường là nghiên cứu biến thiên thế kỷ (BTTK). BTTK là biến thiên chu kỳ dài theo thời gian của từ trường trái đất, có nguồn gốc bên trong trái đất. Nó cho phép nghiên cứu cấu trúc trái đất từ lớp vỏ cho đến nhân, nghiên cứu những tiến hóa của trái đất trong quá khứ, hiện tại và tương lai, cũng như cho phép thực hiện các phép hiệu chỉnh trong công tác đo từ, thành lập các bản đồ từ, nghiên cứu cấu trúc kiến tạo vỏ trái đất, thăm dò khoáng sản có ích, dự báo động đất. Việc nghiên cứu BTTK ở Việt Nam cũng đã thu được kết quả quan trọng nhất là xây dựng thành công tập hợp các mô hình BTTK lãnh thổ Việt Nam tương ứng cho các thời kỳ 1991-1997, 1997-2003 cùng với các đặc trưng của chúng, trong đó đặc biệt là BTTK thành phần thẳng đứng Z trên toàn lãnh thổ có giá trị rất cao, lên đến 50-60nT/năm. Đây là lần đầu tiên Việt Nam có một tập hợp đầy đủ các mô hình BTTK với độ chính xác cao trên toàn lãnh thổ.

Biến thiên từ

Ngoài ra, nghiên cứu biến thiên từ cũng là một nhiệm vụ quan trọng được triển khai trong ngành địa từ, trong đó bao gồm biến thiên ngày đêm Sq, vòng dòng xích đạo, nhiễu loạn hình vịnh, nhật thực, bão từ… Các nghiên cứu này có vai trò lớn, không những đóng góp vào vốn kiến thức của cộng đồng thế giới về các hệ thống dòng điện trong khí quyển trái đất, mà còn phục vụ trực tiếp cho các công tác thực tiễn hiệu chỉnh đo từ trong vùng xích đạo từ, cũng như nghiên cứu từ trường ứng dụng.

Bão từ

Đặc biệt, trong đó nghiên cứu về bão từ có ý nghĩa rất lớn. Theo thống kê qua 5 chu trình hoạt động mặt trời (mỗi chu trình là 11 năm), trung bình số bão từ ghi nhận được ở Việt Nam vào những năm mặt trời hoạt động mạnh đạt đến 40 – 45 trận/năm, trong khi con số này chỉ đạt 12 – 18 trận/năm vào những năm mặt trời yên tĩnh. Đồng thời, các trận bão từ lớn ở Việt Nam cũng được ghi nhận vào các năm mặt trời hoạt động mạnh, tập trung xung quanh các năm 1957, 1968, 1979, 1989, và gần đây nhất là năm 2001. Theo quy luật đó đến năm 2012 – 2013, chu trình mặt trời hoạt động mạnh lần thứ 24 bão từ sẽ xảy ra nhiều và rất mạnh. Ngoài ra, các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng ở Việt Nam biên độ bão từ bắt đầu bất ngờ xuất hiện vào ban đêm giảm dần từ Bắc vào Nam, ngược lại chúng tăng dần từ Bắc vào Nam đối với bão từ xuất hiện ban ngày.


Bề mặt Mặt trời trước khi gây ra bão từ	Bùng nổ sắc cầu mặt trời	Chùm plasma mặt trời bao trùm trái đất

Nghiên cứu từ trường ứng dụng (tác động của bão từ đối với hệ thống truyền tải điện, hệ thống ống dẫn dầu khí… ở Việt Nam)

Trên cơ sơ các kết quả nghiên cứu trên, các nhà khoa học cũng đồng thời tiến hành các nghiên cứu địa từ ứng dụng như tác động của bão từ đối với hệ thống truyền tải điện, hệ thống ống dẫn dầu khí… Với quy trình công nghệ thiết lập hệ máy ghi chính xác dòng điện cảm ứng (DĐCƯ) chạy qua đường dây trung tính của trạm biến áp 500-220kV khi có bão từ xuất hiện, các nhà nghiên cứu đã xác định được độ dẫn biểu kiến của vùng đất nơi có trạm biến áp σ = 1,3x10^-3Ω^-1m^-1 cho vùng Hòa Bình, cũng như đã xây dựng được mô hình DĐCƯ lý thuyết từ số liệu biến thiên từ gần vùng nghiên cứu. Bên cạnh đó, với công nghệ ghi điện thế ống - đất lắp đặt tại đường ống dẫn khí tại Trạm phân phối khí Bà Rịa, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng tần suất xuất hiện của các giá trị điện thế ống - đất trong năm 2004 là có đến hàng trăm nghìn giá trị >1,3V về giá trị tuyệt đối, trong đó có hàng nghìn giá trị >1,4V, hàng trăm giá trị đến >1,5V, hàng chục giá trị >1,7V (1,3V là giá trị an toàn của hệ thống). Các kết quả này được áp dụng để dự báo sự xuất hiện nguy hiểm của DĐCƯ đối với các máy biến áp 500-220kV, hệ thống đường dây dẫn dài khác, cũng như cảnh báo sự gia tăng ăn mòn của đường ống dẫn dầu khí khi có bão từ xảy ra.

Đặt thiết bị nghiên cứu tác động của bão từ lên hệ thống biến áp 500kV

Nghiên cứu khảo sát điện ly tại Việt Nam

Bên cạnh địa từ, điện ly cũng là một vấn đề rất cơ bản trong nghiên cứu VLĐC. Việc nghiên cứu khảo sát điện ly của Việt Nam đã đạt được một số kết quả đáng kể, được ứng dụng trong thực tiễn cuộc sống.


Thiết bị thăm dò, nghiên cứu điện ly ở Việt Nam	Hội thảo quốc tế nghiên cứu điện ly ở Việt Nam

Tầng điện ly là một tập hợp các lớp của khí quyển trái đất ở độ cao từ 60 - 1500 km. Đó là một phần quan trọng trong cấu trúc khí quyển trái đất và mang trong mình những thông tin quý giá về hoạt động của hành tinh chúng ta trong hệ Mặt trời nói riêng và vũ trụ nói chung.

Thông qua các thông số về tần số, về độ cao biểu kiến, về tần số sử dụng cao nhất… do đài Phú Thụy và Bạc Liêu cung cấp, việc nghiên cứu điện ly đã thu được nhiều kết quả quan trọng phục vụ nghiên cứu khoa học cũng như thực tiễn truyền sóng vô tuyến. Trên cơ sở đó kết hợp với chương trình SEALION nghiên cứu điện ly vùng Đông Nam Á, các nhà khoa học đã thu được những thành quả ban đầu trong nghiên cứu các bọng plasma vùng xích đạo gây ra các nhiễu loạn trong tầng điện ly.

Với những kết quả nghiên cứu khảo sát địa từ - điện ly như trên, Viện VLĐC đã và đang cung cấp các giá trị từ trường điện ly trái đất vùng lãnh thổ Việt Nam, góp phần vào công cuộc xây dựng, phát triển kinh tế, bảo vệ lãnh thổ của đất nước ta trong giai đoạn mới hiện nay, cũng như góp phần không nhỏ vào các ngành nghiên cứu khoa học Trái đất trên thế giới.

Nguồn: PGS.TS.NCVCC Hà Duyên Châu
Viện Vật lý Địa cầu
Xử lý tin: Bích Diệp

Tags: