Khám phá Dòng Thác Máu Blood Falls và cấu trúc vi mô của Nước

Năm 1911, nhà địa chất người Anh Thomas Griffith Taylor, trong chuyến thám hiểm Terra Nova, lần đầu tiên ghi nhận một dòng thác máu đỏ sẫm chảy ra từ sông băng Taylor, thuộc vùng McMurdo Dry Valleys, Nam Cực. Dòng nước này, trông như vết máu đông trên nền băng trắng, được ông đặt tên là Blood Falls.

Ban đầu, các nhà khoa học cho rằng màu đỏ xuất phát từ tảo đỏ hoặc khoáng chất sắt oxide. Tuy nhiên, phân tích mẫu nước cho thấy lượng tảo và oxide quá thấp, không đủ để tạo nên màu sắc đặc trưng này.

• Di sản lời nói của Muhammad: Từ Qur’an đến Nghìn Lẻ Một Đêm
• Hiện tượng phân tầng nước biển, phép lạ trong Kinh Qur’an từ thế kỷ 7
• Sống với lời nói không thật – sự hủy hoại tâm hồn

Dòng Thác Máu – Hạt nano là chìa khóa

Năm 2023, một nhóm nghiên cứu quốc tế, sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) tại Đại học Johns Hopkins, đã phát hiện nguyên nhân thực sự: các hạt nano không tinh thể (amorphous nanospheres) giàu sắt. Những hạt này, với kích thước siêu nhỏ, còn chứa silicon, nhôm, canxi, và natri, nhưng sắt là yếu tố chính tạo màu.

Nước mặn (brine) từ hồ ngầm dưới sông băng ban đầu trong suốt. Khi tiếp xúc với không khí, các hạt nano sắt bị oxy hóa, chuyển thành dạng sắt oxide màu đỏ sẫm, tạo nên hiệu ứng màu máu đặc trưng của Blood Falls. Do cấu trúc không tinh thể, các hạt này trước đây khó bị phát hiện bằng phương pháp phân tích truyền thống.

Vi sinh vật trong bóng tối

Dưới lớp băng dày hơn 400 mét của sông băng Taylor là một hồ nước mặn cổ đại, có thể tồn tại hàng triệu năm. Năm 2014, nhóm nghiên cứu do Jill A. Mikucki (Đại học Tennessee) dẫn đầu sử dụng thiết bị khoan IceMole để lấy mẫu nước từ lớp brine này. Họ phát hiện ít nhất 17 loài vi khuẩn kỵ khí, sống sót trong điều kiện cực lạnh và gần như không có oxy. Những vi khuẩn này dựa vào phản ứng hóa học giữa sắt và sulfate để tồn tại, không cần ánh sáng mặt trời, minh chứng cho khả năng thích nghi đáng kinh ngạc của sự sống.

Cấu trúc vi mô của nước: Tinh thể lục giác và dòng chảy

Nước đóng vai trò quan trọng trong hiện tượng Blood Falls, không chỉ là dung môi chứa các hạt nano mà còn thể hiện cấu trúc vi mô độc đáo.

Nước đá (Ice Ih): Khi nước đóng băng, các phân tử H₂O liên kết qua liên kết hydro, tạo thành mạng tinh thể lục giác, giống như tổ ong ba chiều. Dưới kính hiển vi phân cực, cấu trúc này hiện rõ với các góc lục giác đều đặn, mỗi phân tử H₂O liên kết với bốn phân tử khác.

Nước lỏng: Ở trạng thái lỏng, các phân tử H₂O không còn giữ cấu trúc lục giác cố định. Chúng chuyển động tự do, tạo thành các cụm phân tử tạm thời (water clusters) tồn tại trong thời gian rất ngắn (picosecond). Dưới kính hiển vi điện tử hoặc mô phỏng máy tính, các phân tử này xuất hiện như những “vi cầu” dao động liên tục, va chạm và di chuyển, tạo nên cảm giác “dòng chảy mượt mà”.

Để dễ hình dung, ta có thể ví dòng chảy của nước lỏng như tấm lụa mềm mại. Khi nhìn gần, lụa thực chất là tập hợp các sợi tơ riêng lẻ, nhưng mắt thường chỉ thấy tổng thể mượt mà. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng đây chỉ là một ẩn dụ để minh họa sự chuyển động của phân tử nước, không phải sự tương đồng hoàn toàn về bản chất vật lý, vì sợi lụa là polymer hữu cơ, trong khi nước lỏng là tập hợp các phân tử H₂O nhỏ liên kết tạm thời.

Hình lục giác: Sự tối ưu của tự nhiên

Cấu trúc lục giác không chỉ xuất hiện trong nước đá mà còn phổ biến trong tự nhiên, từ tổ ong, bông tuyết, đến thạch anh và tế bào thực vật. Đây là dạng hình học tối ưu, giúp tiết kiệm năng lượng, tối đa hóa diện tích và đảm bảo độ bền. Vũ trụ dường như “ưa chuộng” hình lục giác vì sự cân bằng hoàn hảo giữa tính cứng cáp và linh hoạt, thể hiện cách vật chất tổ chức hài hòa ở cấp độ vi mô.

Vật chất và sự sống dưới góc nhìn mới

Blood Falls không chỉ là một hiện tượng địa chất mà còn mở ra những câu hỏi lớn về bản chất vật chất và sự sống. Các hạt nano, vi khuẩn kỵ khí, và cấu trúc tinh thể nước cho thấy rằng ngay cả trong môi trường khắc nghiệt nhất, sự sống và vật chất vẫn tổ chức theo những cách tinh vi, vượt xa nhận thức thông thường.

Một số nhà khoa học và triết gia, như trong các nghiên cứu vật lý lượng tử, cho rằng vật chất không phải là “khối cứng” mà là tập hợp các dao động năng lượng, tạm thời tạo thành hình tướng trong mắt người.

Dòng nước mượt mà của Blood Falls, khi nhìn ở cấp độ vi mô, là tập hợp các phân tử dao động không ngừng, sắp xếp thành mạng lục giác khi đóng băng hoặc chuyển động tự do khi ở thể lỏng. Những khám phá này thúc đẩy chúng ta cần nhìn nhận thế giới không chỉ qua mắt thường, mọi hiện tượng đều ẩn chứa sự phức tạp và kỳ diệu.

Mỹ Mỹ biên tập