Những ngày này, trên các phương tiện truyền thông đại chúng thế giới, đi kèm với diễn biến nóng quanh dịch bệnh Covid-19 còn có tin sốt dẻo về thiên tai với vụ phún xuất của hỏa diệm sơn Cumbre Vieja trên Quần đảo Canary ở Tây Ban Nha vào cuối tháng 9 vừa qua. Gần 6.000 cư dân ở đây đã phải di tản vì sự đe dọa của dung nham và nhất là từ nỗi lo những quả bom núi lửa phát nổ, dù khá hiếm.   

Từ lâu khoa địa chất học đã quan tâm đến thuật ngữ “bom núi lửa” trong các vụ phún xuất của một hỏa diệm sơn. Các chuyên gia không thắc mắc gì lắm nếu những tảng magma từ tâm núi lửa bay tung lên trời rơi xuống rồi phát nổ gây tàn phá, chết chóc. Họ chỉ bối rối và điên đầu khi còn có các quả cầu lửa lơ lửng trên không trung, rơi xuống đất và... không thể phát nổ!

Thực ra, bom núi lửa, phần cơ bản của nhiều vụ phún xuất nham thạch cũng là mối nguy hiểm gây chết người nếu nhiều trong số chúng nổ tung giữa không trung. Theo nghiên cứu khoa học, diễn biến nguy hiểm này thường xảy ra ở những ngọn núi lửa bị ngập giữa một vùng nước nông, hồ nước hoặc biển gần bờ.   

Trong quá trình này, những quả bom – là vỉ magma dẻo quánh, nóng chảy một phần, không nhỏ hơn quả bưởi – sẽ tích tụ rất nhiều nước. Lượng nước được hấp thu bị mắc kẹt ấy tiếp xúc các phần bên trong nóng hừng hực sẽ bị đun sôi sùng sục biến thành hơi. Sự tích tụ hơi nước đột ngột bị nén quá mức áp suất sẽ khiến quả bom nổ tung giữa trời hay trên mặt đất.

Thế mà trong thực tế, theo Mark McGuinness, một nhà toán học tại Đại học Victoria, Wellington ở New Zealand, rất nhiều trong số những quả bom núi lửa này lại rơi xuống đất một cách vô hại vì không phát nổ, trừ khi táng trực tiếp trúng đầu ai đó! Để giải mã những trường hợp an toàn hy hữu ấy, một nhóm các nhà nghiên cứu núi lửa và nhà toán học đã ngồi lại hầu “phá vỡ vụ án”.

Ê-kíp đã xây dựng một mô hình toán học ứng dụng AI mô phỏng việc phóng bom từ một ngọn núi lửa ảo, đồng thời tái tạo áp suất và nhiệt độ thay đổi tương tự ở bên trong một quả cầu lửa. Một trong vài kết quả báo cáo thu được là, bom núi lửa sẽ “tịt” khi nước không bị đun nóng bốc thành hơi hết mà vẫn còn duy trì một lượng nước ở dạng chất lỏng đủ biến trái bom thành nhão nhoẹt khi rơi xuống đất.

Việc những quả bom sũng nước này hiếm khi phát nổ từ lâu đã gây khó hiểu, bởi qua thử nghiệm bằng loại khẩu pháo tùy chỉnh trong phòng lab, các nhà khoa học thực sự không thể nghiên cứu được chi tiết những đường đạn thần tốc của các cục magma nóng chảy này khi chúng được phóng ra khỏi miệng núi. Giờ đây, nhờ mô hình toán học mới, tấm màn bí mật đã tạm được vén lên tiết lộ như sau: Khi magma từ lòng đất dâng trào lên miệng núi lửa, lúc tiếp giáp với bề mặt bên ngoài, nó giảm áp suất và nước bị giam giữ bên trong sẽ thoát ra dưới dạng hơi, tạo ra bong bóng.

Khi bom đã có bọt, nghĩa là cần phải có một cơ số lối thoát nơi hơi nước có thể xả thông ra ngoài, do đó xuất hiện tình trạng tăng áp suất cao, thấp tùy lượng lỗ thoát ít, nhiều. Những quả bom núi lửa nào thiếu mạng lưới lỗ xốp cho hơi nước của magma tạo thoát ra, không chịu nổi áp lực tích tụ, sẽ phát nổ. Còn hầu hết bom đủ bọt nhưng lại cũng có đủ lỗ cho phép hơi nước xả đồng thời trữ lại một ít dung dịch nước dạng lỏng, sẽ không thể nổ tung.

Đối với tiến sĩ McGuinness, nghiên cứu với mô hình toán học mới đã đạt được một mục tiêu khác. Nắm bắt được lý do vì sao nhiều bom núi lửa bắn tung lên trời rơi xuống mà vẫn không nổ được cho là một ví dụ ấn tượng về cách toán học tiên tiến thời kỹ thuật số giúp giải quyết các vấn đề không thuộc phạm trù trừu tượng. Ông hy vọng sự giải mã này sẽ giúp thay đổi nhận thức của công chúng về lĩnh vực nghiên cứu tác hại của một vụ hỏa diệm sơn phun trào, nhờ vậy họ biết trong đó vẫn có những thứ không hoàn toàn đáng sợ lắm!