Vệt gợn sóng trên cát và vân sóng hoá đá: cát ghi lại dòng chảy thế nào

Những gợn sóng đều đặn trên bãi cát, đáy suối hay đồi cát hình thành vì dòng nước hoặc gió cuốn hạt cát lăn, nhảy theo từng nhịp: chỗ gờ nhô lên làm dòng chảy xoáy lại phía sau, hạt cát rơi xuống đó, gờ mới tiếp tục mọc ra. Hình dạng gợn ghi lại kiểu dòng chảy: sóng đánh qua lại tạo gợn cân đối, dòng chảy một chiều tạo gợn lệch. Khi cát hoá đá, những vân này được giữ hàng trăm triệu năm, cho nhà địa chất đọc được dòng nước cổ.

Thấy ở đâu

Lúc thuỷ triều rút trên các bãi biển thoải như Đồ Sơn (Hải Phòng), Sầm Sơn (Thanh Hoá) hay bãi bồi cửa sông, mặt cát hiện ra phủ đầy những gợn nhỏ song song, cách nhau vài xăng-ti-mét, như mặt tôn lượn sóng. Lội suối cạn, nhìn xuống đáy cát cũng thấy những gợn như vậy. Lên đồi cát ở Mũi Né (nay thuộc tỉnh Lâm Đồng) hay đồi cát Nam Cương (nay thuộc tỉnh Khánh Hoà) buổi sáng sớm, gió đã vẽ trên sườn cát những vân mảnh, đều như lược chải.

Và trên những vách đá sa thạch, phiến đá lát lề đường, đôi khi ta bắt gặp đúng hình gợn sóng ấy, nhưng đã hoá thành đá cứng.

Cát chuyển động thế nào

Hạt cát nặng, dòng chảy yếu không nhấc nổi. Khi dòng nước hay gió đủ mạnh, hạt cát bắt đầu di chuyển theo ba kiểu:

• Lăn, trượt sát mặt đáy (hạt to).
• Nhảy cóc: bị nhấc lên một đoạn ngắn rồi rơi xuống, va đập vào hạt khác làm chúng nhảy theo. Trong gió, đây là cách di chuyển chính của cát; các hạt nhảy hiếm khi cao quá vài chục xăng-ti-mét.
• Lơ lửng: hạt rất mịn (bùn, bụi) bị cuốn theo dòng mà không chạm đáy.

Gợn sóng hình thành từ hai kiểu đầu.

Vì sao mặt cát phẳng lại tự nổi gợn

Mặt cát không bao giờ phẳng hoàn toàn. Chỉ cần một gò nhỏ, dòng chảy vượt qua gò sẽ tách khỏi mặt cát ở đỉnh, tạo một vùng nước xoáy chậm ở phía sau. Hạt cát bị đẩy lên mặt trước của gò rồi rơi vào vùng lặng phía sau, chất lên ở đó. Gò lớn dần và tiến dần theo chiều dòng chảy. Vùng xoáy phía sau lại làm dòng chảy cọ mạnh vào mặt cát xa hơn một chút, đào lõm ở đó và tạo gò tiếp theo. Cứ thế, một mặt cát phẳng tự chia thành những gợn cách đều nhau. Đây là ví dụ đẹp về tự tổ chức trong tự nhiên: không ai vẽ mà hình mẫu tự xuất hiện.

Đọc gợn sóng: cân đối hay lệch

Với gợn dòng chảy, mẹo nhớ: sườn dốc nằm phía dòng chảy đi tới. Nhìn một gợn lệch dưới đáy suối, bạn biết ngay suối chảy về hướng nào, kể cả khi nước đã cạn. Gợn sóng dao động thì đỉnh thẳng, song song với hàng sóng, nên cho biết hướng sóng đánh vào (vuông góc với các gờ).

Khoảng cách giữa hai gờ cũng mang thông tin. Ở gợn sóng dao động, khoảng cách này liên quan tới độ lớn của vòng chuyển động nước sát đáy, nên gián tiếp cho biết sóng lớn hay nhỏ và nước nông hay sâu. Gợn gió thì khoảng cách liên quan đến quãng nhảy của hạt cát.

Khi dòng chảy mạnh hơn nữa, gợn nhỏ lớn thành những đụn cát dưới nước cao hàng mét ở lòng sông lớn; mạnh hơn nữa thì đụn bị san phẳng. Các nhà thuỷ văn dùng hình dạng đáy sông để ước lượng dòng chảy.

Vân sóng hoá đá: lời khai của biển cổ

Khi một lớp cát có gợn sóng bị phủ lên bởi lớp bùn mịn (ví dụ khi triều lên mang bùn, hoặc dòng chảy yếu đi), hình gợn được bảo vệ. Qua hàng triệu năm, các lớp trầm tích chồng lên nhau, bị nén chặt, xi măng hoá thành sa thạch và bột kết. Hình gợn sóng nằm lại nguyên vẹn giữa các lớp đá. Khi đá bị nâng lên, bị bóc mòn, hoặc người ta tách phiến đá ra, vân sóng hiện lại.

Nhà địa chất đọc được nhiều điều từ vân sóng hoá đá:

• Môi trường cổ: gợn dao động cân đối cho biết từng là vùng nước nông có sóng, ví dụ bãi triều, hồ nông.
• Hướng dòng chảy cổ: gợn lệch cho biết sông cổ chảy về phía nào.
• Đâu là mặt trên: gợn dao động có đỉnh nhọn hướng lên và rãnh tròn hướng xuống. Trong vùng đá bị uốn nếp, lật ngược, nhìn hình gợn là biết lớp đá đang nằm đúng chiều hay đã bị lộn.

Vân sóng hoá đá thường đi cùng các dấu vết khác như vết nứt khô (bài riêng về đất nứt ô đa giác), dấu giọt mưa, vết chân động vật, cho thấy một bãi triều cổ có lúc ngập lúc khô. Robot tự hành Curiosity của NASA đã chụp được những lớp đá có vân sóng trên Sao Hoả, một trong các bằng chứng cho thấy nơi đó từng có nước chảy và hồ nước nông.

Họ hàng: gợn trên tuyết, trên mây

• Gió thổi trên tuyết ở vùng lạnh tạo những gợn và gờ tương tự gợn cát.
• Mây gợn sóng song song trên trời có cơ chế khác (dao động của lớp không khí), chỉ giống về hình.
• Khi triều rút, những dòng nước nhỏ chảy ngược ra biển khắc lên cát các rãnh phân nhánh như hình cành cây. Đó là vết rãnh do nước rút, không phải gợn sóng.

Hiểu lầm thường gặp

• "Gợn cát là dấu vết sóng in xuống." Không phải sóng "in" hình. Gợn tự hình thành do hạt cát chuyển động và vùng xoáy sau mỗi gờ; khoảng cách giữa các gờ thường nhỏ hơn rất nhiều so với khoảng cách giữa các con sóng trên mặt nước.
• "Đá có vân sóng là đá bị nước bào." Vân sóng hoá đá có từ khi lớp cát còn mềm, chưa thành đá. Đá bị nước bào sau này có hình dạng khác: hốc, rãnh không đều.
• "Đồi cát đứng yên." Gợn gió và cả đồi cát đều dịch chuyển. Gợn nhỏ có thể đổi hình trong vài phút khi gió mạnh.

Tự quan sát / tự thử an toàn

1. Đọc hướng dòng chảy. Khi đi suối cạn, bãi bồi, tìm gợn lệch. Xác định sườn dốc, đoán hướng nước chảy, rồi thả một chiếc lá vào dòng nước gần đó để kiểm tra.
2. Tạo gợn trong khay. Rải một lớp cát mịn dày khoảng 2 cm trong khay nhựa dài, đổ nước ngập vài phân. Nhấc nhẹ một đầu khay lên xuống đều đặn để nước dao động qua lại. Sau vài phút, mặt cát nổi gợn cân đối. Thay bằng cách nghiêng khay và rót nước chảy một chiều từ đầu khay: gợn lệch xuất hiện.
3. Chụp vân gió trên đồi cát. Đến đồi cát sáng sớm khi nắng xiên, bóng đổ làm vân hiện rõ nhất. Chụp cùng một chỗ sau một giờ để thấy vân đã dịch chuyển.
4. Tìm vân sóng trong đá. Để ý các phiến đá sa thạch dùng lát sân, kè đá ở công viên, bảo tàng địa chất. Bảo tàng Địa chất ở Hà Nội có trưng bày các mẫu đá trầm tích.

An toàn: không lội suối khi trời mưa ở thượng nguồn (lũ quét đến rất nhanh). Ở bãi triều, theo dõi giờ nước lên, không đi quá xa ra bãi bùn. Không đục phá đá, lấy mẫu ở khu bảo tồn, công viên địa chất.