Mực nước biển là gì? Vì sao mực nước biển được dùng làm chuẩn đo độ cao?

Mực nước biển (Sea level) là độ cao trung bình của bề mặt đại dương trên toàn cầu. Đây không chỉ là một con số đơn thuần mà còn là một khái niệm động, đóng vai trò nền tảng trong vô số lĩnh vực từ khoa học tự nhiên đến quy hoạch phát triển và quản lý rủi ro.

Các loại mực nước biển

Để hiểu rõ hơn về mực nước biển, chúng ta cần phân biệt các loại khác nhau, tùy thuộc vào mục đích sử dụng và phạm vi đo lường:

• Mực nước biển cục bộ (Local Sea Level): Đây là độ cao của mặt nước biển được đo tại một vị trí cụ thể trên bờ biển. Mực nước biển cục bộ chịu ảnh hưởng trực tiếp từ các yếu tố tại chỗ như thủy triều, hướng và cường độ gió, áp suất khí quyển, cũng như nhiệt độ và độ mặn của nước biển.
• Mực nước biển trung bình (Mean Sea Level – MSL): MSL là giá trị trung bình của mực nước biển cục bộ được tính toán trong một khoảng thời gian dài, thường là 19 năm. Khoảng thời gian này đủ để loại bỏ ảnh hưởng của chu kỳ thủy triều lớn nhất. MSL là mốc chuẩn phổ biến nhất được sử dụng trong các bản đồ địa hình, đo đạc độ cao và các dự án kỹ thuật ở cấp quốc gia hoặc khu vực.
• Mực nước biển toàn cầu (Global Mean Sea Level – GMSL): GMSL là giá trị trung bình của mực nước biển trên toàn bộ các đại dương của Trái Đất. Đây là thước đo then chốt để đánh giá sự thay đổi của khí hậu toàn cầu, đặc biệt là hiện tượng nóng lên của hành tinh và sự tan chảy của băng. GMSL chủ yếu được xác định thông qua dữ liệu thu thập từ các vệ tinh đo độ cao.

Những yếu tố nào ảnh hưởng đến mực nước biển?

Mực nước biển không bao giờ đứng yên mà luôn thay đổi do sự tác động của nhiều yếu tố tự nhiên và con người:

• Thủy triều: Lực hấp dẫn từ Mặt Trăng và Mặt Trời là nguyên nhân chính gây ra thủy triều, khiến mực nước biển dâng lên và hạ xuống theo chu kỳ ngày và đêm.
• Gió và áp suất khí quyển: Gió mạnh có thể đẩy khối lượng nước biển dồn về một phía, làm tăng mực nước biển tại đó và giảm ở phía đối diện. Áp suất khí quyển thấp cũng làm giảm áp lực lên bề mặt nước, khiến mực nước biển có thể dâng cao hơn.
• Nhiệt độ nước biển (Giãn nở nhiệt): Khi nhiệt độ nước biển tăng lên, nước sẽ giãn nở, làm tăng thể tích tổng cộng của nước biển và dẫn đến mực nước biển dâng cao. Đây là một đóng góp đáng kể vào mực nước biển dâng toàn cầu do biến đổi khí hậu.
• Độ mặn của nước biển: Nước biển có độ mặn thấp hơn thường có mật độ nhẹ hơn và có xu hướng “nổi” cao hơn một chút so với nước biển mặn và đặc hơn.
• Dòng chảy đại dương: Các hệ thống dòng chảy lớn trong đại dương có thể tạo ra sự chênh lệch mực nước biển cục bộ trên phạm vi rộng.
• Tan chảy của băng và sông băng: Sự tan chảy của các khối băng lớn trên đất liền (như các sông băng và chỏm băng ở Greenland, Nam Cực) là nguyên nhân chính làm tăng thể tích nước đổ vào đại dương, góp phần trực tiếp vào sự dâng cao mực nước biển toàn cầu.
• Thay đổi lưu trữ nước trên đất liền: Các hoạt động của con người như khai thác nước ngầm quá mức, xây dựng các đập lớn để trữ nước, hoặc những thay đổi trong chu trình nước tự nhiên trên đất liền cũng có thể có những ảnh hưởng nhỏ đến mực nước biển toàn cầu.
• Sự dịch chuyển của vỏ Trái Đất (Hiệu ứng hậu băng hà và kiến tạo): Vỏ Trái Đất có thể nâng lên hoặc hạ xuống do các quá trình địa chất như sự phục hồi của đất liền sau khi các khối băng khổng lồ tan chảy hoặc do hoạt động của các mảng kiến tạo. Điều này làm thay đổi độ cao tương đối của đất liền so với mực nước biển cục bộ.

Các tính mực nước biển phổ biến hiện nay

Để xác định mực nước biển, đặc biệt là mực nước biển trung bình (MSL) và mực nước biển toàn cầu (GMSL), chúng ta có thể sử dụng kết hợp nhiều phương pháp và công nghệ hiện đại:

Đo đạc tại các trạm thủy văn (Thủy triều kế)

Nguyên lý: Đây là phương pháp truyền thống, sử dụng các thiết bị được đặt cố định tại các trạm dọc theo bờ biển (gọi là thủy triều kế). Các thiết bị này liên tục ghi nhận sự thay đổi mực nước biển theo chu kỳ thủy triều (lên và xuống) hàng ngày, hàng tháng và theo mùa.

Dữ liệu từ các trạm này giúp xác định mực nước biển trung bình trong các khoảng thời gian dài và tạo ra các mô hình dự báo thủy triều, đồng thời cung cấp thông tin về các biến động cục bộ của mực nước biển.

Sử dụng vệ tinh đo độ cao (Satellite Altimetry)

Nguyên lý: Phương pháp này sử dụng các vệ tinh chuyên dụng được trang bị radar đo khoảng cách từ vệ tinh đến bề mặt đại dương. Vệ tinh phát đi tín hiệu radar và đo thời gian tín hiệu phản hồi lại. Khoảng cách đo được này sau đó được điều chỉnh để loại bỏ các yếu tố gây nhiễu như sóng bề mặt, dòng chảy, áp suất khí quyển, và các yếu tố khác.

Dữ liệu từ vệ tinh là công cụ vô giá để tính toán mực nước biển toàn cầu (GMSL), theo dõi sự thay đổi của nó trên phạm vi rộng lớn và liên tục. Các nhiệm vụ vệ tinh như TOPEX/Poseidon, Jason-1, Jason-2, Jason-3 của NASA/NOAA/CNES là những ví dụ điển hình.

Sử dụng các thiết bị đo đạc khác

Cảm biến áp suất: Các cảm biến này được đặt dưới nước và đo áp suất cột nước phía trên chúng. Từ áp suất này, có thể xác định được mực nước.

Thiết bị đo điện dung: Phương pháp này sử dụng sự thay đổi điện dung (khả năng lưu trữ điện tích) của một cảm biến khi mực nước thay đổi để xác định độ cao của nước.

Phao cơ học và phao neo tự động: Các hệ thống phao nổi trên mặt nước (ví dụ như phao ARGO) có thể được trang bị cảm biến để theo dõi mực nước và các thông số khác của đại dương, truyền dữ liệu về trung tâm.

=> Xem thêm: Mực nước là gì? Lưu lượng dòng chảy và phương pháp đo

Tại sao độ cao luôn được đo theo mực nước biển?

Việc lấy mực nước biển trung bình (MSL) làm chuẩn để đo độ cao của mọi địa hình, công trình hay vật thể trên Trái Đất là một quy ước quốc tế và là phương pháp thiết yếu trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật.

• Điểm tham chiếu ổn định và dễ nhận diện toàn cầu: Dù có dao động hàng ngày, nhưng khi tính trung bình trong thời gian dài, mực nước biển tạo ra một bề mặt tham chiếu tương đối ổn định và đồng nhất trên toàn cầu. Điều này giúp tạo ra một tiêu chuẩn chung cho các phép đo độ cao trên khắp thế giới, cho phép so sánh độ cao giữa các khu vực khác nhau một cách chính xác.
• Phản ánh biến động tự nhiên của môi trường: Mực nước biển không chỉ là một điểm chuẩn tĩnh mà còn là một chỉ báo quan trọng phản ánh những thay đổi tự nhiên và do con người trong môi trường, đặc biệt là biến đổi khí hậu. Đo độ cao so với mực nước biển giúp các nhà khoa học theo dõi sự thay đổi của các vùng đất liền và hiểu rõ hơn về tác động của biến đổi khí hậu.
• Đảm bảo tính đồng nhất và an toàn cho nhiều lĩnh vực: Sử dụng mực nước biển làm cơ sở cho tất cả các phép đo độ cao giúp đảm bảo tính đồng nhất giữa các khu vực và quốc gia khác nhau. Điều này vô cùng quan trọng trong nghiên cứu địa lý, quy hoạch đô thị, xây dựng hạ tầng, hàng hải, và hàng không, nơi độ chính xác trong đo đạc độ cao là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động.
• Công cụ theo dõi và bảo vệ môi trường: Việc đo độ cao theo mực nước biển giúp các nhà khoa học theo dõi sự thay đổi trong môi trường, như sự gia tăng mực nước biển và ảnh hưởng của nó đến các hệ sinh thái. Thông qua việc hiểu rõ các biến đổi, các nhà khoa học có thể đưa ra các biện pháp ứng phó kịp thời và hiệu quả, góp phần vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Tầm quan trọng của việc nghiên cứu mực nước biển

Nghiên cứu và theo dõi mực nước biển có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với nhân loại và môi trường:

• Chỉ báo biến đổi khí hậu: Mực nước biển dâng là một trong những hệ quả rõ ràng và nghiêm trọng nhất của biến đổi khí hậu toàn cầu. Việc theo dõi mực nước biển giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tốc độ và quy mô của sự nóng lên toàn cầu, từ đó đưa ra các dự báo và biện pháp ứng phó.
• Quy hoạch và phát triển ven biển: Dữ liệu về mực nước biển (đặc biệt là mực nước biển dâng trong tương lai) là yếu tố cực kỳ quan trọng giúp các nhà quy hoạch đô thị và quản lý tài nguyên đưa ra các quyết định sáng suốt về phát triển hạ tầng, bảo vệ bờ biển, quản lý lũ lụt và quy hoạch sử dụng đất.
• Dự báo và cảnh báo thiên tai: Hiểu biết về mực nước biển giúp dự báo chính xác hơn các hiện tượng cực đoan như triều cường, nước dâng do bão và sóng thần, từ đó đưa ra cảnh báo kịp thời, bảo vệ tính mạng và tài sản cho cộng đồng ven biển.
• Hàng hải và vận tải biển: Mực nước biển ảnh hưởng trực tiếp đến độ sâu của các kênh đào, cảng biển và tuyến đường hàng hải, điều này cực kỳ quan trọng cho việc định hướng an toàn của tàu thuyền và hoạt động logistics toàn cầu.
• Nghiên cứu khoa học và môi trường:Nghiên cứu mực nước biển cung cấp thông tin quý giá về các quá trình vật lý, hóa học và sinh học trong đại dương, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về hệ thống Trái Đất, chu trình nước toàn cầu và tác động của con người lên môi trường.

Tóm lại, mực nước biển là một chỉ số động, phản ánh sự tương tác phức tạp giữa đại dương, khí quyển, băng và đất liền. Việc theo dõi và hiểu rõ về mực nước biển là vô cùng cần thiết để đối phó với những thách thức do biến đổi khí hậu gây ra và để phát triển bền vững các khu vực ven biển trên toàn thế giới.