Detection of a Meteorite Lake
A. As the sun rose over picturesque Lake Bosumtwi, a team of Syracuse University researchers prepared for another day of using state-of-the-art equipment to help bottom. Nestled in the heart of Ghana, the lake holds an untapped reservoir of information that could help scientists predict future climate changes by looking at evidence from the past. This information will also improve the scientists’ understanding of the changes that occur in a region struck by a massive meteorite.
Khi mặt trời lên trên mặt hồ Bosumtwi nên thơ, một nhóm nghiên cứu của Đại học Syracuse lại chuẩn bị cho một ngày làm việc nữa với các thiết bị tối tân để khảo sát đáy hồ. Nằm giữa trái tim Ghana, hồ nước này chứa một kho thông tin chưa được khai thác có thể giúp các nhà khoa học dự đoán những biến đổi khí hậu trong tương lai bằng cách nhìn vào bằng chứng từ quá khứ. Nguồn thông tin ấy cũng giúp họ hiểu rõ hơn những thay đổi xảy ra ở một khu vực từng hứng chịu cú va đập của một thiên thạch khổng lồ.
B. The project, led by earth sciences professor Christopher Scholz of the College of Arts and Sciences and funded by the National Science Foundation (NSF), is the first large-scale effort to study Lake Bosumtwi, which formed 1.1 million years ago when a giant meteor crashed into the Earth’s surface. The resulting crater is one of the largest and most well-preserved geologically young craters in the world, says Scholz, who is collaborating on the project with researchers from the University of Arizona, the University of South Carolina, the University of Rhode Island, and several Ghanaian institutions. “Our data should provide information about what happens when an impact hits hard, pre-Cambrian, crystalline rocks that are a billion years old,” he says.
Dự án do giáo sư địa khoa Christopher Scholz (Trường Nghệ thuật & Khoa học) dẫn dắt và được Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) tài trợ là nỗ lực quy mô lớn đầu tiên nghiên cứu hồ Bosumtwi, được hình thành cách đây 1,1 triệu năm khi một thiên thạch khổng lồ lao vào bề mặt Trái Đất. Miệng hố tạo thành là một trong những hố thiên thạch trẻ về mặt địa chất lớn nhất và được bảo tồn tốt nhất trên thế giới, Scholz nói. Ông đang hợp tác với các nhà nghiên cứu từ Đại học Arizona, Đại học Nam Carolina, Đại học Rhode Island cùng nhiều cơ quan của Ghana. “Dữ liệu của chúng tôi sẽ cho biết điều gì xảy ra khi một cú va đập đánh vào đá kết tinh cổ tiền Cambri có tuổi đời cả tỷ năm,” ông nói.
C. Equally important is the fact that the lake, which is about 8 kilometers in diameter, has no natural outlet. The rim of the crater rises about 250 meters above the water’s surface. Streams flow into the lake, Scholz says, but the water leaves only by evaporation, or by seeping through the lake sediments. For the past million years, the lake has acted as a tropical rain gauge, filling and drying with changes in precipitation and the tropical climate. The record of those changes is hidden in the sediment below the lake bottom. “The lake is one of the best sites in the world for the study of tropical climate changes,” Scholz says. “The tropics are the heat engine for the Earth’s climate. To understand the global climate, we need to have records of climate changes from many sites around the world, including the tropics.”
Cũng quan trọng không kém là thực tế hồ nước rộng khoảng 8 km đường kính này không có lối thoát tự nhiên. Vành miệng hố cao khoảng 250 m so với mặt nước. Các con suối chảy vào hồ, Scholz cho biết, nhưng nước chỉ rời hồ bằng cách bay hơi hoặc thấm qua trầm tích đáy hồ. Suốt một triệu năm qua, hồ hoạt động như một “thước đo mưa” nhiệt đới, đầy lên rồi cạn xuống theo biến đổi của lượng mưa và khí hậu vùng nhiệt đới. Bản ghi của những thay đổi ấy được ẩn trong lớp trầm tích dưới đáy hồ. “Hồ là một trong những địa điểm tốt nhất thế giới để nghiên cứu biến đổi khí hậu nhiệt đới,” Scholz nói. “Vùng nhiệt đới là ‘động cơ nhiệt’ của khí hậu Trái Đất. Muốn hiểu khí hậu toàn cầu, ta cần có các bản ghi biến đổi khí hậu từ nhiều nơi trên thế giới, bao gồm cả vùng nhiệt đới.”
D. Before the researchers could explore the lake’s subsurface, they needed a boat with a large, working deck area that could carry eight tons of scientific equipment. The boat – dubbed R/V Kilindi – was built in Florida last year. It was constructed in modules that were dismantled, packed inside a shipping container, and reassembled over a 10-day period in late November and early December 1999 in the rural village of Abono, Ghana. The research team then spent the next two weeks testing the boat and equipment before returning to the United States for the holidays.
Trước khi có thể khảo sát phần dưới bề mặt của hồ, nhóm cần một con thuyền có boong làm việc lớn đủ mang tám tấn thiết bị khoa học. Con thuyền — được đặt tên là R/V Kilindi — được đóng ở Florida năm ngoái. Thuyền được ghép từ các mô-đun, sau đó tháo rời, đóng vào công-ten-nơ vận chuyển và lắp lại trong mười ngày cuối tháng 11 và đầu tháng 12 năm 1999 tại làng Abono, Ghana. Nhóm nghiên cứu dành thêm hai tuần để thử thuyền và thiết bị trước khi trở về Hoa Kỳ nghỉ lễ.
E. In mid-January, five members of the team – Keely Brooks, an earth sciences graduate student; Peter Cattaneo, a research analyst; and Kiram Lezzar, a postdoctoral scholar, all from SU; James McGill, a geophysical field engineer; and Nick Peters, a Ph.D. student in geophysics from the University of Miami – returned to Abono to begin collecting data about the lake’s subsurface using a technique called seismic reflection profiling. In this process, a high-pressure air gun is used to create small, pneumatic explosions in the water. The sound energy penetrates about 1,000 to 2,000 meters into the lake’s subsurface before bouncing back to the surface of the water.
Giữa tháng Một, năm thành viên — Keely Brooks (học viên cao học địa khoa), Peter Cattaneo (nhà phân tích nghiên cứu), Kiram Lezzar (nghiên cứu sinh sau tiến sĩ) đều từ SU; James McGill (kỹ sư địa vật lý hiện trường) và Nick Peters (nghiên cứu sinh tiến sĩ địa vật lý, Đại học Miami) — trở lại Abono để bắt đầu thu thập dữ liệu phần dưới bề mặt hồ bằng kỹ thuật gọi là địa chấn phản xạ. Trong quy trình này, một súng khí nén áp suất cao được dùng để tạo các vụ nổ nhỏ trong nước. Năng lượng âm xuyên xuống khoảng 1.000–2.000 m dưới bề mặt hồ rồi dội lại lên mặt nước.
F. The reflected sound energy is detected by underwater microphones – called hydrophones – embedded in a 50-meter-long cable that is towed behind the boat as it crosses the lake in a carefully designed grid pattern. On-board computers record the signals, and the resulting data are then processed and analyzed in the laboratory. “The results will give us a good idea of the shape of the basin, how thick the layers of sediment are, and when and where there were major changes in sediment accumulation,” Scholz says. “We are now developing a three-dimensional perspective of the lake’s subsurface and the layers of sediment that have been laid down.”
Năng lượng âm phản xạ được ghi nhận bởi các micro dưới nước — gọi là thủy âm kế — gắn trong một sợi cáp dài 50 m kéo theo sau thuyền khi thuyền đi theo lưới tuyến khảo sát được thiết kế cẩn thận. Các máy tính trên tàu ghi nhận tín hiệu; dữ liệu thu được sau đó được xử lý và phân tích trong phòng thí nghiệm. “Kết quả sẽ cho chúng tôi hình dung rõ về dạng hình học của bồn trũng, bề dày các lớp trầm tích, cũng như thời điểm và vị trí xuất hiện những thay đổi lớn trong tích tụ trầm tích,” Scholz nói. “Chúng tôi đang phát triển góc nhìn ba chiều về phần dưới bề mặt của hồ và các lớp trầm tích đã được bồi đắp.”
G. Team members spent about four weeks in Ghana collecting the data. They worked seven days a week, arriving at the lake just after sunrise. On a good day, when everything went as planned, the team could collect data and be back at the dock by early afternoon. Except for a few relatively minor adjustments, the equipment and the boat worked well. Problems that arose were primarily non-scientific – tree stumps, fishing nets, cultural barriers, and occasional misunderstandings with local villagers.
Các thành viên nhóm đã dành khoảng bốn tuần ở Ghana để thu thập dữ liệu. Họ làm việc bảy ngày mỗi tuần, tới hồ ngay sau bình minh. Vào ngày thuận lợi, khi mọi thứ diễn ra theo kế hoạch, họ có thể thu thập dữ liệu và trở lại bến vào đầu buổi chiều. Ngoại trừ vài điều chỉnh nhỏ, thiết bị và con thuyền hoạt động tốt. Những vấn đề phát sinh chủ yếu là phi khoa học — gốc cây, lưới đánh cá, rào cản văn hoá và đôi khi là hiểu lầm với người dân địa phương.
H. Lake Bosumtwi, the largest natural freshwater lake in the country, is sacred to the Ashanti people, who believe their souls come to the lake to bid farewell to their god. The lake is also the primary source of fish for the 26 surrounding villages. Conventional canoes and boats are forbidden. Fishermen travel on the lake by floating on traditional planks they propel with small paddles. Before the research project could begin, Scholz and his Ghanaian counterparts had to secure special permission from tribal chiefs to put the R/V Kilindi on the lake.
Hồ Bosumtwi — hồ nước ngọt tự nhiên lớn nhất đất nước — là nơi linh thiêng với người Ashanti, những người tin linh hồn họ đến hồ để tạm biệt vị thần của mình. Hồ cũng là nguồn cá chủ yếu cho 26 ngôi làng xung quanh. Thuyền và xuồng thông thường bị cấm. Ngư dân di chuyển trên hồ bằng cách nổi trên những tấm ván truyền thống và chèo bằng mái chèo nhỏ. Trước khi dự án có thể bắt đầu, Scholz và các cộng sự Ghana phải xin được phép đặc biệt từ các tù trưởng để đưa R/V Kilindi xuống hồ.
I. When the team began gathering data, rumors flew around the lake as to why the researchers were there. “Some thought we were dredging the lake for gold, others thought we were going to drain the lake or that we had bought the lake,” Cattaneo says. “But once the local people understood why we were there, they were very helpful.”
Khi nhóm bắt đầu thu thập dữ liệu, đủ loại tin đồn lan quanh hồ về lý do họ có mặt. “Có người nghĩ chúng tôi đang nạo vét vàng dưới hồ, người khác thì cho rằng chúng tôi sắp tháo cạn hồ hay đã mua cả cái hồ,” Cattaneo kể. “Nhưng khi người dân địa phương hiểu chúng tôi tới để làm gì, họ đã giúp đỡ rất nhiệt tình.”