Bí ẩn hàng triệu cá hồi chết ở đập thủy điện dù bề ngoài vẫn lành lặn

Mỗi độ xuân về, hàng triệu con cá hồi con lại thực hiện hành trình xuôi theo các dòng các dòng sông lớn để hướng về phía đại dương. Trên con đường di cư này, rất nhiều con cá phải đi qua hệ thống turbine đang quay cuồng tại các đập thủy điện. 

Đây cũng chính là thời điểm xuất hiện một hiện tượng kỳ quái từng khiến giới khoa học đau đầu suốt nhiều thập kỷ. Hàng loạt xác cá hồi nổi lên sau khi đi qua đập thủy điện, nhưng bề ngoài cơ thể chúng lại hoàn toàn lành lặn, không ghi nhận bất kỳ vết trầy xước hay tổn thương vật lý nào. 

Một câu hỏi được đặt ra là điều gì đã âm thầm tước đi sự sống của hàng triệu con cá hồi xấu số trên, khi những cánh quạt thép khổng lồ tại đập thủy điện dường như chưa từng chạm vào người chúng?

Cú sốc bên trong turbine

Sự thật kỳ lạ đó đã thúc đẩy các kỹ sư tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (Mỹ) thiết kế một thiết bị đặc biệt để tìm hiểu điều gì thực sự xảy ra bên trong công trình thủy điện. 

Họ tạo ra một chú robot mang tên Robot Cá Cảm Biến với kích thước tương đương một con cá hồi con, được trang bị hệ thống thu thập dữ liệu hiện đại. Thiết bị này có khả năng ghi lại áp suất, gia tốc, góc xoay và nhiệt độ với tần suất 2000 lần/giây trong suốt chuyến đi qua turbine.

Các nhà nghiên cứu đã thả thiết bị cảm biến vào đường dẫn nước tại nhiều đập thủy điện lớn dọc theo lưu vực sông Columbia ở Tây Bắc nước Mỹ như Ice Harbor, John Day và Bonneville. Dữ liệu chi tiết từng mili giây thu được sau đó đã làm hé lộ một thực tế đáng kinh ngạc. 

Khi thiết bị di chuyển đến gần các cánh quạt, áp suất nước xung quanh giảm xuống một cách khủng khiếp và cực kỳ nhanh chóng. Trong những đoạn đường nguy hiểm nhất, áp suất giảm từ sức ép của nước sâu xuống dưới áp suất khí quyển thông thường chỉ trong một chớp mắt, tương tự như việc chuyển từ đáy một bể bơi sâu lên đỉnh Everest chỉ trong một cái nháy mắt.

Dựa trên những thông số thực tế này, nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi nhà khoa học Richard Brown - chuyên gia nổi tiếng thế giới trong lĩnh vực sinh thái học và sinh lý học của cá, đã tái hiện lại hành trình qua turbine ngay trong phòng thí nghiệm. 

Sử dụng các buồng áp suất cao, họ cho hơn 5.700 con cá hồi Chinook con thích nghi với áp suất ở độ sâu của sông, sau đó kích hoạt sự giảm áp đột ngột đúng như dữ liệu robot đã ghi nhận. Không cần đến bất kỳ cánh quạt thép nào, chỉ riêng sự biến động áp suất đã tái hiện hoàn toàn những tổn thương nghiêm trọng giống hệt cá chết ngoài tự nhiên.

Từ thảm họa đến cuộc cách mạng thủy điện

Công trình nghiên cứu, được đăng trên Tạp chí của Hiệp hội Nghề cá Mỹ, chỉ ra rằng yếu tố quyết định tỷ lệ tử vong chính là tỷ lệ giữa áp suất cá thích nghi ở độ sâu và mức áp suất thấp nhất mà nó gặp phải sau cánh quạt. Cá bơi ở vùng nước càng sâu trước khi chui vào turbine thủy điện và gặp phải vùng áp suất giảm càng thấp, thì cơ hội sống sót càng mỏng manh.

Nguyên nhân sinh học của hiện tượng này bắt nguồn từ định luật Boyle trong vật lý về sự co giãn của chất khí theo áp suất. Bong bóng cá là một túi chứa khí giúp cá điều chỉnh độ nổi, nhưng khi áp suất môi trường xung quanh sụp đổ trong phân tích giây, lượng khí bên trong bong bóng phình to cực mạnh và nổ tung. 

Sự gia tăng thể tích đột ngột này xé rách và đè nén nghiêm trọng các cơ quan nội tạng xung quanh cá. Đồng thời, các chất khí hòa tan trong máu thoát ra ngoài tạo thành các bọt khí gây tắc mạch ở mang, vây và khiến mắt cá bị sưng lồi.

Kết quả giải phẫu xác cá trong phòng thí nghiệm ghi nhận hàng loạt tổn thương bên trong như vỡ bong bóng cá, xuất huyết nội tạng, lộn dạ dày và các mạch máu nghẽn đầy bọt khí. Nhóm nghiên cứu kết luận dù va chạm cơ học với cánh quạt vẫn có thể giết chết những con cá lớn, nhưng đối với những con cá hồi con chỉ nhỏ bằng ngón tay, vùng giảm áp suất cực thấp mới chính là "kẻ sát nhân giấu mặt" đáng sợ nhất.

Tuy nhiên, khác với các cánh quạt thép đang quay, yếu tố áp suất hoàn toàn có thể can thiệp và cải tạo bằng giải pháp kỹ thuật. 

Từ mô hình dự đoán nguy cơ tử vong theo biểu đồ áp suất, các chuyên gia đã xây dựng công cụ đánh giá nhằm hỗ trợ các nhà sản xuất thiết kế lại hình dáng cánh quạt và thay đổi quy trình vận hành đập thủy điện. Mức giảm áp suất nhờ đó được giữ ở ngưỡng an toàn hơn cho sinh vật dưới nước.

Thành công này đã dẫn đến sự ra đời của các turbine thân thiện với cá thế hệ mới tại các đập trên sông Columbia và Snake, kết hợp cùng các tuyến đường tràn và hệ thống đường tắt giúp cá né hoàn toàn turbine. 

Nghiên cứu cũng giúp phát hiện ra sai sót của các thẻ đánh dấu phát sóng radio cấy vào bụng cá trước đây vốn làm trầm trọng hơn tổn thương áp lực, từ đó chuyển sang dùng thẻ đánh dấu bên ngoài có độ nổi trung tính. 

Nhờ chú robot đi trước và ghi lại những điều cá không thể nói, một ẩn số lớn của tự nhiên đã được giải mã, mang lại hy vọng mới cho hành trình vượt sóng của loài cá hồi.