Tìm nguồn nước nhờ cộng hưởng từ

Khi cho phép phát hiện ra rất sớm các khối u, phép tạo ảnh bằng cộng hưởng từ (IMR) đã giúp con người chiến thắng bệnh ung thư. Nhưng kỹ thuật tỏ ra rất hiệu quả trong y học này hiện lại giúp con người chữa trị một cái ác ghê gớm khác, đó là cái khát. Bởi lẽ khi sử dụng một nguyên tắc rút ra từ IMR, năm 2005, nhờ một dụng cụ có tên là "Numis Plus", Cơ quan tìm kiếm địa chất và mỏ (BRGM) của Pháp đã đào được nhiều giếng có lưu lượng lớn (từ 5 đến 10 mét khối/ giờ) ở nền đá hoa cương thuộc vùng Burkina Faso, nơi mà bằng các phương pháp truyền thống chỉ tìm được các nguồn nước có lưu lượng từ 5 đến 10 lần nhỏ hơn. Thành công này đã mở ra một kỷ nguyên mới cho những người đi tìm nước: kỷ nguyên đảm bảo chắc chắn.      

Thực ra trước kiađã có thời người ta tìm nguồn nước nhờ các nhà ngoại cảm dùng con lắc và cành cây dẻ. Thậm chí từ năm 1963 cho tới khi qua đời vào năm 1992, nhà vật lý nổi tiếng Yves Rocard, người Pháp, còn cho rằng đó là một phương pháp khoa học! Theo ông, các nhà ngoại cảm chuyên tìm nguồn nước này về mặt sinh lý rất nhạy cảm với tính dị thường nhỏ của từ trường địa phương.Điều đó thể hiện ở sự rùng mình bột phát ở họ khiến cho cành cây họ cầm trong tayrung lên... Nhưng rất tiếc các thí nghiệm chứng minh của ông đều không mang lại kết quả.Vì vậy, các nhà địa chất thủy văn nghiêm túc không còn dựa vào các con lắc hay các cành cây dẻ để dò chỗ đào giếng nữa. Để tìm nước, họ hoặc phải khoan thử một cách mò mẫm, hoặc phải tiến hành nghiên cứu các tham số địa chất và địa vật lý ở khu vực cần tìm nước, như độ dẫn điện của đất, chẳng hạn: nếu đất dẫn điện, đó là nhờ các muối hòa tan trong nước có trong đất. Tuy nhiên, mặc dù phép đo độ dẫn điện hiện vẫn còn là kỹ thuật được sử dụng nhiều nhất của các nhà địa chất thủy văn, nhưng nó không hoàn toàn đáng tin cậy, vìcác thông số đo được không liên quan trực tiếp đến nước ngầm.

Ưu điểm nổi bật của kỹ thuật dùng cộng hưởng từ là "nếu người ta nhận được tín hiệu thì chắc chắn là sẽ có nước" - ông Anatoli Legtchenko, người thiết kế hệ thống Numis và hiện là giám đốc Viện nghiên cứu phát triển (IRD) khẳng định. Lý do thật đơn giản: nguyên lý của kỹ thuật này dựa trên các tính chất của prôtôn, hạt nhân của nguyên tử hiđrô, một thành phần căn bản của nước. Theo cách hệt như khi người ta kích thích các prôtôn trong nguyên tử hiđrô chứa trong nước của cơ thể người để tạo ảnh trong y học, prôtôn của các phân tử nước ngầm cũng được kích thích bởi các tín hiệu điện từ.Sự ngắt dòng điện làm cho các prôtôn trở về vị trí cân bằng và trong quá trình trở về đó nó phát ra các tín hiệu điện từ. Tín hiệu này được thuvà xử lý nhờ một máy tính để tạo ra hình ảnh dưới đất.

Sâu tới 150 mét...

Ra đời từ đầu những năm 1970, tại Novosibirsk (Siberie) trong êkíp của giáo sư Semenov thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga, sự thăm dò nước ngầm bằng phương pháp cộng hưởng từ prôtôn đã tỏ ra có kết quả ngay từ năm 1978, nhưng vì nhiều lý do, phương pháp này đã không được phổ biến. Phải đợi tới sự cộng tác của Viện Hàn lâm Khoa học Nga với BRGM, nguyên mẫu của Numis mới xuất hiện vào năm 1996.Dụng cụ có thể đặt trong cốp xemáy, đã được thương mại hóa, nhưng không ngừng được hoàn thiện và ngày hôm nay nó có thể thăm dò tới độ sâu từ 100 đến 150 mét. Chưa hết! Vì kỹ thuật này chỉ dựa trên nước, chứ không phụ thuộc vào gì khác, nên Numis biết phát hiện các nguồn nước ở những chỗ mà các phương pháp truyền thống không “nhìn” thấy gì hết, như chiến dịch thăm dò nguồn nước được tiến hành trong sa mạc Mauritian chứng tỏ. Tại đó phép đo độ dẫn điện không cho kết quả gì vì nồng độ muối quá nhỏ, trong khi kỹ thuật cộng hưởng từ đã thăm dò 67 chỗ và cho phép đào được 1 giếng cung cấp nước cho các đàn gia súc. Hơn nữa, tùy theođặc tính của các tín hiệu thu và phát, Numis còn cho phép xác định được lượng nước, độ sâu và độ thấm của đất, tức là mức độ khó khăn của sự khai thác thứ chất lỏng quý giá này. Mặc dù thế, kỹ thuật này vẫn còn chưa hoàn hảo.Theo Anatoli Legtchenko: "Tín hiệu được phát bởi các prôtôn còn rất yếu, do đó nó thường bị nhiễu bởi các trường điện từ có nguồn gốc khác".     

Đáp ứng khẩn cấp

Từ thực tế đó, Numis còn chưa thể sử dụng ở những nơi có các trường điện từ hoặc từ trường mạnh: đó là các vùng công nghiệp, hoặc các vùng ở gần các đường dây cao thế hoặc các vùng đất chứa đá có từ tính (như đất bazan, manhetít ,...). Nhưng những loại đất này lại thường gặp ở châu Phi là nơi cần tới nước nhiều nhất.Hiện BRGM đang nỗ lực để làm tăng tỷ số tín hiệu/nhiễu để có thể dùng được kỹ thuật cộng hưởng từ ở khắp nơi.

Thậm chí nếu những tính năng hiện nay có đáp ứng được phần lớn thị trường thì các nhà nghiên cứu vẫn còn nỗ lực để làm sao có thể thâm nhập được sâu hơn nữa trong đất."Chúng tôi hy vọng có thể tiến sâu được thêm vài chục mét nữa, bằng cách tăng điện áp để kích thích prôtôn trong các phân tử nước ở các độ sâu lớn đó.Nhưng chúng tôi đã sử dụng điện áp tới 4000 - 4500V để đạt tới độ sâu 150m và việc dùng các điện áp cao hơn nữa sẽ lại đặt ra vấn đề về antoàn" - một thành viên của BRGM tiết lộ. Vấn đề cuối cùng là phải rút bớt thời gian thăm dò. Các nhà nghiên cứu cho biết hiện họ vẫn còn phải tốn nhiều thời gian ở thực địa trước khi thuđược tín hiệu. Mục tiêu của họ là phải giảm 1/3 thời gian này bằng cách tiến hành các phép đo tham chiếu từ xa để lấy mẫu nhiễu nền, bằng cách đó phân biệt tốt hơn tín hiệu do nước phát ra. Tuy nhiên sự cấp bách thực sự đó là nước: hiện nay trung bình mỗi ngày trên thế giới có 6000 người chết vì thiếu nước sạch.     

Nguồn: Science etVie, KH&PT Online