Đại dương và Lòng đất là hai thế giới ẩn chứa nhiều bí mật nhất đối với giới khoa học hiện đại ngày nay. Có người từng ví rằng, sự hiểu biết của nhân loại về Mặt Trăng và các thiên thể vũ trụ khác còn tỏ hơn việc chúng ta thấu hiểu chính hành tinh của mình.
Tuy khó nhưng sự tò mò, ham hiểu biết của nhân loại chưa bao giờ khiến lịch sử thất vọng. Tạp chí khoa học Quanta Magazine (Mỹ) đã kể lại câu chuyện hành trình khám phá lòng đất của các nhà nghiên cứu để độc giả thấy, con người chưa bao giờ ngừng giải mã những thử thách dù có xa-sâu-và lớn đến thế nào...
Nhiều thập kỷ trước, giới khoa học lần đầu tiên "lợi dụng" âm thanh của các trận động đất để lập bản đồ sâu bên trong lòng đất. Tuy nhiên, thời đó họ chưa tìm thấy các tầng địa chất của Trái Đất (gồm lõi - lớp phủ - và lớp vỏ) như ngày nay.
Kỹ thuật hiện đại cho phép giới khoa học có cái nhìn hoàn toàn mới về Trái Đất ở độ sâu hơn 6.000 km. Tận cùng của Trái Đất là lớp lõi (gồm lõi trong và lõi ngoài), đây là một thế giới của lõi sắt nóng chảy, trôi nổi như những lục địa lớn trong thế giới ngầm. Điểm cao nhất của lớp lõi cao hơn đỉnh Everest 100 lần.
Để dễ hình dung, nếu bạn hút được toàn bộ lõi sắt nóng chảy này lên bề mặt Trái Đất thì chúng đủ nhiều để bao phủ toàn bộ quả địa cầu trong một hồ dung nham sâu khoảng 100 km.
"Đó có phải Mặt Trời bên trong lòng đất không?" - Rất nhiều nhà khoa học địa chất đã đặt câu hỏi về sự tồn tại bí ẩn của lõi sắt nóng chảy này. Dù chưa có được câu trả lời rõ ràng nhưng giới nghiên cứu hiểu sâu sắc vai trò của lớp lõi trong sự tiến hóa của Trái Đất cũng như sứ mệnh sống còn của nó khi bảo vệ sự sống Trái Đất.
"Bí ẩn đầu tiên của những đặc điểm địa chấn này là liệu chúng có thành phần khác so với phần còn lại của lớp vỏ Trái Đất hay không. Thứ hai, làm cách nào mà thế giới ngầm sâu gần 10 km có khả năng điều khiển thế giới bề mặt của chúng ta?" - Vedran Lekić, một nhà địa chấn học tại Đại học Maryland (Mỹ) nói.
Chưa câu hỏi nào được giải đáp!
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, nhiều nhà khoa học Trái Đất bắt đầu đưa ra giả thuyết rằng: Lõi Trái Đất là lớp đá dày đặc, nóng, tồn tại từ thủa bình minh của Trái Đất cách đây hơn 4,6 tỷ năm.
Nhiều nghiên cứu trong năm 2019 đã đưa ra lập luận, ảnh hưởng dai dẳng của chúng có thể là nguyên nhân tạo nên các đặc điểm khó hiểu tại Điểm nóng Hawaii.
Nếu một họa sĩ muốn vẽ cấu tạo Trái Đất, trước hết họ sẽ phải cắt xuyên qua lớp vỏ mỏng mà chúng ta đang sống - lớp vỏ bị vỡ thành các mảng kiến tạo qua hàng triệu năm. Sau đó, họ phải cắt đến lớp phủ. Khi đến độ sâu 2.900 km, họ sẽ chạm đến ranh giới lớp phủ và lớp lõi. Đi sâu đến hơn 6.300 km, họ sẽ cắt được một nửa quả địa cầu, tức là đến được tận cùng lõi trong của hành tinh.
Cấu tạo Trái Đất. Nguồn: Internet
Để nắm được trong tay sự hiểu biết nhất định về địa tầng Trái Đất, các nhà địa chấn thay vì sử dụng âm thanh, họ đã đo các sóng do động đất giải phóng nhằm lập bản đồ bên trong lòng đất.
Khi sóng phát ra bên ngoài, chúng thay đổi tốc độ tùy thuộc vào vật liệu chúng đi qua. Điều đó buộc các nhà địa chấn phải đến các trạm giám sát khác nhau vào các thời điểm khác nhau để đo sóng. Năm 1984, nhà nghiên cứu thuộc Đại học Harvard (Mỹ) Adam Dziewonski lần đầu tiên tích hợp dữ liệu từ nhiều trận động đất khác nhau vào bản đồ toàn cầu. Lập tức trên bản đồ xuất hiện hai khối màu vàng đối diện nhau sâu trong lòng đất, tương ứng với phía trên là châu Phi và Thái Bình Dương. Giới khoa học ví chúng như lục địa ngầm trong lòng đất.
Tại những khu vực này, sóng động đất dường như chậm lại, cho thấy các đốm màu nóng hơn lớp phủ xung quanh. Làm sao chúng ta biết được điều này? Đá nở ra khi nóng. Điều đó khiến cho sóng di chuyển chậm lại qua các vùng ấm áp, giống như những rung động chậm hơn di chuyển qua một dây đàn guitar lỏng lẻo.
Một bộ phận nhà khoa học cho rằng, hai đốm màu nóng khổng lồ này chủ yếu được tạo thành từ các thành phần còn lại của lớp phủ và vị trí của chúng được quyết định bởi kiến tọa mảng từ phía trên, chứ không phải bất cứ điều gì ma quái từ sâu bên trong.
Hình ảnh lục địa nóng bên trong Trái Đất. Nguồn: Olena Shmahalo/Quanta Magazine / Source data: Sanne Cottaar
Khi một mảng kiến tạo trong lớp vỏ Trái đất được đẩy xuống dưới một lớp khác trong một quá trình gọi là hút chìm, nó chìm xuống. Điều này đưa đá lạnh hơn xuống lớp phủ.
Tuy nhiên, không có mảng nào nào đã bị hút xuống các hai khu vực màu nóng này trong vài trăm triệu năm qua, ông Saskia Goes thuộc Đại học Hoàng gia London (Anh) nhận định.
Kể từ giữa những năm 2000, một số nhóm các nhà địa chấn học đã xem xét các tín hiệu động đất chỉ sượt qua các cạnh của các khu vực này. Những tín hiệu này cho thấy các mẫu phức tạp, chỉ ra rằng các sóng đang lướt qua một ranh giới tương đối rõ nét. Điều này cho thấy rằng các cạnh của các đốm màu đánh dấu một sự chuyển tiếp giữa các vật liệu, không chỉ là nhiệt độ.
Theo quan điểm này, các đốm màu được gọi là mảng nhiệt hóa học, các khối đá dày đặc với thành phần hóa học riêng biệt. Do sự tiếp xúc kéo dài với lõi Trái Đất, chúng nóng hơn so với phần còn lại của lớp phủ. Giả sử rằng các đốm màu là khác biệt, chúng có thể già đi - tàn dư cuối cùng còn sót lại của Trái Đất thủa mới hình thành.
Một ý tưởng hàng đầu là chúng hình thành khi toàn bộ lớp phủ dưới là một đại dương magma, ngay sau khi hành tinh của chúng ta ra đời. Đá bắt đầu nguội dần và kết tinh, nhưng sắt vẫn tan chảy trong đại dương magma. Sau đó, khi những hạt magma cuối cùng kết tinh, chúng rất dày đặc và giàu chất sắt đến nỗi chúng chìm xuống đáy của lớp phủ, tạo thành những đốm màu - Nicolas Coltice thuộc trường École Normale Supérieure (Paris, Pháp) cho biết.
Để kiểm tra xem các đốm màu khổng lồ này điều khiển thế giới bề mặt như thế nào, các nhà khoa học đã tìm đến Hawaii. Trong năm 2019, các nhà nghiên cứu đã viện dẫn các đốm màu để giải hai câu đố lâu đời ở đó.
Trước tiên, hãy xem xét chuỗi núi ngầm Hawaii-Emperor ở Thái Bình Dương. Chuỗi này bắt đầu tại Đảo Lớn và kết thúc tại điểm gần Nga. Hawaii-Emperor mang trên mình nó ít nhất 129 núi lửa.
Chỗ gấp khúc (tạo thành một góc tù) của chuỗi núi ngầm Hawaii-Emperor. Nguồn: Quanta Magazine
Các nhà địa chất từ lâu đã giải thích chuỗi này là một điểm nóng: Khi mảng Thái Bình Dương trượt trên một lớp phủ cố định, mảng nhiệt hóa học đẩy vật chất nóng lên phía trên, hình thành nên chuỗi núi lửa trên một chuỗi núi dài hơn 6.000 km.
Điểm khó hiểu nhất, thách thức nhà khoa học nhất chính là chỗ gấp khúc (tạo thành một góc tù) của chuỗi núi ngầm Hawaii-Emperor.
Theo các nhà địa vật lý, điểm uống cong/gấp khúc này xuất phát từ một sự thay đổi từ rất lâu trong chuyển động của mảng kiến tạo. Nhưng để thực sự phù hợp với tất cả các dữ liệu, nhóm nghiên cứu cho rằng mảng nhiệt hóa học (khối màu bên trong lòng đất, ứng với phía trên là Thái Bình Dương) là nguyên nhân.
Mối liên hệ giữa Điểm nóng Hawaii và mảng nhiệt hóa học Thái Bình Dương có thể lần lượt giải quyết một câu đố khác, phổ biến hơn.
Các nhà địa lý học từ lâu đã cố gắng giải thích tại sao dung nham từ Hawaii và các địa điểm nóng khác như Samoa, Quần đảo Galápagos và Iceland có thành phần hóa học độc đáo.
Ví dụ, dung nham từ những điểm nóng này chứa nồng độ Helium-3 tương đối cao - một di tích nguyên thủy có trước nguồn gốc của Hệ Mặt Trời. Các nhà khoa học đã tìm thấy một mô hình tương tự ở các đồng vị neon, được cho là cổ xưa tương tự, và trong các đồng vị của vonfram và xenon, cả hai được hình thành từ sự phân rã phóng xạ của các nguyên tố khác ngay sau khi Trái Đất ra đời.
Vào tháng 7, một nhóm được dẫn dắt bởi Curtis Williams, một nhà hóa học tại Đại học California (Mỹ) đã công bố các mô phỏng theo dõi các vết loang dưới các điểm nóng chảy ngược qua lớp phủ. Họ phát hiện ra rằng những chuỗi này đạt đến tất cả các đốm màu, và mang hóa chất độc đáo lên với chúng. Dù là một phần của lớp phủ đến từ đâu, thì chúng có tuổi đời từ rất lâu, được tạo ra từ các vật liệu cổ xưa.
Theo các nghiên cứu do Trond Torsvik tại Đại học Oslo (Na Uy) dẫn đầu, các đốm màu dường như cũng được liên kết với khoảng 20 vùng bề mặt trong quá khứ của Trái Đất, nơi hàng triệu km khối dung nham chảy xuống thông qua kẽ hở của đất đá. Nhiều sự kiện trong số này được liên kết với sự tuyệt chủng hàng loạt từng diễn ra trong lịch sử.
Nếu mối tương quan đó không phải là sự trùng hợp ngẫu nhiên, các nhà khoa học suy đoán rằng, chúng thậm chí có thể là kết quả của các mảng nhiệt hóa học làm mất đi các cấu trúc chính trên bề mặt.
Nếu nổi lên mặt nước, chúng sẽ đủ nóng để gây ra những vụ phun trào khổng lồ, kéo dài. Đổi lại, núi lửa đó có thể đã thay đổi khí hậu và thậm chí dẫn đến sự tuyệt chủng hàng loạt. Một trình tự như vậy, nếu được xác minh, sẽ là quả bom hẹn giờ cuối cùng - sự tuyệt chủng tận thế được kích hoạt bởi các cấu trúc dưới mặt đất bị chôn vùi kể từ khi thế giới ra đời.
Đến nay, các nhà địa chất tiếp tục giải mã "lục địa nóng" trong lòng đất này. Dẫu vậy, họ vẫn nghĩa rằng: Nhân loại có trong tay lịch sử nghìn năm nghiên cứu bầu trời. Còn việc nhìn xuống lòng đất, quả thực không hề dễ dàng!
Bài viết sử dụng nguồn: Quanta Magazine
* Đọc bài cùng tác giả Trang Ly tại đây.