Một bí ẩn địa chất đang dần được tiết lộ ngay dưới lòng đất và điều này có thể mang lại hiểu biết mới về từ trường hỗ trợ cho sự sống trải rộng ra rất xa phía trên chúng ta.
Mỗi năm, lõi trong - một khối cầu rắn bằng sắt - nằm ở trung tâm hành tinh của chúng ta lại mở rộng khoảng một milimét khi các lớp dưới lòng đất nguội đi và đông đặc lại. Theo một nghiên cứu gần đây, một bên của lõi này dường như mở rộng nhanh hơn – nhưng các nhà khoa học không biết tại sao.
Hiện tượng này có thể đã xuất hiện từ khi lõi trong của Trái Đất được hình thành cách đây từ 1,5 tới nửa tỷ năm. Tại thời điểm này, sau hàng tỷ năm nguội đi, cuối cùng lõi trong nóng rực này đã mất đủ một lượng nhiệt để bắt đầu một quá trình kết tinh liên tục. Ngày nay, khi lớp sắt nóng chảy của lõi ngoài mất nhiệt thì nó kết tinh lại tạo thành lớp mới nhất của lõi trong.
Tâm của bán cầu hoạt động mạnh này (tức bán cầu Bắc) nằm dưới Biển Banda của Indonesia ở độ sâu 1.800 dặm (2.896 km): Tại thời điểm đó, các tinh thể sắt hình thành ở phần lõi trong thuộc bán cầu này nhiều hơn khoảng 60% so với bán cầu còn lại.
Ngày nay, lõi trong chiếm một bán kính khoảng 750 dặm (1.207 km) – chưa kể nhiệt độ rất nóng đạt tới hơn 9.000 độ F (4.982 độ C). Tuy nhiên, ngay cả sau một khoảng thời gian nghiêng hẳn về một phía thì lõi trong vẫn chưa thực sự bị biến dạng. Lực hấp dẫn hoạt động liên tục để uốn nắn nó, cân bằng lại phần chênh lệch này theo hướng đông và duy trì hình dạng cầu. Ngoài cho thấy là một bí ẩn thu hút sự chú ý của nhiều người thì sự phát triển không cân xứng này có thể giúp cho từ trường của Trái Đất hoạt động mạnh (và cho phép chúng ta tồn tại).
Điều hòa không khí hành tinh
Với một lớp có kích thước nhỏ và xa như vậy trong một củ hành tây khổng lồ, tức Trái Đất của chúng ta thì phần lõi trong có ảnh hưởng to lớn tới các sinh vật trên bề mặt hành tinh này. Daniel Frost, một nhà địa vật lý tại Đại học California ở Berkeley đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu mới này, nói đùa rằng ông “luôn phải biện minh cho tầm quan trọng của lõi trong”. Thực tế, chúng ta có thể tồn tại là đều nhờ vào lõi trong này – khi nguội đi, nó sẽ giải phóng nhiệt và tạo ra các dòng đối lưu ở lõi ngoài. Cuối cùng, khối chất sắt lỏng ở trạng thái quay này (được gọi là geodynamo) tạo ra từ trường bảo vệ sự sống trên hành tinh này khỏi những cơn gió Mặt Trời nguy hiểm.
Tương tự như vậy, các lớp trên cũng ảnh hưởng tới lõi. Frost cho biết: “Mọi thứ đều bị ảnh hưởng bởi những thứ ở phía trên nó.” Lõi trong được bọc bởi lõi ngoài, lõi ngoài được bọc bởi lớp phủ, lớp phủ được bọc bởi lớp vỏ. Do đó, để lõi trong phát triển thì lớp vỏ phải truyền nhiệt – lượng nhiệt còn sót lại từ quá trình hình thành Trái Đất hay từ một số nguyên tố phóng xạ phân rã – tới từng lớp kế tiếp. Lần lượt, mỗi lớp phải có khả năng nhận được lượng nhiệt này.
Điều đó cho thấy một cơ chế có khả năng làm nguội không đồng đều của lõi trong. Nơi hoạt động mạnh nhất bên dưới Indonesia là một đới hút chìm lớn. Ở đó, các mảng kiến tạo tương đối nguội lao vào và làm lạnh lớp phủ nóng bỏng. Frost cho biết: “Nó giống như việc thả những đá viên vào vậy”. Đường dốc nhiệt độ này cho phép các lớp sâu hơn tỏa nhiệt, do đó làm đông đặc phần lõi trong.
Trong khi những “đá viên” này rất nhỏ thì Frost cho rằng chúng có thể đủ để tạo ra sự thay đổi đáng kể. Ông cho biết: “Đây là một sự cân bằng tinh tế. Tôi không nghĩ rằng bạn cần nhiều thứ để tạo ra sự khác biệt như thế này”. Tuy nhiên, lời giải thích này có thể quá đơn giản: Không rõ liệu nhiệt từ lõi trong Trái Đất có tản ra theo hướng thẳng đứng hay không. Đới hút chìm Indonesia có thể dễ dàng làm nguội phần lõi nằm bên dưới Trung Quốc hoặc Ả Rập Xê-út hơn là phần lõi nằm bên dưới Indonesia.
Siêu xa lộ động đất
Hiện tại, bản thân sự bất đối xứng này vẫn chưa được hiểu rõ nhưng nó giải thích cho một bí ẩn lâu đời khác đó là tại sao các tinh thể sắt ở lõi trong lại sắp thẳng hàng song song với trục quay Bắc-Nam của Trái Đất. (Không ai quan sát trực tiếp được cấu trúc của lõi nhưng các nhà địa chấn học đã chứng kiến thấy các trận động đất di chuyển qua lõi giữa hai cực Bắc và Nam nhanh hơn so với qua đường xích đạo). Nếu mọi thứ xảy ra theo dự đoán thì các tinh thể này đáng lẽ nên được sắp xếp một cách ngẫu nhiên.
Các nhà nghiên cứu tại Berkeley cho rằng câu trả lời nằm ở sự hình thành không cân xứng của lõi. Khi di dời lại các tinh thể, trọng lực sẽ đưa chúng vào một loại “dòng chảy”, theo mô hình máy tính. Frost cho biết: “Hãy tưởng tượng việc ném gậy xuống sông. Nếu nước sông đang chảy thì những chiếc gậy này sẽ trôi thẳng hàng với dòng chảy”. Tương tự như vậy, do lõi trong đang chảy nên các tinh thể chuyển động thẳng hàng với lõi trong và tạo thành một mạng tinh thể có trật tự như là những cơn địa chấn di chuyển với tốc độ cao giữa các vùng liên thông dưới mặt đất.
Để hiểu được mối liên hệ giữa sự bất đối xứng này với từ trường thì cần phải nghiên cứu thêm nữa. Nhưng tấm chắn hành tinh này đóng vai trò rất quan trọng đối với cuộc sống của chúng ta, do đó cần phải nghiên cứu tỉ mỉ các quá trình này để củng cố cho tấm chắn này. Các nhà khoa học từ lâu đã biết rằng từ trường Trái Đất thường hay đảo ngược và nó sẽ yếu đi tạm thời trong quá trình chuyển đổi nhưng không rõ lý do tại sao. Khi nhắc tới những phát hiện mới về lõi Trái Đất, Frost cho biết, “Vấn đề luôn được tranh luận là liệu điều này có liên quan tới sự đảo ngược của từ trường hay không?”
Hồng Anh
Theo astronomy.com
