'Dị vật' đang âm thầm chảy bên trong lõi Trái Đất

Các nhà khoa học đã phát hiện ra một trạng thái vật chất mới ẩn giấu dưới lòng đất. Ảnh: Shutterstock.

Nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí National Science Review. Lõi trong Trái Đất - một khối hợp kim sắt nặng tới 102 tỷ tỷ tấn - là một trong những môi trường khắc nghiệt nhất trong Hệ Mặt Trời. Ở độ sâu hơn 3.000 dặm, nó phải chịu áp suất hàng triệu lần khí quyển và nhiệt độ gần tương đương bề mặt Mặt Trời.

Từ những năm 1930, mô hình phổ biến cho rằng Trái Đất có lõi ngoài nóng chảy và lõi trong rắn do chịu áp suất khổng lồ. Tuy nhiên, nhiều quan sát địa chấn cho thấy mô hình này chưa phản ánh đầy đủ thực tế.

Năm 2022, các nhà khoa học Trung Quốc đã đề xuất trên lý thuyết rằng trạng thái siêu ion có thể là lời giải, nhưng việc kiểm chứng là rất khó do điều kiện quá khắc nghiệt.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã dùng sóng xung kích cực mạnh tác động lên hợp kim sắt - carbon, tạo ra áp suất và nhiệt độ gần giống với lõi trong Trái Đất.

Cụ thể, các mẫu hợp kim sắt - carbon được nén bằng sóng xung động sinh ra từ va chạm với tốc độ 25.200 km/giờ. Cú va chạm tạo áp suất lên tới 140 gigapascal và nhiệt độ khoảng 2.300 độ C.

Kết quả cho thấy vật liệu này bước vào trạng thái gọi là “siêu ion”, và kim loại trong lõi Trái Đất rất có thể cũng ở trạng thái tương tự - một phần cấu trúc giữ nguyên dạng rắn, còn các nguyên tử nhẹ thì “chảy” xuyên qua nó.

"Lần đầu tiên, các thí nghiệm xác nhận rằng trong điều kiện lõi trong Trái Đất, hợp kim sắt - carbon có vận tốc sóng trượt cực kỳ thấp", đồng tác giả nghiên cứu, nhà vật lý Youjun Zhang (Đại học Tứ Xuyên, Trung Quốc) nói.

Ông cho biết trong trạng thái siêu ion, các nguyên tử carbon di chuyển tự do giữa mạng tinh thể sắt, trong khi sắt vẫn giữ trật tự và độ rắn cần thiết. Chính sự kết hợp này làm giảm độ cứng tổng thể của vật chất trong lõi.

Phát hiện không chỉ giúp khép lại tranh luận về bản chất lõi trong Trái Đất, mà còn mang lại hiểu biết mới về nguồn gốc và sự vận hành của từ trường Trái Đất - yếu tố đóng vai trò sống còn trong việc bảo vệ hành tinh khỏi bức xạ vũ trụ.

Theo các nhà nghiên cứu, đã đến lúc từ bỏ hình dung về một lõi trong “bất động và cứng nhắc”, để nhìn nhận nó như một hệ thống năng động, phức tạp hơn nhiều. Việc hiểu được trạng thái vật chất đặc biệt này cũng mở ra cánh cửa nghiên cứu cấu trúc bên trong của các hành tinh giống Trái Đất trong vũ trụ.

Ngọc Bích

Theo Science Alert