Khám phá gây sốc ở độ sâu 2.700km dưới bề mặt Trái Đất

Các nhà khoa học đã vô cùng kinh ngạc khi phát hiện ra khối đá rắn chảy sâu 2.700km dưới bề mặt Trái Đất.

Một nhóm nghiên cứu từ Viện Công nghệ ETH Zurich (Thụy Sĩ) đã phát hiện hiện tượng dòng chảy đá rắn kỳ lạ ở độ sâu 2.700 km dưới bề mặt Trái Đất.

Khác với dung nham nóng chảy hay đá giòn trên bề mặt, dòng chảy này là đá rắn nhưng có thể chuyển động – xác nhận giả thuyết từ lâu của giới khoa học rằng lớp đá sâu trong lòng đất cũng có thể vận động theo dòng đối lưu, giống như nước đang sôi.

“Khám phá này cho thấy Trái Đất không chỉ hoạt động ở bề mặt mà còn chuyển động mạnh mẽ bên trong,” Giáo sư Motohiko Murakami, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.

Theo ông, đây là "mảnh ghép cuối cùng" giúp lý giải các hiện tượng như núi lửa, động đất, dịch chuyển mảng kiến tạo và từ trường Trái Đất.

Khám phá bắt đầu từ việc điều tra lớp D’ – một vùng bất thường trong lớp phủ (mantle). Tại đây, sóng địa chấn do động đất tạo ra đột ngột tăng tốc, gợi ý rằng vật liệu tại vùng này có đặc tính khác biệt.

Giáo sư Murakami từng chứng minh khoáng vật perovskite, thành phần chính của lớp phủ dưới, sẽ biến đổi thành khoáng vật mới gọi là post-perovskite trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cực cao ở lớp D’.

Tuy nhiên, sự thay đổi khoáng vật này vẫn chưa đủ để giải thích sự tăng tốc mạnh mẽ của sóng địa chấn.

Các nhà nghiên cứu tin rằng đá trong lớp phủ bắt đầu chảy theo chiều ngang khi nó gặp lõi Trái Đất, di chuyển với tốc độ chỉ vài cm mỗi năm.

Nghiên cứu cho thấy chính sự sắp xếp tinh thể đặc biệt của post-perovskite mới là yếu tố quyết định: nó siêu cứng chỉ theo một hướng tinh thể duy nhất. Khi sóng địa chấn truyền qua hướng này, chúng sẽ tăng tốc đáng kể.

Để kiểm chứng, nhóm nghiên cứu đã tái tạo điều kiện tại độ sâu gần 2.000 km bằng cách kẹp mẫu đá siêu nhỏ giữa hai mũi kim cương đơn tinh thể sắc nhọn. Áp suất lên tới 115 gigapascal – tương đương hơn 16 triệu pound trên mỗi inch vuông – đã được tạo ra trong thí nghiệm.

Dưới sức ép này, các tinh thể post-perovskite sắp hàng cùng hướng, giúp giải thích vì sao sóng địa chấn lại tăng tốc tại vùng D’.

Sự sắp xếp đồng hướng của các tinh thể chỉ có thể xảy ra nếu khối đá rắn tại đây chuyển động theo một hướng nhất định. Điều này dẫn đến kết luận: lớp D’ thực chất là dòng chảy ngầm khổng lồ của đá rắn siêu cứng, đang chuyển động ngang tại ranh giới giữa lớp phủ và lõi Trái Đất.

Giáo sư Murakami giải thích: “Lớp phủ là đá rắn, nhưng nó có thể chảy như chất lỏng trong thời gian dài nếu có độ nhớt phù hợp. Với thang thời gian 4,6 tỷ năm, chuyển động vài cm mỗi năm là rất đáng kể.”

Phát hiện này có thể giúp các nhà khoa học xây dựng bản đồ dòng chảy ngầm trong lòng Trái Đất – “động cơ vô hình” gây ra các hiện tượng địa chất lớn trên bề mặt hành tinh.

Theo Daily Mail

Hải Yến