Phát hiện đáng kinh ngạc về lõi Trái Đất

Các nhà khoa học, những người chỉ vài tháng trước đã khẳng định rằng lõi của Trái Đất gần đây đã đảo ngược hướng quay, tiếp tục có một khám phá mới về bí mật sâu thẳm của hành tinh chúng ta.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học hành tinh đã nghi ngờ rằng lõi rắn bên trong Trái Đất có thể biến dạng theo thời gian khi quay.

Mặc dù vậy, phải đến nghiên cứu công bố hôm 10/2 trên tạp chí Nature, các nhà khoa học mới tìm ra bằng chứng đầu tiên cho thấy bề mặt lõi trong của Trái Đất đang thay đổi hình dáng.

Phát hiện kinh ngạc

Trong các lớp của Trái Đất, lõi trong là phần xa và bí ẩn nhất. Quả cầu rắn này, chủ yếu gồm sắt và niken, có kích thước bằng khoảng 70% Mặt Trăng với bán kính xấp xỉ 1.221 km.

Nhiệt độ của lõi trong này có thể lên đến 5.400 độ C và áp suất đạt tới 365 gigapascal (GPa). Để so sánh, con số này gấp 3 triệu lần so với áp suất khí quyển trung bình trên mặt đất của Trái Đất.

Điều này khiến việc quan sát trực tiếp lõi Trái Đất là điều không thể. Thay vào đó, các nhà khoa học nghiên cứu nó bằng cách phân tích các thay đổi về kích thước và hình dạng của sóng địa chấn khi chúng đi qua lõi.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã sử dụng cùng một bộ dữ liệu về động đất cho một nghiên cứu năm 2024 nhằm giải quyết cuộc tranh luận kéo dài về sự quay của lõi trong.

Sơ đồ giải thích sự quay chậm lại của lõi bên trong Trái Đất. Ảnh: Edward Sotelo/USC.

Kết quả cho thấy lõi trong còn quay nhanh hơn cả Trái Đất. Tuy nhiên, bắt đầu từ khoảng năm 2010, tốc độ quay của lõi trong rắn đã giảm dần. Hiện nay, lõi trong đang quay ngược lại so với phần còn lại của hành tinh.

Nghiên cứu mới này đã được công bố trên tạp chí Nature Geoscience ngày 10/2, mở rộng phát hiện trước đó sử dụng dữ liệu động đất thu thập từ năm 1991-2023.

Trước đó, công trình nghiên cứu về sự quay của lõi đã giúp các nhà khoa học giải thích các biến đổi về độ cao của sóng địa chấn, định nghĩa chúng như những chỉ số cho sự thay đổi của bề mặt lõi trong, theo lời tiến sĩ John Vidale – đồng tác giả của cả hai bài nghiên cứu.

“Chúng ta có thể so sánh các tín hiệu nhận được khi lõi trong quay trở lại vị trí giống như ở một thời điểm khác và xem liệu có sự khác biệt nào không thể giải thích chỉ bởi sự quay hay không”, Vidale nói với CNN.

Những thay đổi về hình dạng của lõi có thể chứa đựng manh mối về các lực sâu bên trong Trái Đất. Theo các nhà nghiên cứu, những lực này tạo ra từ trường — những đường sức từ vô hình bảo vệ hành tinh khỏi bão Mặt Trời và bức xạ nguy hiểm.

Viễn cảnh Trái Đất không còn từ trường

Động đất tạo ra hai loại sóng. Sóng sơ cấp, hay còn gọi là sóng P, là những sóng đầu tiên được sinh ra bởi một trận động đất và làm cho mặt đất chuyển động theo cùng hướng mà sóng di chuyển.

Trong khi đó, sóng cắt, hay sóng S, di chuyển chậm hơn sóng P và làm cho mặt đất chuyển động vuông góc với hướng của sóng.

Do không thể tiếp cận hoặc quan sát trực tiếp lõi Trái Đất, nhóm nghiên cứu sử dụng tín hiệu động đất để tìm hiểu về chuyển động của lõi. Ảnh: GRL.

Theo nghiên cứu mới, những biến đổi về biên độ trong một loại sóng P xuyên qua lõi, hay còn gọi là sóng PKIKP đã cho gợi ý về sự biến dạng ở lớp nông nhất của lõi trong.

Tại ranh giới nơi lõi trong rắn tiếp xúc với chất lỏng của lõi ngoài, bề mặt của quả cầu này có thể mềm dẻo hơn so với các lớp sâu hơn.

Các nhà khoa học cũng đã phân tích thêm 168 cặp sóng từ các trận động đất diễn ra tại 42 địa điểm gần quần đảo South Sandwich — một chuỗi các đảo núi lửa ở Nam Đại Tây Dương.

Việc theo dõi tốc độ và hướng quay của lõi đã cung cấp cho nhóm nghiên cứu một cách để phát hiện các thay đổi về hình dạng của lõi.

Khi đã nắm được tốc độ quay của lõi, họ có thể mô phỏng vị trí của nó và sau đó so sánh các sóng PKIKP khác nhau đến được lõi khi nó quay về cùng một vị trí.

"Có thể địa hình đang lên xuống, giống với cách trượt đi như các vụ sạt lở đất. Khả năng cao nhất là lõi ngoài đang đẩy vào lõi trong và làm cho nó dịch chuyển một chút", Vidale nhận định về cách dịch chuyển của lõi Trái Đất.

Khi phần lõi trong rắn của Trái Đất quay, lõi ngoài lỏng nóng chảy sẽ xoáy và tạo ra xáo trộn. Sự tương tác giữa chúng tạo ra năng lượng từ.

Năng lượng này dần dần lan tỏa và bọc lấy Trái Đất trong từ trường. Tuy nhiên, có một vấn đề là lõi ngoài lỏng đang dần co lại.

Vidale cho biết, từng milimet một, lõi trong đã hút chảy kim loại nóng chảy từ lớp lõi lỏng bao quanh nó. Từng mất hàng tỷ năm để lõi trong nguội đi và đặc lại, rất có thể trong vài tỷ năm tới, lõi trong sẽ tiếp tục nguội đi, từng giọt một, hút chảy kim loại lỏng từ lõi ngoài, cho đến khi toàn bộ lõi của Trái Đất trở thành một quả cầu kim loại rắn.

Trong vài tỷ năm nữa, toàn bộ lõi của Trái Đất có thể sẽ trở thành một quả cầu kim loại rắn. Ảnh: Alamy.

“Điều đó sẽ làm mất đi từ trường. Sẽ không còn sắt chuyển động ở đó nữa", Vidale nói.

Tuy nhiên, sự kiện này sẽ chỉ xảy ra sau hàng tỷ năm nữa trong tương lai. Quan trọng hơn, trước khi điều đó xảy ra, Vidale cho rằng Trái Đất có khả năng sẽ bị hủy diệt khi Mặt Trời mở rộng thành một sao khổng lồ đỏ và nuốt chửng các hành tinh trong của hệ mặt trời.

Cho đến lúc đó, các nhà khoa học vẫn có đủ thời gian để nghiên cứu những cơ chế hoạt động ẩn dưới lòng hành tinh và khám phá xem những chuyển động quay, xoáy và biến đổi hình dạng bên trong Trái Đất có thể mang lại điều gì cho Trái Đất.

Anh Tuấn