Nếu lõi Trái Đất bị biến dạng, chuyện gì sẽ xảy ra?

Lõi trong Trái Đất, một quả cầu kim loại rắn chắc nằm xoay tròn bên trong lõi ngoài nóng chảy, có thể không chỉ đang chậm dần lại mà còn đang thay đổi hình dạng. Phát hiện mới này dựa trên phân tích sóng địa chấn, đang làm dấy lên cuộc tranh luận sôi nổi về những biến đổi sâu bên trong hành tinh của chúng ta.

Phân tích sóng động đất gần đây cho thấy, khoảng 15 năm trước, tốc độ quay của lõi trong có thể đã chậm lại đến mức dường như tạm dừng hoặc đảo ngược hướng so với bề mặt Trái Đất. Tuy nhiên, một phân tích mới nhất còn gợi ý rằng, có thể có nhiều thay đổi phức tạp hơn đang diễn ra ở trung tâm hành tinh.

Nhà địa vật lý John Vidale từ Đại học Nam California (USC) cho biết, lời giải thích hợp lý nhất là lõi trong không chỉ quay khác đi – bề mặt của nó có lẽ cũng đang biến đổi hình dạng. Ông Vidale đã trình bày phát hiện này tại cuộc họp của Liên đoàn Địa vật lý Hoa Kỳ vào ngày 9/12 vừa qua. Khám phá này có thể giúp giải quyết cuộc tranh luận kéo dài về những gì thực sự đang thay đổi ở lõi trong Trái Đất.

Ảnh minh họa. (Sciencenews)

Do không có thiết bị nào có thể trực tiếp thăm dò lõi Trái Đất, các nhà nghiên cứu phải sử dụng sóng địa chấn từ các trận động đất để nghiên cứu. Các nhà khoa học thường sử dụng động đất xảy ra ở quần đảo Nam Sandwich gần Nam Cực, nằm ở phía đối diện của hành tinh so với hệ thống máy đo ở Alaska. Sóng động đất truyền qua hành tinh giống như sóng sonar trong nước, một số sóng đi xuyên qua lõi trong trên đường đến Alaska. Các thiết bị ở đó sau đó ghi lại các sóng này dưới dạng các tín hiệu ngoằn ngoèo gọi là dạng sóng, chứa thông tin về những gì sóng đã gặp phải trên hành trình xuyên qua Trái Đất.

Để phát hiện rõ ràng các thay đổi trong lõi trong, các nhà nghiên cứu so sánh các trận động đất có kích thước tương tự nhau, xảy ra ở cùng một vị trí nhưng vào các thời điểm khác nhau. Những cặp động đất "song sinh" như vậy, được gọi là doublet, lẽ ra phải tạo ra các dạng sóng giống hệt nhau nếu hành trình của chúng xuyên qua Trái Đất là như nhau. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy rằng một số doublet ở quần đảo Nam Sandwich tạo ra các dạng sóng khác nhau ở Alaska, cho thấy rằng đã có điều gì đó trong lõi trong thay đổi giữa thời điểm xảy ra hai trận động đất trong các doublet đó.

Vào năm 2023, các nhà địa vật lý đã báo cáo rằng sự khác biệt về dạng sóng bắt nguồn từ việc tốc độ quay của lõi trong chậm lại đến mức dường như ngừng di chuyển – hoặc thậm chí đảo ngược – so với bề mặt vào khoảng năm 2009. Sau đó, đầu năm nay, nhóm của Vidale dường như đã xác nhận sự đảo ngược này. Họ đã có thể khớp một số dạng sóng trước và sau thời điểm đảo chiều, xác định thời điểm lõi trong đã quay trở lại hướng ban đầu đối với bề mặt.

Trong nghiên cứu mới này, Vidale và các đồng nghiệp đã phân tích khoảng 200 cặp động đất xảy ra từ năm 1991 đến 2024. Họ đã kiểm tra các cặp dạng sóng khớp nhau từ trước và sau thời điểm đảo chiều, được ghi lại tại hai hệ thống máy thu riêng biệt nằm gần Fairbanks, Alaska và Yellowknife, Canada.

Điều thú vị là 10 doublet cho thấy sự khác biệt tinh tế về dạng sóng tại Yellowknife mà không có ở các dạng sóng Fairbanks. Nhóm nghiên cứu biết rằng các sóng đến các hệ thống máy thu này, cách nhau khoảng 1.600 km, có đường đi hơi khác nhau qua Trái Đất: Sóng đến Fairbanks xuyên sâu vào lõi trong, trong khi sóng đến Yellowknife chỉ lướt qua bề mặt của nó. "Lời giải thích đơn giản nhất là sự biến dạng ở lớp vỏ nông của lõi trong," Vidale nói.

Có khả năng toàn bộ lõi trong hình geoid đang biến dạng, giống như một quả bóng bầu dục bị định hình lại sao cho các đầu của nó hướng theo hai hướng mới. Hoặc, các mảng trên bề mặt lõi trong có thể đang phồng lên hoặc co lại. Điều đó giống như những vết lồi lõm nhỏ hình thành trên quả bóng bầu dục ẩn dụ. Cũng có thể cả hai quá trình này đang xảy ra. Những thay đổi như vậy có thể được thúc đẩy bởi lực hấp dẫn của lớp phủ - lớp bên trong lớn nhất của Trái Đất - hoặc bởi vật chất chảy trong lõi ngoài, Vidale cho biết.

Đây không phải là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu báo cáo rằng bề mặt lõi trong thay đổi theo thời gian. Vào năm 2006, nhà địa vật lý Lianxing Wen từ Đại học Stony Brook ở New York đã báo cáo rằng các mảng trên bề mặt khu vực có thể nhô lên hoặc hạ xuống hàng trăm mét mỗi thập kỷ, có thể là do vật chất thoát ra khỏi lõi trong khi nó nguội đi. Nhưng không giống như Vidale, Wen và các đồng nghiệp như nhà địa vật lý Xin Zhang từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc ở Hợp Phì vẫn khẳng định rằng lõi trong không quay khác với Trái Đất. "Những thay đổi bề mặt có thể giải thích đầy đủ tất cả các kết quả", Zhang nói.

Nhà địa vật lý Xiaodong Song từ Đại học Bắc Kinh, một trong những người đầu tiên báo cáo rằng lõi trong quay khác với phần còn lại của hành tinh, đồng ý với những phát hiện của Vidale. Theo ông, mặc dù sự khác biệt về dạng sóng có thể chủ yếu là do những thay đổi về tốc độ quay, nhưng các quá trình khác như thay đổi bề mặt cũng có thể đang xảy ra.

Khi được hỏi về nguy cơ và ảnh hưởng của những thay đổi này, John Vidale cho biết: "Về việc tất cả những điều này ảnh hưởng đến sự sống trên Trái Đất như thế nào, chúng tôi chưa thể khẳng định chi tiết, cũng không thể nói chắc chắn cho đến khi tìm ra chuyện gì đang thực sự xảy ra".

Bích Hậu (Theo Sciencenews)