Phát hiện những cấu trúc không xác định khổng lồ gần lõi Trái đất

Bình luận Văn Thiện • 14:41, 13/06/20

Các nhà khoa học đã phát hiện ra một cấu trúc khổng lồ tạo thành từ vật chất đậm đặc tại ranh giới giữa phần lõi ngoài và lớp phủ dưới của Trái đất, một khu vực nằm ở độ sâu khoảng 3.000 km (1.864 dặm) dưới lòng đất.

Theo một bài báo được công bố hôm thứ Năm (11/6) trên Science, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một thuật toán học máy được phát triển dùng trong phân tích các thiên hà xa xôi để thăm dò hiện tượng bí ẩn xảy ra sâu bên trong lòng đất.

Một trong số những cấu trúc dị thường khổng lồ này nằm sâu dưới quần đảo Marquesas chưa từng được phát hiện, trong khi một cấu trúc khác bên dưới Hawaii được tìm thấy lớn hơn nhiều so với ước tính trước đây.

Các nhà khoa học dẫn đầu bởi ông Doyeon Kim, một nhà địa chấn học và nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Maryland, đã cho thêm các địa chấn được chụp từ hàng trăm trận động đất xảy ra từ năm 1990 đến 2018 vào một thuật toán có tên Sequencer. Trong khi các nghiên cứu địa chấn có xu hướng tập trung vào các bộ dữ liệu tương đối nhỏ về hoạt động của trận động đất của khu vực, Sequencer đã cho phép Kim và các đồng nghiệp của mình phân tích đến 7.000 trận động đất - mỗi lần có cường độ ít nhất là 6,5 - làm rung chuyển thế giới ngầm dưới Thái Bình Dương trong vòng 3 thập kỷ qua.

Ông Kim nói trong một cuộc gọi: “Nghiên cứu này rất đặc biệt bởi vì, lần đầu tiên, chúng ta có thể xem xét một cách có hệ thống một bộ dữ liệu đủ lớn mà thực sự bao gồm gần như toàn bộ lưu vực Thái Bình Dương”. Mặc dù các nhà khoa học trước đây đã vạch ra các cấu trúc nằm sâu bên trong Trái đất, nghiên cứu này cho chúng ta một cơ hội hiếm có để "kết nối mọi thứ lại với nhau và cố gắng giải thích nó trong bối cảnh toàn cầu”, ông nhận xét.

Động đất tạo ra sóng địa chấn truyền vào bên trong Trái đất. Sau đó, các cấu trúc tại đây sẽ làm cho các con sóng bị phân tán và biến dạng. Những sóng bị biến dạng này được ghi lại trong các biểu đồ địa chấn - các bản ghi hoạt động sóng bên trong Trái đất. Qua đó, các nhà nghiên cứu thu được những cái nhìn hiếm hoi về thế giới ngầm trong lòng đất không thể tiếp cận được.

Các nhà nghiên cứu tập trung vào các địa chấn xảy ra tại biên của phần lõi ngoài (outer core) và lớp phủ dưới (lower mantle) ở trong lòng Trái đất.
Các nhà nghiên cứu tập trung vào các địa chấn xảy ra tại biên của phần lõi ngoài (outer core) và lớp phủ dưới (lower mantle) ở trong lòng Trái đất. (Ảnh: Wikipedia)

Nhóm nghiên cứu tập trung vào các địa chấn được tạo ra bởi sóng trượt (S) truyền dọc theo ranh giới giữa lõi ngoài và lớp phủ dưới của Trái đất. Những sóng này là sóng thứ cấp chậm hơn mà theo sau các chấn động ban đầu được tạo ra bởi động đất, được gọi là sóng sơ cấp (P) và chúng thường tạo ra tín hiệu rõ ràng hơn.

Ông Kim nói: “Thông thường chúng tôi thích sử dụng sóng S vì chúng có biên độ lớn hơn và dữ liệu ít nhiều sạch hơn vì có lưu lượng sóng P ít hơn”. Cụ thể, nhóm nghiên cứu tìm kiếm các sóng trượt nhiễu xạ dọc theo ranh giới lõi-lớp phủ. Ông Kim lưu ý: “Vì nhiễu xạ dọc theo bề mặt đó, nó tạo ra một giai đoạn tuyệt vời để tìm kiếm các cấu trúc nhỏ bé này trên ranh giới lớp phủ-lõi”.

Khi sóng trượt chạm vào các cấu trúc này, chúng tạo ra một loại dấu vết giống như tiếng vang gọi là “dấu hiệu trước” (postcursor). Những tiếng vang này cho thấy sự hiện diện của dị thường sâu bên trong Trái đất gọi là vùng vận tốc cực thấp (ULVZ) - những mảng vật chất đậm đặc trên ranh giới lõi-lớp phủ.

Không ai biết chính xác các ULVZ được hình thành như thế nào hoặc chúng được tạo ra từ đâu, nhưng rõ ràng là chúng có đường kính khoảng 100 km và chúng đủ đậm đặc để làm chậm các sóng truyền qua chúng.

Bằng cách cho Sequencer chạy hàng ngàn địa chấn, ông Kim và các đồng nghiệp đã phát hiện ra rằng các dấu hiệu trước mạnh nhất trong bộ dữ liệu của họ phát ra từ bên dưới Hawaii và quần đảo Marquesas. Các dấu hiệu trước này cho thấy bằng chứng về sự tồn tại của 2 “siêu-ULVZ”, những khu vực vật chất đậm đặc kéo dài khoảng 1.000 km trở lên.

Một bản đồ cập nhật về bên trong Trái đất dựa trên nghiên cứu mới.
Một bản đồ cập nhật về bên trong Trái đất dựa trên nghiên cứu mới. (Ảnh: D. Kim, V. Lekíc, B. Ménard, D. Baron VÀ M. Taghizadeh-popp)

Tuy cấu trúc bên dưới Hawaii từng được đưa ra một phần trong các nghiên cứu trước đây, nhưng nhóm Kim nhận thấy rằng kích thước mà họ đo được lớn hơn nhiều so với dự kiến. Trong khi đó, siêu-ULVZ được phát hiện dưới quần đảo Marquesas là “một bất thường về tốc độ sóng cục bộ chưa được xác định trước đó”.

Siêu-ULVZ là những cấu trúc hấp dẫn không chỉ do kích thước của chúng, mà bởi vì chúng có thể bao gồm các vật chất kỳ lạ có từ thời điểm trước khi Trái đất có Mặt trăng. Những khối dị thường khổng lồ này có thể là vật liệu nóng chảy một phần có trước sự kiện hình thành Mặt trăng. Các nhà khoa học cho rằng nó được tạo ra từ một vụ va chạm khổng lồ giữa Trái đất sơ khai và một vật thể có kích cỡ sao Hỏa vào hơn 4 tỷ năm trước.

Ông Kim nói: “Thật thú vị bởi vì các siêu-ULVZ cho thấy nó rất đặc biệt và có thể lưu trữ các dấu hiệu địa hóa nguyên thủy tương đối nguyên chất kể từ lịch sử Trái đất sơ khai”.

Văn Thiện

Theo vice