Sự Xoay Chuyển Bí Ẩn Của Lõi Trái Đất: Chuyện Gì Đang Diễn Ra?

Các nhà khoa học vừa công bố một nghiên cứu thú vị vào ngày 23/1 trên tạp chí Nature Geoscience, cho biết rằng lõi trong của Trái đất có thể thay đổi chiều quay trong vài thập kỷ tới. Điều này mở ra nhiều câu hỏi về những gì đang diễn ra tại trung tâm hành tinh của chúng ta.

Vào giữa thập niên 1990, nghiên cứu của Xiaodong Song từ Phòng thí nghiệm SinoProbe thuộc Trường Trái đất và Khoa học Vũ trụ tại Đại học Bắc Kinh, kết hợp với Paul Richards từ Đại học Columbia, đã đưa ra bằng chứng cho thấy lõi trong quay theo chiều từ tây sang đông. Chiều quay này nhanh hơn so với các lớp bên ngoài như lớp phủ và lớp vỏ, chịu ảnh hưởng chủ yếu từ hiệu ứng từ trường và điện trong lõi ngoài, cùng với sự tương tác hấp dẫn với lớp phủ.

Mô phỏng mặt cắt các lớp của Trái đất. (Ảnh: iStock)

Nhận thấy những giới hạn trong nghiên cứu trước đây, Song cùng với Yi Yang tại Phòng thí nghiệm SinoProbe đã thu thập thêm dữ liệu địa chấn để kiểm tra mô hình chuyển động của lõi trong. Nghiên cứu mới đã phân tích các sóng địa chấn phát sinh từ những trận động đất tự nhiên đã xảy ra từ thập niên 1960.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng “Sóng địa chấn từ hai trận động đất lặp lại thường có dạng sóng tương tự, nhưng khi đi qua lõi trong của Trái đất, chúng thể hiện dạng sóng và thời gian đến khác nhau, phản ánh những cấu trúc khác nhau bên trong lõi”.

Bằng cách dùng sóng địa chấn, họ đã có thể suy ra mô hình chuyển động của lõi trong trong nhiều thập kỷ qua. Phát hiện này cho thấy lõi trong quay nhanh hơn các lớp bên ngoài từ đầu thập niên 1970 cho đến khoảng năm 2009, tiếp theo là một giai đoạn ngừng quay từ 2009 đến 2011, và sau đó, dường như đã đảo chiều. Sự biến đổi này có lẽ là một phần trong chu kỳ dao động kéo dài 70 năm.

Về mặt cấu trúc, Trái đất được chia thành nhiều lớp. Lớp vỏ bên ngoài mỏng, chủ yếu là đá cứng, dày từ 32 đến 48 km trên các vùng đất liền, còn độ dày trung bình ở đại dương chỉ khoảng 6,4 km. Bên dưới lớp vỏ là lớp phủ dày khoảng 2.900 km, chiếm 84% thể tích Trái đất, chủ yếu được tạo thành từ đá đặc và phần lớn ở thể rắn, mặc dù một số phần có thể bị chảy dưới áp lực cao.

Sát bên dưới lớp phủ là lõi Trái đất, chia thành lõi trong và lõi ngoài. Lõi ngoài dày khoảng 2.253 km, chủ yếu cấu tạo từ sắt lỏng và nickel. Tâm Trái đất là lõi trong đặc, dày khoảng 1.207 km, hình thành từ sắt và một lượng nhỏ nickel cùng một số nguyên tố khác. Hai yếu tố chính ảnh hưởng đến chuyển động của lõi trong là lực điện từ và trọng lực. Từ trường Trái đất hình thành từ chuyển động của chất lỏng ở lõi ngoài, từ đó ảnh hưởng đến chuyển động của lõi trong. Hơn nữa, sự khác biệt giữa lõi trong và lớp phủ khiến lực hấp dẫn kéo lõi trong về điểm cân bằng.

“Nếu hai lực này không cân bằng, lõi trong có thể tăng tốc hoặc giảm tốc,” các nhà khoa học giải thích. “Chu kỳ dao động 70 năm của lõi trong nhiều khả năng bị ảnh hưởng bởi lực điện từ và trọng lực”. Điều này tương ứng với những thay đổi định kỳ ở các quan sát địa vật lý khác, chẳng hạn như sự biến đổi của từ trường hoặc độ dài ngày.

Dù là một nghiên cứu nổi bật, Song và các cộng sự cũng nhấn mạnh rằng vẫn còn nhiều thách thức trong việc tiến hành nghiên cứu, chẳng hạn như hạn chế về thời gian trong dữ liệu địa chấn. “Chúng tôi chưa thể quan sát đầy đủ một chu kỳ hoàn chỉnh của dao động 70 năm, vì chưa đủ dữ liệu trong hơn 6 thập kỷ qua. Các trạm địa chấn kỹ thuật số hiện đại chỉ mới được triển khai từ thập niên 1990, trong khi nhiều dữ liệu địa chấn cổ là trên giấy và rất hiếm có thể tiếp cận”, nhóm nghiên cứu cho biết.