Một "cây đèn lava khổng lồ" bên trong lõi có thể làm đảo ngược từ trường của Trái Đất

Nếu bạn có thể du hành ngược thời gian trở về 41.000 năm trước, đúng vào kỷ băng hà cuối cùng, la bàn của bạn sẽ chỉ về hướng Nam thay vì hướng Bắc. Đó là bởi trong thời kỳ kéo dài vài trăm năm này, từ trường của Trái Đất đã bị đảo ngược.

Đừng hoảng hốt, những tình huống đảo ngược như thế này vẫn lặp lại trong suốt lịch sử của hành tinh, đôi khi nó kéo dài hàng trăm ngàn năm. Chúng ta biết được điều này là bởi những ảnh hưởng của từ trường đến việc hình thành nên các khoáng vật từ, những thứ mà chúng ta hiện nay có thể nghiên cứu trên bề mặt Trái Đất.

Có rất nhiều ý tưởng nhằm giải thích cho việc tại sao từ trường của Trái Đất lại bị đảo ngược. Một trong số đó đang ngày càng trở nên hợp lý hơn cả.

Paula Koelemeijer, hiện là nghiên cứu sinh về Địa chấn Toàn cầu ở Đại học Oxford và các đồng nghiệp đã phát hiện ra những khu vực trên đỉnh của lõi Trái Đất có thể hoạt động như những chiếc đèn lava khổng lồ, với những bong bóng là đá đang dâng lên và chìm xuống sâu bên trong hành tinh của chúng ta. Điều này có thể làm ảnh hưởng đến từ trường Trái Đất và làm cho nó “lộn ngược”. Các nhà khoa học đã thực hiện khám phá này bằng cách nghiên cứu những tín hiệu từ một số trận động đất có tính “hủy diệt” nhất trên thế giới.

Khoảng 3.000 km dưới chân chúng ta - hoặc 270 lần độ sâu ở nơi sâu nhất của đại dương - chính là nơi bắt đầu của lõi Trái Đất, một quả cầu lỏng có thành phần chủ yếu là sắt nóng chảy và niken. Tại ranh giới giữa lõi và lớp vỏ manti, nhiệt độ lên tới gần 4.000 độ C (tương tự bề mặt của một ngôi sao) và áp suất gấp hơn 1,3 triệu lần so với bề mặt Trái Đất.

Ở lớp vỏ manti, đá rắn dần dần dịch chuyển qua hàng triệu năm, kiến tạo và làm thay đổi hình dạng các mảng lục địa. Còn ở phần lõi Trái Đất là sắt nóng chảy có từ tính cực mạnh, tạo ra và duy trì từ trường của Trái Đất, giúp bảo vệ hành tinh khỏi bức xạ không gian.

Do nằm ở quá sâu bên trong Trái Đất, nên hầu như chỉ có thể nghiên cứu ranh giới lõi và lớp manti bằng cách xem xét các tín hiệu địa chấn do động đất gây ra. Sử dụng thông tin về hình dạng và tốc độ của sóng địa chấn, các nhà khoa học có thể tìm ra một phần của hành tinh, những nơi mà sóng địa chấn đã đi qua để tiếp cận đến chúng ta.

Sau một trận động đất đặc biệt lớn, toàn bộ hành tinh sẽ bị rung động giống như một chiếc chuông đang reo, và việc đo giao động ở những vị trí khác nhau có thể cho chúng ta biết cấu trúc bên trong hành tinh đã thay đổi như thế nào.

Bằng cách này, chúng ta biết được có hai khu vực lớn nằm ở đầu lõi Trái Đất, nơi có các sóng địa chấn di chuyển chậm hơn so với các khu vực xung quanh. Mỗi khu vực này đều rất lớn, có lẽ là cao gấp 100 lần Đỉnh Everest nếu nó xuất hiện ở bề mặt hành tinh.

Những khu vực này, còn được gọi là các “đốm”, chúng có tác động đáng kể đến động lực học của lớp manti. Chúng cũng ảnh hưởng đến cách làm mát của lõi Trái Đất, làm thay đổi dòng chảy của lớp lõi bên ngoài.

Nhiều trận động đất có sức hủy diệt lớn diễn ra trong những thập kỷ gần đây đã cho phép các nhà khoa học đo được một loại dao động địa chấn đặc biệt chạy dọc theo ranh giới giữa vỏ manti và lõi, còn được gọi là Stoneley.

Nghiên cứu gần nhất của các nhà khoa học trên những dao động này đã cho thấy có hai đốm nằm trên đỉnh của lõi, chúng có mật độ của vật chất thấp hơn so với xung quanh. Điều này cho thấy vật chất ở khu vực này đang có xu hướng hoạt động trồi lên bề mặt, và điều này cũng phù hợp với các quan sát địa lý ở trên mặt đất.

Giải thích mới

Những khu vực này có thể có mật độ thấp hơn đơn giản là bởi chúng nóng hơn. Nhưng còn một khả năng thú vị khác là thành phần hóa học ở những khu vực này khiến chúng hoạt động giống như các đốm sáng trong đèn lava. Điều này có nghĩa là chúng bị nóng lên và định kỳ trồi lên bề mặt, trước khi nguội đi và chìm xuống dưới lõi.

Điều này sẽ làm thay đổi cách nhiệt được trích xuất từ bề mặt của lõi trong hàng triệu năm. Và điều này có thể giải thích vì sao từ trường của Trái Đất đôi khi lại bị đảo ngược.

Thực tế là từ trường đã thay đổi rất nhiều lần trong lịch sử Trái Đất, cho thấy cấu trúc bên trong Trái Đất mà chúng ta thấy ngày nay có thể cũng đã bị thay đổi.

Chúng ta biết rằng lõi được bao phủ bởi cảnh quan của những ngọn núi và thung lũng giống như bề mặt của Trái Đất. Bằng cách sử dụng thêm nhiều dữ liệu từ những rung động của Trái Đất để nghiên cứu tầng địa hình này, các nhà khoa học sẽ có thể tạo ra những bản đồ chi tiết hơn về lõi Trái Đất, cho phép con người hiểu rõ hơn về những gì đang diễn ra dưới chân của mình.

Tham khảo Sciencealert