Dùng thuật toán phân tích dữ liệu động đất của 28 năm, các nhà khoa học xác định thành công một cấu trúc địa chất khổng lồ nằm sâu trong lòng đất

Các nhà khoa học vừa phát hiện ra một cấu trúc khổng lồ, làm từ một lớp vật liệu đặc, nằm tại khoảng giữa lớp lõi ngoài lỏng của Trái Đất và lớp manti dưới. Bằng việc sử dụng thuật toán machine learning vốn được dùng để phân tích các thiên hà xa xôi, nhóm chuyên gia đi tìm hiểu những điểm sâu nhất của Trái Đất. Quá trình nghiên cứu được mô tả chi tiết trên báo cáo khoa học mới được đăng tải trên tạp chí Science cuối tuần vừa rồi.

Một trong những khu vực dị thường này nằm sâu bên dưới đảo Marquesas và chưa từng được khoa học phát hiện, bên cạnh đó báo cáo cũng nói tới một cấu trúc kỳ lạ nữa nằm bên dưới Hawaii, có kích cỡ lớn hơn nhiều so với dự đoán.

Người dẫn đầu nghiên cứu là Doyeon Kim, một nhà địa chấn học công tác tại Đại học Maryland. Anh đưa vào thuật toán Sequencer các biểu đồ địa chấn lấy được từ hàng trăm trận động đất xảy ra giữa khoảng thời gian 1990 và 2018, cho phép anh và cộng sự phân tích được hơn 7.000 chỉ số khác nhau về các trận động đất. 

Doyeon Kim.

“Nghiên cứu này đặc biệt lắm, bởi lẽ đây là lần đầu tiên, chúng tôi nhìn vào một lượng dữ liệu lớn, ít nhiều bao gồm toàn bộ Thái Bình Dương, một cách có hệ thống”, anh Kim nói. Dù khoa học đã minh họa thành công bản đồ các cấu trúc sâu trong lòng đất, nghiên cứu mới này vẫn là cơ hội hiếm có để “xâu chuỗi mọi thứ lại và giải thích một cách tổng quan hơn”.

Các cơn động đất tạo ra sóng địa chấn, chúng di chuyển trong lớp vỏ Trái Đất và dần tan ra khi va vào các cấu trúc nằm sâu trong lòng đất. Những mẫu hình méo mó xuất hiện trong các biểu đồ địa chấn, vốn theo dõi và ghi lại mọi hoạt động sóng trong lòng đất, cho phép các nhà địa chấn học nhìn được thế giới ngầm dưới chân chúng ta. 

Đội nghiên cứu tập trung vào quan sát các sóng thứ cấp (sóng S) di chuyển trong khu vực ranh giới giữa lõi ngoài Trái Đất và lớp manti dưới. Những sóng thứ cấp này di chuyển chậm hơn các sóng sơ cấp (sóng P, thứ sóng mạnh đo được đầu tiên sau cơn động đất); sóng S thường tạo ra những tín hiệu dễ đọc hơn.

Các lớp vỏ Trái Đất.

“Chúng tôi thường dùng sóng S để nghiên cứu bởi chúng có biên độ lớn hơn và dữ liệu có được rõ ràng hơn sóng P”, anh Kim nói. Cụ thể, đội ngũ quan sát sự nhiễu sóng S ở lớp ranh giới giữa lõi và manti dưới, nhằm theo dõi cấu trúc lớp địa chất chưa được khám phá hết này.

Khi sóng thứ cấp dội vào các cấu trúc đó, chúng sẽ tạo ra những tín hiệu giống tiếng vang, cho thấy ở sâu dưới lòng đất có những cấu trúc kỳ lạ, được đặt tên là các vùng có vận tốc thấp - ultra low velocity zone (ULVZ). Khoa học chưa rõ cách thức các ULVZ hình thành cũng như thành phần cấu tạo chúng là gì, nhưng giờ đã rõ rằng chúng dày khoảng 100km và đủ đặc để ngăn sóng địa chấn lại.

Thông qua việc đưa vào thuật toán Sequencer hàng ngàn biểu đồ địa chấn, anh Kim và các cộng sự phát hiện ra những tín hiệu đáng chú ý tới từ dưới khu vực Hawaii và đảo Marquesas. Đây chính là bằng chứng cho thấy sự tồn tại của hai siêu-ULVZ, trải rộng tới hơn 1.000km hoặc hơn.

Dựa theo kết quả nghiên cứu mới, đây là phần trong của Trái Đất.

Khu vực ULVZ bên dưới Hawaii đã từng được vẽ lại từ kết quả của nhiều nghiên cứu trước, tuy nhiên đội nghiên cứu của anh Kim phát hiện ra rằng khu vực này rộng hơn ban đầu ước tính rất nhiều Trong khi đó, ULVZ nằm dưới đảo Marquesas lại là một vùng lạ chưa từng được phát hiện trước đây.

Siêu-ULVZ là những cấu trúc đáng để nghiên cứu là vì chúng có thể chứa những vật chất có niên đại hơn cả tuổi thọ Mặt Trăng; đấy là trong trường  hợp giả thuyết Mặt Trăng hình thành là đúng: sau vụ va chạm của Trái Đất với một thiên thể kích cỡ tương tự Sao Hỏa vào 4,5 tỷ năm trước, Mặt Trăng hình thành từ số mảnh vỡ lơ lửng trong không gian.

Nghiên cứu mới cũng cho thấy sức mạnh của những thuật toán tương tự như Sequencer, có thể phô diễn sức mạnh phân tích trong nhiều lĩnh vực khác nữa như thiên văn học, y tế, sinh học, … 

Đội ngũ dự định sẽ tiếp tục phát triển cách thức nhìn sâu vào lòng đất này, mong muốn sẽ thu về thêm những chi tiết cụ thể hơn nữa về cấu trúc bí ẩn của chính hành tinh quê hương. Họ cũng đang nghĩ tới việc ứng dụng cách thức nghiên cứu này lên các hoạt động địa chấn của Đại Tây Dương.

Tham khảo Vice