Lý giải hiện tượng "mất tích" trọng lực ở vịnh Hudson - Canada

Trong hơn 40 năm qua, các nhà khoa học đã không ngừng nỗ lực để tìm ra những gì làm phần lớn lãnh thổ Canada, đặc biệt là khu vực vịnh Hudson, xảy ra hiện tượng "mất tích" lực hấp dẫn. Nói cách khác, lực hấp dẫn trong khu vực vịnh Hudson và khu vực xung quanh thấp hơn các nơi khác trên thế giới. Hiện tượng này đầu tiên được phát hiện trong những năm 1960 khi bản đồ trường lực hấp dẫn của Trái đất được lập.

 

 

Cho tới nay tồn tại hai lý thuyết giải thích cho sự bất thường này. Nhưng trước khi đề cập đến chúng, hãy xét tới những gì tạo ra lực hấp dẫn. Về cơ bản, trọng lực tỷ lệ thuận với khối lượng. Vì vậy, khi khối lượng của một khu vực nào đó nhỏ hơn, trọng lực ở nơi đó cũng nhỏ hơn. Lực hấp dẫn có thể khác nhau ở các phần khác nhau của Trái Đất. Mặc dù nhiều người nghĩ Trái đất tròn nhưng Trái đất thực sự phình ra ở xích đạo và hơi phẳng ở các cực do tác động tự quay của nó. Khối lượng của Trái Đất cũng không hề phân bổ đều, mà khác nhau đôi chút tùy vị trí. Vì vậy, các nhà khoa học đã đề xuất hai lý thuyết để giải thích làm thế nào khối lượng của khu vực vịnh Hudson giảm đi làm cho lực hấp dẫn ở đó thấp hơn.

 

 

Lý thuyết đầu tiên dựa trên một quá trình được gọi là đối lưu xảy ra trong lớp vỏ của trái đất. Lớp phủ là một lớp đá nóng chảy gọi là magma và tồn tại ở độ sâu (100 đến 200 km) bên dưới bề mặt của Trái đất. Magma rất nóng và di chuyển liên tục, trồi lên rồi sụt xuống, và tạo ra dòng đối lưu. Đối lưu kéo các mảng lục địa của trái đất xuống, làm giảm khối lượng ở khu vực đó và làm giảm trọng lực.

 

Bên cạnh đó có một lý thuyết mới hơn giải thích cho “hiện tượng mất tích” ở khu vực vịnh Hudson liên quan đến dải băng Laurentide, bao phủ phần lớn diện tích ngày nay của Canada và phía bắc Hoa Kỳ. Dải băng này dày gần 3,2 km ở hầu hết các phía, còn ở trong khu vực vịnh Hudson, độ dày là 3,7 km. Trong khoảng thời gian 10.000 năm, lớp băng Laurentide tan chảy hết và để lại một vết lõm sâu trong lòng Trái Đất.

 

 

Để dễ hình dung hơn về những gì đã xảy ra, hãy tưởng tượng khi bạn ấn nhẹ ngón tay của bạn lên bề mặt của một chiếc bánh mì. Lớp vỏ bánh sẽ bị thụt xuống chút ít nhưng khi bạn bỏ ngón tay ra, chiếc bánh sẽ lại trở lại trạng thái bình thường. Điều tương tự cũng xảy ra với dải băng Laurentide trong giả thuyết này ngoại trừ một điều Trái đất phục hồi trở lại rất chậm (ít hơn nửa inch mỗi năm). Trong khi đó, khu vực xung quanh vịnh Hudson có khối lượng thấp hơn các khu vực khác bởi vì lớp đất đá bên dưới đã bị đẩy sang hai bên dải băng. Khối lượng ít hơn đồng nghĩa với lực hấp dẫn nhỏ hơn.

 

Vậy giả thuyết nào chính xác? Dường như cả hai đều đúng. Đối lưu và hiệu ứng phục hồi của băng đều gây ra hiện tượng suy giảm trọng lực xung quanh vịnh Hudson. Trước tiên, chúng ta hãy xem xét lý thuyết dải băng.

 

Để tính toán ảnh hưởng của dải băng Laurentide, các nhà khoa học tại Trung tâm vật lý học thiên thể Harvard-Smithsonian sử dụng dữ liệu được thu thập bởi vệ tinh GRACE trong khoảng thời gian từ giữa tháng 4 năm 2002 đến tháng 4 năm 2006. Các vệ tinh GRACE là những cỗ máy rất tinh vi, quay quanh quỹ đạo khoảng 500 km phía trên trái đất. Các vệ tinh có thể đo khoảng cách tới kích thước micron, vì vậy chúng có thể phát hiện ra những biến đổi về trọng lực dù chỉ rất nhỏ. Khi vệ tinh dẫn đường bay trên khu vực vịnh Hudson, trọng lực yếu làm vệ tinh này di chuyển xa hơn so với trái đất và với các vệ tinh đồng hành cùng nó. Sự thay đổi trong khoảng cách này được phát hiện bởi các vệ tinh và được sử dụng để tính toán sự thay đổi trong trọng lực. Bất kỳ sự thay đổi nào được ghi nhận đều được sử dụng để tạo ra bản đồ trường hấp dẫn.

 

 

Dữ liệu từ GRACE cho phép các nhà khoa học tạo ra bản đồ địa hình miêu tả vịnh Hudson trong thời kỳ băng hà cuối cùng, khi khu vịnh vẫn còn được bao phủ bởi khối băng Laurentide. Những bản đồ này đã tiết lộ một số điều khá thú vị về khu vực, ví dụ như phía tây và phía đông của vịnh Hudson “phồng lên” hơn hẳn vì lớp băng ở 2 khu vực này dày hơn nhiều so với phần còn lại. Trọng lực cũng thấp hơn so với các nơi khác trong vịnh.

 

Một phát hiện quan trọng khác cũng được khám phá từ dữ liệu của GRACE: Hóa ra giả thuyết về dải băng chỉ giải thích cho 25% đến 45% sự biến đổi hấp dẫn xung quanh vịnh Hudson. Loại trừ đi "hiệu ứng phục hồi", các nhà khoa học đã xác định rằng 55% đến 75% còn lại là do hiện tượng đối lưu.

 

 

Khu vực vịnh Hudson được cho là nơi có trọng lực thấp trong một thời gian dài nữa. Người ta ước tính rằng Trái đất cần phục hồi hơn 650 feet để trở lại vị trí ban đầu của nó, quá trình này mất khoảng 5.000 năm. Tuy nhiên, hiệu ứng phục hồi có thể dễ dàng thấy rõ. Mặc dù mực nước biển đang lên cao trên toàn thế giới, mực nước biển tại bờ biển của vịnh Hudson lại giảm đi bởi đất đá tiếp tục hồi phục do trọng lượng của dải băng Laurentide.

 

Trong khi bí ẩn xung quanh lực hấp dẫn trên lãnh thổ Canada đã được hé lộ, nghiên cứu trên còn đem lại ý nghĩa to lớn hơn thế. Các nhà khoa học tham gia nghiên cứu tại Trung tâm Harvard -Smithsonian đã thực sự ngạc nhiên khi họ có thể thấy hình ảnh của Trái đất 20.000 năm trước đây. Loại bỏ ảnh hưởng của hiệu ứng hồi phục, các nhà nghiên cứu đã hiểu rõ hơn về cách đối lưu ảnh hưởng đến trọng lực và các châu lục thay đổi theo thời gian như thế nào. Cuối cùng, hệ thống vệ tinh GRACE đã cung cấp cho các nhà khoa học dữ liệu về rất nhiều tảng băng và sông băng trên thế giới. Bằng cách khám phá biến đổi khí hậu diễn ra từ hàng ngàn năm trước, họ đã nắm rõ hơn về sự nóng lên toàn cầu và mực nước biển dâng ảnh hưởng như thế nào đến hành tinh của chúng ta ngày hôm nay và những tác động trong trong tương lai để giúp con người có thể chủ động đưa ra các giải pháp phù hợp.