Tại sao núi lửa dưới biển không bị nước biển dập tắt?

Khi nghĩ về núi lửa, nhiều người có thể sẽ tưởng tượng ra một ngọn núi hình nón cao chót vót đang tỏa ra một cột khói dày đặc, trông giống như một ngọn núi đang phun trào. Hơn nữa sau khi núi lửa phun trào, một lượng lớn tro núi lửa màu trắng sẽ rơi xuống cả một vùng rộng lớn. Vì vậy, nhiều người trong tiềm thức nghĩ rằng núi lửa thực sự có thể phun trào ra lửa.

Nhưng nếu chúng ta quan sát cận cảnh các ngọn núi lửa, thì hoàn toàn không phải vậy. Bởi vì dung nham (magma) do núi lửa phun trào thực chất là một chất lỏng có nhiệt độ cao, về bản chất, nó hoàn toàn khác với lửa.

Những bức ảnh chụp cận cảnh dung nham cho thấy rõ ràng rằng chúng là chất lỏng. Khi chúng ta học vật lý từ hồi còn đi học, chúng ta sẽ biết sự biến đổi của ba pha vật chất: Khí, lỏng và rắn liên quan đến điểm nóng chảy và điểm sôi.

Lấy nước làm ví dụ, nhiệt độ nóng chảy của nước là 0 độ C và nhiệt độ sôi là 100 độ C. Khi nhiệt độ thấp hơn 0 độ C, chúng ta thấy nước rắn- nước đá; khi nhiệt độ nằm trong khoảng giữa 0 độ C và 100 độ C, chúng ta thấy nước ở dạng lỏng; khi nhiệt độ cao hơn 100 độ C, nước sẽ ở thể khí- hơi nước.

Về cơ bản, tất cả các chất đều như vậy, có điểm nóng chảy và điểm sôi, và thay đổi trạng thái pha theo nhiệt độ. Magma là đá nóng chảy do thành phần đá phức tạp, nhiệt độ nóng chảy và sôi của các thành phần khác nhau bên trong không đồng nhất nên hầu hết magma thực chất là hỗn hợp rắn, lỏng và khí. Ngược lại, ngọn lửa xuất hiện khi núi lửa phun trào là một quá trình các chất dễ cháy giải phóng ánh sáng và nhiệt. Trong ngọn lửa này, các thành phần vật chất chính là carbon dioxide, hơi nước, oxy, nitơ và các loại khí khác.

Sau khi hiểu rằng thứ mà núi lửa phun trào là magma, và magma là vật thể nóng chảy ở nhiệt độ cao chứ không phải lửa, bạn sẽ có thể hiểu rằng khi núi lửa ngầm phun trào, magma xâm nhập vào nước biển thực chất giống như để một cái vòi liên tục phun nước nóng vào bể chứa nước lạnh - nước lạnh làm mát nước nóng, nhưng không làm nước nóng biến mất theo cách giống như nước dập lửa. Bởi vậy nước biển không thể dập tắt được những ngọn núi lửa ngầm dưới biển.

Bởi vì núi lửa là sản phẩm của sự lưu thông nhiệt và vật chất cấp hành tinh nên những ngọn núi lửa này vẫn liên tục hoạt động. Toàn bộ Trái đất thực ra đều vận hành theo những quy luật cơ bản của vật lý và hóa học. Những quy luật này chúng ta đều đã được học ở trường trung học.

Ví dụ, sự hình thành và hoạt động của núi lửa có thể được giải thích bằng định luật thứ hai của nhiệt động lực học- nghe có vẻ rất chuyên nghiệp, nhưng nó lại rất gần gũi với cuộc sống của chúng ta: Nhiệt luôn tự phát từ nguồn nhiệt có nhiệt độ cao đến nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp.

Nếu lần ngược lại lịch sử tiến hóa của Trái đất trong 4,6 tỷ năm, chúng ta sẽ thấy tác dụng của quy luật này: Khoảng 4,6 tỷ năm trước, Trái đất dần dần được sinh ra bởi sự va chạm của vô số hành tinh, và năng lượng của sự va chạm đã được chuyển hóa thành nhiệt, khiến Trái Đất lúc bấy giờ giống như một quả cầu magma khổng lồ (toàn bộ hoặc phần lớn bề mặt là magma), và nhiệt độ bề mặt của nó cao tới hàng nghìn độ C.

Sau đó, vì magma có thể chảy được, vật liệu nặng sẽ chìm xuống và vật liệu nhẹ nổi lên. Khi vật chất nặng chìm xuống, thế năng hấp dẫn sẽ chuyển hóa thành nhiệt năng; đồng thời, các nguyên tố phóng xạ ban đầu nằm rải rác trong các hành tinh sẽ tập hợp lại với nhau, phân rã liên tục và đồng thời giải phóng năng lượng.

Những năng lượng này giữ cho magma ở bên trong Trái Đất luôn ở trạng thái nóng lên. Nhưng đồng thời do nhiệt độ nền của vũ trụ rất thấp, trung bình là âm 270 độ C nên Trái Đất liên tục truyền nhiệt ra bên ngoài dưới dạng bức xạ nhiệt (có 3 cách truyền nhiệt: Dẫn nhiệt, đối lưu nhiệt và bức xạ nhiệt, nhưng vũ trụ là chân không, không có môi trường nên Trái Đất chỉ có thể truyền nhiệt ra bên ngoài dưới dạng bức xạ nhiệt). Vì nhiệt được truyền đi nên Trái Đất sẽ phải nguội đi, bề mặt Trái Đất nguội đi trước, vì vậy magma ở đây sẽ tạo thành đá, chính là lớp vỏ ban đầu.

Đến nay, Trái Đất đã phát triển theo cấu trúc về cơ bản là có 3 lớp: Vỏ, manti và nhân, nhiệt độ sẽ tăng ngày càng cao khi đi từ vỏ đến nhân. Đồng thời, do vật chất nặng không ngừng chìm xuống nên mật độ của nó ngày càng cao hơn - mật độ trung bình của lớp vỏ là 2,8g/cm3, mật độ trung bình của lớp manti là 4,59 g/cm3, mật độ trung bình của của lõi là 11 g/ cm3. Vì vậy, chúng ta cũng có thể nghĩ rằng lớp vỏ đang "nổi" trên lớp manti - giống như một tấm ván nổi trên mặt nước.

Do lớp vỏ rất mỏng so với manti và nhân nên độ dày trung bình của vỏ chỉ khoảng 17 km (33 km đối với vỏ lục địa và 10 km đối với vỏ đại dương). Ngược lại, độ dày của lớp manti tới 2.850 km. Do đó, sự chuyển động của lớp manti sẽ khiến cho những lớp đá rắn mỏng này bị xé toạc và di chuyển cùng với lớp manti.

Các phần của lớp vỏ Trái Đất bị xé nát trở thành các mảng, và khi lớp vỏ Trái Đất di chuyển, một số sẽ va chạm vào nhau và một số tách ra khỏi nhau.

Theo lẽ thường, có thể biết rằng ranh giới của các mảng tách rời này rất mỏng và dễ vỡ, vật liệu lớp phủ bên dưới chúng có thể dễ dàng phá vỡ sự phong tỏa của lớp đá và bị đẩy ra khỏi bề mặt - ở đây sẽ tạo thành một vành đai núi lửa dài dọc theo các ranh giới mảng.

Và khi các mảng ngày càng cách xa nhau, magma nguội đi sau khi núi lửa phun trào ở ranh giới mảng tạo thành một lớp mỏng, tức là lớp vỏ đại dương- bởi vì nó mỏng hơn nhiều so với lớp bên trong của mảng, nên nó sẽ trũng hơn các khu vực khác, theo thời gian, nước sẽ tích tụ lại tạo thành các đại dương.

Trên thực tế, đại dương được hình thành theo cách này và sự hình thành của đại dương cũng liên quan chặt chẽ đến sự chuyển động của các mảng.

Do đó, núi lửa ngầm thực chất là kết quả của sự chuyển động của các mảng, và hầu hết chúng là ranh giới của sự phân tách mảng. Kể từ Thế chiến II, với việc con người ngày càng đi sâu khám phá đại dương đã giúp cho chúng ta phát hiện ra các vành đai núi lửa ngầm dài, hầu hết nằm ở giữa đại dương, được gọi là các sống núi giữa đại dương. Chúng là những ngọn núi dài nhất thế giới, với tổng chiều dài khoảng 80.000 km.

Nguồn: Earthlymission; Nature; NASA