Vì sao nhiệt độ bên trong Trái Đất đến 6.000 độ C mà con người không cảm nhận được?

Đầu tiên, hãy thử nghĩ trong mùa đông lạnh giá, bạn mặc một chiếc áo len dày cộp thì điều gì sẽ xảy ra? Bên trong lớp áo len có ấm hơn bên ngoài chiếc áo len không? Hay hồ đóng băng vào mùa đông. Nước bên dưới bề mặt băng vẫn có thể tồn tại ở dạng lỏng và nó có thể đạt tới 4 độ C ở tầng sâu hơn, tại sao điều này không làm tan lớp băng trên mặt hồ?

Mặc dù nguyên lý của hai ví dụ này hơi khác nhau, nhưng cả hai đều có thể minh họa rằng nhiệt độ có thể được ngăn cách một cách ổn định nếu như có một “lá chắn” ở giữa. Trái Đất của chúng ta cũng vậy, lớp phủ đá dày gần 3.000 km trên bề mặt hành tinh của chúng ta hoạt động như một chiếc áo len và băng trên mặt hồ. Lớp đá này rất dày và giúp lõi Trái Đất không bị mất nhiệt.

Hay nói theo một cách khác, hành tinh của chúng ta vẫn chưa đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt và do đó nhiệt không thể truyền đi một cách hiệu quả từ lõi lên đến bề mặt.

Ngoài nhiệt lượng bồi tụ ban đầu, phần lớn nhiệt lượng mới được sinh ra trong lõi Trái Đất đều đến từ quá trình phân rã phóng xạ của một số đồng vị tồn tại từ rất lâu (chủ yếu là 4 đồng vị phóng xạ urani-235, kali-40, urani-238 và thorium-232), quá trình này liên tục sinh ra nhiệt và truyền ra bên ngoài. Tuy nhiên ngay sau đó lượng nhiệt này sẽ phải đi qua lớp đá và không khí lạnh. Do đó chúng ta không thể cảm nhận được sức nóng này.

Theo định luật Fourier, độ dốc nhiệt càng lớn thì sự dẫn nhiệt diễn ra càng nhanh, và bề mặt tỏa nhiệt ra bầu trời đêm lạnh giá sẽ rất nhanh, giống như nước trên mặt hồ đầu mùa đông, nó mất nhiệt nhanh hơn những tầng nước ở dưới rất nhiều.

Khoảng 4,6 tỷ năm trước, sau khi Hệ Mặt Trời ra đời, một số mảnh vụn và bụi vũ trụ bắt đầu va chạm liên tục, và từ từ hòa lẫn với nhau thông qua lực hấp dẫn để tạo thành Trái Đất ban đầu. Nhưng hành tinh của chúng ta lúc đó có môi trường khá kinh khủng, khắp nơi đều có những miệng nứt màu đỏ, magma có thể đột ngột phun ra khỏi mặt đất bất cứ lúc nào.

Cùng với việc liên tục va chạm với các tiểu hành tinh và sao chổi từ thế giới bên ngoài, nhiệt độ của toàn bộ Trái Đất lúc này vượt quá 1.200 độ C. Về bản chất, Trái Đất lúc này giống như một khối bùn có nhiệt độ cao, áp suất cao và liên tục bị tác động bởi những vật thể bên ngoài vũ trụ. Các nhà địa chất  thường ví von giai đoạn ban đầu kéo dài 500 triệu năm này của Trái Đất là địa ngục trần gian.

Trong khoảng thời gian này, nhiệt độ của không gian vũ trụ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ của Trái Đất. Do đó, sau mỗi lần va chạm, bề mặt của Trái Đất cũng theo đó mà nhanh chóng nguội đi và chuyển sang màu đen, giống như những thanh sắt đỏ hồng được nhúng vào nước. Theo thời gian, một lớp đá hình thành trên bề mặt Trái Đất và trở thành lớp vỏ ban đầu của toàn bộ hành tinh.

Ngoài ra, dưới tốc độ hấp thụ nhiệt từ bên trong, sự mất cân bằng này đã làm cho bề mặt mất năng lượng nhiệt và nguội đi. Do đó, nhiệt độ sẽ giảm nhanh cho đến khi bề mặt bắt đầu hóa rắn thành đá. Đá rắn càng sâu, dung nham bên dưới càng nóng, tuy nhiên quá trình này không diễn ra đủ nhanh để có thể làm nóng chảy lớp đá bề mặt.

Theo cách này, mỗi lớp phủ của Trái Đất sẽ có nhiệt độ gần như ổn định và mỗi lớp này cũng sẽ giải phóng năng lượng nhiệt dư thừa với cùng tốc độ. Theo đó, Trái Đất cũng dần phân hóa thành lõi nóng, lớp manti và lớp vỏ ít nóng hơn.

Trên thực tế, bề mặt này nguội đi nhanh hơn nhiều so với tưởng tượng của chúng ta, lớp vỏ ban đầu sau vài triệu năm đã có thể đạt được sự ổn định và đủ nguội để đảm bảo nước lỏng có thể lưu trữ trên bề mặt hành tinh.

Điều này giống như việc khi bạn lấy một chiếc bánh bao nóng ra khỏi lò, lớp vỏ bên ngoài sẽ nhanh chóng nguội đi, nhưng thực ra bên trong chiếc bánh bao vẫn rất nóng, chỉ cần bạn không bẻ ra, chiếc bánh bao đó vẫn sẽ giữ được độ nóng ở bên trong.

Theo tính toán của các nhà khoa học, nhiệt độ bên trong lõi Trái Đất sẽ duy trì ở mức cao như hiện tại trong một khoảng thời gian kéo dài 1 tỷ năm.

Trên thực tế, vẫn có những nơi mà chúng ta có thể cảm nhận được sức nóng từ lõi Trái Đất truyền qua bên ngoài. Chúng là các mạch suối nước nóng, các rặng núi lửa gần đại dương...

Nguồn: Earthlymission; Nature; NASA