Khám phá hoạt động của lõi Trái đất

Lõi Trái đất đang quay chậm lại?

Lõi bên trong này đã thu hút các nhà nghiên cứu kể từ khi nhà địa chấn học người Đan Mạch Inge Lehmann phát hiện ra nó vào năm 1936 và cách nó di chuyển – tốc độ và hướng quay – là trung tâm của cuộc tranh luận kéo dài hàng thập kỷ. Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy, tốc độ quay của lõi đã thay đổi đáng kể trong những năm gần đây, nhưng các nhà khoa học vẫn chưa thống nhất được chính xác điều gì đang xảy ra và ý nghĩa của nó.

Một phần của vấn đề là chúng ta không thể quan sát hoặc lấy mẫu trực tiếp bên trong Trái đất. Các nhà địa chấn học đã thu thập thông tin về chuyển động của lõi bên trong bằng cách kiểm tra các sóng từ các trận động đất lớn tác động đến khu vực này như thế nào. Sự biến đổi giữa các sóng có cường độ tương tự truyền qua lõi ở những thời điểm khác nhau cho phép các nhà khoa học đo lường sự thay đổi vị trí của lõi bên trong và tính toán độ quay của nó.

Tiến sĩ Lauren Waszek, giảng viên cao cấp về khoa học vật lý tại James Cook Đại học ở Australia, cho biết: “Vòng quay vi sai của lõi bên trong đã được đề xuất như một hiện tượng vào những năm 1970 và 80, nhưng phải đến những năm 90, bằng chứng địa chấn mới được công bố”.

Nhưng các nhà nghiên cứu đã tranh cãi về cách giải thích những phát hiện này, chủ yếu là do thách thức trong việc quan sát chi tiết lõi bên trong, do nó ở xa và dữ liệu sẵn có hạn chế. Kết quả là các nghiên cứu trong nhiều năm và nhiều thập kỷ tiếp theo không thống nhất về tốc độ quay cũng như hướng của lõi đối với lớp phủ. Một số phân tích thậm chí còn đề xuất rằng lõi không hề quay.

Một mô hình đầy tiềm năng được đề xuất vào năm 2023 đã mô tả lõi bên trong trước đây quay nhanh hơn Trái đất nhưng giờ quay chậm hơn. Các nhà khoa học cho biết, trong một thời gian, chuyển động quay của lõi khớp với chuyển động quay của Trái đất. Sau đó, nó tiếp tục chậm hơn nữa cho đến khi chuyển động lùi so với các lớp chất lỏng xung quanh.

Vào thời điểm đó, một số chuyên gia cảnh báo rằng, cần có thêm dữ liệu để củng cố kết luận này, và giờ đây, một nhóm nhà khoa học khác đã đưa ra bằng chứng mới thuyết phục cho giả thuyết này về tốc độ quay của lõi bên trong. Nghiên cứu được công bố ngày 12/6 trên tạp chí Nature không chỉ xác nhận sự suy giảm cốt lõi mà còn ủng hộ đề xuất năm 2023 rằng sự giảm tốc cốt lõi này là một phần của mô hình giảm tốc và tăng tốc kéo dài hàng thập kỷ.

Đồng tác giả nghiên cứu, Tiến sĩ John Vidale, Giáo sư Khoa học Trái đất tại Đại học Văn chương, Nghệ thuật và Khoa học Dornsife thuộc Đại học Nam California, cho biết, những phát hiện mới cũng xác nhận rằng, những thay đổi về tốc độ quay diễn ra theo chu kỳ 70 năm.

Ông Vidale nói: “Trong 20 năm, chúng tôi đã tranh cãi về việc liệu lõi bên trong có chuyển động hay không và mô hình của nó trong vài thập kỷ qua là gì, nhưng giờ tôi nghĩ nó đã kết thúc”.

Nhưng không phải tất cả đều tin rằng vấn đề đã được giải quyết và sự chậm lại của lõi bên trong có thể ảnh hưởng đến hành tinh của chúng ta như thế nào vẫn là một câu hỏi mở, mặc dù một số chuyên gia cho rằng, từ trường Trái đất có thể phát huy tác dụng.

Lực hút từ tính và tác động tới Trái đất

Bị chôn sâu khoảng 5.180 km bên trong Trái đất, lõi bên trong bằng kim loại rắn được bao quanh bởi lõi ngoài bằng kim loại lỏng. Lõi bên trong được làm chủ yếu bằng sắt và niken và nó được ước tính nóng bằng bề mặt mặt trời – khoảng 5.400 độ C.

Từ trường của Trái đất kéo mạnh quả cầu kim loại nóng này, khiến nó quay tròn. Đồng thời, trọng lực và dòng chảy của lõi chất lỏng bên ngoài và lớp phủ kéo vào lõi. Trong nhiều thập kỷ, lực đẩy và lực kéo gây ra sự thay đổi tốc độ quay của lõi.

Sự va chạm của chất lỏng giàu kim loại ở lõi ngoài tạo ra dòng điện cung cấp năng lượng cho từ trường Trái đất, giúp bảo vệ hành tinh của chúng ta khỏi bức xạ mặt trời chết người. Mặc dù chưa rõ ảnh hưởng trực tiếp của lõi bên trong đến từ trường, nhưng vào năm 2023, các nhà khoa học đã báo cáo rằng, lõi quay chậm hơn có thể ảnh hưởng đến từ trường và cũng rút ngắn thời gian của một ngày.

Khi các nhà khoa học thường theo dõi 2 loại sóng địa chấn: sóng áp suất (sóng P) và sóng biến dạng (sóng S). Theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ, trong khi sóng P truyền qua mọi loại vật chất, sóng S chỉ truyền qua chất rắn hoặc chất lỏng cực nhớt.

Các nhà địa chấn học đã lưu ý vào những năm 1880 rằng, sóng S do động đất tạo ra không truyền khắp Trái đất và vì vậy họ kết luận rằng lõi Trái đất đã nóng chảy. Nhưng một số sóng P, sau khi đi qua lõi Trái đất, xuất hiện ở những nơi không ngờ tới tạo ra những dị thường không thể giải thích được.

Ông Vidale cho biết, những thay đổi trong vòng quay lõi đều gần như không thể cảm nhận đối với con người trên bề mặt Trái đất. Khi lõi quay chậm hơn, lớp phủ sẽ tăng tốc, dự dịch chuyển này khiến Trái đất quay nhanh hơn và thời gian của một ngày bị rút ngắn lại, nhưng nó chỉ bằng một phần nghìn giây. “Xét về tác động đó trong cuộc đời của một con người, nó không có nhiều ý nghĩa”, ông Vidale nói.

Các nhà khoa học nghiên cứu lõi bên trong để tìm hiểu cách hình thành sâu bên trong Trái đất và cách hoạt động kết nối trên tất cả các lớp dưới bề mặt của hành tinh. Khu vực bí ẩn nơi lõi ngoài lỏng bao bọc lõi bên trong rắn đặc biệt thú vị. Là nơi chất lỏng và chất rắn gặp nhau, ranh giới này có tiềm năng hoạt động, cũng như ranh giới lõi-lớp phủ và ranh giới giữa lớp phủ và lớp vỏ.

Theo bà Waszek, bởi vì sự quay của lõi bên trong ảnh hưởng đến chuyển động ở lõi ngoài, nên sự quay của lõi bên trong được cho là giúp cung cấp năng lượng cho từ trường Trái đất, mặc dù cần nhiều nghiên cứu hơn để làm sáng tỏ vai trò chính xác của nó. Và vẫn còn nhiều điều cần tìm hiểu về cấu trúc tổng thể của lõi bên trong.