Các nhà khoa học phát hiện rằng lõi trong của Trái đất có thể đang bắt đầu đảo chiều quay và điều này có ý nghĩa đối với sự hiểu biết của chúng ta về cách lớp lõi ảnh hưởng đến các lớp khác của Trái đất.
Cấu trúc của Trái đất và phát hiện trước đây về lõi trong
Hành tinh của chúng ta bao gồm nhiều lớp. Lớp mỏng bên ngoài, được gọi là lớp vỏ, bao gồm chủ yếu là đá rắn và thường dày khoảng 30 đến 50 km ở các khu vực lục địa, mặc dù ở các vùng đại dương, độ dày trung bình chỉ khoảng 6 km.
Bên dưới lớp vỏ là lớp phủ có độ dày khoảng 2.900 km, chiếm 84% tổng thể tích của Trái đất. Lớp này bao gồm vật liệu đá đậm đặc hơn lớp vỏ và chủ yếu là rắn, mặc dù sự tan chảy có thể xảy ra ở một số khu vực cục bộ do áp suất cao.
Bên dưới lớp phủ là lõi Trái đất, với phần bên trong và bên ngoài. Lõi ngoài kéo dài khoảng 2.260 km và chủ yếu bao gồm sắt và niken nóng chảy. Tại trung tâm của hành tinh chúng ta là lõi trong có độ dày khoảng 1.220 km và được cho là ở thể rắn. Nó chủ yếu bao gồm chủ yếu là hợp kim sắt-niken, với một lượng rất nhỏ các nguyên tố khác.
Vào giữa những năm 1990, một trong những tác giả của nghiên cứu mới nhất - Xiaodong Song, người liên kết với Phòng thí nghiệm SinoProbe tại Trường Khoa học Trái đất và Không gian tại Đại học Bắc Kinh, Trung Quốc - cùng với Paul Richards tại Đại học Columbia đã cung cấp bằng chứng quan sát đầu tiên về sự quay độc lập của lõi trong.
Họ phát hiện ra rằng lõi trong đang quay theo hướng từ tây sang đông, cùng hướng với Trái đất, mặc dù nhanh hơn một chút so với lớp phủ và lớp vỏ. Chuyển động quay này được điều khiển chủ yếu bởi các hiệu ứng điện từ tại lõi ngoài lỏng bao quanh, cũng như các tương tác hấp dẫn với lớp phủ.
Tuy nhiên, kể từ khám phá này, đã có một số vấn đề chưa được giải quyết liên quan đến hiểu biết của chúng ta về chuyển động quay của lõi trong như tốc độ quay và sự thay đổi tốc độ quay này.
Phát hiện lõi trong đang bắt đầu đảo chiều quay
Những vấn đề nói trên đã thúc đẩy Xiaodong và đồng nghiệp Yi Yang, người cũng liên kết với Phòng thí nghiệm SinoProbe, thu thập thêm dữ liệu trong thời gian dài hơn để thử nghiệm các mô hình khác nhau. Và trong nghiên cứu mới này, họ đã phân tích các sóng địa chấn được tạo ra bởi các trận động đất lặp lại tự nhiên đi qua lõi Trái đất kể từ những năm 1960.
Động đất lặp lại là những trận động đất giống hệt nhau về vị trí và hình học nhưng xảy ra vào những thời điểm khác nhau.
Các tác giả nói với Newsweek: "Sóng địa chấn từ một cặp trận động đất lặp lại thường có dạng sóng giống hệt nhau đến cùng một trạm. Tuy nhiên, khi sóng từ các trận động đất lặp lại tương tác với lõi trong của Trái đất, chúng có thể hiển thị các dạng sóng và thời gian đến khác nhau vì chúng phản ánh các cấu trúc lõi trong khác nhau”.
Sử dụng những sóng địa chấn này, các nhà nghiên cứu có thể suy ra mô hình xoay của lõi trong trong nhiều thập kỷ qua, tiết lộ các chi tiết mới về quá trình này và mối liên hệ của nó với các lớp khác của Trái đất.
Dữ liệu của các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng, từ đầu những năm 1970 đến khoảng năm 2009, lõi trong quay nhanh hơn lớp phủ và bề mặt của Trái đất. Sau đó, từ năm 2009 đến năm 2011, vòng quay của nó dường như tạm ngưng. Kể từ đó, các vòng quay dường như đang dần đảo chiều.
Các tác giả cho biết: “Bằng chứng cho sự đảo chiều kể từ năm 2009 là khá mạnh mẽ về mặt thống kê với mức độ tin cậy trên 95%”.
Họ cũng cho biết những thay đổi này có thể là một phần của dao động diễn ra trong khoảng bảy thập kỷ, với một điểm đảo chiều trước đó xảy ra vào đầu những năm 1970.
Các tác giả cho biết: “Những kết quả này giúp chúng tôi hiểu rõ hơn về cách bên trong Trái đất vận hành và cách các lớp khác nhau của hệ thống tương tác với nhau như một tổng thể. Các dao động nhiều thập kỷ như vậy cũng tồn tại trong các lớp khác củaTrái đất, chẳng hạn như lõi ngoài, lớp phủ và bề mặt, cho thấy có thể có một hệ thống Trái đất cộng hưởng”.
Có hai lực chính tác động lên lõi trong. Đầu tiên là lực điện từ. Từ trường của Trái đất được tạo ra bởi chuyển động của chất lỏng trong lõi ngoài. Từ trường tác động lên lõi trong bằng kim loại được cho là sẽ khiến lõi này quay. Lực khác tác động lên lõi trong là lực hấp dẫn. Lớp phủ và lõi trong khác nhau đáng kể về các đặc điểm vật lý của chúng, do đó lực hấp dẫn giữa chúng có xu hướng kéo lõi trong đến vị trí cân bằng hấp dẫn.
Các nhà nghiên cứu cho biết: “Nếu hai lực không cân bằng, lõi trong sẽ tăng tốc hoặc giảm tốc. Sự dao động 70 năm của lõi trong có khả năng được điều khiển bởi lực điện từ và lực hấp dẫn”.
Các nhà khoa học cho biết dao động này tương quan với những thay đổi định kỳ tương tự trong các quan sát địa vật lý khác, chẳng hạn như sự thay đổi từ trường hoặc độ dài của ngày.
Bất chấp những phát hiện, các tác giả cho biết có một số hạn chế đối với nghiên cứu, bao gồm thực tế là thời lượng của dữ liệu địa chấn có sẵn bị hạn chế.
Các nhà khoa học cho biết: “Chúng tôi chưa quan sát thấy toàn bộ chu kỳ dao động bảy thập kỷ theo đề xuất, với dữ liệu thu thập trong chưa đầy sáu thập kỷ. Các trạm địa chấn kỹ thuật số hiện đại bắt đầu được triển khai trên toàn cầu từ những năm 1990. Nhiều dữ liệu địa chấn cổ xưa hơn nằm trong hồ sơ giấy, nhưng chúng khá rải rác và khó truy cập”.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Geoscience.
Văn Thiện
Xem thêm:
- Tại sao lõi Trái đất không làm tan chảy hành tinh?
- Trái đất đột ngột quay nhanh hơn và kỷ lục ngày ngắn nhất vừa được ghi nhận
Có thể bạn quan tâm:
