Nước từ bề mặt có thể đã xâm nhập sâu vào bên trong Trái đất, và nghiên cứu mới giải thích cách nó thay đổi vùng ngoài cùng lõi kim loại nóng chảy của hành tinh của chúng ta. Phát hiện này có thể giúp giải thích sự hiện diện của một lớp vật chất mỏng bên trong hành tinh của chúng ta khiến các nhà địa chất bối rối trong nhiều thập kỷ.
Lớp vỏ Trái đất bao gồm các mảng kiến tạo chuyển động và trượt qua nhau. Và qua hàng tỷ năm, các đới hút chìm này đã vận chuyển nước tới lớp phủ bên dưới.
Khi dòng nước nói trên chạm tới ranh giới lõi-lớp phủ, khoảng 2.900 km bên dưới bề mặt Trái đất, nó sẽ kích hoạt một phản ứng hóa học mạnh mẽ. Một nhóm nghiên cứu từ Hàn Quốc, Mỹ và Đức chỉ ra rằng điều này tạo ra lớp lõi trên cùng giàu hydro và đưa silica đến lớp phủ bên dưới.
Nhà khoa học vật liệu Dan Shim từ Đại học bang Arizona cho biết: “Trong nhiều năm, người ta tin rằng sự trao đổi vật chất giữa lõi và lớp phủ Trái đất là rất nhỏ” .
“Tuy nhiên, các thí nghiệm áp suất cao gần đây của chúng tôi lại tiết lộ một câu chuyện khác. Chúng tôi phát hiện ra rằng khi nước chạm tới ranh giới giữa lõi-lớp phủ, nó sẽ phản ứng với silic trong lõi, tạo thành silica”.
Hỗn hợp sắt và niken của lõi ngoài đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra từ trường Trái đất, giúp bảo vệ sự sống trên hành tinh khỏi gió Mặt trời và bức xạ. Vì vậy, điều quan trọng là phải hiểu cách vật chất bên trong Trái đất vận động và tiến hóa theo thời gian.
Ranh giới lõi-lớp phủ của Trái đất thay đổi từ silicat sang kim loại khá mạnh và người ta chưa biết nhiều về sự trao đổi hóa học này.
Nhiều thập kỷ trước, các nhà nghiên cứu sóng địa chấn xuyên qua lớp chất nhờn bên trong Trái đất đã ghi chép về một lớp mỏng, có tên là “E prime”, chỉ dày hơn vài trăm km. Nhưng cho đến nay không ai biết lớp này đến từ đâu.
Nhóm nghiên cứu viết: “Chúng tôi cho rằng sự trao đổi hóa học như vậy giữa lõi và lớp phủ qua hàng tỷ năm vận chuyển nước sâu có thể đã góp phần vào sự hình thành lớp ‘E prime’ giả định”.
Các nhà địa chấn học đã chỉ ra một số đặc điểm bất thường cho thấy lớp kim loại lỏng thay đổi này sẽ ít đậm đặc hơn và có tốc độ địa chấn chậm hơn. Những khác biệt về mật độ này được coi là liên quan đến nồng độ khác nhau của các nguyên tố nhẹ, như hydro hoặc silic.
Nhưng sự gia tăng nồng độ của một nguyên tố nhẹ sẽ làm cho tốc độ tăng lên trong khi mật độ giảm xuống, khiến cho việc dung hòa giữa quan sát địa chấn và độ ổn định động của lớp “E prime” trở nên khó khăn.
Việc tăng nồng độ của một nguyên tố nhẹ trong khi giảm nồng độ của nguyên tố nhẹ khác đã được đưa ra như một lời giải thích khả dĩ. Tuy nhiên, các nhà khoa học không biết đến quá trình trao đổi như vậy.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các tế bào đe kim cương được đốt nóng bằng laser để mô phỏng các điều kiện nhiệt độ áp suất ở ranh giới lõi-lớp phủ.
Họ đã chứng minh rằng nước bị hút vào lõi Trái đất có thể phản ứng hóa học với các vật liệu ở đó để biến lõi ngoài thành một màng giàu hydro và phân tán các tinh thể silica nổi lên và kếp hợp với lớp phủ.
Lớp vật liệu giàu hydro, nghèo silic hình thành ở phía trên lõi sẽ có mật độ và tốc độ thấp hơn, phù hợp với các quan sát sóng địa chấn.
Lớp màng lõi bị thay đổi có thể có tác động đáng kể đến chu trình nước sâu và nhóm nghiên cứu cho biết kết quả của họ cho thấy chu trình nước toàn cầu phức tạp hơn chúng ta nghĩ.
Shim cho biết: “Khám phá này, cùng với quan sát trước đây của chúng tôi về kim cương hình thành từ nước phản ứng với carbon trong chất lỏng sắt dưới áp suất cực lớn, chỉ ra sự tương tác giữa lõi-lớp phủ năng động hơn nhiều, với sự trao đổi vật chất đáng kể”.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Geoscience.
Theo Science Alert
