Khám Phá Bí Ẩn Quá Trình Quay Của Lõi Trái Đất: Những Điều Chưa Biết

Các nhà khoa học gần đây đã công bố một nghiên cứu gây chú ý trên tạp chí Nature Geoscience, cho thấy có khả năng xảy ra sự thay đổi trong chiều quay của lõi trong Trái đất trong vài thập kỷ tới. Đây là bước tiến quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về cấu trúc của hành tinh chúng ta.

Vào giữa thập niên 1990, một nhóm nghiên cứu do Xiaodong Song tại Phòng thí nghiệm SinoProbe ở Đại học Bắc Kinh và Paul Richards từ Đại học Columbia dẫn đầu đã có những phát hiện đầu tiên về chuyển động độc lập của lõi trong. Họ nhận thấy lõi này quay từ tây sang đông với tốc độ nhanh hơn so với các lớp ngoài, như lớp vỏ và lớp phủ. Sự chuyển động này chủ yếu do hiệu ứng từ và điện từ trong lõi ngoài lỏng tạo ra, kết hợp với các lực hấp dẫn từ lớp phủ bên trên.

Mô phỏng mặt cắt các lớp của Trái đất. (Ảnh: iStock)

Mặc dù đã có những phát hiện đáng kể, nhưng vẫn còn nhiều thắc mắc nổi lên xung quanh chiều quay của lõi trong, đặc biệt là về tốc độ của nó. Để trả lời những câu hỏi này, Song và cộng sự Yi Yang đã thực hiện một nghiên cứu mới, nhằm thu thập thêm dữ liệu trong thời gian dài và kiểm tra nhiều mô hình khác nhau. Họ đã phân tích sóng địa chấn do các trận động đất tự nhiên gây ra, được ghi nhận từ thập niên 1960.

“Các sóng địa chấn từ hai trận động đất lặp lại thường có dạng sóng giống nhau đến từ cùng một trạm”, nhóm nghiên cứu cho biết. “Tuy nhiên, khi những sóng này tương tác với lõi trong của Trái đất, chúng thể hiện các dạng sóng và thời gian đến khác nhau, phản ánh những cấu trúc khác nhau bên trong lõi”.

Bằng cách sử dụng sóng địa chấn, nhóm nghiên cứu đã có thể xâu chuỗi mô hình vòng quay của lõi trong qua vài thập kỷ, từ đó vén màn nhiều bí mật về quá trình này và mối quan hệ của nó với các lớp khác của Trái đất. Họ phát hiện rằng từ đầu thập niên 1970 đến khoảng năm 2009, lõi trong quay nhanh hơn lớp phủ và bề mặt Trái đất theo chiều từ tây sang đông. Sau đó, từ năm 2009 đến 2011, vòng quay này dường như ngừng lại, và từ thời điểm này, quá trình quay có dấu hiệu đảo chiều. Những thay đổi này có thể sẽ nằm trong vòng dao động kéo dài khoảng 70 năm.

Trái đất được cấu tạo bởi nhiều lớp, trong đó lớp vỏ ngoài cùng dày khoảng 32 – 48 km tại các khu vực lục địa, và chỉ khoảng 6,4 km ở đại dương. Phía dưới lớp vỏ là lớp phủ, dày khoảng 2.900 km, chiếm 84% tổng thể tích hành tinh. Lớp này bao gồm các vật liệu đá cứng và phần lớn ở dạng rắn, mặc dù ở một số vùng, do áp suất cao, đá có thể bị chảy.

Tiếp theo là lõi Trái đất, bao gồm lõi trong và lõi ngoài. Lõi ngoài, dày khoảng 2.253 km, chủ yếu là sắt lỏng và nickel, trong khi lõi trong, với độ dày gần 1.207 km, chủ yếu được hình thành từ sắt, một ít nickel cùng với các nguyên tố khác. Có hai yếu tố chính ảnh hưởng đến chuyển động của lõi trong: lực điện từ và trọng lực. Chuyển động của chất lỏng trong lõi ngoài tạo ra từ trường của Trái đất, từ đó tác động lên lõi trong và khiến nó quay. Trọng lực giữa lõi trong và lớp phủ cũng là một yếu tố quan trọng, tạo ra sự khác biệt đáng kể về đặc điểm vật lý giữa hai cấu trúc này.

“Nếu hai lực này không cân bằng, lõi trong sẽ bị tăng tốc hoặc giảm tốc”, nhóm nghiên cứu cho biết. “Chu kỳ dao động kéo dài 70 năm của lõi trong rất có thể bị ảnh hưởng bởi lực điện từ và trọng lực”. Những dao động này tương ứng với những thay đổi định kỳ được quan sát trong các nghiên cứu địa vật lý khác, chẳng hạn như sự biến đổi từ trường hoặc độ dài của ngày.

Tuy nhiên, Song và các đồng sự cũng đã chỉ ra rằng nghiên cứu này vẫn còn một số hạn chế, đặc biệt là về thời gian dữ liệu địa chấn. “Chúng tôi chưa đạt được chu kỳ đầy đủ của dao động 70 năm do dữ liệu thu thập trong chưa đầy 6 thập kỷ. Các trạm địa chấn kỹ thuật số hiện đại chỉ được triển khai rộng rãi từ thập niên 1990. Nhiều dữ liệu trước đó thường chỉ được ghi lại trên giấy và khá khó để truy cập”, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh.