Tin Khoa học - Công nghệ quốc tế

Khám phá ra các đại dương magma

.

Mới đây, các nhà địa vật lý đã khám phá ra hai địa tầng bằng đá ở bên trong lớp vỏ trái đất đã bị nóng chảy một phần.

Trái đất được cấu tạo bởi nhiều địa tầng (mỗi địa tầng là một lớp đất hay lớp đá), các địa tầng này được xác định bằng cách sử dụng phương pháp chụp cắt lớp sóng địa chấn (seismic tomography) – tương đương với phương pháp chụp cắt lớp trong y học. Phương pháp này được thực hiện dựa trên việc ghi lại vận tốc của những sóng địa chấn khi chúng lan truyền xuyên qua các lớp địa tầng của trái đất. Nhà địa chất Eric Debayle, nghiên cứu viên tại LST1, ở Lyon giải thích: “ví dụ như tốc độ của sóng địa chấn bị giảm đi khi nhiệt độ tăng, và điều đó giúp chúng ta biết được thông tin về thành phần, các trạng thái lỏng hay rắn của các địa tầng tại những vị trí cụ thể”.

Trên hành trình đi xuống trung tâm trái đất, chặng dừng chân đầu tiên của các nhà nghiên cứu cách bề mặt trái đất là 400km, ngay phía trên của vùng chuyển tiếp giữa các quyển manti (quyển manti trên và quyển manti dưới). Tại độ sâu này, nhiều lần các nhà nghiên cứu đã nhận ra sự tồn tại của những vùng biệt lập mà ở đó vận tốc các sóng địa chấn bị giảm xuống.

Hiện nay, các phát hiện mới2 của một dự án hợp tác quốc tế bao gồm những nhà nghiên cứu đến từ Đại học Utrecht (Hà Lan), LST, và EOST3, cho thấy những vùng biệt lập này thực tế là một phần của lớp địa tầng magma bao quanh địa cầu mà trước đây chưa được phát hiện ra, và được tạo nên từ các khối đá ở trạng thái rắn hoặc lỏng – phụ thuộc vào nhiệt độ nóng chảy của chúng.

Các nhà nghiên cứu đã ghi lại các sóng địa chấn được truyền theo phương thẳng đứng tại 152 trạm nghiên cứu trên toàn cầu. Họ có thể xác định vị trí địa tầng có vận tốc thấp không liên tục này ở độ sâu khoảng 350km tại 89 trạm. "Phương pháp của chúng tôi không đủ nhạy để phát hiện ra sự thay đổi trong những địa tầng có độ dày nhỏ hơn 30km, nhưng chúng tôi tin rằng dữ liệu của chúng tôi thực sự đã mô tả được những phần dày nhất của một địa tầng liên tục trong đó thể hiện những biến đổi ngang mạnh”, Debayle mô tả một địa tầng có thể dày tới 100 km ở một vài nơi.

Những bí ẩn nằm sâu hơn

Đi vào sâu hơn trong lòng trái đất, các nhà nghiên cứu thấy một đường ranh giới quan trọng nằm ở độ sâu 2900km, nơi quyển manti tiếp giáp với lõi trong của trái đất. Ngay phía trên đường ranh giới này, các nhà nghiên cứu nghi ngờ sự tồn tại của những địa tầng bằng đá bị nóng chảy một phần, hình thành nên một đại dương magma.

Khoảng 15 năm trước, các nhà địa chấn đã phát hiện ra sự giảm đột ngột của vận tốc truyền sóng địa chấn (10-30%) tại một vài vùng bên trong quyển manti thấp, ngay phía trên đường ranh giới tiếp giáp giữa hạt nhân và quyển manti. Những vùng này được gọi là những vùng có vận tốc thấp cực điểm - the Ultra Low Velocity Zones (ULVZs). Một vài giả thuyết đã được đưa ra để giải thích về ULVZs. Một trong những giả thuyết đó cho rằng một số lớp đá của quyển manti trong những vùng này đã bị nóng chảy, trong khi những lớp đá khác vẫn rắn chắc do có nhiệt độ nóng chảy ở mức cao hơn.

Để kiểm định giả thuyết này, một nhóm các nhà vật lý khoáng vật tại IMPMC4, một Viện nghiên cứu về khoáng vật ở Paris, đã tiến hành một cuộc thử nghiệm trên một loại đá tên là peridotite (loại đá được sinh ra từ magma tự nguội dần) với thành phần khoáng vật đặc trưng của quyển manti. Nhà nghiên cứu Guillaume Fiquet, tại IMPMC cho biết: “Các nghiên cứu trước đây đã sử dụng những loại đá có thành phần tương ứng với một hoặc một vài thành phần của quyển manti, nhưng quyển manti lại có cấu trúc phức tạp. Đá peridotite, khi ở dưới áp suất của quyển manti dưới, đã bị biến đổi thành một tập hợp khoáng vật, hoặc các trạng thái cụ thể, đặc trưng cho những gì chúng tôi tìm thấy ở quyển manti thấp”.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng những cái đe bằng kim cương và tia laze hồng ngoại để tạo ra điều kiện áp suất và nhiệt độ tương ứng với áp suất và nhiệt độ tại độ sâu như vậy. Bằng cách sử dụng sự nhiễu xạ qua tia X tại Trung tâm nghiên cứu phóng xạ Synchrotron châu Âu (European Synchrotron Radiation Facility), các nhà nghiên cứu có thể xác định được những giai đoạn khoáng vật tan chảy đầu tiên. Fiquet cho biết: “Không cần sử dụng phép ngoại suy, chúng tôi đã thiết lập được các đồ thị nóng chảy của quyển manti ở sâu dưới lòng trái đất. Kết quả nghiên cứu của chúng tôi đã chứng minh rằng, tại các điều kiện áp suất và nhiệt độ như vậy, đã có một địa tầng bằng đá bị nóng chảy một phần nằm trên nền của quyển manti, và sự mở rộng theo chiều thẳng đứng của quyển manti có thể lên tới 50 km. Điều này ít nhiều trùng với sự quan sát địa chấn tại ULVZ”.

Theo các nhà nghiên cứu, địa tầng này có các dấu tích tương ứng với đại dương magma ở thời kỳ đầu, mà có lẽ nó cũng đã từng tồn tại trong thời kỳ hình thành trái đất cách đây khoảng 4,5 tỷ năm về trước.

(Theo CNRS)
Bích Diệp

1. Laboratoire de sciences de la terre (Université de Lyon-I / CNRS-INSU / Ecole Normale Supérieure de Lyon).
2. B. Tauzin et al., “Seismic evidence for a global low-velocity layer within the Earth’s upper mantle,” Nature Geoscience, 2010. 3: 718-21.
3. Ecole et observatoire des sciences de la Terre (CNRS / Institut de physique du globe de Strasbourg / Université de Strasbourg).
4. Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés (CNRS / UpMC / Université paris Diderot / Institut de physique du Globe / IRD).

Bản quyền thuộc về Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Khi phát hành lại thông tin trên Website cần ghi rõ nguồn: "Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam".