Nghiên cứu mới công bố hôm 23/1 trên tạp chí Nature Geoscience hé lộ rằng thay đổi ở chiều quay của lõi trong Trái đất có thể diễn ra trong vòng vài thập kỷ tới.
Vào giữa thập niên 1990, nhà nghiên cứu Xiaodong Song ở Phòng thí nghiệm SinoProbe tại Trường Trái đất và Khoa học vũ trụ ở Đại học Bắc Kinh, Trung Quốc cộng tác với Paul Richards ở Đại học Columbia, cung cấp bằng chứng đầu tiên về chuyển động quay độc lập của lõi trong. Họ nhận thấy lõi trong quay theo chiều từ tây sang đông, dù hơi nhanh hơn các lớp cứng khác như lớp phủ và lớp mặt. Chiều quay này chủ yếu chịu sự chi phối của hiệu ứng từ và hiệu ứng điện bên trong lõi ngoài lỏng bao quanh, cũng như tương tác hấp dẫn với lớp phủ.
Mô phỏng mặt cắt các lớp của Trái đất. (Ảnh: iStock)
Tuy nhiên, sau phát hiện trên, vẫn có một số vấn đề chưa giải quyết liên quan tới chiều quay của lõi trong khi xét tới những yếu tố như tốc độ quay. Các vấn đề như vậy thúc đẩy Song và cộng sự Yi Yang cũng ở Phòng thí nghiệm SinoProbe thu thập thêm dữ liệu trong thời gian dài hơn để kiểm tra nhiều mô hình khác nhau, dẫn tới dự đoán mới nhất. Trong nghiên cứu mới công bố, họ phân tích sóng địa chấn sinh ra từ động đất tự nhiên, truyền qua lõi Trái đất từ thập niên 1960.
"Sóng địa chấn từ hai trận động đất lặp lại thường có dạng sóng giống nhau đến từ cùng trạm", nhóm nghiên cứu cho biết. "tuy nhiên, khi sóng đến từ động đất lặp lại tương tác với lõi trong của Trái đất, chúng thể hiện dạng sóng và thời gian tới khác nhau bởi chúng phản ánh những cấu trúc khác nhau ở lõi trong".
Sử dụng sóng địa chấn, nhóm nghiên cứu có thể suy ra mô hình vòng quay của lõi trong trong vài thập kỷ qua, hé lộ chi tiết mới về quá trình này và mối liên quan tới các lớp khác của Trái đất. Phát hiện của họ chỉ ra lõi trong quay nhanh hơn lớp phủ và lớp mặt của Trái đất theo chiều từ tây sang đông từ đầu thập niên 1970 tới khoảng năm 2009. Sau đó, vòng quay dường như tạm ngưng từ năm 2009 đến năm 2011. Từ giai đoạn này, vòng quay dường như dần dần đảo chiều. Loạt thay đổi trên nhiều khả năng nằm trong dao động diễn ra qua 7 thập kỷ.
Trái đất bao gồm vài lớp. Lớp mỏng ở ngoài cùng là lớp vỏ, chủ yếu bao gồm đá cứng, dày khoảng 32 – 48 km ở các khu vực lục địa, dù ở đại dương, độ dày trung bình vào khoảng 6,4 km. Bên dưới lớp vỏ là lớp phủ, dày khoảng 2.900 km, chiếm 84% tổng thể tích Trái đất. Lớp này bao gồm vật liệu đá đặc hơn lớp vỏ và chủ yếu ở thể rắn, dù đá ở một số vùng bị chảy dưới áp suất cao.
Bên dưới lớp phủ là lõi Trái đất, chia thành lõi trong và lõi ngoài. Lõi ngoài dày khoảng 2.253km, chủ yếu bao gồm sắt lỏng và nickel. Ở tâm Trái đất là lõi trong cực đặc dày khoảng 1.207km, hình thành từ sắt, lượng nhỏ nickel cùng với nhiều nguyên tố khác. Có hai yếu tố chính tác động tới lõi trong. Đầu tiên là lực điện từ. Từ trường của Trái đất hình thành từ chuyển động của chất lỏng ở lõi ngoài. Từ trường tác động tới lõi trong khiến nó quay tròn. Yếu tố khác ảnh hưởng tới lõi trong là trọng lực. Lõi trong và lớp phủ khác biệt đáng kể về đặc điểm vật lý, vì vậy trọng lực giữa hai cấu trúc có xu hướng kéo lõi trong tới điểm cân bằng.
"Nếu hai lực không cân bằng, lõi trong sẽ tăng tốc hoặc giảm tốc", các nhà nghiên cứu cho biết. "Chu kỳ dao động 70 năm của lõi trong nhiều khả năng bị ảnh hưởng bởi lực điện từ và trọng lực". Dao động trên tương ứng với những thay đổi định kỳ ở các quan sát địa vật lý khác, như sự thay đổi từ trường hoặc độ dài của ngày.
Tuy nhiên, Song và cộng sự nhấn mạnh có một số hạn chế trong nghiên cứu, bao gồm thời gian dữ liệu địa chấn có sẵn bị hạn chế. "Chúng tôi chưa quan sát được chu kỳ đầy đủ của dao động 70 năm với dữ liệu thu thập trong chưa đầy 6 thập kỷ. Các trạm địa chấn kỹ thuật số hiện đại bắt đầu được triển khai trên toàn cầu từ thập niên 1990. Nhiều dữ liệu địa chấn cổ đại là ghi chép trên mặt giấy nhưng khá khan hiếm và khó tiếp cận", nhóm nghiên cứu chia sẻ.