Mảnh vỡ của lớp phủ Trái đất phát lộ ở Mỹ

Những khối đá trải khắp Baltimore nhiều khả năng là dấu vết của đáy biển tiền sử từ đại dương đã biến mất từ lâu.

Phần phát lộ của lớp phủ Trái đất nằm ở vùng ngoại ô của thành phố Baltimore, bang Maryland. Trong khi lớp phủ thường nằm giữa lớp vỏ và lớp lõi của Trái đất, các khối đá này nhô ra từ khu rừng nhiều cây bụi, cung cấp cho giới chuyên gia cơ hội hiếm hoi để nghiên cứu lớp bên trong của Trái đất từ khoảng cách gần. Đặc biệt, cấu tạo hóa học khác thường của khối đá hé lộ một phần lớp phủ cùng với những khối đất đá của lớp vỏ nằm rải rác quanh Baltimore, từng tạo thành đáy biển của đại dương đã biến mất.

Khoảng 490 triệu năm sau khi hình thành, các mảnh vỡ đó bị mảng kiến tạo xê dịch đâm vào và thiêu đốt bởi chất lỏng nóng rực tràn ra qua khe nứt, làm biến đổi cả thành phần cấu tạo và độ sáng. Đá ở lớp phủ thường chứa đầy tinh thể màu xanh lá cây lấp lánh của khoáng chất olivine, nhưng mẫu đá ở Baltimore có màu nâu vàng với vẩy màu đen lốm đốm, theo George Guice, nhà khoáng vật học ở Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Quốc gia Smithsonian.

George Guice kiểm tra lớp đá ở phía tây Baltimore. (Ảnh: Joe Browning - Hanson).

Do biến động địa chất như vậy, các nhà khoa học chật vật suốt hơn một thế kỷ để xác định nguồn gốc chính xác của những khối đá. Hiện nay, Guice và cộng sự ứng dụng cách phân tích hóa học tiên tiến với khối đá phát lộ ở Baltimore. Nghiên cứu công bố trên tạp chí Geosphere của họ hé lộ chúng từng nằm bên dưới đại dương cổ đại Iapetus.

Cách đây hơn nửa tỷ năm, đại dương Iapetus trải rộng 4.800 - 8.000 m, cắt ngang qua vùng ven biển phía đông nước Mỹ ngày nay. Phần lớn đất đai ở dãy núi Appalachian hiện nay từng nằm bên bờ đại dương, và vùng bờ đông nước Mỹ ở bờ còn lại.

Xuyên suốt lịch sử Trái đất, các đại dương không tồn tại vĩnh viễn, đáy biển nhiều lần bị đẩy xuống vùng hút chìm, nơi một mảng kiến tạo đâm xuống dưới mảng kiến tạo khác. Nhưng đôi khi, một số mảnh vỡ của đáy đại dương như những khối đá ở Baltimore bị đẩy lên bề mặt, cung cấp hiểu biết về quá trình xảy ra với đại dương cổ đại, giúp các nhà nghiên cứu hình dung rõ hơn tương lai của Đại Tây Dương.

Từ chuyến đi ban đầu tới công viên Soldiers Delight, Guice và đồng nghiệp thu thập hàng loạt mẫu vật đá trên khắp Baltimore. Họ cộng tác với nhóm chuyên gia đang khai quật một bồn địa sắp trở thành hồ chứa nước trong vùng và phát hiện nơi từng là ranh giới giữa lớp phủ và lớp vỏ Trái đất. Máy xúc kéo ra những tảng đá xám từ mặt đất, giúp công việc của các nhà khoa học trở nên dễ dàng hơn.

Hồi tháng 11/2019, nhóm nghiên cứu lấy thêm mẫu vật đá ở sân golf Forest Park, nơi cũng nằm ở ranh giới giữa lớp phủ và lớp vỏ. Những khối đá dường như được sắp đặt khéo léo giữa những đám cỏ dại cạnh lỗ golf thứ 9. Tổng cộng, họ thu thập 19 mẫu vật đá ultramafic từ 5 địa điểm, sau đó chuyển về phòng thí nghiệm để quan sát kỹ hơn. Theo Guice, mấu chốt là cấu tạo hóa học của lớp phủ. Lớp phủ phía trên thường bị chảy một chút, nhưng các khoáng chất khác nhau chảy ở nhiệt độ khác nhau. Vì vậy, khi lớp phủ chảy một phần, chúng mất đi hàng loạt nguyên tố, tạo ra dấu vết hóa học đặc biệt.

Dựa vào đó, nhóm nghiên cứu suy đoán gần 500 triệu năm trước, đại dương Iapetus bắt đầu thu nhỏ do sự xuất hiện của một vùng hút chìm mới ngoài khơi lục địa cổ đại Laurentia chứa lớp lõi của Bắc Mỹ ngày nay. Quá trình này tạo ra sự biến dạng bề mặt, dẫn tới sự hình thành của dãy núi Appalachian hùng vĩ. Những thay đổi dữ dội cũng làm vỡ một mảng đại dương, để lại các khối đá nhấp nhô như chúng ta thấy ở Baltimore.

• Khám phá khu vực vỏ Trái đất bị chảy nhão bí ẩn ở châu Mỹ
• Phát hiện ngôi sao sáng gấp một triệu lần Mặt trời
• High Hopes và dự án chắt lọc, trích xuất khí CO2 với "bong bóng nén khí"