Các nhà khoa học tình cờ phát hiện bằng chứng hiếm hoi cho thấy lớp vỏ Trái Đất đang bong tróc bên dưới Sierra Nevada

Nhà địa chấn học Deborah Kilb đang xem xét các hồ sơ động đất ở California trong bốn thập kỷ qua thì bà nhận thấy một điều kỳ lạ — một loạt các trận động đất sâu xảy ra bên dưới Sierra Nevada ở độ sâu mà lớp vỏ Trái Đất thường quá nóng và áp suất quá cao để có hoạt động địa chấn.

“Ở Bắc California, dữ liệu (động đất) thường xuống đến khoảng 10 kilômét (6 dặm). Ở Nam California, chúng sẽ xuống sâu hơn một chút, đến 18 kilômét (11 dặm),” Kilb, một nhà nghiên cứu tại Viện Hải dương học Scripps thuộc Đại học California, San Diego, cho biết, đề cập đến độ sâu mà động đất thường xảy ra ở những khu vực đó.

Nhưng những trận động đất mà bà tìm thấy xảy ra gần khu vực trung tâm của dãy núi lại sâu gấp đôi — và dường như vẫn đang tiếp diễn.

“Việc chúng ta thấy một số hoạt động địa chấn dưới 20 kilômét (12,4 dặm) — như từ 20 kilômét đến 40 kilômét (25 dặm) — là rất kỳ lạ,” Kilb nói. “Đó không phải là điều bạn thường thấy trong các trận động đất ở lớp vỏ.”

Kilb đã đánh dấu dữ liệu cho Vera Schulte-Pelkum, một nhà khoa học nghiên cứu tại Viện Hợp tác Nghiên cứu Khoa học Môi trường và một phó giáo sư nghiên cứu khoa học địa chất tại Đại học Colorado Boulder. Schulte-Pelkum đã nghiên cứu dấu vết đá đặc biệt của Sierra Nevada, cho thấy sự biến dạng đá sâu bên trong cùng khu vực.

Sử dụng dữ liệu mới tìm thấy, các nhà nghiên cứu đã chụp ảnh Sierra Nevada thông qua một kỹ thuật gọi là phân tích hàm truyền sóng, sử dụng sóng địa chấn để lập bản đồ cấu trúc bên trong Trái Đất. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng ở khu vực trung tâm của dãy núi, lớp vỏ Trái Đất hiện đang bong ra, một quá trình khoa học gọi là sự chìm lún của quyển đá. Kilb và Schulte-Pelkum đã báo cáo những phát hiện này vào tháng 12 trên tạp chí Geophysical Research Letters.

Giả thuyết này phù hợp với những suy đoán trước đây rằng khu vực này đã trải qua sự chìm lún của quyển đá, xảy ra khi lớp ngoài cùng của Trái Đất chìm xuống lớp dưới của lớp phủ. Giờ đây, các tác giả nghiên cứu tin rằng quá trình này đang diễn ra và hiện đang tiến về phía bắc của dãy núi, theo nghiên cứu.

“Chúng tôi đã so sánh ghi chú và nhận ra rằng các tín hiệu cấu trúc đá kỳ lạ của tôi (sự sắp xếp của các tảng đá) và các trận động đất sâu kỳ lạ của cô ấy nằm ở cùng một khu vực,” Schulte-Pelkum nói. “Vì vậy, sau đó chúng tôi quyết định xem xét kỹ hơn và phát hiện ra toàn bộ câu chuyện này.”

Những gì đang xảy ra bên dưới Sierra Nevada có thể cung cấp một cái nhìn sâu sắc hiếm hoi về cách các lục địa hình thành, Schulte-Pelkum nói. Phát hiện này cũng có thể giúp các nhà khoa học xác định thêm các khu vực nơi quá trình này đang xảy ra cũng như cung cấp sự hiểu biết tốt hơn về động đất và cách hành tinh của chúng ta vận hành, bà nói thêm.

Cách các lục địa hình thành

Lớp trên cùng của Trái Đất, quyển đá, được tạo thành từ lớp vỏ cứng và phần trên của lớp phủ, ở trạng thái đặc hơn nhưng lỏng hơn. Lớp này cũng chứa lớp vỏ đại dương của Trái Đất — một lớp mỏng hơn và đặc hơn bên dưới các đại dương — và lớp vỏ lục địa nằm trên lớp này. Nhưng làm thế nào các lớp con này có thể tồn tại ở trạng thái lý tưởng này, với các lục địa ở trên cùng, là một điều bí ẩn, Schulte-Pelkum nói.

“Các lục địa tình cờ nhô lên trên mực nước biển hiện tại, may mắn cho chúng ta, bởi vì… chúng được tạo thành từ các khoáng chất ít đặc hơn trung bình,” Schulte-Pelkum nói. “Để nó nằm cao hơn (ngay từ đầu), bạn phải loại bỏ một số thứ đặc hơn.”

Sự chìm lún của quyển đá là quá trình các vật liệu đặc hơn bị kéo xuống đáy, trong khi vật liệu ít đặc hơn nổi lên trên đỉnh, dẫn đến sự hình thành đất liền. “Nó đang đổ một số thứ đặc hơn này vào lớp phủ dẻo, rắn bên dưới và về cơ bản tách nó ra để nó ngừng kéo các thứ ít đặc hơn ở trên,” bà giải thích.

Trong hình ảnh Trái Đất bên dưới Sierra Nevada, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một lớp riêng biệt bên trong lớp phủ ở độ sâu khoảng 40 đến 70 kilômét (25 đến 43 dặm). Lớp này có những dấu ấn đặc trưng thay đổi dần về phía bắc, dữ liệu cho thấy.

Nếu ai đó có một khối đất sét có các đốm đất sét màu khác nhau xuyên suốt, và bóp đất sét giữa hai tay, các đốm sẽ bắt đầu biến thành các vệt — điều này tương tự như cách các biến dạng đá xuất hiện, Schulte-Pelkum nói.

Ở Sierra phía nam, các tảng đá đặc có các vệt rõ rệt nhất và được chứng minh là đã bị tách ra khỏi lớp vỏ, trong khi ở khu vực trung tâm, quá trình này dường như vẫn đang diễn ra. Ở Sierra phía bắc, hiện không có dấu hiệu biến dạng nào. Lớp riêng biệt này bên trong lớp phủ cũng sẽ giải thích các trận động đất sâu mà Kilb tìm thấy, vì lớp vỏ ở khu vực trung tâm dày bất thường do bị kéo xuống và cũng lạnh hơn vật liệu lớp phủ nóng thường thấy ở những độ sâu đó.

“Đá mất một thời gian rất dài để nóng lên hoặc nguội đi. Vì vậy, nếu bạn di chuyển một số thứ, bạn biết đấy, bằng cách kéo nó xuống hoặc đẩy nó lên, phải mất một thời gian để nó điều chỉnh nhiệt độ,” Schulte-Pelkum nói.

Bằng chứng cho quá trình này rất khó tìm. Nó không thể nhìn thấy từ trên mặt đất, và đó là một quá trình cực kỳ chậm. Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng Sierra phía nam đã hoàn thành quá trình chìm lún của quyển đá khoảng 4 triệu đến 3 triệu năm trước, theo nghiên cứu.

Schulte-Pelkum cho biết, dường như những sự kiện tự nhiên này thỉnh thoảng xảy ra trên khắp thế giới. “Về mặt địa chất, đây là một quá trình khá nhanh với những khoảng thời gian ổn định dài ở giữa… Quá trình này (chìm lún quyển đá) có lẽ đã bắt đầu xảy ra từ rất lâu khi chúng ta bắt đầu xây dựng các lục địa, và (các lục địa) đã lớn hơn theo thời gian. Vì vậy, nó chỉ là một thứ gì đó gián đoạn, cục bộ,” bà nói thêm.

Tranh luận đang diễn ra

Sierra Nevada đã là chủ đề tranh luận trong nhiều thập kỷ trong cộng đồng địa chất do một dị thường được tìm thấy bên trong lớp phủ nằm bên dưới Thung lũng Lớn.

Trong khi một số nhà khoa học tin rằng sự chìm lún của quyển đá đã gây ra đặc điểm này, thì các nhà khoa học khác lại nghĩ rằng nó có thể do sự hút chìm, đó là khi một mảng đại dương chìm xuống dưới một mảng ít đặc hơn, chẳng hạn như lớp vỏ lục địa, và thay đổi cảnh quan, Mitchell McMillan, một nhà địa chất học nghiên cứu và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Georgia Tech, người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết.

“Thực sự có hai giả thuyết cạnh tranh để giải thích tất cả dữ liệu này, và bạn không thực sự gặp điều đó thường xuyên trong địa chất… Vì vậy, bài báo này sẽ đóng góp vào toàn bộ cuộc thảo luận đó một cách thực sự thú vị,” ông nói.

Nghiên cứu sâu hơn trong khu vực này cũng có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cách Trái Đất tiến hóa theo thời gian dài. McMillan cho biết, nếu sự chìm lún của quyển đá tiếp tục bên dưới dãy núi, người ta có thể suy đoán rằng đất sẽ tiếp tục kéo dài theo chiều dọc, thay đổi diện mạo cảnh quan hiện tại. Nhưng điều đó có thể mất từ vài trăm nghìn đến vài triệu năm, ông nói thêm.

Nói chung, các dãy núi lớn, hoặc bất kỳ nơi nào có khối xâm nhập lớn, là nơi bạn mong đợi tìm thấy những sự kiện này, McMillan nói. Dãy Andes, một dãy núi dài ở Nam Mỹ, là một ví dụ về một nơi khác mà các nhà khoa học suy đoán rằng sự chìm lún của quyển đá đã từng xảy ra và vẫn có thể đang xảy ra ngày nay, ông nói thêm.

“Tôi nghĩ nghiên cứu này đặc biệt (nhấn mạnh) tầm quan trọng của việc kết hợp các bộ dữ liệu khác nhau này,” McMillan nói.

McMillan cho biết, bằng cách hiểu rõ hơn về quá trình này, các nhà khoa học có thể tìm hiểu thêm về các chức năng của hành tinh và những gì xảy ra bên dưới bề mặt của nó, bao gồm cả sự xuất hiện của các trận động đất có liên quan đến quá trình này. Riêng biệt, hành tinh Sao Kim, không có kiến tạo mảng như Trái Đất, có bằng chứng về các sự kiện chìm lún quyển đá này, và bằng cách hiểu quá trình này trên Trái Đất, chúng ta có thể bắt đầu áp dụng nó cho Sao Kim, ông nói.

“Thật thú vị khi nghĩ về việc bạn có thể… đi bộ đường dài ở Sierra hoặc ở vùng chân đồi, hoặc thậm chí ở bất kỳ nơi nào khác trên một lục địa. Và, bạn biết đấy, có những thứ đang diễn ra rất sâu bên dưới bạn mà chúng ta không hề hay biết,” Schulte-Pelkum nói.

“Chúng ta có thể nói là nợ sự tồn tại của mình trên đất liền đối với những quá trình này. Nếu Trái Đất không tạo ra các lục địa, thì chúng ta sẽ là những sinh vật rất khác… Chúng ta đã tiến hóa vì hành tinh đã tiến hóa theo cách của nó. Vì vậy, chỉ cần hiểu toàn bộ hệ thống mà bạn là một phần của nó, tôi nghĩ, có giá trị — vượt xa việc chỉ giảm thiệt hại về tiền bạc và giảm tác động của con người trong, ví dụ, một trận động đất,” bà nói thêm.

Bản tiếng Việt của The Canada Life