Nguy cơ khi lõi Trái đất “lệch nhịp”

Bí ẩn từ rung động của địa cầu

Một phát hiện được công bố trên Tạp chí Nature Geoscience trong năm nay không chỉ đặt ra câu hỏi về cách vùng lõi Trái đất vận động, mà còn khiến giới địa chấn học quan tâm đến tác động tiềm ẩn của nó đối với các trận động đất trong tương lai gần - đặc biệt là năm 2025, khi một số vùng đứt gãy lớn trên thế giới, trong đó có rãnh Nankai ở Nhật Bản, đang ở giai đoạn nguy cơ cao.

Từ nhiều thập kỷ qua, các nhà khoa học biết rằng lõi Trái đất không hoàn toàn đứng yên. Tốc độ quay và thậm chí cả hình dạng của nó thay đổi theo thời gian. Nhưng thông thường, hai yếu tố này biến đổi độc lập. Điểm khác biệt của nghiên cứu mới là: bằng cách phân tích dữ liệu địa chấn trong hơn 30 năm, nhóm nhà khoa học Mỹ - Trung phát hiện ra rằng tốc độ quay và hình dạng lõi đang thay đổi đồng thời. Đây là điều chưa từng được xác nhận rõ ràng trước đây.

Sóng địa chấn do động đất tạo ra, khi truyền qua lõi, đôi khi bị "lệch pha" hoặc biến dạng theo cách khó giải thích. Một số nhà khoa học từng cho rằng nguyên nhân chính là tốc độ quay của lõi thay đổi, dẫn đến thời gian truyền sóng nhanh hoặc chậm hơn. Số khác tin rằng, sự biến dạng vật lý của lõi - tương tự quả bóng bị ép méo - mới là thủ phạm. Lần này, kết quả cho thấy: có thể cả hai cùng tác động.

Theo dữ liệu nghiên cứu, khoảng năm 2010, lõi trong Trái đất chuyển từ trạng thái quay nhanh hơn lớp phủ và vỏ, sang quay chậm hơn. Điều này trùng hợp với những thay đổi bất thường ở khu vực sát bề mặt lõi trong, tác động trực tiếp đến cách sóng địa chấn truyền qua.

Giáo sư John Emilio Vidale (Giáo sư danh dự ngành Khoa học Trái đất tại Đại học Nam California) tác giả chính của nghiên cứu, nhận định: "Phát hiện này cung cấp một thay đổi có thể quan sát được, giúp chúng ta hình dung rõ hơn về cách lõi trong uốn mình theo chu kỳ vài năm. Biết đâu phía trước còn nhiều bất ngờ khác".

Lõi Trái đất nằm cách bề mặt khoảng 6.500 km, nhiệt độ gần bằng bề mặt Mặt trời, áp suất lớn hơn cả áp suất ở đáy đại dương sâu nhất. Với điều kiện khắc nghiệt như vậy, con người không thể tiếp cận trực tiếp. Thay vào đó, giới khoa học dựa vào sóng địa chấn - một dạng "X-quang tự nhiên" để "nhìn xuyên qua" các lớp của Trái đất. Khi động đất xảy ra, sóng sẽ đi qua lớp vỏ, lớp phủ, lõi ngoài và lõi trong. Mỗi lớp sẽ làm thay đổi tốc độ, hướng và hình dạng sóng, qua đó hé lộ cấu trúc và chuyển động bên trong.

Kho dữ liệu quý giá từ hàng trăm trận động đất

Trong nghiên cứu này, nhóm đã phân tích 121 cặp động đất lặp tại quần đảo South Sandwich ở Nam Đại Tây Dương, xảy ra từ 1991 đến 2023. Mỗi cặp động đất diễn ra ở cùng vị trí và tạo sóng gần như giống hệt nhau, cho phép loại bỏ sai số từ nguồn phát.

Các dữ liệu được ghi lại tại hai trạm địa chấn lớn ở Bắc Mỹ: Eielson (ILAR) ở Alaska và Yellowknife (YKA) ở Canada. Nếu lõi trong quay đều, thời gian sóng đến trạm sẽ thay đổi ổn định theo thời gian. Nhưng kết quả cho thấy một kịch bản phức tạp hơn: trước năm 2010, lõi trong quay nhanh hơn lớp phủ và vỏ; từ năm 2010, tốc độ giảm, thậm chí một số dữ liệu cho thấy lõi gần như dừng lại hoặc đảo chiều quay.

Một điểm bất thường khác là dữ liệu từ hai trạm địa chấn không hoàn toàn trùng khớp. Điều này gợi ý có yếu tố khác ngoài tốc độ quay đang tác động đến lõi trong. Các nhà khoa học nghi ngờ đó là "biến dạng nhớt" tại ranh giới giữa lõi trong và lõi ngoài. Dù lõi trong là kim loại rắn nhưng áp lực và nhiệt độ cực cao có thể khiến nó biến dạng từ từ. Những thay đổi trong hình dạng lõi ngoài hoặc mật độ lớp phủ cũng có thể góp phần.

Cho tới nay, chưa thể khẳng định đây là một phần của chu trình tự nhiên hay là dấu hiệu của biến động hiếm gặp. Tuy nhiên, có một điểm khiến cộng đồng địa chất chú ý: sự thay đổi trong lõi có thể ảnh hưởng đến các hiện tượng địa chấn ở lớp vỏ.

Giáo sư Vidale cho rằng nếu chuyển động của lõi ngoài "dẫn dắt" lõi trong, sự vận động sẽ mang tính dao động điều hòa, dự đoán được ở mức tương đối. Nhưng nếu chuyển động hỗn loạn, nó có thể tạo ra những tác động khó lường, trong đó có khả năng kích thích hoặc làm biến đổi các vùng đứt gãy vốn đã căng thẳng ứng suất, như rãnh Nankai (Nhật Bản), khu vực San Andreas (Mỹ), hoặc tại vành đai lửa Thái Bình Dương.

Bước sang năm 2025, nhiều khu vực địa chấn lớn của thế giới đã ghi nhận hoạt động bất thường: Rãnh Nankai (Nhật Bản) đang ở giai đoạn cuối của chu kỳ 90 - 200 năm kể từ lần động đất lớn nhất (1946). Chính phủ Nhật đã nâng xác suất xảy ra động đất lớn hơn 8 độ richter trong 30 năm tới lên mức 80%. Vùng đứt gãy Thái Bình Dương ở Nam Mỹ và Indonesia cũng đang ghi nhận chuỗi động đất trung bình và nhỏ liên tiếp - một hiện tượng đôi khi xuất hiện trước các sự kiện mạnh.

Phát hiện lõi Trái đất thay đổi cả tốc độ quay lẫn hình dạng không chỉ là bước tiến khoa học, mà còn có thể đóng vai trò cảnh báo sớm cho các biến động lớn hơn trong tương lai. Năm 2025 đang hội tụ nhiều yếu tố rủi ro: từ chu kỳ địa chấn của các rãnh hút mảng lớn đến hoạt động bất thường của từ trường và lõi.

Dù mối liên hệ "nhân - quả" vẫn chưa được chứng minh, giới khoa học đồng ý rằng quan sát và phân tích lõi Trái đất trong thời gian thực là nhiệm vụ cấp thiết. Bởi lẽ, ở quy mô hành tinh, một thay đổi nhỏ sâu 6.500 km dưới chân ta có thể là mảnh ghép quan trọng trong bức tranh về những cơn địa chấn dữ dội đang chờ đợi ở phía trước.