Đáy biển cổ đại bên dưới Thái Bình Dương viết lại lịch sử kiến tạo Trái Đất

Hành trình xuyên qua lớp phủ Trái đất

Các nhà địa chất của Đại học Maryland đã phát hiện ra tàn tích của một đáy biển cổ đại bị chôn vùi sâu bên dưới Thái Bình Dương, thách thức các lý thuyết lâu đời về động lực của lớp phủ Trái đất. Khám phá do nhà địa chất, TS Jingchuan Wang dẫn đầu nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Maryland (Mỹ) thực hiện, cho thấy rằng mảng Phượng hoàng - một mảng kiến tạo bị chìm trong kỷ nguyên Mesozoi - có thể đã ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc của lớp phủ Trái đất trong hơn 100 triệu năm.

Sử dụng công nghệ hình ảnh địa chấn tiên tiến, nhóm nghiên cứu của Jingchuan Wang đã lập bản đồ một phần bí ẩn của vùng chuyển tiếp lớp phủ của Trái đất, nằm cách đáy đại dương khoảng 410 đến 660 km. Phần lớp phủ này trải dài trên một khu vực rộng lớn ở phía Đông của East Pacific Rise, được phát hiện là dày và lạnh bất thường. Các nhà nghiên cứu tin rằng, dị thường này đại diện cho tàn tích của một mảng đại dương cổ đại đã chìm xuống bên trong Trái đất từ kỷ Mesozoi, khoảng 250 đến 120 triệu năm trước.

TS Wang và các đồng nghiệp đã sử dụng một kỹ thuật địa chấn được gọi là phân tích tiền chất SS, bao gồm việc kiểm tra cách sóng địa chấn dội lại khỏi ranh giới bên trong các lớp sâu của Trái đất trước khi chạm tới bề mặt. Thông qua phương pháp này, họ đã có thể phát hiện ra thứ mà Wang mô tả là "dấu vân tay hóa thạch của một mảnh đáy biển cổ đại đã chìm xuống Trái đất cách đây khoảng 250 triệu năm". Phiến đá được bảo quản trong vùng chuyển tiếp manti đã bị mắc kẹt trong hơn 100 triệu năm, cung cấp cho các nhà nghiên cứu cái nhìn độc đáo về quá khứ xa xôi của Trái đất.

Một trong những khía cạnh hấp dẫn nhất của khám phá này là tác động của mảng chìm cổ đại lên Tỉnh có vận tốc cắt thấp lớn (LLSVP), một vùng rộng lớn của lớp manti dưới của Trái đất được đặc trưng bởi sóng địa chấn chậm hơn mức trung bình. LLSVP, nằm bên dưới Thái Bình Dương, từ lâu đã khiến các nhà khoa học bối rối vì cấu trúc bất thường của nó. Nay, những phát hiện của nhóm nghiên cứu cho thấy rằng, đáy biển cổ đại có thể đã chia tách LLSVP, hoạt động như một cái nêm khi nó đi xuống lớp manti.

Thông tin mới này không chỉ giúp giải thích cấu trúc kỳ lạ của LLSVP Thái Bình Dương mà còn cung cấp hiểu biết sâu sắc hơn về cách đối lưu lớp phủ - chuyển động chậm, khuấy động của phần bên trong Trái đất - ảnh hưởng đến bề mặt hành tinh trong hàng triệu năm. Theo TS Wang, "khám phá mở ra những câu hỏi mới về độ sâu của Trái đất ảnh hưởng đến những gì chúng ta nhìn thấy trên bề mặt qua khoảng cách và thang thời gian rộng lớn". Nghiên cứu cũng cho thấy vùng chuyển tiếp lớp phủ, ngăn cách lớp phủ trên và dưới của Trái đất, hoạt động như một rào cản có thể làm chậm quá trình chìm của các mảng bị hút chìm, một phát hiện thách thức các mô hình trước đây về cách vật chất di chuyển qua hành tinh.

Kiến tạo mảng và đáy biển cổ đại

Ban đầu, các nhà nghiên cứu cho rằng mảng chìm cổ đại có thể thuộc về mảng Phượng hoàng, một mảng kiến tạo từng thống trị một phần lớn Thái Bình Dương trước khi bị hút chìm trong đại dương. Quá trình này xảy ra khi một mảng đại dương bị ép xuống bên dưới một mảng khác, khiến mảng chìm sâu vào lớp phủ của Trái đất. Khi hạ xuống, mảng mang theo vật liệu lạnh hơn từ đáy đại dương vào lớp phủ nóng, để lại dấu hiệu nhiệt lạnh vẫn có thể phát hiện được cho đến ngày nay. Sự kiện hút chìm này, xảy ra trong thời đại khủng long, có thể đã định hình nhiều đặc điểm của lớp phủ Trái đất mà các nhà khoa học hiện mới bắt đầu hiểu được.

Cũng theo TS Wang, phát hiện này cũng thách thức những ý tưởng thông thường về cách các mảng kiến tạo di chuyển và tương tác với lớp phủ của Trái đất. Thông thường, sự chìm xuống của mảng kiến tạo - quá trình mà một mảng kiến tạo trượt xuống dưới một mảng kiến tạo khác - là chìa khóa để tái chế các vật liệu địa chất vào lõi Trái đất và cũng đóng vai trò trong các hoạt động núi lửa trên bề mặt. Quá trình này rất cần thiết trong việc định hình địa chất của hành tinh chúng ta và tác động đến hoạt động địa chấn, phun trào núi lửa và khí hậu.

"Chúng tôi phát hiện ra rằng ở khu vực này, vật liệu chìm xuống với tốc độ bằng khoảng một nửa tốc độ mà chúng tôi mong đợi. Điều này cho thấy vùng chuyển tiếp lớp phủ có thể hoạt động như một rào cản và làm chậm chuyển động của vật liệu qua Trái đất", TS Wang giải thích. Phát hiện bất ngờ này chỉ ra rằng một số mảng đại dương có thể bị "mắc kẹt" trong vùng chuyển tiếp lớp phủ trong thời gian dài, thay vì đi thẳng xuống lớp phủ dưới. Nó cũng đặt ra một số câu hỏi thú vị về cách thức hoạt động của chuyển động kiến tạo và những tác động lâu dài của nó đối với các tương tác giữa lớp vỏ Trái đất và lớp phủ.

Hiểu biết mới về quá khứ địa chất của Trái đất

Giới nghiên cứu khoa học khẳng định, việc phát hiện ra đáy biển cổ đại này có ý nghĩa quan trọng đối với cách các nhà nghiên cứu hiểu về các quá trình địa chất của Trái đất, đặc biệt là các quá trình liên quan đến sự hút chìm và động lực của lớp phủ. Thông thường, các vùng hút chìm có liên quan đến các hiện tượng ở bề mặt như phun trào núi lửa và động đất, nhưng nghiên cứu của TS Wang cho thấy các mảng hút chìm cổ đại có thể vẫn được bảo tồn sâu bên trong lòng Trái đất, ảnh hưởng đến các cấu trúc lớp phủ trong hàng trăm triệu năm. Thông tin mới này thậm chí có thể dẫn đến việc sửa đổi các mô hình kiến tạo mảng và cung cấp hiểu biết tốt hơn về cách bề mặt Trái đất đã tiến hóa theo thang thời gian địa chất.

Kết quả của cuộc nghiên cứu này  hiện đã được công bố trên Science Advances hồi cuối tháng 9, đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới trong nghiên cứu về phần bên trong sâu thẳm của Trái đất. Các nhà nghiên cứu có kế hoạch mở rộng công việc chụp ảnh địa chấn của họ sang các khu vực khác của Thái Bình Dương và xa hơn nữa, với hy vọng phát hiện thêm các cấu trúc hút chìm cổ đại khác.

TS Wang lưu ý: "Đây chỉ là sự khởi đầu. Chúng tôi tin rằng còn nhiều cấu trúc cổ đại khác đang chờ được khám phá ở phần bên trong sâu thẳm của Trái đất. Mỗi mô hình đều có tiềm năng tiết lộ nhiều hiểu biết mới về quá khứ phức tạp của hành tinh chúng ta và thậm chí dẫn đến sự hiểu biết tốt hơn về các hành tinh khác ngoài hành tinh của chúng ta”.

Đáng chú ý là kết quả nghiên cứu này không chỉ mở ra những con đường mới để nghiên cứu lớp phủ sâu của Trái đất mà còn có tiềm năng cung cấp manh mối về các quá trình địa chất của các hành tinh khác. Bằng cách hiểu cách các mảng kiến tạo di chuyển và tương tác trong lịch sử Trái đất, các nhà khoa học có thể áp dụng các mô hình này vào nghiên cứu về Sao Hỏa, Sao Kim và các hành tinh đá khác trong hệ mặt trời của chúng ta. Những hiểu biết thu được từ nghiên cứu này có thể giúp giải thích quá trình tiến hóa địa chất của các hành tinh không có kiến tạo mảng, cung cấp góc nhìn rộng hơn về sự hình thành và các hoạt động của hành tinh.