Trái Đất đang rạn nứt dưới lòng Thái Bình Dương

Vết nứt dưới đáy biển

Phát hiện này được công bố trên tạp chí Science Advances hồi cuối tháng 10, cung cấp một cái nhìn chưa từng có về cách bề mặt Trái Đất thay đổi theo thời gian và bổ sung thêm hiểu biết mới về khả năng xảy ra động đất trong tương lai ở phía Tây Bắc Thái Bình Dương. Theo đó, các đới hút chìm là một trong những đặc điểm mạnh mẽ và năng động nhất trên Trái Đất. Chúng di chuyển các lục địa trên khắp địa cầu, gây ra các trận động đất lớn và phun trào núi lửa, tái chế lớp vỏ hành tinh sâu vào lớp phủ. Tuy nhiên, những đới hút chìm này không tồn tại vĩnh viễn. Nếu chúng không bao giờ kết thúc, các lục địa sẽ liên tục va chạm và hợp nhất, xóa sổ các đại dương và phần lớn lịch sử địa chất của hành tinh.

"Việc tạo ra một đới hút chìm giống như cố gắng đẩy một đoàn tàu lên dốc - cần một nỗ lực rất lớn. Nhưng một khi đã di chuyển, nó giống như đoàn tàu đang lao xuống dốc, không thể dừng lại. Việc kết thúc nó đòi hỏi một điều gì đó kịch tính như một vụ tai nạn tàu hỏa", nhà địa chất Brandon Shuck tại Đại học bang Louisiana (Mỹ) và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết. “Vụ tai nạn tàu hỏa” theo cách nói của nhà địa chất Brandon Shuck chính là việc mảng Juan de Fuca và mảng Explorer đang trượt chậm bên dưới mảng Bắc Mỹ.

Hãng tin Science Daily cho hay, nhóm nghiên cứu do nhà địa chất Brandon Shuck dẫn đầu đã sử dụng kỹ thuật phản xạ địa chấn (có thể hiểu như “siêu âm” cho lòng đất) cùng với bản ghi các trận động đất chi tiết, để dựng nên bức tranh ba chiều về cấu trúc đáy biển. Hoạt động này nằm trong chiến dịch nghiên cứu mang tên CASIE21, được triển khai từ năm 2021.

Trong các chuyến thám hiểm, sóng âm được truyền từ một tàu nghiên cứu xuống đáy biển và các tiếng vọng trở về được ghi lại bởi một dãy cảm biến dưới nước dài 15 km. Hình ảnh cho thấy những đường đứt sâu xuyên qua mảng Juan de Fuca và Explorer; một số khối mảng đã sụt xuống khoảng 5km, để lộ những khoảng trống và vết nứt khổng lồ bên trong. Toàn bộ việc này xảy ra ở ngoài khơi đảo Vancouver thuộc vùng Cascadia.

Bên cạnh đó, dữ liệu động đất cũng củng cố những gì hình ảnh cho thấy. Dọc theo vết nứt dài 75 km, một số phần vẫn còn hoạt động địa chấn, trong khi những phần khác đã chết. "Đây là lần đầu tiên chúng ta có được hình ảnh rõ nét về một đới hút chìm đang chết dần chết mòn. Thay vì đóng lại hoàn toàn cùng một lúc, mảng này đang tách ra từng mảnh, tạo ra các mảng nhỏ hơn và các ranh giới mới. Vì vậy, thay vì một “vụ tai nạn tàu hỏa” lớn, nó giống như việc xem một đoàn tàu từ từ trật bánh, từng toa một.

Một khi một mảnh kiến tạo đã bị tách rời hoàn toàn, nó không còn tạo ra động đất nữa vì các khối đá không còn dính chặt vào nhau nữa. Việc không có động đất ở một số khu vực cho thấy các phần của mảng kiến tạo đã tách rời, và khoảng trống này đang dần mở rộng theo thời gian”, nhà địa chất Brandon Shuck giải thích thêm.

Cũng theo kết quả nghiên cứu, các đới hút chìm không bị phá vỡ trong một lần đứt gãy thảm khốc mà bị phá vỡ theo từng giai đoạn, thông qua một quá trình được gọi là sự kết thúc từng phần hoặc từng mảnh. Ranh giới chuyển dạng - những đứt gãy nơi các mảng trượt qua nhau - hoạt động như một chiếc kéo tự nhiên, cắt ngang mảng và cô lập các mảnh vỡ, tạo thành các vi mảng mới trong khi quá trình hút chìm vẫn tiếp diễn gần đó.

“Khi mảng lớn hơn bị mất đi các mảnh vỡ, nó cũng mất đi động lượng. Giống như việc cắt toa tàu khỏi một đoàn tàu đang chạy, mỗi lần đứt gãy sẽ làm giảm lực kéo xuống cho đến khi toàn bộ quá trình hút chìm dừng lại. Mặc dù mỗi giai đoạn mất hàng triệu năm, nhưng những giai đoạn dần dần này cùng nhau đánh dấu sự kết thúc của một đới hút chìm”, nhà địa chất Brandon Shuck nói.

Gợi ý về những bí ẩn kiến tạo Trái Đất

Để hiểu được tầm quan trọng của phát hiện này, cần quay về hàng trăm triệu năm trước – thời điểm Trái Đất vẫn đang học cách tự sắp xếp. Từ kỷ Cambri (hơn 500 triệu năm trước), các mảng kiến tạo đã liên tục di chuyển, va chạm và chìm lặn. Quá trình này được gọi là động cơ của núi lửa, động đất và cả sự hình thành lục địa. Nhưng điều các nhà địa chất luôn băn khoăn là: làm thế nào một vùng chết đi; khi nào và vì sao một mảng ngừng trượt xuống, bị tách rời, rồi tan biến vào lớp manti nóng chảy? Với vùng Cascadia chạy dài hơn 1.000 km từ Bắc California (Mỹ) tới British Columbia (Canada), câu trả lời đang dần lộ diện.

Mô hình mà các nhà khoa học ghi nhận ở Cascadia tương đồng với những gì từng xảy ra hàng chục triệu năm trước ở mảng Farallon – mảng cổ đã biến mất dưới Bắc Mỹ. Chính quá trình tan rã của Farallon đã để lại hàng loạt cấu trúc phức tạp mà ngày nay chúng ta thấy: từ Sierra Nevada đến dãy Cascade Range - những dãy núi được sinh ra từ tro tàn của mảng đã chết.

Thực tế, Cascadia không phải là một vùng yên tĩnh. Năm 1700, nơi đây từng xảy ra một trận động đất mạnh từ 8,7 đến 9,2 độ Richter, tạo ra sóng thần khổng lồ quét qua Thái Bình Dương, được ghi nhận trong tư liệu Nhật Bản dưới tên “trận sóng thần mồ côi”. Đó là dấu hiệu cho thấy vùng này luôn tiềm ẩn sức mạnh khủng khiếp - nơi hai mảng va chạm trong im lặng suốt hàng thế kỷ, chỉ để bùng nổ trong vài phút kinh hoàng.

Điều này cũng có nghĩa rằng, phát hiện mới không làm tăng nguy cơ ngay tức khắc, nhưng giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cấu trúc phức tạp của vùng đứt gãy. Khi mảng bị chia cắt thành nhiều phần, sóng địa chấn có thể lan theo những hướng khác thường, khiến việc dự đoán động đất trở nên khó khăn hơn.

Theo các nhà khoa học, sự tan rã chậm rãi được phát hiện cũng giúp giải thích những đặc điểm khó hiểu từ quá khứ của Trái Đất, chẳng hạn như những mảnh vỡ bị bỏ hoang của các mảng kiến tạo cũ và các đợt hoạt động núi lửa bùng phát ở những nơi không ngờ tới. Một ví dụ nổi bật nằm ngoài khơi Baja California, nơi các nhà khoa học từ lâu đã biết đến các vi mảng hóa thạch - tàn tích của mảng Farallon từng rộng lớn.

Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu nghi ngờ những mảnh vỡ này là bằng chứng của các đới hút chìm đang chết dần, nhưng cơ chế chính xác vẫn chưa rõ ràng. Và khu vực Cascadia hiện cung cấp một cái nhìn trực tiếp về cách thức quá trình đó diễn ra: thông qua sự xé rách từng bước, chứ không phải sự sụp đổ đột ngột.

Sự tan rã của một mảng không chỉ dừng lại chuyển động - mà còn định hình lại hành tinh. Khi mỗi mảnh vỡ tách ra, nó có thể mở ra "các cửa sổ phiến đá" nơi vật liệu manti nóng dâng lên bề mặt, tạo ra các đợt hoạt động núi lửa bùng phát. Theo thời gian, các vi mảng mới hình thành, các vi mảng cũ trôi dạt và các ranh giới lại dịch chuyển.

"Đó là một sự tan rã tiến triển, từng giai đoạn một. Và điều này thực sự phù hợp với những gì chúng ta thấy trong hồ sơ địa chất, nơi đá núi lửa trẻ hơn hoặc già hơn theo trình tự phản ánh từng bước xé rách này. Việc hiểu được cách những vết nứt mới được xác định này ảnh hưởng đến các vết nứt trong tương lai sẽ giúp tinh chỉnh các đánh giá nguy cơ và làm sâu sắc thêm hiểu biết của chúng ta về cách các động cơ địa chất mạnh nhất của Trái Đất cuối cùng sẽ dừng lại”, nhà địa chất Brandon Shuck nói.