Sâu dưới vùng đứt gãy Afar ở Ethiopia, các nhà khoa học đã phát hiện những đợt trào dâng nhịp nhàng của đá nóng chảy từ lớp phủ vỏ Trái đất – những “nhịp đập địa chất” mạnh mẽ đến mức có thể làm mỏng vỏ Trái Đất, tách châu Phi ra làm đôi và tạo nên một đại dương trong tương lai.
Các “mã vạch hóa học” trong đá núi lửa tiết lộ rằng những đợt trào dâng này diễn ra theo đợt kiểu làn sóng, bị chi phối bởi sự dịch chuyển của các mảng kiến tạo và thay đổi theo độ dày cũng như tốc độ giãn tách của các mảng. Phát hiện này lần đầu tiên liên kết trực tiếp hoạt động bên trong Trái Đất với hiện tượng núi lửa và động đất trên bề mặt, làm thay đổi cách chúng ta hiểu về quá trình phân tách lục địa.
Phát hiện lớp phủ Trái Đất “đập theo nhịp”
Một nhóm nhà khoa học tại Đại học Southampton (Anh) đã khám phá ra một hiện tượng kỳ lạ sâu bên dưới lục địa châu Phi: những đợt trào dâng nhịp nhàng của đá nóng chảy từ lớp phủ Trái Đất, giống như những nhịp đập của trái tim.
Những nhịp đập dưới lòng đất này đang từ từ kéo lục địa châu Phi tách rời. Theo thời gian, quá trình này có thể dẫn đến sự hình thành của một đại dương hoàn toàn mới.
Được công bố trên tạp chí Nature Geoscience, nghiên cứu tập trung vào khu vực Afar của Ethiopia – một trong những vùng hoạt động địa chất mạnh mẽ nhất hành tinh. Dưới lớp vỏ tại đây là một khối đá lớp phủ siêu nóng khổng lồ đang trào lên từng đợt – một nhịp điệu từ bên trong có thể định hình tương lai của cả lục địa.
Điều khiến phát hiện này đặc biệt hơn là vật chất nóng chảy không di chuyển độc lập – nó bị ảnh hưởng bởi các mảng kiến tạo bên trên, những tấm vỏ Trái Đất khổng lồ liên tục dịch chuyển theo thời gian.
Tại Afar, các mảng kiến tạo đang dần tách rời nhau. Khi các mảng kéo giãn, vỏ Trái Đất sẽ mỏng đi – giống như kẹo dẻo bị kéo dài – cho đến khi nó nứt vỡ. Khi đó, một lưu vực đại dương mới có thể bắt đầu hình thành.
Tiến sĩ Emma Watts, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi phát hiện rằng lớp phủ dưới Afar không đồng nhất hay đứng yên – nó đập theo nhịp, và những đợt trào dâng đó mang đặc điểm hóa học riêng biệt. Chúng được điều hướng bởi các mảng kiến tạo đang tách ra phía trên. Điều này rất quan trọng khi nghĩ đến cách lớp bên trong Trái Đất tương tác với bề mặt.”
Nút nóng địa chất ở Afar
Afar là nơi hiếm hoi trên thế giới mà ba đới đứt gãy kiến tạo hội tụ: Đứt gãy chính Ethiopia, đới đứt gãy Biển Đỏ và đới đứt gãy Vịnh Aden.
Từ lâu, các nhà địa chất đã nghi ngờ rằng có một dòng đối lưu nóng của lớp phủ (mantle plume) nằm dưới khu vực này, góp phần kéo giãn lớp vỏ và tạo điều kiện hình thành một lưu vực đại dương mới. Nhưng trước đây, cấu trúc và hành vi của khối vật chất nóng này vẫn chưa rõ ràng.
Nhóm nghiên cứu đã thu thập hơn 130 mẫu đá núi lửa từ khắp vùng Afar và đứt gãy Ethiopia chính. Họ kết hợp dữ liệu này với các phân tích thống kê tiên tiến để điều tra cấu trúc vỏ – lớp phủ và dòng vật chất nóng chảy bên trong.
Kết quả cho thấy bên dưới Afar là một dòng đối lưu không đối xứng, với các vạch hóa học đặc biệt lặp lại như những “mã vạch địa chất”. Các mẫu vạch hóa học này thay đổi theo điều kiện kiến tạo tại từng nhánh đứt gãy.
Giáo sư Tom Gernon (Đại học Southampton), đồng tác giả nghiên cứu, cho biết: “Các vạch hóa học đó cho thấy lớp phủ đang đập nhịp, như nhịp tim. Các nhịp đập này có hành vi khác nhau tùy theo độ dày của mảng kiến tạo và tốc độ giãn tách. Ở các đới tách nhanh như Biển Đỏ, các nhịp đập di chuyển hiệu quả hơn – giống như máu chảy nhanh qua động mạch hẹp.”
Núi lửa, động đất và sự chia cắt lục địa
Nghiên cứu mới cho thấy dòng đối lưu dưới Afar không tĩnh tại mà rất năng động và phản ứng với sự di chuyển của mảng kiến tạo bên trên.
Tiến sĩ Derek Keir, đồng tác giả từ Đại học Southampton và Đại học Florence, cho biết: “Chúng tôi phát hiện sự phát triển của các dòng đối lưu sâu trong lớp phủ có liên kết chặt chẽ với chuyển động của các mảng kiến tạo phía trên. Điều này có tác động lớn đến cách chúng ta lý giải các hoạt động núi lửa, động đất, và quá trình phân tách lục địa.”
Ông nói thêm: “Dòng đối lưu lớp phủ có thể chảy bên dưới đáy mảng kiến tạo và tập trung hoạt động núi lửa tại nơi lớp vỏ mỏng nhất. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tìm hiểu tốc độ và cách thức dòng chảy này diễn ra bên dưới mảng.”
Tiến sĩ Watts nhấn mạnh: “Việc hợp tác với các nhà nghiên cứu từ nhiều lĩnh vực và tổ chức khác nhau, như chúng tôi đã làm trong dự án này, là rất cần thiết để giải mã các quá trình xảy ra dưới bề mặt Trái Đất và kết nối chúng với hoạt động núi lửa gần đây. Nếu không sử dụng đa dạng phương pháp, sẽ rất khó để thấy được bức tranh toàn cảnh – như ghép một bức tranh mà thiếu nhiều mảnh vậy.”
Dự án có sự tham gia của các chuyên gia từ 10 tổ chức, bao gồm: Đại học Southampton, Đại học Swansea, Đại học Lancaster, Đại học Florence và Đại học Pisa (Ý), GEOMAR tại Đức, Viện Nghiên cứu Nâng cao Dublin (Ireland), Đại học Addis Ababa (Ethiopia), và Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Địa chất Đức GFZ.
Các nhà nghiên cứu đã lập bản đồ một mạch của lớp phủ vỏ Trái đất đang “đập” dưới khu vực Afar, nơi dòng đá nóng chảy được dẫn lên bề mặt, kéo giãn lớp vỏ châu Phi cho đến khi nó nứt ra và một lưu vực đại dương bắt đầu hình thành. Các vạch hóa học của mạch này hoạt động như một máy địa chấn ghi lại “nhịp tim” ẩn giấu của Trái đất. Ảnh: Shutterstock
Dòng dung nham đang hoạt động trào ra từ núi lửa Erta Ale ở Afar, Ethiopia. Ảnh: TS. Derek Keir
Dòng dung nham bazan mới ở vùng Afar, Ethiopia. Ảnh: TS. Derek Keir
Nhìn ra Thung lũng đới đứt gãy chính Ethiopia, chụp tại núi lửa Boset ở Ethiopia. Ảnh: GS. Thomas Gernon, Đại học Southampton
Dòng dung nham bazan mới ở vùng Afar, Ethiopia. Ảnh: TS. Derek Keir, Đại học Southampton / Đại học Florence
Các lớp trầm tích núi lửa liên tiếp tại núi lửa Boset ở đới đứt gãy chính Ethiopia. Ảnh: GS. Thomas Gernon, Đại học Southampton
