Các nhà khoa học vừa phát hiện một quá trình địa chất ẩn, trong đó các mảnh lục địa bị bóc tách dần từ phía dưới và sâu vào lớp phủ Trái Đất bên dưới đại dương, kích hoạt hoạt động núi lửa tại những khu vực giữa đại dương vốn lâu nay khó giải thích.
Nghiên cứu do Đại học Southampton dẫn đầu cho thấy các mảnh vỏ lục địa bị tách ra khỏi đáy các lục địa và vận chuyển vào lớp phủ đại dương — lớp vật chất nóng, gần như rắn, di chuyển rất chậm bên dưới đáy biển. Khi đã vào đây, những mảnh vật chất này có thể tiếp tục kích hoạt hoạt động núi lửa trong hàng chục triệu năm.
Phát hiện này giúp giải mã câu hỏi kéo dài nhiều thập kỷ: vì sao các đảo núi lửa nằm xa ranh giới mảng kiến tạo lại mang đặc điểm hóa học giống đá lục địa, dù xung quanh là đại dương bao la.
Nghiên cứu được công bố trên Nature Geoscience, với sự tham gia của Đại học Southampton, Trung tâm Địa khoa GFZ Helmholtz tại Potsdam (Đức), Đại học Potsdam, Đại học Queen’s (Canada) và Đại học Swansea.
Dấu vết hóa học cổ xưa trong lớp phủ Trái đất
Nhiều đảo núi lửa — chẳng hạn đảo Christmas của Úc ở đông bắc Ấn Độ Dương — chứa hàm lượng cao bất thường các nguyên tố “được làm giàu” vốn đặc trưng trong lớp vỏ lục địa. Từ lâu, các nhà khoa học nghi ngờ rằng sự làm giàu này xuất phát từ quá trình pha trộn vật chất cổ xưa trong lòng Trái đất, giống như máy trộn nhào bột bánh.
Trước đây, người ta cho rằng những nguyên tố này đến từ trầm tích bị kéo xuống lớp phủ khi các mảng đại dương chìm vào bên trong, hoặc từ các cột đá nóng (mantle plume) trồi lên từ sâu trong lòng đất. Tuy nhiên, cả hai cách giải thích đều chưa thuyết phục: một số vùng núi lửa hầu như không có dấu hiệu “tái chế vỏ đất”, trong khi những vùng khác lại quá nông và quá lạnh để các cột đá nóng có thể hình thành.
“Chúng ta đã biết hàng chục năm qua rằng một phần lớp phủ dưới các đại dương trông như bị ‘nhiễm bẩn’, cứ như thể các mảnh lục địa cổ đại đã trôi vào đó,” Giáo sư Thomas Gernon, Đại học Southampton, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. “Nhưng chúng ta chưa từng có lời giải thích thỏa đáng về cách những mảnh lục địa này đến được đó.”
Các lục địa đang bị ‘lột’ từ phía dưới
Nghiên cứu đưa ra một lời giải thích mới: lục địa không chỉ tách rời ở bề mặt mà còn bị “lột” từ đáy — ở quy mô lớn hơn nhiều so với những gì từng được nghĩ đến.
Các nhà khoa học đã mô phỏng cách lục địa và lớp phủ hoạt động khi bị kéo giãn bởi lực kiến tạo. Công trình dựa trên nghiên cứu trước đây của nhóm chỉ ra rằng khi lục địa tách ra, các lực kiến tạo sâu tạo ra một “sóng lớp phủ” quét dọc chân lục địa ở độ sâu 150–200 km, phá vỡ phần gốc của chúng.
Chuyển động quét này diễn ra cực kỳ chậm — chỉ bằng một phần triệu tốc độ của ốc sên — và dần dần bóc tách vật chất khỏi phần gốc sâu của lục địa.
Những mảng vật chất bị lột này sau đó bị cuốn sang bên — đôi khi hơn 1.000 km — vào lớp phủ dưới đại dương, nơi chúng nuôi dưỡng các đợt phun trào núi lửa ngoài đại dương trong hàng chục triệu năm.
Giáo sư Sascha Brune (GFZ Potsdam), đồng tác giả, cho biết: “Chúng tôi phát hiện lớp phủ Trái đất vẫn chịu ảnh hưởng của việc lục địa tách rời rất lâu sau khi các mảng đã xa nhau. Hệ thống không hề ‘tắt’ khi đại dương mới hình thành — lớp phủ vẫn tiếp tục di chuyển, tái tổ chức và vận chuyển vật chất giàu nguyên tố đi rất xa so với nơi nó xuất phát.”
Bằng chứng từ Ấn Độ Dương
Nhóm nghiên cứu phân tích dữ liệu địa hóa từ các khu vực trên Trái đất, bao gồm khu vực núi ngầm Ấn Độ Dương — chuỗi núi lửa hình thành sau khi siêu lục địa Gondwana tách rời hơn 100 triệu năm trước.
Thông qua mô phỏng và phân tích hóa học, họ phát hiện rằng ngay sau khi Gondwana tách ra, một đợt magma giàu nguyên tố bất thường đã trồi lên bề mặt.
Trong hàng chục triệu năm, tín hiệu hóa học này mờ dần khi dòng vật chất từ dưới lục địa suy yếu — mà không có cột đá nóng xuất hiện từ sâu trong lòng đất, trái với giả định lâu nay của các nhà địa chất.
Giáo sư Gernon cho biết: “Chúng tôi không bác bỏ các cột đá nóng, nhưng phát hiện này chỉ ra một cơ chế hoàn toàn mới góp phần định hình thành phần của lớp phủ Trái đất. Các ‘sóng lớp phủ’ có thể mang những khối vật chất lục địa vào sâu trong lớp phủ đại dương và để lại dấu vết hóa học tồn tại rất lâu sau khi lục địa tách rời.”
Nghiên cứu này tiếp nối phát hiện gần đây của nhóm rằng các sóng lớp phủ cũng có thể gây ra biến động lớn trong lòng các lục địa — bao gồm cả việc kích hoạt các vụ nổ tạo kim cương và làm thay đổi địa hình hàng nghìn km cách rìa mảng kiến tạo.
Một nghiên cứu mới cho thấy phần sâu bên trong Trái đất năng động hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây: các lục địa có thể dần đánh mất lớp đáy của chúng, gửi những mảnh vật chất cổ xưa trôi vào dưới đáy đại dương, nơi chúng kích hoạt sự sống núi lửa mới. Ảnh: SciTechDaily.com
Một mẫu vật của phần đáy lớp phủ lục địa (gốc tinh thể của lục địa). Nghiên cứu cho rằng chính loại vật chất này bị tách ra và cuốn sang lớp phủ đại dương. Ảnh: Đại học Southampton
