Inge Lehmann: Người phát hiện lõi rắn của Trái đất

Năm 1936, một nhà khoa học tài ba tên là Inge Lehmann đã sử dụng dữ liệu từ các trận động đất để chứng minh lõi Trái đất không phải toàn bộ đều là chất lỏng, đi ngược lại với lý thuyết đã được chấp nhận từ lâu. Vậy người phụ nữ và nhà khoa học xuất sắc này là ai?

Lehmann sinh ra tại thủ đô Copenhagen, Đan Mạch vào năm 1888. Ban đầu, cô theo học tại trường trung học Fællesskolen – một trường tư nhân có môi trường giáo dục đối với nam sinh và nữ sinh là như nhau. Nhà trường cho phép nữ sinh và nam sinh học cùng các môn học, tham gia những hoạt động và thể thao giống nhau. Những đứa trẻ không phải chịu kỷ luật khắt khe như ở các trường học khác thời bấy giờ. Lehmann đã đạt kết quả học tập loại xuất sắc trong ngôi trường phi truyền thống này.

Năm 1906, Lehmann thi đậu vào Đại học Copenhagen với số điểm cao nhất. Tại đây, cô tham gia các khóa học dành cho sinh viên năm nhất về toán học, hóa học và vật lý. Nhưng cô đã rời ngôi trường này khi chưa tốt nghiệp vào năm 1911 để làm công việc tính toán cho một công ty bảo hiểm. Năm 1918, cô quyết định quay trở lại Đại học Copenhagen để hoàn thành nốt chương trình học của mình. Mười ba năm sau khi cô bắt đầu học đại học, cuối cùng cô đã tốt nghiệp chuyên ngành toán học vào năm 1920.

Năm 1925, Lehmann trở thành nhân viên tại phòng thí nghiệm địa chất của Đại học Copenhagen, nơi cô bắt đầu thu thập dữ liệu về các trận động đất. Trong quá trình làm việc, cô đã học cách sử dụng dữ liệu địa chấn để nghiên cứu cấu trúc bên trong của Trái đất. Năm 1928, cô hoàn thành chương trình đào tạo thạc sĩ chuyên ngành trắc địa tại Đại học Copenhagen và bắt đầu làm việc với tư cách là người đứng đầu Khoa địa chấn thuộc Viện Trắc địa Hoàng gia Đan Mạch. Cô chịu trách nhiệm điều hành các trạm quan sát địa chấn ở Copenhagen, Ivigtut và Scoresbysund.

Trong suốt nhiều năm, các nhà địa chất đã thu thập dữ liệu về hiện tượng sóng địa chấn truyền qua các lớp của Trái đất trước khi Lehmann bắt đầu công việc mang tính đột phá của mình. Người ta cũng biết rằng động đất tạo ra hai loại sóng: sóng ngang (sóng S) và sóng dọc (sóng P). Sóng ngang là loại sóng có các dao động diễn ra theo phương vuông góc với phương truyền sóng, trong khi sóng dọc là sóng có phương dao động của các phần tử trùng với phương truyền sóng. Thời gian những sóng này di chuyển từ tâm chấn của một trận động đất đến các trạm quan sát địa chấn khác nhau trên thế giới tiết lộ thông tin về đường đi của sóng.

Năm 1906, nhà địa chất học người Anh Richard Oldham đã phân tích dữ liệu thu thập từ một số trận động đất lớn trên thế giới. Bởi vì sóng S và sóng P truyền với tốc độ riêng biệt qua các vật liệu khác nhau, ông đã sử dụng dữ liệu này để phỏng đoán rằng lõi Trái đất được làm từ kim loại nóng chảy.

Tuy nhiên, Lehmann đã chứng minh giả thuyết của Oldham là không hoàn toàn chính xác. Năm 1929, New Zealand xảy ra một trận động đất cực mạnh. Lehmann nhận thấy một số sóng P xuất hiện ở những địa điểm mà đãng lẽ chúng không thể hiện diện nếu toàn bộ lõi Trái đất đều là kim loại nóng chảy. Cụ thể, cô nhận thấy máy đo địa chấn đặt tại thành phố Swerdlowsk (Yekaterinburg) và Irkutsk của Nga thu được các sóng địa chấn với biên độ cao hơn mong đợi. Một số sóng động đất khi truyền qua phần lõi của Trái đất dường như đã bị “bẻ cong”. Cô đề xuất giả thuyết mới cho rằng lõi Trái đất gồm hai phần khác nhau và cô đã xây dựng một mô hình toán học để chứng minh điều đó.

Kết quả cho thấy lõi bên ngoài thực sự là kim loại lỏng, nhưng lõi bên trong là kim loại rắn, nóng. Ranh giới giữa chúng là một vùng gián đoạn sóng địa chấn, hay vùng gián đoạn Lehmann, nằm ở độ sâu khoảng 5.100km.

Lehmann công bố kết quả nghiên cứu của mình vào năm 1936. Trong những năm sau đó, hầu hết các nhà địa chất đã chấp nhận mô hình cấu trúc Trái đất của cô. Theo đó, cấu trúc Trái đất bao gồm lớp vỏ, lớp manti, lõi bên ngoài và lõi bên trong. Tuy nhiên, giả thuyết của cô không được xác nhận đầy đủ cho đến thập niên 1970, khi các máy đo địa chấn tốt hơn có thể phát hiện trực tiếp sóng P phản xạ lại từ vùng gián đoạn giữa lõi bên ngoài lỏng và lõi bên trong rắn.

Năm 1953, Lehmann nghỉ việc tại Viện Trắc địa Hoàng gia Đan Mạch, nhưng cô vẫn tiếp tục công việc nghiên cứu của mình trong nhiều năm nữa. Năm 1959, cô phát hiện thêm một vùng gián đoạn thứ hai nằm trong lớp manti trên của Trái đất, ở độ sâu khoảng 200 km. Ngày nay, những vùng gián đoạn này vẫn còn chứa đựng nhiều điều bí ẩn, đang chờ đợi các nhà khoa học khám phá thêm.

Với những thành tựu mang tính đột phá, Lehmann vinh dự được nhận huy chương William Bowie vào năm 1971. Đây là phần thưởng cao quý nhất do Liên minh Địa vật lý Hoa Kỳ trao tặng. Cô cũng là thành viên của Hiệp hội Hoàng gia Anh đồng thời là Chủ tịch của Liên đoàn Địa chấn học châu Âu.

Lehmann là một trong những nhà khoa học sống lâu nhất trong lịch sử, hưởng thọ tới 104 tuổi. Trong những năm cuối đời, cô vẫn không ngừng tiến hành các nghiên cứu mới về động đất và sự lan truyền của sóng địa chấn. Cô xuất bản bài báo khoa học cuối cùng vào năm 1987 khi vừa tròn 99 tuổi.