Vệ tinh phát hiện những thay đổi bí ẩn gần lõi Trái đất

Dù biến động này đã diễn ra từ gần 20 năm trước (2006–2008), các nhà khoa học chỉ mới phát hiện gần đây, khi phân tích dữ liệu từ cặp vệ tinh GRACE của Mỹ và Đức. Phát hiện này cho thấy khả năng tuyệt vời của các vệ tinh quan sát Trái đất.

Cặp vệ tinh GRACE hoạt động trong giai đoạn 2002–2017, bay nối đuôi nhau và giữ một khoảng cách cố định. Khi chúng gặp một lực hút hấp dẫn - chẳng hạn từ khối lượng khổng lồ của một dãy núi - vệ tinh dẫn đầu sẽ tạm thời bị kéo ra xa vệ tinh phía sau; sự thay đổi này cho phép đo ra biến động của trường hấp dẫn.

Các nhà nghiên cứu thường sử dụng sự thay đổi về khoảng cách giữa cặp vệ tinh để theo dõi sự dịch chuyển của các khối lượng nước trên Trái đất - chẳng hạn khi nước ngầm biến mất dưới các vùng đất canh tác, hoặc khi các sông băng tan chảy.

Nhưng hóa ra GRACE còn có thể phát hiện cả những thay đổi trong sự phân bố vật chất sâu bên dưới bề mặt Trái đất. Panet từng sử dụng dữ liệu từ GRACE để tìm kiếm những biến đổi xảy ra ở độ sâu hàng trăm kilômét bên dưới bề mặt Trái đất, ngay trước những trận động đất lớn. Sau đó, bà nhận ra rằng mình có thể khảo sát sâu hơn nữa - tới độ sâu gần 2.900 km - ranh giới giữa lõi và lớp phủ của Trái đất.

Nhóm của Panet phát hiện một tín hiệu lạ trong dữ liệu GRACE, với cường độ cao nhất vào năm 2007 và tập trung ở khu vực ngoài khơi bờ biển Đại Tây Dương của châu Phi. Tuy nhiên, họ không thể quy tín hiệu này cho sự dịch chuyển của nước trên bề mặt Trái đất. Vì vậy, ít nhất một phần nguồn gốc của tín hiệu bất thường phải đến từ phần rắn của Trái đất, theo Panet.

Trước đây, các vệ tinh đã phát hiện một số biến động bất thường của từ trường Trái đất ở cùng khu vực đó, vào khoảng năm 2007.

Liên kết những quan sát này với nhau, nhóm nghiên cứu đề xuất một kịch bản, trong đómột loại khoáng chất gọi là perovskite, nằm trong các khối đá gần đáy lớp phủ của Trái đất, đã thay đổi cấu trúc tinh thể của nó để thích ứng với áp suất khổng lồ bên trong hành tinh. Sự thay đổi khoáng chất này, đến lượt nó, khiến cho các khối đá trong khu vực đó trở nên đặc hơn và nặng hơn.

Biến dạng nhỏ đó có thể tác động tới dòng chảy trong lõi lỏng bên dưới, gây ra tín hiệu từ trường bất thường quan sát được.

Các khối đá lân cận sau đó sẽ dịch chuyển nhẹ vị trí của chúng. Những sự dịch chuyển tương tự lan truyền ra ngoài như những gợn sóng, và cuối cùng có thể truyền đến ranh giới giữa lõi và lớp phủ. Ranh giới này có thể biến dạng một chút - có lẽ khoảng 10 cm. Và thay đổi nhỏ ấy có thể ảnh hưởng đến dòng chất lỏng chảy trong lõi, và biểu hiện ra bên ngoài dưới dạng những biến động bất thường trong từ trường Trái đất.

Nhà địa chấn học Barbara Romanowicz (Đại học California, Berkeley) nhận xét: “Lần đầu tiên, chúng ta có bằng chứng thuyết phục về những quá trình động lực học diễn ra ở đáy lớp phủ Trái đất, và chúng ta có thể quan sát và nghiên cứu ngay khi chúng đang diễn ra.”

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Geophysical Research Letters.