Bằng cách tạo ra các điều kiện tương tự như tâm Trái đất bên trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã có cơ sở tốt hơn để tính toán tuổi của lõi rắn bên trong hành tinh của chúng ta, kết quả tuổi của nó là vào khoảng 1 tỷ đến 1,3 tỷ năm tuổi.
Mô phỏng trên máy tính về từ trường Trái đất, được tạo ra bởi sự truyền nhiệt trong lõi Trái đất. (Ảnh: NASA/Gary A. Glatzmaier qua ĐH Texas)
Hơn nữa, các thí nghiệm và các lý thuyết mới giúp xác định tốt hơn về cách lõi Trái đất dẫn nhiệt và các nguồn năng lượng cung cấp năng lượng cho địa động lực (geodynamo) của hành tinh như thế nào — cơ chế duy trì từ trường của Trái đất, giúp la bàn luôn hướng về phía bắc và giúp bảo vệ sự sống khỏi tác hại các tia vũ trụ.
“Mọi người thực sự tò mò và vui mừng khi biết về nguồn gốc của geodynamo, sức mạnh của từ trường, bởi vì tất cả chúng đều góp phần duy trì sự sống trên hành tinh này”, Jung-Fu Lin, giáo sư Trường Khoa học địa chất Jackson của Austin thuộc Đại học Texas, người dẫn đầu cuộc nghiên cứu cho biết.
Các kết quả được công bố vào ngày 13/8 trên tạp chí Physical Review Letters.
Phương pháp đo đạc và tính toán tuổi của lõi Trái đất
Lõi Trái Đất có cấu tạo chủ yếu bằng sắt, với lõi bên trong là chất rắn và lõi bên ngoài là chất lỏng. Hiệu suất của chất sắt trong việc truyền nhiệt thông qua quá trình truyền dẫn – được gọi là dẫn nhiệt – là chìa khóa để xác định một số thuộc tính khác của lõi Trái đất, bao gồm cả thời điểm hình thành lõi bên trong.
Hình minh họa cơ chế dynamo tạo ra từ trường Trái Đất: các dòng đối lưu của kim loại lỏng ở lõi ngoài Trái Đất, được điều khiển bằng dòng nhiệt từ lõi trong, hình thành các cuộn do tác dụng của lực Coriolis, tạo ra dòng điện tuần hoàn tạo ra từ trường. (Ảnh: Wikipedia)
Trong những năm qua, các ước tính về tuổi của lõi Trái đất và độ dẫn nhiệt của nó đã đi từ rất già và tương đối thấp, đến rất trẻ và tương đối cao. Nhưng những ước tính gần đây cho rằng tuổi của lõi Trái đất trẻ hơn này cũng đã tạo ra một nghịch lý, trong đó lõi sẽ phải đạt đến nhiệt độ cao không thực tế để duy trì địa động lực trong hàng tỷ năm trước khi hình thành lõi bên trong.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra được những điều kiện này bằng cách ép các mẫu sắt được nung nóng bằng laze giữa hai khối kim cương. Điều này quả là một kỳ công, các nhà khoa học đã phải mất hai năm để có được kết quả phù hợp.
Đồng tác giả bài báo Youjun Zhang, phó giáo sư tại Đại học Tứ Xuyên, Trung Quốc, cho biết: “Chúng tôi đã gặp nhiều vấn đề và thất bại vài lần, điều này khiến chúng tôi nản lòng và gần như bỏ cuộc. Với những lời động viên mang tính xây dựng và sự khuyến khích của giáo sư Jung-Fu Lin, cuối cùng chúng tôi đã hoàn thành nó sau nhiều lần chạy thử nghiệm”.
Độ dẫn nhiệt mới đo được thấp hơn từ 30% đến 50% so với độ dẫn nhiệt của ước tính trước đó, và nó cho thấy rằng địa động lực được duy trì bởi hai nguồn năng lượng và cơ chế khác nhau: đối lưu nhiệt và đối lưu thành phần. Lúc đầu, geodynamo được duy trì bằng đối lưu nhiệt. Giờ đây, mỗi cơ chế đóng một vai trò quan trọng như nhau.
Lin nói rằng với thông tin cải thiện về độ dẫn và truyền nhiệt này theo thời gian, các nhà nghiên cứu có thể ước tính chính xác hơn tuổi của lõi bên trong.
Ông nói: “Một khi chúng ta thực sự biết được lượng thông nhiệt từ lõi bên ngoài đến lớp phủ bên dưới là bao nhiêu, thì chúng ta có thể thực sự nghĩ về việc khi nào Trái đất nguội đến mức mà lõi bên trong bắt đầu kết tinh”.
Tuổi mới được tính toán này của lõi bên trong Trái đất có thể tương quan với sự gia tăng đột biến về cường độ từ trường của Trái đất như được ghi lại bởi sự sắp xếp của các vật liệu từ tính trong đá được hình thành vào khoảng thời gian hình thành lõi trong này của Trái đất. Sự gia tăng đột biến từ trường Trái đất vào thời gian đó là bằng chứng cho thấy sự hình thành của lõi bên trong là một phần thiết yếu để tạo ra từ trường mạnh mẽ của Trái đất ngày nay.
Nguồn: NTDVN – Theo Physic.org/ĐH Texas