Bí ẩn ‘địa ngục’ 5.000 độ của Trái Đất: Khoa học điên đầu giải mã nhưng chưa thành

Đến nay, nhân loại đã thu được những hiểu biết gì ở thế giới bên dưới những đôi chân của con người – Lõi Trái Đất?

Neil Armstrong – Phi hành gia đầu tiên trong lịch sử đặt những bước chân khai hoang đầu tiên lên Mặt Trăng từng nói: “Bí ẩn khơi gợi sự tò mò, sự tò mò là chất liệu tạo nên khát vọng thông hiểu của loài người.”

Không chỉ dừng ở sự tò mò, con người trong hành trình tiến hóa vẫn không ngừng biến sự tò mò đó thành hành động. Nếu không nhờ thế, nhân loại sao có thể vươn đến những vì sao và biết được hành tinh chúng ta đang sống lại ẩn chứa những thứ tuyệt vời đến vậy.

Trong khi sự hiểu biết của con người về phần còn lại của vũ trụ đang phát triển ngày một lớn thì những kiến thức về hoạt động bên trong của hành tinh chúng ta lại chậm hơn rất nhiều.

Nhân loại ngày nay đối mặt với vấn đề lớn liên quan đến sự hiểu biết của chúng ta về lõi Trái Đất. Chúng ta biết rằng, Trái Đất tạo ra từ trường từ trong lòng đất của nó hàng tỷ năm qua nhưng lại không hiểu tại sao hành tinh này làm được điều đó như thế nào? Và làm sao từ trường có thể tồn tại lâu đến vậy?

Cho đến nay, những gì các nhà khoa học biết được đó là sự sống trên bề mặt Trái Đất bị ảnh hưởng sâu sắc bởi từ trường trong lòng đất. Bao lâu nay, nó vẫn âm thầm làm nhiệm vụ bảo vệ Trái Đất trước sự xâm nhập của cơn bão Mặt Trời và những hạt năng lượng cao từ không gian. Nếu không có lớp màng vô hình ấy, sự sống không thể tồn tại!

‘Địa ngục’ ngàn độ C nóng tương đương bề mặt Mặt Trời (riêng lõi ngoài đã nóng 5.000 độ C), sâu hàng ngàn km trong lòng đất ấy đã tạo ra lõi sắt nóng chảy sinh nên từ trường khổng lồ, bảo vệ Trái Đất và sự sống của nó.

Sao Kim, hành tinh được xem là khắc nghiệt nhất Thái Dương Hệ, vì từ trường rất yếu (hoặc không có) nên trở thành ‘hành tinh chết’, không có sự sống là một minh chứng cho thấy từ trường quan trọng như thế nào.

Vậy, hành trình đi vào lòng đất bắt đầu từ khi nào? Quá trình ấy khó khăn ra sao? Đến nay, nhân loại đã thu được những hiểu biết gì ở thế giới bên dưới những đôi chân của con người? Hãy cùng Discover Magazine lật mở từng vấn đề.

Thập niên 1940, Chiến tranh Lạnh giữa Mỹ và Liên Xô nổ ra. Cuộc chiến không đổ máu trên chiến trường kéo dài 4 thập kỷ đó đã mang đến cho nhân loại rất nhiều kỳ tích vĩ đại, nếu xét riêng lĩnh vực khoa học-kỹ thuât.

Liên Xô một mặt ghi tên mình là quốc gia mở ra kỷ nguyên khám phá vũ trụ, một mặt trở thành quốc gia tiên phong trong hành trình giải mã lòng đất.

Năm 1962, 1 năm sau khi Liên Xô trở thành quốc gia đầu tiên trong vũ trụ đưa người bay ra ngoài không gian, chính phủ nước này thành lập Hội đồng Khoa học Liên ngành nhằm triển khai ‘kế hoạch điện rồ’ mà chưa một quốc gia nào trên thế giới dám thực hiện: Thâm nhập lòng đất, chạm đến Điểm gián đoạn Mohorovii.

Trên thực tế, vào năm 1957, Giáo sư địa chất học, nhà hải dương vật lý học người Mỹ Walter Munk, thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ, là người đầu tiên đề xuất Project Mohole.

Project Mohole khi đó được miêu tả là nỗ lực khoan sâu vài nghìn mét xuống đáy biển Thái Bình Dương để lấy mẫu vật liệu từ lớp phủ của Trái Đất, bằng cách khoan một lỗ xuyên qua lớp vỏ trái đất đến Điểm gián đoạn Mohorovii (còn gọi là Moho). Tuy nhiên, 10 năm sau ngày đề xuất, dự án này vẫn không được Quốc hội Mỹ ủng hộ với lý do: Không khả thi.

Điểm gián đoạn Mohorovii được đặt theo tên nhà địa chất người Croatia Andrija Mohorovii (1857-1936), ông là người đầu tiên đề xuất sự tồn tại của điểm gián đoạn năm 1909.

Điểm gián đoạn Mohorovii đánh dấu ranh giới giữa lớp vỏ và lớp phủ của Trái Đất. Vị trí của Điểm gián đoạn Mohorovii dao động từ khoảng 5 km ở gần các sống núi đại dương tới khoảng 75 km ở gần lớp vỏ lục địa.

Theo giới sử học, lấy được mẫu vật liệu tại Điểm gián đoạn Mohorovii giống như nắm được kiến thức khoa học Trái Đất, phục vụ cho chương trình không gian về sau. Nếu thành công, cuộc thám hiểm đầy tham vọng này sẽ cung cấp những thông tin vô giá về tuổi, lớp phủ và cách thức hoạt động của từ trường lòng đất. Thêm nữa, những kiến thức từ Moho có thể được đưa ra để đặt câu hỏi về sự trôi dạt lục địa, mà tại thời điểm đó vẫn còn gây tranh cãi.

Vì thế, đề xuất Dự án Mohole của Mỹ là khoan đến ranh giới này qua đáy biển – đây là một trong những điểm mà lớp vỏ Trái Đất mỏng nhất, bởi điều kiện công nghệ thời đó không cho phép thiết bị khoan chịu được độ sâu và nhiệt độ tương ứng trong lòng đất.

Do đó, những nỗ lực khoan đến ranh giới của Điểm gián đoạn Mohorovii trên đất liền là điều “không tưởng”. Tuy nhiên, khác với Mỹ, Liên Xô rất hăng hái với kế hoạch không tưởng này.

Mùa Xuân năm 1970, một nhóm chuyên gia Liên Xô bắt đầu tiến hành khoan sâu vào lòng đất tại vị trí 69 Bắc và 30 Đông, thuộc huyện Pechengsky, bán đảo Kola, Nga ngày nay.

Công việc này kéo dài 24 năm. Sử dụng công nghệ khoan đào mới nhất thời bấy giờ là Uralmash-4E, và sau đó là Uralmash-15000, các nhà địa chất đã khoan được hệ thống lỗ khoan sâu mà họ đặt tên là Kola Superdeep Borehole.

Lỗ hổng trung tâm của Kola Superdeep Boreholeb có tên là SG-3, có độ sâu là 12.262 mét.SG-3 là lỗ khoan nhân tạo sâu nhất mà con người làm được trên Trái Đất tính cho đến hết năm 2007 (1).

Ngoài ra, các nhà địa chất Liên Xô còn thu được các trầm tích biển, ở độ sâu 7.000 mét, có niên đại 2 tỷ năm tuổi. Trong các trầm tích này chứa các dấu vết hóa thạch của sự sống.

Bước sang thập niên 1990, khi Mỹ đạt được những thành công trong việc phóng tàu thăm dò sao Hỏa, sao Diêm Vương thì công việc khoan sâu Kola Superdeep Borehole bắt đầu trì trệ. Công nghệ khoan lúc này không cho phép mũi khoan chịu được nhiệt độ gia tăng hơn so với dự kiến ở trong lòng đất.

Năm 1994, dự án chính thức kết thúc. Với chiều sâu hơn 12.000 mét, người Liên Xô mới đi được nửa đường xuống lớp phủ. Nếu nói sao sánh Trái đất có kích thước bằng một quả táo, thì lỗ khoan Kola mới chỉ xuyên thủng lớp vỏ táo.

“Đi sâu 5 đến 10km vào lòng đất còn khó hơn việc bay ra ngoài không gian ở độ cao tương tự.” – David Stevenson, chuyên gia địa chất học thuộc Viện Công nghệ California (Mỹ) nhận định.

16 năm trước, Tạp chí Nature đăng tài liệu của nhà địa chất học David Stevenson, trong đó trình bày kế hoạch dùng vũ khí nhiệt hạch để thâm nhập lòng đất.

Hình minh họa

Theo David Stevenson, để đến được trung tâm Trái Đất, cần kích nổ vũ khí nhiệt hạch để tạo ra vết nứt sâu hàng trăm mét trên bề mặt Trái đất. Tiếp theo, đổ 110.000 tấn sắt nóng chảy kèm một thiết bị thăm dò chống nóng cực đại vào vết nứt. Sắt nóng chảy sẽ tìm cách len lỏi vào lõi Trái Đất.

Stevenson ước tính rằng sắt nóng chảy và thiết bị dò sẽ di chuyển với tốc độ khoảng 16 km/giờ và đạt đến lõi trong vòng một tuần.

Thiết bị thăm dò sẽ ghi lại dữ liệu về nhiệt độ, áp suất và thành phần của đá mà nó đi qua. Vì sóng vô tuyến có thể xuyên qua đá rắn, thiết bị dò sẽ truyền dữ liệu trong một loạt sóng địa chấn nhỏ. Cùng lúc đó trên mặt đất, một máy đo địa chấn cực kỳ nhạy sẽ tiếp nhận tín hiệu rồi được các nhà khoa học phân tích lại.

Có hai vấn đề đặt ra trong kế hoạch của David Stevenson: 1 là lượng sắt nóng chảy đó ở đâu ra? 2 là chúng ta có thể sản xuất được thiết bị có khả năng chống nóng hàng ngàn độ C không?

Dù có thể vào thời đó, kế hoạch này không khả thi nhưng điều này thể hiện khát khao khám phá lòng Trái Đất tột bậc của các nhà khoa học thế giới.

Dựa trên niên đại phóng xạ của các loại đá cổ, các nhà khoa học ước tính Trái Đất hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước.

Lõi Trái Đất ban đầu là kim loại lỏng hoàn toàn và đã được làm mát và hóa rắn một phần theo thời gian. Từ trường được tạo ra bởi sự quay tròn của lõi rắn bên trong.

Thời điểm kết tinh lõi bên trong là một trong những câu hỏi khó trả lời nhất trong khoa học Trái Đất và hành tinh.

Hiện, các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu sự tương tác/trao đổi giữa lớp lõi và lớp phủ cũng như sự thay đổi động lực bên trong của Trái Đất, nhằm tìm hiểu cách thức và thời điểm từ trường được “kích hoạt” để bảo vệ sự sống trên hành tinh.

Từ trường là tấm khiên bảo vệ sự sống Trái Đất. Ảnh: Discover Magazine

Nếu không có từ trường bao quanh hành tinh, bức xạ Mặt Trời và các hạt năng lượng cao ngoài vũ trụ sẽ tước đi bầu khí quyển Trái Đất và bắn phá bề mặt cũng như toàn bộ sự sống mà phải mất rất lâu sau đó mới đâm chồi, nảy nở.

Trong Thái Dương Hệ rộng lớn, Trái Đất trở thành hành tinh độc nhất trong vũ trụ (tính theo sự hiểu biết của loài người đến nay) có sự sống và có loài người.

Nhờ đâu?

Bằng một cách sắp xếp đầy hoàn hảo của tự nhiên, Trái Đất ở đúng khoảng cách lý tưởng với Mặt Trời (không quá nóng, không quá lạnh); Có Mặt Trăng bên cạnh; Có từ trường hành tinh; Có hoạt động kiến tạo mảng và có sự hiện diện thiết yếu của nước.

Ảnh: Seeker

Nếu không có sự va chạm tạo ra Mặt Trăng, Trái Đất chúng ta sẽ không có đủ nhiệt để đối lưu trong lõi, tạo nên từ trường.

Nếu không có nước, lớp vỏ Trái Đất có thể vẫn còn quá nóng để nứt vỡ thành các mảng kiến tạo; đổi lại, nếu không có lớp vỏ gãy thì quá nhiều nhiệt sẽ bị giam giữ bên trong lòng Trái Đất, đến một lúc nào đó sẽ bùng nổ khổng lồ.

Tựu chung tất cả các yếu tố sống còn này lại đã tạo nên một hành tinh xanh có sự sống đặc biệt bậc nhất trong vũ trụ!

Chỉ riêng trong Hệ Mặt Trời của chúng ta, nhà khoa học đã có thể thấy sự khác biệt khủng khiếp giữa Trái Đất và sao Kim. Lại một lần chúng ta nhìn vào sao Kim – hành tinh khắc nghiệt nhất Hệ Mặt Trời: Không kiến tạo mảng, không nước, không từ trường, không sự sống!

Trái Đất là duy nhất?

Câu hỏi này đến nay nhân loại vẫn mải miết đi tìm câu trả lời.

Việc tìm hiểu từ trường, hiểu sâu về sự ra đời, cách thức hoạt động của nó là cách những cư dân trên mặt đất hiểu được sự sống hình thành và tồn tại trên hành tinh lại kỳ diệu và đáng trân trọng mức nào!

Chú thích:

(1) Về sau, lỗ dầu khoan Al Shaheen của Qatar đạt độ sâu 12.289 mét (năm 2008). Và đến năm 2011, giếng dầu Sakhalin-I Odoptu OP-11 ngoài khơi Nga đạt độ sâu kỷ lục 12.345 mét.

Bài viết sử dụng nguồn: Discover Magazine

Theo Helino