Lõi Trái đất đang nguội đi nhanh hơn dự đoán, điều tồi tệ gì có thể xảy ra?

Trái đất hình thành khoảng 4,5 tỷ năm trước. Kể từ đó, lõi của nó đã dần nguội đi.

Trong khi nhiệt độ bề mặt và khí quyển giao động liên tục qua các thời kỳ (và nhiệt độ lớp ngoài Trái đất đang ngày càng ấm lên), phần lõi nóng chảy - trái tim của hành tinh chúng ta - lại đang dần nguội đi theo thời gian.

Dòng khí nóng đối lưu xoay vần sâu bên trong Trái đất là thứ tạo ra từ trường rộng lớn, một cấu trúc vô hình được các nhà khoa học tin rằng đang bảo vệ thế giới và cho phép sự sống sinh sôi nảy nở. Ngoài ra, đối lưu manti, hoạt động địa chất và núi lửa cũng là những yếu tố giúp duy trì sự sống thông qua quá trình bình ổn nhiệt độ toàn cầu và chu trình carbon.

Bởi lõi Trái đất vẫn đang nguội đi, và sẽ tiếp tục chưa có điểm dừng, có nghĩa là cuối cùng, phần lõi này sẽ đặc lại, và hoạt động địa chất sẽ chấm dứt, khiến Trái đất biến thành một khối đá cằn cỗi, giống Sao Hoả hay Sao Thuỷ. Điều đáng quan ngại là, theo một nghiên cứu mới, ngày đen tối đó dường như sẽ diễn ra sớm hơn so với dự đoán.

Mấu chốt của vấn đề có thể là một loại khoáng thạch ở vùng rìa giữa phần lõi ngoài sắt - nickel và lớp vỏ chất lỏng nóng chảy phía trên nó (manti dưới). Lớp khoáng thạch này được gọi là bridgmanite, và tốc độ dẫn nhiệt của nó sẽ ảnh hưởng đến tốc độ nhiệt thẩm thấu qua lõi ngoài để ra lớp manti dưới.

Xác định được tốc độ đó không đơn giản như việc thử nghiệm tính dẫn nhiệt của bridgmanite trong điều kiện khí quyển thông thường. Tính dẫn nhiệt có thể giao động tuỳ thuộc áp suất và nhiệt độ, vốn rất khác biệt bên trong lõi hành tinh.

Để giải quyết vấn đề, một nhóm các nhà nghiên cứu, dẫn đầu bởi nhà khoa học hành tinh Motohiko Murakami thuộc Đại học Zurich ở Thuỵ Sỹ, đã tiến hành chiếu xạ một tinh thể bridgmanite bằng xung laser, đồng thời tăng nhiệt độ của nó lên 2.440 Kelvin (2.166,85 Celcius) và áp suất lên 80 gigapascals, gần với điều kiện ở lớp vỏ chất lỏng (2.630 Kelvin và 127 gigapascals).

“Hệ thống đo lường này cho phép chúng tôi chứng minh rằng khả năng dẫn nhiệt của bridgmanite là cao hơn khoảng 1,5 lần so với dự đoán” - Murakami nói.

Điều đó có nghĩa rằng lượng nhiệt truyền từ lõi ra vỏ cao hơn so với suy nghĩa, và do đó tốc độ nguội đi của lõi Trái đất cũng nhanh hơn chúng ta tưởng.

Và quá trình đó đang tăng tốc. Khi lõi nguội đi, bridgmanite biến thành một khoáng chất khác gọi là hậu-perovskite, với khả năng dẫn nhiệt thậm chí còn mạnh hơn và do đó làm gia tăng tốc độ thoát nhiệt từ lõi ra vỏ.

“Kết quả thu được có thể mang lại cho chúng tôi một góc nhìn mới về quá trình tiến hoá của Trái đất” - Murakami nói. “Chúng cho thấy Trái đất, giống như các hành tinh đá khác như Sao Thuỷ và Sao Hoả, đang nguội đi và trở nên bất hoạt nhanh hơn so với dự đoán”

Tuy nhiên, chính xác là nhanh hơn đến mức nào? Không ai biết được. Quá trình nguội đi của cả một hành tinh không phải là thứ mà chúng ta có thể hiểu rõ được. Sao Hoả nguội nhanh hơn một chút bởi nó nhỏ hơn đáng kể so với Trái đất, nhưng còn có những yếu tố khác có thể đóng vai trò nhất định trong tốc độ nguội đi của lõi hành tinh.

Ví dụ, sự phân rã các nguyên tố phóng xạ có thể sản sinh ra nhiệt, đủ để duy trì hoạt động núi lửa. Những nguyên tố đó là một trong những nguồn nhiệt lớn trong vỏ Trái đất, nhưng chúng đóng góp ra sao vào quá trình nguội đi của lõi thì chưa được nghiên cứu kỹ.

“Chúng tôi vẫn chưa biết rõ về những loại sự kiện đó để đưa ra mốc thời gian cụ thể” - Murakami nói.

Tuy nhiên, nó nhiều khả năng sẽ không phải là một quá trình “nhanh” theo cách tính toán của con người. Trên thực tế, có khả năng Trái đất sẽ trở thành “vùng đất chết” bởi những cơ chế khác rất lâu trước khi lõi hành tinh nguội hoàn toàn. Do đó, chúng ta có lẽ sẽ có thêm một chút thời gian để tìm hiểu vấn đề đang gây đau đầu này!