Âm thầm bảo vệ sự sống cho con người trên hành tinh nhưng chúng ta vẫn chưa hiểu hết về lõi Trái Đất.
'Linh hồn' của sự sống Trái Đất
Ở độ sâu gần 3.000 km dưới lòng đất là 'địa ngục' kim loại lỏng nóng chảy hàng nghìn độ C của Trái Đất. Giới khoa học gọi đó là lõi Trái Đất, phần nóng nhất trên hành tinh của chúng ta.
Nhờ có 'địa ngục' nóng hơn 5.000 độ C này, Trái Đất mới có được từ trường (tồn tại từ trong lòng Trái Đất kéo rộng đến không gian rộng lớn bao quanh Trái Đất), mang đến cho con người mọi thứ: Từ chiếc la bàn để định hướng đến việc trở thành 'tấm chắn' khổng lồ, vô hình, bảo vệ địa cầu và sự sống của nó khỏi gió Mặt Trời, các tia vũ trụ có sức phá hủy khủng khiếp.
Trong suốt chiều dài lịch sử 4,5 tỷ năm của Trái Đất, vào một thời điểm nào đó, phần lõi vốn hoàn toàn là sắt nóng chảy hàng nghìn độ C đã nguội đi đủ để hình thành một quả cầu rắn ở vùng trung tâm. Đó là lúc, bằng một cách nào đó, từ trường được 'kích hoạt' để làm sứ mệnh: Bảo vệ sự sống Trái Đất.
Thuyết Geodynamo trong vật lý học đề xuất cơ chế rằng phần lõi đặc biệt đó sinh ra từ trường cho Trái Đất, bảo vệ sự sống cho con người và mọi sinh vật sống trên hành tinh.
Do đó, sẽ không có gì ngạc nhiên khi các nhà khoa học quan tâm sâu sắc đến cách nó tồn tại và cách nó được duy trì. Điều đó đủ lý do để cộng đồng khoa học quốc tế không ngừng giải mã những bí ẩn ở thế giới mà con người chưa thể chạm đến được này (lõi Trái Đất).
Trong tầm hiểu biết của nhân loại đến ngày nay, lõi Trái Đất có cấu tạo hai phần: Lõi trong (nhân trong, sâu từ 3000 - 5.150 km) chứa hợp kim sắt-niken dạng rắn, nóng tương đương bề mặt Mặt Trời (khoảng 5.000 độ C), phần này được bao bọc bởi lõi ngoài (sâu từ 5.150 - 6.360 km) bằng sắt nóng chảy, điểm nóng nhất đạt 6.100 độ C.
Tuổi của Geodynamo?
Bài toán lớn đặt ra: Đâu là thời điểm sinh ra Geodynamo, hay nói cách khác "Phần lõi toàn sắt lỏng chuyển biến một phần (nguội đi) để hình thành quả cầu rắn bên trong đường kính 1.220 km là khi nào?" đang khiến các nhà nghiên cứu điên đầu tìm hiểu.
Theo nỗ lực nghiên cứu mới nhất của nhóm các nhà khoa học, từ dữ liệu thu được trong các thí nghiệm, họ đưa ra kết luận: Tuổi của lõi trong sẽ nằm trong khoảng từ 1 tỷ đến 1,3 tỷ năm. Kết quả này rút ngắn thời gian mà giới địa chất đưa ra trước đó: Dao động từ 4,5 tỷ năm trước (thời điểm Trái Đất hình thành) - đến 565 triệu năm trước.
"Chúng tôi 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 vào khả năng duy trì sự tồn vong của hành tinh" - Nhà địa chất học, Giáo sư Jung-Fu Lin thuộc Đại học Texas tại Austin, Mỹ - dẫn đầu nghiên cứu cho biết.
Cơ chế hoạt động của Geodynamo
Geodynamo (máy phát điện) được tạo ra bởi sự tuần hoàn của chất dẫn sắt lỏng ở phần lõi bên ngoài, điều khiển bởi sự đối lưu được cung cấp bởi hai cơ chế: Thứ nhất, có đối lưu nhiệt, được tạo ra bởi sự dao động nhiệt độ; điều này có thể xảy ra trong một lõi hoàn toàn lỏng. Thứ hai, có sự đối lưu thành phần, trong đó các phần tử nhẹ hơn được giải phóng ở ranh giới lõi bên trong đi qua lõi bên ngoài lỏng, tạo ra chuyển động.
Cơ chế hoạt động của Geodynamo tạo ra từ trường Trái Đất: Các dòng đối lưu của kim loại lỏng ở lõi ngoài được điều khiển bằng dòng nhiệt từ lõi trong, tạo ra dòng điện tuần hoàn tạo ra từ trường. Ảnh: United States Geological Survey
Trong cả hai trường hợp, chất lỏng dẫn điện này tạo ra các dòng điện tích điện cho lõi, về cơ bản biến nó thành một nam châm điện khổng lồ.
Hiện tại, cả hai dạng đối lưu đều có trong lõi Trái đất, đóng góp như nhau vào địa động lực. Nhưng trước khi lõi rắn kết tinh, chỉ có đối lưu nhiệt mới có thể xảy ra trong lõi Trái Đất. Điều này có khả năng tạo ra Geodynamo, nhưng để duy trì nó qua hàng tỷ năm, sắt cần phải cực kỳ nóng.
Hành trình của nhà khoa học
Để dẫn và duy trì nhiệt độ như vậy, tính dẫn nhiệt của sắt - cũng như khả năng dẫn nhiệt hiệu quả - cần phải cao. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã quyết định xem xét tính dẫn nhiệt của sắt dưới áp suất và ở nhiệt độ gần với nhiệt độ trong lõi.
Để làm được điều này, họ lấy một mẫu sắt, thổi bằng tia laze để làm nóng nó và ép nó trong một cái đe kim cương. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu đã đo được độ dẫn điện và nhiệt của mẫu thí nghiệm dưới áp suất 170 gigapascal (gấp 170 triệu lần áp suất khí quyển ở mực nước biển) và nhiệt độ gần 3.000 độ C.
Có thể nói, nhờ có lõi Trái Đất (sinh ra từ trường) mà chúng ta mới có thể sinh tồn được. Ảnh: Internet
Áp suất tại lõi ngoài nằm trong khoảng từ 135 đến 330 gigapascal từ ranh giới bên ngoài đến ranh giới của lõi trong cùng. Phần này được cho là đạt trên 6.000 độ C (nhưng sắt cứng lại dưới áp suất mạnh).
Khi nhóm nghiên cứu đo độ dẫn điện trong mẫu thí nghiệm, họ nhận thấy nó thấp hơn từ 30 đến 50% so với mức cần thiết cho ước tính tuổi 565 triệu năm đối với lõi bên trong. Với tất cả những điều này, cuối cùng họ có thể ước tính tuổi của lõi bên trong Trái Đất: Từ 1 tỷ đến 1,3 tỷ năm.
"Một khi chúng ta thực sự biết thông lượng nhiệt từ lõi bên ngoài đến lớp phủ bên dưới là bao nhiêu, ta có thể nắm được thời điểm Trái Đất đã nguội đến mức mà lõi bên trong bắt đầu kết tinh để tạo thành khối cầu rắn bên trong, từ đó sinh ra từ trường giúp Trái Đất 'sống tốt' trước các đợt tấn công từng giây của gió Mặt Trời và các hạt vũ trụ năng lượng cao." - Giáo sư Jung-Fu Lin nói.
Thật thú vị, khoảng thời gian của nhóm nghiên cứu vừa tìm ra nằm gọn trong sự thay đổi của từ trường Trái Đất. Sự sắp xếp của các vật liệu từ tính trong đá có niên đại từ 1 đến 1,5 tỷ năm trước cho thấy rằng đã có sự gia tăng cường độ từ trường vào khoảng thời gian này - như dự đoán đối với thời điểm mà lõi bên trong kết tinh.
Tuy nhiên, mức tăng tương tự cũng đã được chứng kiến vào 565 triệu năm trước. Nếu lõi bên trong kết tinh sớm hơn, điều đó có nghĩa là bất cứ điều gì Trái Đất đã làm cách đây 565 triệu năm vẫn còn là một bí ẩn.
Các nhà nghiên cứu viết: "Cần phải có thêm những cuộc nghiên cứu tổng hợp giữa vật lý khoáng vật, địa động lực học và cổ từ học để giải quyết sự khác biệt này".
Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Physical Review Letters.
Phiêu Tuyết
Lần đầu tiên đo được bức xạ trên Mặt Trăng, cho thấy sống cùng "chú Cuội" không đơn giản
Bức xạ là một trong những mối nguy hiểm chính của du hành vũ trụ và với trọng tâm mới là đưa con người trở lại Mặt Trăng, điều quan trọng là phải hiểu những rủi ro mà họ phải đối mặt. Giờ đây, các nhà khoa học đã có trong tay những dữ liệu mới và chi tiết nhất về các rủi ro đó nhờ một thiết bị chuyên dụng trên tàu đổ bộ mặt trăng Chang'e-4 của Trung Quốc.
Con người tiến hóa để sống trên Trái Đất. Do đó việc đưa con người ra môi trường không trọng lực là một điều phải tính toán rất kỹ. Trọng lực thấp có thể làm suy yếu cơ và xương. Và khi thoát khỏi lớp từ trường bảo vệ Trái Đất, làm chệch hướng tia bức xạ không gian, chúng ta sẽ phải đối mặt với bức xạ từ mặt trời và các tia vũ trụ. Chúng sẽ làm tăng nguy cơ ung thư, mất trí nhớ và bệnh tim mạch,…
Nhưng chính xác thì con người sẽ phải tiếp xúc với bao nhiêu bức xạ trên Mặt Trăng? Các phi hành gia trong sứ mệnh Apollo đã mang theo dụng cụ gọi là xạ lượng kế để đo lường chỉ số đó. Nhưng mức độ phơi nhiễm của họ chủ yếu chỉ được đo trong toàn bộ chuyến đi. Cho đến nay, chưa có cuộc thám hiểm trực tiếp nào được thực hiện trên Mặt Trăng.
Khi tàu thăm dò Chang'e-4 chạm xuống phía xa của Mặt trăng vào tháng 1/2019, nó đang mang theo thiết bị đo neutron và thiết bị đo lượng tử (LND) của tàu đổ bộ Mặt Trăng. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Kiel, Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR) và Học viện Khoa học Trung Quốc hiện đã báo cáo kết quả sau hơn 1 năm đo đạc từ thiết bị này.
Nhóm nghiên cứu cho biết xạ lượng kế được bảo vệ với mức độ che chắn tương tự như một bộ quần áo vũ trụ của con người. Vì vậy kết quả sẽ tương đối chính xác.
Thiết bị ghi lại liều lượng bức xạ khoảng 60 micromet mỗi giờ và mức phơi nhiễm bức xạ trên Mặt Trăng là 1369 microsievert/ngày (Sievert: đơn vị đo lượng hấp thụ bức xạ ion hóa có thể gây tổn hại). Con số này cao hơn khoảng 200 lần so với những gì chúng ta tiếp xúc trên mặt đất, từ 5-10 lần so với một chuyến bay đường dài từ New York đến Frankfurt và gấp khoảng 2,6 lần so với trải nghiệm của các phi hành gia trên Trạm vũ trụ quốc tế ISS.
Tất nhiên có nhiều cách để giảm mức độ phơi nhiễm. Các căn cứ trên mặt trăng dự kiến sẽ được chế tạo dưới dạng các ngôi nhà dạng tổ kén và nằm dưới lòng đất, hoặc các hầm trú ẩn được xây dựng bằng bụi mặt trăng để bảo vệ bề mặt.
Robert Wimmer-Schweingruber, tác giả nghiên cứu cho biết: "Con người chúng ta không được tạo ra để chống chọi với bức xạ không gian, vậy nên chúng ta chỉ có bảo vệ bằng cách sống dưới lớp đất dày của Mặt Trăng".
Nhóm nghiên cứu tin rằng, việc biết chính xác liều lượng phóng xạ sẽ giúp ích rất nhiều cho các sứ mệnh lên Mặt trăng trong tương lai và cung cấp chỉ dẫn quan trọng giúp khám phá các hành tinh khác như sao Hỏa trong tương lai. NASA đang có kế hoạch đưa con người lên Mặt Trăng vào năm 2024 với sứ mệnh Artemis và cho biết, họ có kế hoạch đưa các phi hành gia lên đây sống và làm việc lâu dài.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances mới đây.
Theo Newatlas / Phiêu Tuyết
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét