BOSTON - Đại dương magma rộng lớn của Trái đất, nằm sâu dưới chân chúng ta, dường như đang bơm oxy vào lõi chất lỏng của hành tinh. Và oxy đó đang hình thành các trận động đất và núi lửa trên khắp hành tinh của chúng ta.
Đó là kết luận của một cơ quan nghiên cứu của nhà vật lý Đại học London, Dario Alfe, đã trình bày hôm thứ ba (5/3) tại cuộc họp tháng 3 của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ. Mặc dù nó không thể quan sát oxy trong lõi của Trái đất trực tiếp - hàng ngàn dặm làm ngăn trở đá nóng mà xem - Alfe và cộng tác viên của mình sử dụng kết hợp dữ liệu địa chấn học, hóa học và kiến thức về lịch sử cổ đại của hệ thống năng lượng mặt trời của chúng tôi để rút ra kết luận của họ.
Các bằng chứng chính của một cái gì đó như oxy đang ẩn trong lõi sắt? Động đất. Những tiếng ầm ầm mà chúng ta cảm thấy trên bề mặt là kết quả của những con sóng di chuyển khắp toàn hành tinh của chúng ta. Và hành vi của những con sóng đó cung cấp manh mối cho nội dung của Trái đất - gần giống như siêu âm của toàn hành tinh.
Khi sóng động đất bật ra khỏi lõi và trở lại bề mặt, hình dạng của chúng chỉ ra rằng lõi ngoài bằng sắt lỏng có mật độ nhỏ hơn đáng kể so với lõi sắt rắn được điều áp bên trong nó. Và sự khác biệt mật độ đó tác động đến hình dạng của trận động đất và hành vi của núi lửa trên bề mặt. Nhưng đó không phải là cách mà sắt nguyên chất nên hành xử, Alfe nói với Live Science sau cuộc nói chuyện của mình.
"Nếu lõi là sắt nguyên chất, thì độ tương phản mật độ giữa lõi bên trong rắn và chất lỏng phải ở mức 1,5%", ông nói. "Nhưng địa chấn cho chúng ta biết nó giống hơn 5 phần trăm."
Nói cách khác, lõi bên ngoài ít đậm đặc hơn mức cần thiết, cho thấy có một số nguyên tố phi sắt được trộn lẫn vào nhau, làm cho nó nhẹ hơn.
Vì vậy, điều đó đặt ra câu hỏi: Tại sao phần tử nhẹ hơn sẽ được trộn lẫn với lõi bên ngoài mà không phải là lõi bên trong rắn?
Khi các nguyên tử ở trạng thái lỏng, chúng chảy tự do qua nhau, khiến cho các hỗn hợp các nguyên tố khác nhau có thể cùng tồn tại, ngay cả trong môi trường khắc nghiệt của Trái đất, Alfe nói. Nhưng khi áp lực cực lớn buộc lõi bên trong ở trạng thái rắn, các nguyên tử ở đó tạo thành một mạng lưới liên kết hóa học cứng hơn. Và cấu trúc chặt chẽ hơn không chứa các yếu tố nước ngoài một cách dễ dàng. Khi lõi rắn hình thành, nó sẽ có các nguyên tử oxy và các tạp chất khác vào môi trường xung quanh lỏng như kem đánh răng bắn ra từ một ống bị ép.
"Bạn thấy một hiệu ứng tương tự trong các tảng băng trôi", ông nói.
Khi nước muối trong đại dương đóng băng, nó sẽ loại bỏ tạp chất. Vì vậy, các tảng băng kết thúc như một khối nước ngọt rắn nổi trên đại dương giàu natri.
Không có bằng chứng trực tiếp cho thấy nguyên tố nhẹ hơn trong lõi chất lỏng là oxy, Alfe nói. Nhưng hành tinh của chúng ta hình thành từ những đám mây bụi của hệ mặt trời sơ khai và chúng ta biết những yếu tố nào có mặt ở đó.
Nhóm nghiên cứu loại trừ các yếu tố khác, như silicon, về mặt lý thuyết có thể có mặt trong lõi dựa trên cấu trúc của đám mây đó nhưng không giải thích được hiệu ứng quan sát được. Oxy được để lại là ứng cử viên có khả năng nhất, ông nói.
Hơn nữa, mức độ oxy về mặt lý thuyết hiện diện trong lõi dường như thấp hơn so với những gì hóa học sẽ dự đoán dựa trên hàm lượng oxy của lớp phủ. Điều đó cho thấy nhiều oxy hơn có thể được bơm hóa học vào lõi ngoài ngay cả ngày nay từ lớp phủ giàu oxy hơn bao quanh nó.
Khi được hỏi oxy trong lõi trông như thế nào, Alfe nói không tưởng tượng bong bóng hay thậm chí là rỉ sét hình thành khi sắt liên kết trực tiếp với oxy. Thay vào đó, ở những nhiệt độ và áp suất đó, các nguyên tử oxy sẽ trôi nổi tự do giữa các nguyên tử sắt, tạo ra những khối sắt nổi.
"Nếu bạn lấy một lô chất lỏng có 90 nguyên tử sắt và 10 nguyên tử oxy, thì bưu kiện này sẽ ít đậm đặc hơn một lô sắt nguyên chất", và vì vậy nó sẽ trôi nổi, Alfe nói.
Để giúp xác nhận những kết quả này, Alfe cho biết ông đang mong đợi kết quả của những nỗ lực đo neutrino hình thành trong hành tinh của chúng ta và tỏa ra bề mặt. Mặc dù "geoneutrinos" rất hiếm, ông nói, họ có thể cung cấp rất nhiều thông tin về những gì cụ thể đang diễn ra trên hành tinh khi chúng xuất hiện.
Nhưng không có cách nào truy cập trực tiếp vào lõi, các nhà vật lý sẽ luôn bị mắc kẹt khi đưa ra những đánh giá tốt nhất có thể về trang điểm của nó từ dữ liệu thứ cấp, hạn chế.
