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 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 khiên' 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.
Bởi thế, không có gì ngạc nhiên khi giới khoa học lên tiếng cảnh báo hồi đầu năm 2019 khi họ nhận thấy từ trường có biểu hiện bất thường: Cực từ phía Bắc đang di chuyển rất nhanh về phía Siberia.
Trong khi các nhà vật lý học đang chuẩn bị đưa ra mô hình cập nhật từ trường Trái Đất 5 năm một lần thì việc từ trường di chuyển kỳ lạ như vậy đã đặt ra cho giới vật lý câu hỏi cấp bách: Liệu từ trường Trái Đất có chuẩn bị đảo chiều?
01.
Từ trường và đảo cực địa từ
Hiểu về 'tấm khiên' bảo vệ sự sống của Trái Đất
Từ trường Trái Đất đảo chiều (còn gọi là đảo cực địa từ) là sự thay đổi hướng (vị trí Bắc từ và Nam từ thay đổi cho nhau) của từ trường Trái Đất.
Giới khoa học phân tích:
Trạng thái từ tính của hành tinh chúng ta thay đổi liên tục. Chu kỳ cho mỗi lần đảo cực địa từ trung bình là 450.000 năm (hoặc hơn) diễn ra một lần. Mỗi một lần từ trường đảo cực diễn ra thường kéo dài từ 1 thế kỷ đến 10 thế kỷ (cụ thể là từ 1.000 năm đến 10.000 năm).
Theo công trình khoa học công bố trên Tạp chí khoa học Science Advances do Giáo sư khoa học địa chất Brad Singer thuộc Đại học Wisconsin–Madison (Mỹ) là tác giả chính thì đảo cực địa từ diễn ra gần đây nhất có tên đảo ngược Brunhes-Matuyama, diễn ra cách đây 780.000 năm vào giữa kỷ Đệ tứ.
Từ trường là 'tấm khiên' bảo vệ sự sống của Trái Đất. Ảnh: Roen Kelly/Discover Magazine
Nghiên cứu mới nhất về từ trường của tập thể các tác giả cho hay, việc phân tích kết hợp các mẫu dung nham, trầm tích đại dương và lõi băng cho phép các nhà khoa học có thể theo dõi tiến trình của sự đảo ngược từ trường Trái Đất này chính xác hơn và chứng minh rằng mô hình của nó dài hơn và phức tạp hơn so với đề xuất của các mô hình trước đó.
Nếu như các nghiên cứu trước đây cho rằng, tất cả các lần từ trường đảo cực đều trải qua 3 giai đoạn trong khoảng thời gian không quá 9.000 năm, thì nhóm của giáo sư Brad Singer phát hiện ra quá trình đảo cực phức tạp hơn nhiều, quá trình này mất 22.000 năm để hoàn thành.
Giáo sư Brad Singer khẳng định: Hiểu rõ về quá trình đảo cực địa từ đóng vai trò rất quan trọng đối với nền văn minh Trái Đất trong tương lai, vì từ trường dịch chuyển có thể có tác động sâu rộng lên khắp hành tinh chúng ta.
Giáo sư khoa học địa chất Brad Singer, tác giả chính của công trình nghiên cứu về từ trường đảo cực. Nguồn: Geoscience.wisc.edu
Cụ thể, trong quá trình đảo cực địa từ, từ trường sẽ yếu đi. Lưỡng cực từ trường sẽ 'sụp đổ' chỉ còn 10% sức mạnh bình thường của nó. Sự sụp đổ này có thể gây rắc rối cho sự sống trên Trái Đất. Vì chỉ khi từ trường mạnh mới có thể làm ổn định các phân tử ozone trong bầu khí quyển để tạo thành 'lớp khiên' vững chắc bảo vệ hành tinh khỏi bức xạ tia cực tím.
Giáo sư Brad Singer cho biết: Đảo cực địa từ là một trong số ít các hiện tượng vật lý thực sự mang tính toàn cầu. Quá trình này bắt nguồn từ nơi sâu nhất của Trái Đất nhưng lại có tác động lên toàn bộ bề mặt hành tinh chúng ta, cũng như tác động lên bầu khí quyển (từ quyển1) theo những cách rất quan trọng.
Trước đây, việc xác định đảo cực địa từ dựa trên các 'vằn từ' ở các sống núi đại dương, việc kết hợp phân tích 'vằn từ' từ các mẫu dung nham, trầm tích đại dương và lõi băng mở ra bước tiến mới trên hành trình tìm hiểu những bí mật diễn ra trong lòng Trái Đất, trong đó có từ trường và sự đảo cực của nó.
Phát hiện này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của từ trường Trái Đất, cho phép các nhà khoa học dự đoán được thời gian của đảo cực địa từ tiếp theo.
Giải thích ngắn gọn cho việc xuất hiện từ trường Trái Đất, giáo sư Brad Singer nói: Nguồn gốc từ trường xuất hiện từ lõi Trái Đất. Nhiệt độ hơn 5.000 độ C từ lõi trong khiến sắt tan chảy quanh nó và lưu thông như một nồi nước nóng. Sự chuyển động của kim loại lỏng trong lõi của Trái Đất đã tạo ra từ trường. Khi Trái Đất quay trong, từ trường gần như thẳng hàng với trục quay, tạo ra cực Bắc từ và cực Nam từ.
Trong 2,6 triệu năm qua, từ trường Trái Đất đã đảo cực 10 lần, chưa kể 20 lần gần như đảo cực trong các sự kiện mà khoa học gọi là từ trường chệch hướng hay lệch địa từ.
Một số nhà nghiên cứu tin rằng, đảo cực địa từ gây ra bởi sự nhiễu loạn trong sự cân bằng giữa vòng quay Trái Đất và nhiệt độ ở lõi Trái Đất, làm thay đổi chuyển động của khối kim loại lỏng khiến từ trường đảo cực. Tuy nhiên, theo các nhà khoa học, quá trình chính xác của từ trường đảo cực vẫn còn nhiều bí ẩn.
02.
Từ trường Trái Đất đang suy yếu với tốc độ 5% mỗi thế kỷ
Sau khi công trình nghiên cứu mà nhóm của giáo sư Brad Singer công bố, các nhà khoa học quốc tế đã đưa ra nhiều ý kiến bình luận.
James Channell, nhà địa vật lý của Đại học Florida (Mỹ) cho biết: Phát hiện mới mới đặt ra một vấn đề lớn rằng liệu sự kiện từ trường Trái Đất đảo ngược tiếp theo có phức tạp hơn, với thời lượng kéo dài hơn không? Và 'biểu hiện lạ' của từ trường Trái Đất (cực từ phía Bắc đang nhanh chóng trôi về phía Siberia) có phải là dấu hiệu báo trước cho sự kiện đảo cực địa từ tiếp theo?
Chỉ khi từ trường mạnh mới có thể làm ổn định các phân tử ozone trong bầu khí quyển để tạo thành 'lớp khiên' vững chắc bảo vệ hành tinh khỏi bức xạ tia cực tím. Ảnh minh họa: Newsweek
Jean-Pierre Valet, chuyên gia thuộc Viện Vật lý Trái đất Paris (Pháp) lại đặt câu hỏi về thời gian đảo cực địa từ. Ông lập luận rằng, toàn bộ quá trình diễn ra đảo cực địa từ có thể dao động từ 13.000 năm đến 40.000 năm (lâu hơn khoảng thời gian mà nhóm của giáo sư Brad Singer đưa ra).
200 năm trở lại đây, từ trường Trái Đất đã suy yếu với tốc độ 5% mỗi thế kỷ. Nếu sự suy yếu này cộng với 'biểu hiện lạ' của từ trường ở phía Bắc là dấu hiệu cho thấy từ trường Trái Đất bắt đầu đảo cực thì nó sẽ mang đến nhiều rắc rối cho hành tinh chúng ta.
Đơn cử, nó có tác động nghiêm trọng đến các công nghệ dựa vào vệ tinh bởi khi từ quyển yếu đi các vệ tinh có thể bị phá hủy bởi bức xạ vũ trụ.
Dù cực từ phía Bắc đang di chuyển rất nhanh về phía Siberia thì theo nhận định của giáo sư Brad Singer, từ trường đảo cực chưa có khả năng sẽ xảy ra trong vài thiên niên kỷ tới.
"Dự báo này giúp nhân loại có thể có đủ thời gian để phát triển công nghệ có khả năng 'sống sót' trước bức xạ vũ trụ. Đến lúc ấy, đừng ngạc nhiên khi bạn nhận thấy la bàn của bạn thay đổi một hoặc hai độ." - Giáo sư Brad Singer kết luận.
Chú thích:
(1) Từ quyển là vùng không gian bao quanh một hành tinh, được điều khiển bởi từ trường của hành tinh đó.
Chuyển dịch từ: Smithsonian Magazine
* Đọc bài cùng tác giả Trang Ly tại đây.