Mảng Kiến Tạo Dưới Tây Bắc Thái Bình Dương Đang Bị Xé Rách: Phát Hiện Mới Tại Cascadia

Bài viết phát hành:

Cập nhật lần cuối:

Có những phát hiện khoa học khiến chúng tôi phải đọc đi đọc lại vài lần vì khó tin rằng chúng có thật. Một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Science Advances vừa cho thấy bên dưới vùng biển Tây Bắc Thái Bình Dương, một phần của mảng đại dương đang chìm xuống lòng đất có dấu hiệu bị xé rách và tách thành nhiều mảnh. Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học có được hình ảnh rõ nét về một vùng hút chìm đang trên đường kết thúc, và nó mở ra nhiều manh mối mới về cách núi lửa và các cấu trúc địa chất hình thành trên Trái Đất.

Chuyện Gì Đang Xảy Ra Ngoài Khơi Đảo Vancouver?

Bên dưới vùng biển ngoài khơi đảo Vancouver, phía tây Canada, Trái Đất đang trải qua một quá trình kiến tạo diễn ra cực kỳ chậm nhưng có quy mô khổng lồ. Tại đây, hai mảng nhỏ là Juan de Fuca và Explorer đang bị đẩy xuống bên dưới mảng Bắc Mỹ. Khu vực này thuộc vùng hút chìm Cascadia, một ranh giới kiến tạo lớn chạy dọc bờ biển Tây Bắc Thái Bình Dương.

Nếu chỉ nhìn thoáng qua, đó là câu chuyện quen thuộc: lớp vỏ đại dương vừa lạnh vừa nặng chìm sâu vào lớp phủ. Nhưng nghiên cứu mới cho thấy câu chuyện không dừng ở đó. Phần mảng đang chìm có dấu hiệu bị xé rách, phân mảnh và tách thành nhiều phần, giống như một đoàn tàu đang từ từ trật bánh.

(Xem thêm: Động Đất Kép Cascadia Và San Andreas: Kịch Bản Tồi Tệ Hơn "The Big One" Mà Các Nhà Khoa Học Cảnh Báo)

Vùng Hút Chìm Là Gì Và Vì Sao Rất Quan Trọng?

Vùng hút chìm là nơi một mảng kiến tạo trượt xuống bên dưới mảng khác. Đây là một trong những lực kiến tạo mạnh nhất hành tinh, vì nó gắn liền với những trận động đất cực lớn, sóng thần và cả các chuỗi núi lửa.

Cơ chế sinh núi lửa diễn ra như sau. Khi mảng đại dương chìm xuống lớp phủ, nước và các chất dễ bay hơi trong nó bị giải phóng ở độ sâu lớn. Chúng làm thay đổi điều kiện nóng chảy của vật chất xung quanh và góp phần tạo ra magma. Magma sau đó dâng lên và nuôi các hệ thống núi lửa ở phía trên.

Nhưng một vùng hút chìm không tồn tại mãi. Theo thời gian địa chất, các mảng đổi hướng chuyển động, bị biến dạng và cuối cùng ngừng hoạt động. Vấn đề là chưa ai thấy rõ quá trình kết thúc ấy diễn ra thế nào. Các nhà khoa học nhận định rằng khởi động một vùng hút chìm đòi hỏi nỗ lực khổng lồ, nên việc hiểu cách nó dừng lại cũng quan trọng không kém.

Các Nhà Khoa Học Đã Nhìn Thấy Điều Này Bằng Cách Nào?

Dữ liệu đến từ chuyến khảo sát địa chấn Cascadia năm 2021 (CASIE21) do Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ tài trợ. Nhóm nghiên cứu dùng phương pháp phản xạ địa chấn, có thể hình dung như siêu âm lòng Trái Đất, kết hợp với hồ sơ động đất chi tiết. Nhờ vậy họ dựng được hình ảnh các đứt gãy và vết nứt nằm sâu dưới đáy biển.

Nghiên cứu do nhà địa chất Brandon Shuck của Đại học Bang Louisiana dẫn dắt cùng nhiều đồng nghiệp, và được công bố trên Science Advances. Theo chính ông, đây là lần đầu tiên có một bức tranh rõ ràng về vùng hút chìm đang trong giai đoạn cuối đời.

Những Vết Nứt Khổng Lồ Bên Trong Mảng Đang Chìm

Hình ảnh địa chấn cho thấy bên trong mảng Juan de Fuca có nhiều cấu trúc đứt gãy lớn. Một trong số đó là một đứt gãy khiến phần phiến đá bị dịch xuống khoảng 5 km theo phương thẳng đứng. Cần lưu ý rằng đây không phải vết nứt nhỏ trên bề mặt. Nó phản ánh sự biến dạng quy mô lớn của một mảng kiến tạo đang bị kéo căng, uốn cong và tách dần khi chìm xuống lớp phủ.

Một chi tiết khiến chúng tôi chú ý là phần mảng này chưa đứt hẳn. Theo lời nhóm nghiên cứu, có một đứt gãy lớn đang tích cực làm gãy mảng nhưng nó vẫn chưa bị xé hoàn toàn. Chúng ta đang nhìn thấy khoảnh khắc quá trình ấy còn dang dở, và đó là điều hiếm có.

Ảnh minh họa đứt gãy địa chất bên trong mảng kiến tạo dưới đáy biển
Ảnh minh họa đứt gãy địa chất dưới biển

Các Đứt Gãy Trượt Ngang Hoạt Động Như Chiếc Kéo Khổng Lồ

Theo nhóm nghiên cứu, vai trò then chốt thuộc về các ranh giới biến đổi (transform), tức những đứt gãy nơi hai mảng trượt ngang qua nhau. Chúng cắt ngang qua mảng đang chìm giống như những chiếc kéo tự nhiên, tách từng khối ra khỏi phần còn lại. Khối bị tách có thể trở thành một vi mảng độc lập, trong khi quá trình hút chìm vẫn tiếp diễn ở các đoạn lân cận.

Ngoài khơi đảo Vancouver, khu vực đứt gãy Nootka là nơi ranh giới này nằm giữa mảng Explorer và Juan de Fuca. Một nghiên cứu liên quan cho thấy tốc độ chìm ở hai bên khác nhau khá rõ, tạo ra sự chênh lệch lực kéo mà đứt gãy khai thác để xé mảng. Khi một đoạn bị rách, lực kéo xuống của nó yếu đi và dồn sang phần còn nguyên vẹn.

Vì Sao Một Số Khu Vực Gần Như Im Lặng Về Địa Chấn?

Một trong những dấu hiệu đáng chú ý nhất là sự khác biệt về hoạt động động đất dọc theo các đứt gãy. Ở một số đoạn, động đất vẫn xảy ra đều đặn. Ở những đoạn khác, hoạt động địa chấn yếu hoặc gần như im lặng.

Giải thích hợp lý là khi hai khối đá còn liên kết chặt, chuyển động tương đối giữa chúng tạo ứng suất và giải phóng năng lượng thành động đất. Nhưng khi một phần đã tách khỏi nhau, mối liên kết thay đổi và ứng suất không còn tích tụ theo cách cũ. Nói cách khác, sự im lặng đôi khi không có nghĩa là yên bình. Nó có thể là dấu hiệu cho thấy cấu trúc bên dưới đang đổi khác.

Vùng Hút Chìm Chết Dần Từng Mảnh, Không Phải Một Lần

Phát hiện quan trọng nhất của nghiên cứu là một vùng hút chìm không kết thúc theo kiểu đột ngột. Các nhà khoa học gọi đó là quá trình kết thúc theo giai đoạn, hay từng phần (episodic hoặc piecewise termination). Các đứt gãy lớn chia mảng kiến tạo thành nhiều đoạn nhỏ, và những đoạn này tiếp tục chuyển động theo các hướng khác nhau. Theo thời gian địa chất, một mảng lớn có thể biến thành tập hợp nhiều vi mảng.

Điều này còn giải thích được một bí ẩn cũ. Các nhà địa chất từng tìm thấy nhiều mảnh vỏ đại dương cổ đại ở nhiều nơi trên thế giới mà chưa hiểu vì sao chúng tồn tại. Nghiên cứu tại Cascadia gợi ý đó là phần còn sót lại của các vùng hút chìm đã tan rã theo cách tương tự, khi mỗi mảnh vỡ để lại một dấu vết địa chất.

Cửa Sổ Phiến Chìm Có Thể Thay Đổi Hoạt Động Núi Lửa

Với giới nghiên cứu núi lửa, đây là phần hấp dẫn nhất. Khi một mảnh phiến chìm bị tách khỏi phần còn lại, có thể hình thành một khoảng trống bên trong hệ thống hút chìm. Địa chất học gọi cấu trúc này là cửa sổ phiến chìm (slab window).

Bình thường, phiến lạnh đang chìm giữ vai trò điều tiết sự tương tác giữa lớp vỏ và lớp phủ. Khi nó bị đứt và để lại khoảng trống, vật chất nóng hơn từ lớp phủ có thể trồi lên qua đó. Nhiệt độ và thành phần hóa học của vùng phía trên vì thế thay đổi, kéo theo quá trình hình thành magma thay đổi. Khi magma khác đi, hoạt động núi lửa cũng có thể khác đi.

Đây là lý do việc quan sát một vùng hút chìm đang tan rã có ý nghĩa lớn với khoa học núi lửa. Chúng tôi coi đây là một cơ hội hiếm để xem tận mắt phần mở đầu của chuỗi sự kiện mà bình thường chỉ đọc được qua dấu tích hàng triệu năm tuổi.

Phát Hiện Này Có Báo Hiệu Thảm Họa Ở Cascadia Không?

Không. Đây là điểm cần hiểu rõ nhất. Phát hiện không có nghĩa là Cascadia sắp có một trận động đất lớn trong tương lai gần. Các quá trình trong nghiên cứu diễn ra trên thang thời gian địa chất, có thể kéo dài hàng triệu năm.

Đồng thời, cũng không nên hiểu rằng nguy cơ đã biến mất. Vùng hút chìm Cascadia vẫn có thể sinh ra động đất và sóng thần rất lớn. Giá trị thực tế của nghiên cứu nằm ở chỗ nó giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn lịch sử tiến hóa của hệ thống này, và các đứt gãy mới phát hiện có thể ảnh hưởng đến cách vết nứt động đất lan truyền. Nghiên cứu không cho phép dự đoán chính xác thời điểm một trận động đất xảy ra.

Một Bức Ảnh Hiếm Về Sự Kết Thúc Của Vùng Hút Chìm

Trong nhiều năm, giới địa chất đã biết các vùng hút chìm rồi sẽ ngừng hoạt động. Nhưng quan sát trực tiếp quá trình này gần như bất khả thi, vì nó diễn ra sâu dưới lòng đất và kéo dài quá lâu so với đời người.

Vì vậy, phát hiện tại Cascadia mang giá trị đặc biệt. Nó cung cấp thêm bằng chứng cho giả thuyết rằng vùng hút chìm có thể phân rã từ từ thành nhiều phần thay vì biến mất cùng lúc. Từ những vết nứt sâu bên trong mảng, đến sự hình thành vi mảng, đến những thay đổi có thể xảy ra trong dòng vật chất của lớp phủ, tất cả cho thấy lớp vỏ Trái Đất không hề bất động. Chỉ là phần lớn chuyển động ấy chậm đến mức con người không thể cảm nhận.

Câu Hỏi Thường Gặp

  • Vùng hút chìm Cascadia nằm ở đâu? Chạy dọc bờ biển Tây Bắc Thái Bình Dương, nơi các mảng Juan de Fuca và Explorer chìm xuống bên dưới mảng Bắc Mỹ. Khu vực nghiên cứu nằm ngoài khơi đảo Vancouver, Canada.
  • Phát hiện này được công bố ở đâu? Trên tạp chí Science Advances, do nhóm của nhà địa chất Brandon Shuck thực hiện.
  • Mảng kiến tạo bị xé rách có làm xảy ra động đất lớn ngay không? Không. Quá trình này diễn ra trên thang thời gian địa chất. Cascadia vẫn có nguy cơ động đất và sóng thần, nhưng nghiên cứu không dùng được để dự báo thời điểm.
  • Cửa sổ phiến chìm là gì? Là khoảng trống hình thành khi một phần phiến kiến tạo đang chìm bị đứt, cho phép vật chất nóng từ lớp phủ trồi lên và có thể làm thay đổi hoạt động núi lửa.
  • Vi mảng hình thành như thế nào? Khi các đứt gãy trượt ngang cắt một đoạn ra khỏi mảng đang chìm, đoạn đó trở thành một mảnh nhỏ độc lập chuyển động theo hướng riêng.

Kết Luận

Bên dưới lớp đất và nước tưởng như vững chắc, Trái Đất vẫn đang chuyển động từng ngày. Nghiên cứu tại Cascadia cho chúng ta thấy một vùng hút chìm đang tan rã từng mảnh, một khoảnh khắc mà hầu hết các nhà địa chất trước đây chỉ có thể suy luận. Với chúng tôi, điều đáng suy ngẫm là những biến đổi diễn ra ở độ sâu hàng chục đến hàng trăm ki-lô-mét cuối cùng lại có thể liên quan đến những gì con người thấy trên mặt đất, từ động đất, địa hình cho đến núi lửa.

Nguồn tham khảo:

(Bài viết chỉ mang tính chất tham khảo)

Bài liên quan