Giải mã bí ẩn vì sao lõi Trái đất đang rò rỉ

Lõi Trái đất đang rò rỉ heli-3, một nguyên tố hiếm có thể là nhiên liệu cho phản ứng tổng hợp hạt nhân và có thể là chìa khóa dẫn đến nguồn gốc sự sống.

Các nhà khoa học cho rằng họ có thể đã giải quyết được bí ẩn về cách heli-3, nguyên tố hiếm thu hút sự quan tâm về một nguồn nhiên liệu tiềm năng cho các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân, đang rò rỉ ra khỏi lõi Trái đất - theo một nghiên cứu mới.

Nghiên cứu trên cho rằng vật liệu cổ này thấm ra từ lõi vào các lớp ngoài của Trái đất, tức là lớp phủ và lớp vỏ, do các phản ứng với oxit magie.

Phát hiện này có thể giúp khám phá các vùng bên trong bí ẩn của Trái đất, cũng như tìm hiểu sự sống xuất hiện trên Trái đất như thế nào và liệu có thể tồn tại ở các nơi khác trong vũ trụ hay không.

Heli-3 là một đồng vị của nguyên tố heli, chỉ có một neutron trong hạt nhân của nó thay vì hai. Hầu hết heli-3 được hình thành ngay sau sự hình thành của vũ trụ, khiến nó chỉ "trẻ tuổi" hơn vũ trụ một chút.

Ảnh minh họa: Getty Images

Ngoài nguồn gốc ban đầu này, heli-3 là chủ đề nóng bỏng đối với các nhà khoa học đang nghiên cứu về , đang khám phá một hình thức khả thi có thể cung cấp năng lượng sạch không giới hạn. Tính chất của heli-3 khiến nó trở thành nguồn nhiên liệu tiềm năng cho các phản ứng tổng hợp. Vì lý do đó, một ví dụ là các nhà khoa học đang nghiên cứu cách khai thác heli-3 "mắc kẹt" trên Mặt Trăng.

Khi Trái đất bắt đầu hình thành từ khí và bụi khoảng 4,5 tỷ năm trước, heli-3 nguyên thủy đã được ép vào hỗn hợp. Kết quả, các vùng chứa lớn chất đồng vị này đã bị khóa trong lõi của Trái đất, nằm khoảng 2.900km dưới chân chúng ta. Heli-3 rất hiếm trên bề mặt Trái đất, nhưng các dấu vết của nó có thể được tìm thấy trong đá núi lửa ở đại dương, cho thấy rằng có một cơ chế chưa được biết đến đang cho phép khí thoát ra khỏi lõi.

Hiên tại, có hai nhà khoa học đã đề xuất rằng, một khoáng chất gọi là oxit magie (MgO), phổ biến trong lõi Trái đất, có thể hỗ trợ heli-3 từ lõi rò rỉ lên vỏ Trái đất và xa hơn nữa.

Ngoài việc giải thích về cách nguyên tố hiếm heli-3 thoát ra khỏi lõi Trái đất, đề tài nghiên cứu này còn cung cấp một "con đường để khám phá các quá trình trong lõi", giúp phát hiện ra cách mà Trái đất trở thành nơi xuất hiện sự sống. Điều này được báo cáo trong một nghiên cứu mới được đăng trên tạp chí Nature Geoscience.

Theo các tác giả của nghiên cứu, Jie Deng và Zhixue Du, hai nhà địa vật lý đến từ Đại học Princeton (Mỹ) và Viện Hóa thạch Địa chất Quảng Châu (Trung Quốc): "heli được coi là chỉ dấu chính cho các quá trình sâu bên trong Trái đất vì lõi được cho là nơi chứa đồng vị nguyên thủy heli-3”.

"Tuy nhiên, cách heli di chuyển từ lõi đến vỏ Trái đất vẫn chưa rõ ràng", nhóm nghiên cứu cho biết.

Họ giải thích: “Ở đây, chúng tôi sử dụng các tính toán để chỉ ra rằng heli dễ nhập vào magie oxit ở vùng ranh giới giữa lõi và lớp phủ Trái đất. Điều này cho thấy rằng magie oxit thoát ra từ lõi có thể đưa một lượng đáng kể heli vào lớp phủ".

Jie Deng và Zhixue Du không phải là những nhà khoa học đầu tiên nhận ra rằng hợp chất magie oxit trong lõi Trái đất có thể đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình ảnh hưởng đến sự sống trên bề mặt Trái đất. Các nghiên cứu trước đó đã cho thấy rằng sự di chuyển của MgO từ lõi lên trên đã giúp tạo ra động lực học của Trái đất trong vài tỷ năm qua, tạo ra từ trường của hành tinh. Từ trường này bảo vệ chúng ta khỏi bức xạ độc hại và ổn định bầu khí quyển mà chúng ta cần để duy trì sự sống.

Khi MgO trôi nổi lên đến ranh giới giữa lõi ngoài (tạo thành bởi chất lỏng) và lớp phủ của Trái đất, nơi nhiệt độ thấp hơn so với lõi, nó sẽ "phân giải", có nghĩa là chuyển từ một khoáng chất đồng nhất thành các pha tinh thể riêng biệt. MgO kéo theo heli-3 cùng với nó từ lõi sắt lỏng hỗn hợp đến ranh giới giữa lõi và lớp phủ Trái đất, nơi quá trình phân giải mang cả hai chất vào trong lòng lớp phủ.

Hai nhà khoa học Deng và Du cho biết trong nghiên cứu của họ: “Sự đối lưu rộng khắp vùng lõi này, được thúc đẩy bởi sự giải phóng MgO, có thể vận chuyển heli một cách hiệu quả từ vùng sâu của lõi đến ranh giới giữa lõi và lớp phủ".

“Chúng tôi cũng mô hình hoá lưu lượng heli dự kiến do phân giải magie oxit kể từ khi hình thành lõi, cho thấy rằng magie oxit phân giải từ lõi có thể đã cung cấp liên tục heli từ lõi vào lớp phủ trong suốt phần lớn lịch sử Trái đất, in dấu heli nguyên thủy vào vật chất ở lớp phủ” - các nhà nghiên cứu lưu ý.

Trong khi hai nhà khoa học nói rằng cần thêm nghiên cứu để hiểu rõ các quá trình này, nghiên cứu mới của họ đã đưa ra một mảnh ghép mới cho bí ẩn về lõi Trái đất, vùng xa nhất của thế giới chúng ta, và xác định nguồn gốc bí ẩn của heli-3 trên bề mặt hành tinh.

Ngoài ra, hai ông Deng và Du đã đề xuất rằng quá trình phân giải khoáng chất từ lõi có thể làm giàu lớp phủ và lớp vỏ với nhiều nguyên tố khác nhau, bao gồm các thành phần đã dẫn đến sự xuất hiện của sự sống trên Trái đất.