Từng có một đại dương cổ tồn tại ở Ấn Độ Dương?

Các nhà khoa học phát hiện một “lỗ hổng trọng lực” ở Ấn Độ Dương, nơi lực hấp dẫn của Trái đất ở mức thấp nhất khiến khối lượng mọi vật tại đây nhẹ hơn bình thường.

Sự bất thường này đã khiến các nhà địa chất bối rối trong một thời gian dài. Mới đây, các nhà nghiên cứu từ Viện Khoa học Ấn Độ ở Bengaluru, Ấn Độ, đã tìm ra lời giải thích cho sự hình thành của lỗ hổng này. Đó là do những khối đá nóng chảy mắc ma (magma) hình thành sâu bên trong hành tinh bị các vỉa chìm của một mảng kiến tạo trước đây làm xáo trộn.

Để đi đến giả thuyết này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng máy tính để mô phỏng sự hình thành của khu vực này từ 140 triệu năm trước. Những phát hiện này đã được trình bày chi tiết trong một nghiên cứu được công bố gần đây trên tạp chí Geophysical Research Letters, xoay quanh một đại dương cổ đại đã không còn tồn tại.

Con người vẫn thường nghĩ về Trái đất như một khối cầu hoàn hảo, tuy nhiên thực tế lại khác xa với lý thuyết. Cả Trái đất và trường hấp dẫn của Trái đất đều không phải hình khối cầu hoàn hảo. Do trọng lực này tỉ lệ thuận với khối lượng nên hình dạng trường hấp dẫn của hành tinh phụ thuộc vào sự phân bổ khối lượng bên trong.

Đồng tác giả nghiên cứu Attreyee Ghosh, nhà địa vật lý và phó giáo sư tại Trung tâm Khoa học Trái đất thuộc Viện Khoa học Ấn Độ cho biết: “Trái đất về cơ bản là một củ khoai tây sần sùi. Vì vậy, về mặt kỹ thuật, nó không phải là hình cầu, mà là hình elip, bởi vì khi hành tinh quay, phần giữa phình ra bên ngoài”.

Hành tinh của chúng ta không đồng nhất về mật độ và tính chất của nó, với một số khu vực có bề dày lớn hơn những khu vực khác - điều này ảnh hưởng đáng kể đến bề mặt Trái đất và lực hấp dẫn khác nhau của Trái đất lên các điểm này. Thử hình dung bề mặt Trái đất hoàn toàn được một đại dương tĩnh lặng bao phủ, sự biến đổi trường hấp dẫn của hành tinh có thể tạo ra những chỗ phình ra và lõm vào trên đại dương tưởng tượng này.

Tương ứng với đó, sẽ có những khu vực có khối lượng lớn hơn và những khu vực có khối lượng nhỏ hơn. Hình dạng thu được - gọi là geoid - xuất hiện các u nhỏ, không đều nhau như cục bột nhào.

Điểm thấp nhất trên geoid của Trái đất là một vùng trũng hình tròn nằm ở Ấn Độ Dương, thấp hơn mực nước biển trung bình 105 m. Đây chính là “hố trọng lực” của Trái đất.

Điểm bắt đầu của “hố trọng lực” ở Ấn Độ Dương nằm ở ngay ngoài mũi phía nam của Ấn Độ và có diện tích khoảng 3 triệu km2. Sự tồn tại của hố này lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà địa vật lý người Hà Lan Felix Andries Vening Meinesz vào năm 1948, trong một cuộc khảo sát trọng lực từ một con tàu.

“Cho đến nay, đó là mức thấp nhất trên geoid của Trái đất và nó vẫn chưa được giải thích chính xác”, bà Ghosh nói.

Để tìm ra câu trả lời, bà Ghosh và các đồng nghiệp đã sử dụng mô hình máy tính mô phỏng lại khu vực này vào 140 triệu năm trước để quan sát bức tranh toàn cảnh về mặt địa chất. Từ điểm xuất phát đó, nhóm đã thực hiện 19 cuộc mô phỏng cho đến ngày nay, tái tạo lại sự dịch chuyển của các mảng kiến tạo và những thay đổi của lớp phủ trong 140 triệu năm qua.

Với mỗi mô phỏng, nhóm nhà khoa học thay đổi các tham số ảnh hưởng tới sự hình thành các chùm magma dưới lớp phủ ở Ấn Độ Dương. Sau đó, họ so sánh hình dạng của geoid thu được từ các mô phỏng khác nhau với geoid thực sự của Trái đất thu được bằng các quan sát vệ tinh.

6 trên tổng số 19 kịch bản được đưa ra cùng dẫn đến kết luận rằng, một mức geoid thấp có hình dạng và biên độ tương tự như trường hợp ở Ấn Độ Dương đã hình thành. Với mỗi mô phỏng trong số này, vùng geoid thấp ở Ấn Độ Dương có những luồng magma nóng, mật độ thấp bao quanh.

Những chùm magma kết hợp với các cấu trúc xung quanh của lớp phủ, có thể giải thích cho hình dạng và biên độ của geoid thấp. Đây cũng là nguyên nhân hình thành “lỗ trọng lực”, chuyên gia Ghosh giải thích.

Các mô phỏng đã được chạy với các tham số khác nhau về mật độ của magma. Điều đáng chú ý là trong những mô phỏng không có các chùm khói do chùm magma tạo ra, mức geoid thấp không hình thành.

Bà Ghosh cho biết bản thân những chùm khói này bắt nguồn từ sự biến mất của một đại dương cổ đại khi vùng Ấn Độ Dương trôi dạt và cuối cùng va chạm với châu Á hàng chục triệu năm trước.

“Ấn Độ Dương nằm ở vị trí hoàn toàn khác vào 140 triệu năm trước, và có một đại dương nằm giữa mảng kiến tạo Ấn Độ Dương và châu Á. Ấn Độ Dương sau đó bắt đầu di chuyển về phía bắc khiến đại dương này biến mất và thu hẹp lại khoảng cách giữa Ấn Độ Dương và châu Á”, bà Ghosh giải thích.

Khi mảng Ấn Độ tách ra khỏi siêu lục địa Gondwana để va chạm với mảng Á - Âu, mảng Tethys hình thành đại dương giữa các mảng kể trên đã bị hút chìm vào trong lớp phủ.

Trải qua hàng chục triệu năm, các vỉa của mảng Tethys chìm xuống lớp phủ bên dưới, khuấy động một vùng magma nóng bên dưới khu vực phía đông châu Phi. Từ đó thúc đẩy sự hình thành các đám khói, tạo ra các chùm magma mang vật chất có mật độ thấp đến gần bề mặt Trái đất hơn.

Tuy nhiên, chuyên gia Himangshu Paul tại Viện nghiên cứu địa vật lí quốc gia ở Ấn Độ lưu ý, không có bằng chứng địa chấn rõ ràng nào cho thấy các chùm magma mô phỏng thực sự có hiện diện ở dưới Ấn Độ Dương.

Ông cho rằng, vẫn còn những yếu tố khác chưa được khám phá đằng sau geoid thấp, như vị trí chính xác của các vỉa Tethys cổ đại. "Trong các mô phỏng không thể bắt chước chính xác những gì diễn ra tự nhiên", ông nói.

Chuyên gia Bernhard Steinberger tại Trung tâm Nghiên cứu Đức về Khoa học Địa chất nhận định, những mô hình mới cho thấy geoid thấp có liên quan nhiều đến các chùm magma và vỉa bao quanh nó hơn là bất kì cấu trúc cụ thể nào bên dưới.