Đã giải xong bài toán ‘silicon còn thiếu’

Các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản vừa có trong tay bằng chứng mới rằng lớp bao dưới của Trái đất có chứa nhiều silicon hơn lớp bao trên. Các kết quả cho thấy thành phần silicate của Trái đất khớp với loại thiên thạch được cho là tồn tại trong tinh vân mặt trời từ đó Trái đất đã ra đời.

Lớp bao của Trái đất có thể chia làm ba phần: lớp bao trên, trải từ lớp vỏ mỏng phía trên xuống sâu khoảng 400 km; một vùng chuyển tiếp khoảng chừng 250 km; và cuối cùng là lớp bao dưới, trải từ vùng chuyển tiếp xuống sâu khoảng 2900 km. Đa số các nhà địa chất học thống nhất rằng lớp bao trên chủ yếu gồm peridoite, một loại đá lửa đặc chứa hàm lượng cao khoáng chất olivine (Mg,Fe)₂SiO₄. Ở vùng chuyển tiếp, một sự biến đổi phương thức truyền sóng địa chấn thường được giải thích bởi một sự chuyển pha trong cấu trúc của olivine, cho thấy lớp bao dưới cũng có thành phần periodite. Tuy nhiên, nếu điều này đúng thì Trái đất sẽ chứa ít silicon hơn nhiều so với các thiên thạch chondritic – loại thiên thạch được cho là tồn tại vào lúc hình thành nên Trái đất.

Minh họa cấu trúc bên trong của Trái đất

Nhiều hay ít silicon hơn?

Trước đây, “bài toán silicon còn thiếu” này đã gây nhiều tranh cãi. Một số nhà địa chất học tin rằng phần silicon còn thiếu đó phải nằm trong nhân Trái đất, còn những người khác thì rằng lớp bao dưới phải chứa một nguồn silicon nữa. Thậm chí còn có một đề xuất rằng các thiên thạch từ đó hình thành nên Trái đất chứa ít silicon hơn so với người ta thường nghĩ.

Nay nhà địa vật lí Motohiko Murakami thuộc trường Đại học Tohoku ở Sendai và các đồng sự khẳng định đã giải được bài toán silicon còn thiếu đó. Họ tin rằng lớp bao dưới thật ra chứa nhiều silicon hơn lớp bao trên – điều này phù hợp với giả thuyết Trái đất đã ra đời từ các thiên thạch chondritic. “Kết quả chính của nghiên cứu của chúng tôi là lớp bao có cấu trúc phân tầng hóa học với lớp bao dưới giàu silicon hơn so với lớp bao trên,” Murakami nói.

Murakami và các đồng sự đã tiến hành những phép đo vận tốc sóng địa chấn trong phòng thí nghiệm trên hai khoáng chất có thể có mặt ở lớp bao dưới – silicate perovskite, hay (Mg Fe)SiO₃, và ferropericlase, hay (Mg,Fe)O – dưới áp suất và nhiệt độ rất cao. So sánh những số đo này với số liệu vận tốc địa chấn thực tế, các nhà nghiên cứu tìm thấy hơn 93% lớp bao dưới có thành phần perovskite, khoáng chất giàu silicon.

James Connolly, một nhà địa chất học tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ ở Zurich, cho biết trong những năm gần đây đã có một xu hướng trong các mô hình địa chấn hướng tới một lớp bao dưới giàu silicon, mặc dù theo ông sự giàu silicon mà Murakami và các đồng nghiệp nêu ra là “cực độ nhất” mà ông từng thấy. Ông nghĩ các kết luận của nhóm nghiên cứu người Nhật là hấp dẫn vì chúng củng cố cho quan niệm rằng lớp bao có hai lớp tách biệt lưu thông độc lập nhau, và Trái đất đã ra đời từ sự bồi tụ của các thiên thạch chondritic. “Tính phổ biến của những giả thuyết này đã dần lộ diện trong những năm gần đây,” ông nói.

Còn chút bất định

Tuy nhiên, nhà địa vật lí Baosheng Li thuộc trường Đại học Stony Brook ở New York nghĩ rằng có lẽ còn có một trục trặc ở mô hình của các nhà nghiên cứu người Nhật. Ví dụ, ông cho biết có một “sai số lớn” trong các phép đo nhiệt độ của họ, làm ảnh hưởng đến những kết luận của họ. Tuy nhiên, theo ông, các kĩ thuật của nhóm người Nhật nói chung là tiên tiến. “Tôi thấy bài báo này thú vị, mặc dù theo quan điểm cá nhân tôi thì cần có thêm dữ liệu nữa mới xác nhận được lớp bao dưới là nơi chứa phần ‘silicon còn thiếu’,” ông nói.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature.

Hoài Ân – thuvienvatly.com
Theo physicsworld.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email

Thêm ý kiến của bạn