Chúng ta đã nghĩ sai về Trái Đất

Từ trường, khối bong bóng từ tính bao quanh Trái Đất giúp giữ bầu khí quyển của Trái Đất đứng yên cũng như bảo vệ chúng ta khỏi bức xạ vũ trụ. Tuy nhiên sau vài triệu năm, các cực của từ trường lại thay đổi. Lần cuối cùng điều này xảy ra là khoảng 780.000 năm trước.

Tuy nhiên, những thay đổi của từ trường có thể nhanh hơn 10 lần so với suy nghĩ của các nhà khoa học và nhanh hơn 100 lần so với những gì được quan sát gần đây.

Vì sao từ trường Trái Đất thay đổi?

Magma nóng chảy nằm ở độ sâu hơn 2.800 km bên dưới mặt đất tạo ra các điện tích, từ đó xác định vị trí của các cực từ và định hình các đường sức từ vô hình bao quanh Trái Đất và nối các cực.

Các cực của từ trường trên Trái Đất có thể đảo nhanh hơn các nhà khoa học từng nghĩ. Ảnh: Los Alamos National Laboratory.

Tương tác giữa lõi Trái Đất và từ trường rất phức tạp. Dòng chảy song song của chúng tạo ra các điểm có từ tính mạnh ở một số nơi và yếu hơn ở những nơi khác, Christopher Davies, phó giáo sư tại trường Đại học Leeds cho biết. Bên cạnh đó, cường độ từ tính có thể thay đổi theo thời gian và ở các vị trí khác nhau ở lõi và trên bề mặt Trái Đất.

“Các dòng kim loại nóng chảy chạy một cách hỗn loạn, hiểu đơn giản nó như những giọt nước đang sôi chạy trên mặt chảo nóng”, ông Davies giải thích. “Vì vậy, sự tương tác giữa dòng chảy và từ trường thay đổi liên tục ở các vị trí trong lõi. Nói cách khác, khi lõi chất lỏng 'sôi', chuyển động đó tạo ra sự lên xuống trong lực từ ở các phần khác nhau của lõi, từ đó hình thành cách các vùng bị ảnh hưởng bởi từ trường” .

Một số tương tác đã được các nhà khoa học tìm thấy. Ví dụ như các mảng từ tính cực mạnh nằm ở những vĩ độ cao; từ trường có xu hướng trôi về phía Đông hoặc phía Tây; và một điểm có lực từ trường yếu nằm ở khu vực giữa châu Phi và Nam Mỹ, được gọi là vùng dị thường Nam Đại Tây Dương.

Nhiều thế kỷ trước, các ký hiệu thường được những thủy thủ ghi chép trong nhật ký điều hướng của tàu đã ghi lại những thay đổi trong từ trường. Trên thực tế, các quan sát gần đây cho thấy sức mạnh của từ trường đã suy yếu trong khoảng 160 năm qua, cho thấy các cực của từ trường trên Trái Đất hoàn toàn có thể thay đổi sớm hơn dự kiến.

Từ trường giúp bảo vệ Trái Đất khỏi những dòng năng lượng liên tục phóng ra từ phía Mặt Trời. Ảnh: Getty.

“Chúng tôi biết về sự thay đổi của các cực, nhưng vẫn còn nhiều điều để khám phá về hiện tượng thú vị này”, ông Davies cho biết. “Trong công việc của chúng tôi, chúng tôi thường đặt câu hỏi: Liệu từ trường có thể đổi hướng nhanh thế nào trong khoảng thời gian dài như vậy”?

Nơi nào từ trường đổi hướng nhanh nhất?

Để trả lời câu hỏi đó, Davies và Catherine Constable, giáo sư tại Viện Hải dương học Scripps ở San Diego, đã sử dụng một mô hình mới của từ trường bắt nguồn từ một tập dữ liệu lớn được ghi lại trong vòng 100.000 năm qua. Davies cho biết sự thay đổi của từ trường xuất hiện trong trầm tích biển, dòng dung nham nguội lạnh và thậm chí cả các cấu trúc do con người tạo ra.

“Tuy nhiên, giống như tất cả các mô hình xuất phát từ việc các quan sát trên bề mặt Trái Đất, nó chỉ có thể cho chúng ta một phần của hiện tượng; chúng ta không thể nhìn thấy chi tiết bên trong các lõi từ trường”, Davies nói thêm. “Do đó, chúng tôi đã kết hợp những kết quả này với các mô phỏng trên máy tính về vật lý tạo ra từ trường để phát ra các chuyển động của phần lõi”.

Khi các dòng năng lượng từ gió Mặt Trời hướng tới Trái Đất và tiếp xúc với từ trường hành tinh này, chúng tạo nên hiện tượng cực quang, thường quan sát được ở hai vùng cực. Ảnh: Shutterstock.

Davies và Constable phát hiện ra rằng từ trường có thể thay đổi hướng tới 10 độ mỗi năm ở những khu vực mà trường trọng lực đang suy yếu. Tốc độ này nhanh hơn khoảng 10 lần so với các mô hình trước đây và nhanh hơn khoảng 100 lần so với những thay đổi được thấy trong các quan sát hiện đại.

Các mô phỏng cho thấy khi các vùng của lõi nóng chảy đảo ngược hướng, hướng của từ trường sẽ thay đổi mạnh. Sự đảo ngược này xảy ra phổ biến hơn ở các điểm gần xích đạo.

Bằng chứng mới này cho thấy những nơi có vĩ độ thấp thường là nơi có sự thay đổi nhanh nhất. Do đó, các nhà khoa học nên hướng sự chú ý của họ đến những nơi này trong tương lai.