Một sơ đồ của thiên quyển, nơi một nhóm nghiên cứu bao gồm cả Cornell đã phát hiện ra một lớp toàn cầu bị tan chảy một phần (được hiển thị bằng màu đỏ lốm đốm). Ảnh: Junlin Hua, Đại học Cornell

Nằm ở độ sâu tối đa khoảng 100 dặm và với nhiệt độ vượt quá 2.600 độ F (1.400 độ C), những tảng đá cháy xém này được bao bọc trong một vùng vật chất yếu được gọi là quyển mềm, nếu không có những lớp trên của Trái đất sẽ quá cứng đối với các mảng kiến ​​tạo để di chuyển.

“Các nghiên cứu trước đây đã gợi ý rằng có thể có một lớp tan chảy trong thiên quyển, nhưng câu hỏi đặt ra là chúng ta có thể phát hiện ra nó trên toàn cầu không, và bên cạnh hình ảnh địa chấn, những công cụ nào khác có thể được sử dụng để đánh giá tầm quan trọng toàn cầu?” đồng tác giả nghiên cứu Esteban Gazel, Giáo sư Kỹ thuật Charles N. Mellowes tại Khoa Khoa học Trái đất và Khí quyển của Đại học Cornell cho biết.

“Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng chúng tôi không chỉ có thể phát hiện ra nó trên toàn cầu trong dữ liệu địa chấn mà còn phù hợp với hồ sơ được lưu trữ trong thành phần hóa học của dung nham được thu thập từ bề mặt hành tinh và nó đang lan rộng.”

Nghiên cứu trước đây cũng gợi ý rằng đá nóng chảy có thể giúp 'làm mềm' thiên quyển, giống như sô cô la khi nó bắt đầu tan chảy. Phát hiện mới, trên thực tế, cho thấy không phải vậy.

Junlin Hua, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Texas ở Austin, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: “Khi chúng ta nghĩ về một thứ gì đó tan chảy, theo trực giác, chúng ta nghĩ rằng sự tan chảy phải đóng một vai trò lớn trong độ nhớt của vật liệu. “Nhưng những gì chúng tôi tìm thấy là ngay cả khi tỷ lệ tan chảy khá cao, ảnh hưởng của nó đối với dòng chảy của lớp phủ là rất nhỏ.”

Nghiên cứu được công bố vào ngày 6 tháng 2, trên tạp chí  Nature Geoscience, những phát hiện này đã làm sáng tỏ thêm về thiên quyển, nơi kiểm soát các đặc tính vật lý và sự tiến hóa cảnh quan trên Trái đất, theo Gazel.

“Nếu không có thiên quyển, chúng ta sẽ không có kiến ​​tạo mảng, núi non hay lục địa,” Gazel nói. “Bạn cũng cần ranh giới này để có thể duy trì sự hút chìm của các mảng kiến ​​tạo tạo ra núi lửa, từ đó hình thành bầu khí quyển và xây dựng lớp vỏ lục địa giàu chất dinh dưỡng như phốt pho rất quan trọng đối với khả năng sinh sống của hành tinh.”

Công trình này rất quan trọng vì hiểu được các đặc tính của quyển mềm và nguồn gốc tại sao nó yếu là nền tảng để hiểu về kiến ​​tạo mảng.”

Ý tưởng tìm kiếm một lớp mới trong lòng Trái đất đến với Hua khi đang nghiên cứu các hình ảnh địa chấn của lớp phủ bên dưới Thổ Nhĩ Kỳ như một phần của dự án nghiên cứu tại Đại học Brown, nơi ông đang là nghiên cứu sinh tiến sĩ vào thời điểm đó.

Nhóm nghiên cứu tích hợp dữ liệu từ hình ảnh địa chấn với hồ sơ hóa học của đá núi lửa từ cơ sở dữ liệu thiên văn toàn cầu. Họ phát hiện ra rằng bằng chứng về đá nóng chảy một phần mà Hua ban đầu coi là dị thường trên thực tế là phổ biến trên khắp thế giới, xuất hiện ở bất cứ nơi nào mà quyển mềm nóng nhất.

Bởi vì nhom nghiên cứu có thể đặt dữ liệu địa chấn cùng với dữ liệu thạch học, có hai bộ dữ liệu hoàn toàn riêng biệt thống nhất và có lớp tan chảy toàn cầu bên dưới các mảng kiến ​​tạo.

Một phát hiện khác là khi các bản đồ tan chảy được so sánh với các phép đo địa chấn về chuyển động kiến ​​tạo, không có mối tương quan nào, mặc dù lớp nóng chảy bao phủ gần một nửa Trái đất. Điều này cho thấy lớp nóng chảy ít ảnh hưởng đến động lực học giữa quyển mềm và các mảng kiến ​​tạo.

Nhóm nghiên cứu không thể khoan sâu xuống tầng thiên văn, nhưng họ có thể chiếu sáng phần đó của hành tinh bằng cách sử dụng hình ảnh địa chấn và thành phần hóa học của các mẫu lấy từ Trái đất sâu, giống như một bác sĩ y khoa sẽ sử dụng siêu âm và thành phần hóa học của máu để xác định.

Thông qua nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu không chỉ hiểu rõ hơn về động lực học bên trong của hành tinh mà còn cả các tính chất vật lý của lớp ranh giới thực sự quan trọng đối với mọi thứ, bao gồm cả sự sống trên Trái đất.