Khi nghe tin về động đất hay núi lửa trên bản tin, chúng ta thường thoáng nghe câu “mặt đất đang chuyển động”. Núi và biển dường như luôn ở nguyên vị trí, nhưng thực tế bề mặt Trái Đất đang trượt đi chậm rãi. Lý thuyết giải thích bức tranh tổng thể về các lục địa tách ra rồi gặp nhau, tạo nên những dãy núi và rãnh đại dương, chính là “thuyết kiến tạo mảng (Plate Tectonics)”.
Nói một cách đơn giản, thuyết kiến tạo mảng cho rằng “lớp vỏ ngoài của Trái Đất được chia thành nhiều mảng cứng, và các mảng này di chuyển trên một lớp mềm yếu, gây ra những hiện tượng địa chất như động đất, núi lửa và sự hình thành các dãy núi”. Sau khi Alfred Wegener đề xuất thuyết trôi dạt lục địa vào năm 1912, các nghiên cứu về sự tách giãn đáy đại dương và cổ địa từ trong thập niên 1960 đã củng cố cơ sở để hình thành thuyết kiến tạo mảng hiện nay.
Tài liệu này trình bày một cách dễ hiểu từ định nghĩa cơ bản của thuyết kiến tạo mảng, cấu trúc của thạch quyển và quyển mềm, ba loại ranh giới mảng, cho đến ý nghĩa của chúng đối với đời sống và việc chuẩn bị ứng phó thiên tai.
Thuyết kiến tạo mảng: Bản thiết kế của bề mặt Trái Đất đang chuyển động
Thuyết kiến tạo mảng là gì?
Nếu ví Trái Đất như một quả trứng, lớp vỏ cứng bên ngoài là thạch quyển (Lithosphere), còn phần lòng trắng mềm bên dưới gần giống với quyển mềm (Asthenosphere). Thạch quyển là lớp cứng gồm vỏ Trái Đất và phần trên cùng của manti; những mảnh mà lớp này phân chia thành chính là các “mảng (Plate)”. Các mảng di chuyển chậm rãi trên quyển mềm với tốc độ khoảng vài xentimét mỗi năm. Tốc độ này tương đương tốc độ mọc móng tay của con người, nhưng sau hàng triệu năm, vị trí của các lục địa sẽ thay đổi.
Điều cốt lõi mà lý thuyết này giải thích không phải là “hiện tượng”, mà là nguyên nhân và mối liên hệ. Vì sao động đất tập trung dọc theo những vành đai nhất định, vì sao các rãnh đại dương sâu và cung núi lửa hình thành song song gần bờ biển, vì sao giữa Đại Tây Dương lại có sống núi giữa đại dương — chuyển động của các mảng vẽ nên bản đồ ấy.
Những khái niệm nên tìm hiểu cùng nhau gồm có:
- Thạch quyển (Lithosphere): Lớp vỏ ngoài cứng gồm vỏ Trái Đất và phần trên của manti.
- Quyển mềm (Asthenosphere): Lớp manti bên dưới có khả năng chảy ở một số phần.
- Mảng lục địa và mảng đại dương: Lần lượt là mảng chứa lớp vỏ lục địa dày và mảng chủ yếu gồm lớp vỏ đại dương mỏng.
- Đối lưu (Convection): Sự tuần hoàn nhiệt bên trong manti được xem là động lực làm các mảng di chuyển.
Lực làm các mảng di chuyển và cấu trúc phân lớp của Trái Đất
Không thể giải thích động lực làm các mảng di chuyển chỉ bằng một yếu tố. Tuy nhiên, những cơ chế thường xuất hiện trong sách giáo khoa và nghiên cứu gồm có:
(1) Đối lưu manti
Theo cách giải thích kinh điển, vật chất nóng ở sâu trong manti đi lên, còn vật chất nguội đi xuống, tạo thành dòng tuần hoàn kéo các mảng đi theo. Dòng chảy thực tế phức tạp hơn một băng chuyền đơn giản, nhưng nguyên lý tổng quát “nhiệt tạo ra chuyển động” vẫn có giá trị.
(2) Lực đẩy từ sống núi và lực kéo của mảng hút chìm
Lực đẩy sang hai bên khi vỏ đại dương mới hình thành tại sống núi giữa đại dương (ridge push), cùng lực kéo mảng khi mảng đại dương lạnh chìm xuống tại đới hút chìm (slab pull), đóng vai trò quan trọng. Nhiều nhà nghiên cứu xem lực kéo của mảng hút chìm là một động lực đặc biệt mạnh.
(3) Loại mảng và khối lượng riêng
Mảng đại dương thường lạnh hơn và nặng hơn nên dễ hút chìm xuống dưới mảng lục địa. Sự chênh lệch khối lượng riêng này tạo nên quy luật phân bố của các dãy núi, rãnh đại dương và cung núi lửa.
Có thể hình dung đơn giản rằng những mảnh bánh quy giòn nổi trên súp ấm trượt đi theo dòng súp tuần hoàn chậm rãi bên dưới. Bánh quy giòn (các mảng) thì cứng, còn súp (quyển mềm và manti) chảy chậm.
Ba loại ranh giới mảng
Tùy theo cách các mảng tiếp xúc với nhau, ranh giới được chia thành ba loại chính.
(1) Ranh giới phân kỳ (Divergent Boundary)
Hai mảng di chuyển ra xa nhau. Tại sống núi giữa đại dương, magma trào lên tạo ra vỏ đại dương mới, còn trên lục địa có thể xuất hiện đới tách giãn. Cũng có những nơi sống núi giữa đại dương lộ lên trên mặt đất, như Iceland.
(2) Ranh giới hội tụ (Convergent Boundary)
Hai mảng va chạm nhau. Tại đới hút chìm, nơi mảng đại dương đi xuống dưới mảng lục địa, các rãnh đại dương sâu và cung núi lửa hình thành; khi hai lục địa gặp nhau, những dãy núi đồ sộ như Himalaya phát triển. Động đất mạnh thường đi kèm với các quá trình này.
(3) Ranh giới bảo toàn (chuyển dạng) (Transform Boundary)
Hai mảng trượt ngang qua nhau. Vỏ Trái Đất không được tạo mới hay mất đi, nhưng ma sát có thể gây ra động đất lớn. Đứt gãy San Andreas là ví dụ tiêu biểu.
Khi mở bản đồ phân bố động đất và núi lửa trên thế giới, ta thấy chúng gần như trùng với những vành đai do ba loại ranh giới này tạo nên. Thuyết kiến tạo mảng cũng là một tấm bản đồ giải thích “vì sao thiên tai xảy ra ở đó”.
Thuyết kiến tạo mảng gắn với đời sống và việc chuẩn bị ứng phó thiên tai
Thuyết kiến tạo mảng không chỉ là lý thuyết trong lớp học. Từ khu vực cảnh báo sóng thần, thiết kế kháng chấn cho nhà máy điện hạt nhân và nhà cao tầng, tuyến cáp viễn thông dưới biển đến thăm dò tài nguyên — “các mảng tiếp xúc với nhau như thế nào” đều là cơ sở cho việc ra quyết định. Gần các đới hút chìm, nơi mảng đại dương đi xuống dưới mảng lục địa, động đất và núi lửa dễ xuất hiện thành chuỗi; hiểu quy luật ấy là điểm khởi đầu để xác định nơi bố trí mạng lưới quan trắc và lập kế hoạch sơ tán. Hàn Quốc nằm cách ranh giới mảng một khoảng nên tần suất động đất cực lớn thấp, nhưng không thể bỏ qua chuyển động của các mảng xung quanh cũng như ảnh hưởng của động đất và sóng thần từ xa.
Những điểm nên ghi nhớ khi đọc gồm có:
- Các mảng không ngừng chuyển động. Dù chuyển động chậm, khi ứng suất tích tụ , hai bên đứt gãy sẽ đột ngột dịch chuyển lệch nhau.
- “Vùng an toàn” là khái niệm tương đối. Ở những khu vực có thời gian ghi chép lịch sử và đo đạc càng ngắn, việc quá tự tin càng nguy hiểm.
- Lý thuyết tiếp tục được hoàn thiện. GPS được dùng để đo vận tốc các mảng theo thời gian thực, còn sóng địa chấn từ sâu trong lòng đất được dùng để quét cấu trúc manti.
Thuyết kiến tạo mảng cho thấy Trái Đất không phải là một khối đá chết, mà là một hệ thống sống động và luôn chuyển động. Hiểu rằng mặt đất dưới chân đang trượt đi chậm rãi, đồng thời biến việc theo dõi thông tin thiên tai và chuẩn bị ứng phó thành thói quen hằng ngày, chính là bước đầu tiên để gắn khoa học Trái Đất với cuộc sống.
