Những thách đố cho khoa học (phần 3)

Minh họa về Đại hồng thuỷ.

Về trận Đại hồng thủy, Kinh thánh viết rằng: "... tất cả các vòi phun nước từ sâu thẳm đã vỡ ra..." và "mưa liên tục trong 40 ngày đêm liền". Tiến sĩ người Mỹ Baumgardner mới đây đã xây dựng một chương trình siêu máy tính, chứng minh kịch bản đó là hoàn toàn có thể.  

Đại hồng thủy, truyền thuyết hay sự thật

Chúa trời trong vòng 6 ngày đã sáng tạo ra vũ trụ và con người, với Adam và Eva là tổ tiên ban đầu của con người hiện nay. Nhưng từ những ngày đầu khi mới được Chúa tạo ra, Eva đã bị con mãng xà quyến rũ, lừa cho vợ chồng họ ăn trái cấm, vi phạm vào lời răn của Chúa. Từ đó, cùng với sự sinh con đàn cháu đống, loài người ngày càng gia tăng tội lỗi, đến mức Chúa trời cảm thấy đau khổ, không chịu đựng thêm được nữa, đành phải quyết định hủy bỏ mọi sự sống trên trái đất. Tuy vậy, trong mắt Chúa trời, Noah là một người công chính mà Chúa trời tin tưởng, cho nên thay vì phá hủy tất cả để làm lại từ đầu sự sống trên trái đất, Chúa đã làm một Đại hồng thủy nhằm hủy diệt tất cả, trừ gia đình Noah cùng với một số động vật (mỗi loại một cặp đực cái). Sóng thần nổi lên, mưa liên tục 40 ngày đêm, tất cả các ngọn núi đều đắm chìm trong nước, lâu đến 150 ngày.

Tiến sĩ Địa vật lý John Baumgardner, hiện làm việc tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, trực thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, là tác giả của chương trình máy tính có tên Terra, một chương trình đặc biệt có giá trị trong nghiên cứu động đất, núi lửa và sự di chuyển của các mảng thạch quyển. Một trong những lĩnh vực mà ông đã bỏ rất nhiều công sức và gặt hái được một số thành quả là: kiến tạo vỏ trái đất có liên quan đến trận Đại Hồng thủy. Sau đây là tóm tắt các kết quả nghiên cứu của ông.

Để hiểu được nghiên cứu này, trước hết bạn hãy làm quen với cấu trúc quả địa cầu mà chúng ta đang sống trên đó.

Hãy tưởng tượng trái đất giống như một quả trứng luộc lòng đào, với đường kính trung bình 12.750 km. Vỏ cứng ngoài cùng của trái đất (tương tự vỏ trứng) rất mỏng so với các lớp trong, độ dày chỉ từ vài đến 100 km. Dưới đại dương là chỗ mỏng nhất của vỏ cứng trái đất (khoảng 5km). Trung bình, lớp vỏ này ở phần lục địa khoảng 30 km, còn tại những dãy núi cao có thể lên đến 100 km. Cũng giống như vỏ trứng, vỏ cứng trái đất rất giòn và dễ vỡ.

Dưới vỏ cứng là lớp vỏ giữa trái đất (manti) tương tự như lớp lòng trắng trứng, có bề dày 2.900 km. Đây là lớp đá bán đặc (không đặc chắc hoàn toàn như lớp vỏ cứng) có mật độ vật chất cao. So với lớp vỏ cứng, lớp này chứa nhiều sắt, magie và canxi hơn. Nhiệt độ tất nhiên cũng cao hơn vì càng tiến sâu vào nhân trái đất, nhiệt độ càng cao.

Tại trung tâm quả đất, giống như lòng đỏ trứng (ở dạng lòng đào), là phần nhân, hay lõi. Phần này gồm 2 lớp: lớp lỏng ở bên ngoài (2.200 km), lớp đặc ở bên trong (1.250km). Nhân quả đất có mật độ cao hơn nhiều phần vỏ vì nó chứa hợp kim sắt - niken.

Lớp vỏ cứng và phần trên của vỏ giữa tạo thành một lớp thạch cầu cứng, có bề dày trung bình 80 km, nhưng không đồng đều giữa đại dương và lục địa. Các nhà khoa học tin rằng bên dưới lớp thạch cầu là một lớp mỏng, khá động của vỏ giữa, được tạo thành từ các vật chất nóng, bán đặc - còn gọi là lớp yếu của vỏ giữa. Lớp này thường bị nóng lên, mềm đi và có thể trôi chảy dưới lớp thạch cầu. Đúng hơn, lớp thạch cầu nổi và di chuyển chậm chạp trên lớp yếu này. Tốc độ trôi của các đĩa thạch cầu phụ thuộc vào độ nhớt của lớp yếu.

Quay lại với công trình của tiến sĩ Baumgardner và chương trình siêu máy tính Terra. Terra chia vỏ giữa của trái đất thành 10 triệu hình lục giác. Mỗi lục giác này được gán cho một giá trị như sức nóng, độ nhớt, phương hướng và các thông số cần tìm kiếm khác. Hãy tưởng tượng một khối rubic tròn với 10 triệu khối lục giác nhỏ cấu thành. Terra bắt đầu chạy từng lục giác theo thời gian, quan sát xem các lục giác đó đi đâu và kết quả sẽ di động các đĩa thạch cầu như thế nào. Với kỹ thuật đồ họa máy tính hiện nay, bạn có thể tưởng tượng khi chạy Terra, ta sẽ thấy trên màn hình một hình ảnh thu nhỏ của quá trình di chuyển vỏ trái đất qua hàng triệu năm.

Dựa vào cơ sở lý luận nào mà có thể chạy được các tiểu lục giác cấu thành lớp vỏ giữa trái đất? Như đã nói ở trên, lớp vỏ giữa trái đất được tạo bởi loại đá silicat khá mẫn cảm với nhiệt, tức ở nhiệt độ cao loại đá này dễ dàng hóa lỏng (bạn hãy liên tưởng đến quá trình nấu chảy thủy tinh). Khi bị hóa lỏng, độ nhớt tăng lên. Càng đi sâu vào lòng đất, nhiệt độ càng tăng lên. Ở độ sâu khoảng 150 km, đá silicat của vỏ giữa trái đất có thể đạt đến 70-80% nhiệt độ nóng chảy. Vật chất (đá) của lớp vỏ giữa bắt đầu một quá trình đối lưu, giống như hiện tượng đối lưu khi ta đun một nồi nước. Vật chất nặng hơn và lạnh hơn ở bề mặt sẽ chìm xuống đáy, trong khi lớp vật chất nhẹ, nóng hơn ở gần nguồn nhiệt sẽ nổi lên bề mặt. Hiện tượng này tạo nên một quá trình đối lưu vật chất trong lòng vỏ giữa trái đất, và vì vậy vỏ giữa không còn ở trạng thái tĩnh, mà động.

Một khái niệm địa vật lý mà tiến sĩ Baumgardner đã dùng là quá trình sụt trôi (runaway subduction). Theo đó, lớp vỏ cứng nặng nề của trái đất chứa một năng lượng giống như thế năng có trong một hòn đá được nâng khỏi mặt đất vậy. Thả cho hòn đá rơi, thế năng sẽ biến thành động năng và khi hòn đá chạm đất, động năng sẽ biến thành nhiệt năng. Tương tự vậy, các đĩa của vỏ cứng trái đất luôn bị lực hấp dẫn của nhân trái đất lôi vào trong, nên luôn chứa trong nó một thế năng khổng lồ. Do bề dày không đồng đều, ở những chỗ mỏng, yếu của vỏ cứng bị nứt rạn, dẫn đến cả một nền đáy đại dương bị kéo chìm vào phần vật chất nhẹ hơn, nóng hơn của vỏ giữa, là nơi cấu tạo bởi đá silicat. Khi các đĩa vỏ cứng "rơi" vào vỏ giữa, nó tạo nên sự biến dạng của lớp đá silicat viền xung quanh. Năng lượng này cuối cùng sẽ được chuyển thành nhiệt, dẫn đến một vành đai bao quanh đĩa vỏ cứng trở nên cực nóng. Do đá silicat nhạy cảm với nhiệt nên nó bị hóa lỏng dưới nhiệt độ cao này, làm cho đĩa vỏ cứng chìm càng nhanh hơn vào lớp vỏ giữa. Khoảng cách rạn nứt giữa các đĩa của lớp vỏ cứng vì thế ngày càng rộng ra, tạo khe hở cho phần vật chất nhẹ, nóng và lỏng trong vỏ giữa trái đất phun trào. Quá trình này dẫn đến sự biến dạng toàn bộ bề mặt trái đất. Lục địa vốn là một khối, lúc này tách ra thành các mảng trôi giạt và rời xa nhau như hiện nay. Quá trình suy sụp vỏ cứng này xảy ra rất nhanh. Nước đại dương khi theo các vết sụt và lỗ hổng mới tạo thành ở đáy biển rơi vào lớp vỏ giữa lập tức biến thành những luồng hơi cực nóng và bị phun ngược trở lại không gian với tốc độ siêu âm. Luồng phản lực hơi này khi xuyên qua bề dày đại dương đã cuốn theo nước biển, bắn nước biển lên không trung theo những quỹ đạo mở rộng về mọi phía, tạo ra mưa liên tục cho đến khi quá trình phun hơi nước chấm dứt. Kinh thánh viết: "... tất cả các vòi phun nước từ sâu thẳm đã vỡ ra..." và "mưa liên tục trong 40 ngày đêm liền". Kết quả tất yếu của kịch bản này là Đại Hồng Thủy.

Để chấp nhận được kịch bản này, vẫn còn 3 câu hỏi lớn cần phải trả lời. Thứ nhất, theo thuyết sụt trôi thì vùng vỏ cứng của đáy đại dương ở những chỗ rạn nứt sẽ có nhiệt độ rất cao, và quá trình chìm sụt tiếp tục mãi, nhưng tại sao sau trận lụt, vỏ trái đất lại nguội ngay và quá trình chìm sụt không diễn ra nữa? Thứ hai, nước từ đâu ra lắm thế để có thể mưa 40 ngày đêm liên tục? Thứ ba, theo cơ chế kích hoạt nào để quá trình sụt trôi có thể bắt đầu

Phần I, Phần II

(còn nữa)

(Theo Tia sáng, Nguyễn Tiến Vởn)