Tách giãn đáy đại dương và hút chìm: vì sao đáy biển trẻ hơn lục địa

Đáy đại dương trẻ hơn lục địa rất nhiều vì nó liên tục được sinh ra và tiêu huỷ. Đá mới trào lên ở các vết nứt giữa đại dương, được đẩy dạt sang hai bên như một băng chuyền, rồi tới các rãnh sâu thì chúi xuống lòng Trái Đất. Vì vậy hiếm có đáy biển nào già hơn khoảng 200 triệu năm, trong khi trên lục địa vẫn còn những tảng đá khoảng 4 tỷ năm tuổi.

Hai loại vỏ Trái Đất khác hẳn nhau

Lớp vỏ ngoài cùng của Trái Đất có hai kiểu. Vỏ lục địa dày trung bình 30 đến 50 km, dưới các dãy núi lớn còn dày hơn, cấu tạo từ đá giàu silic, nhẹ, kiểu như granit. Vỏ đại dương mỏng hơn hẳn, chỉ khoảng 6 đến 7 km, gồm bazan ở trên và gabro ở dưới, nặng hơn.

Sự khác biệt về độ nặng quyết định số phận. Vỏ lục địa nhẹ nên "nổi", khó bị nhấn chìm, vì thế tích tụ và giữ được đá rất cổ qua hàng tỷ năm. Vỏ đại dương nặng, càng già càng nguội, càng co lại và đặc hơn, tới một lúc nó nặng hơn lớp manti bên dưới và có xu hướng chìm xuống. Cả hai loại vỏ cùng với phần cứng trên cùng của manti tạo thành các mảng thạch quyển, trôi trên lớp manti mềm hơn ở dưới.

Nơi đáy biển được sinh ra

Dọc giữa các đại dương có những dải núi lửa ngầm nơi hai mảng tách xa nhau, thường được giới thiệu như dãy núi dài nhất thế giới. Ở trục của dải này, đá manti nóng dâng lên, áp suất giảm làm một phần đá nóng chảy, macma trào lên lấp khe nứt. Gặp nước biển lạnh, dung nham đông cứng thành những khối tròn như chiếc gối xếp chồng, các nhà địa chất gọi là dung nham gối. Thấy dung nham gối trong một vách đá trên cạn là biết nơi đó từng là đáy biển.

Tốc độ tách giãn rất khác nhau. Dải giữa Đại Tây Dương tách chậm, cỡ 2 đến 5 cm mỗi năm, xấp xỉ tốc độ móng tay mọc. Dải Đông Thái Bình Dương tách nhanh hơn nhiều, có đoạn tới hơn 10 cm mỗi năm. Dải tách chậm có thung lũng sụt sâu ở giữa và địa hình gồ ghề; dải tách nhanh thì thoải và mượt hơn.

Iceland là nơi hiếm hoi dải tách giãn nhô lên khỏi mặt biển. Ở công viên quốc gia Þingvellir, du khách đi bộ giữa hai vách đá nứt toác, nhìn tận mắt ranh giới giữa mảng Bắc Mỹ và mảng Á–Âu đang rời xa nhau.

Từ giả thuyết tới bằng chứng

Ý tưởng lục địa trôi của Alfred Wegener đầu thế kỷ 20 bị nghi ngờ lâu vì không ai giải thích được lực nào đẩy lục địa. Lời giải đến từ chính đáy biển, sau khi người ta đo được nó.

• Đầu thập niên 1960: Harry Hess ở Đại học Princeton đề xuất đáy biển được tạo ra ở các dải giữa đại dương và chìm xuống ở các rãnh. Robert Dietz đưa ra ý tưởng tương tự và đặt tên "tách giãn đáy biển".
• 1963: Fred Vine và Drummond Matthews giải thích các dải từ tính song song hai bên dải giữa đại dương. Khi đá nguội, khoáng vật từ tính trong đó "ghi" hướng từ trường Trái Đất lúc ấy. Từ trường đảo chiều nhiều lần trong lịch sử, nên đáy biển mới sinh ra mang những dải từ tính xen kẽ, đối xứng hai bên như vằn ngựa vằn.
• 1965: Tuzo Wilson mô tả đứt gãy chuyển dạng, nơi hai mảng trượt ngang qua nhau, hoàn thiện bức tranh ba kiểu ranh giới mảng.
• 1968: tàu khoan Glomar Challenger của Dự án Khoan Biển Sâu khoan lấy trầm tích ở Nam Đại Tây Dương. Lớp trầm tích nằm ngay trên bazan càng xa dải giữa đại dương càng già, đúng như lý thuyết dự đoán.

Sau những bằng chứng này, thuyết kiến tạo mảng được chấp nhận rộng rãi chỉ trong vài năm, một trong những cuộc đổi thay nhanh nhất của khoa học Trái Đất.

Nơi đáy biển bị nuốt chửng: đới hút chìm

Khi một mảng đại dương già, nặng gặp một mảng khác, nó chúi xuống dưới. Chỗ uốn cong tạo thành rãnh biển sâu, những nơi sâu nhất của đại dương. Mảng chìm cọ xát với mảng bên trên gây ra động đất, càng xa rãnh thì tâm động đất càng sâu, xếp thành một mặt nghiêng gọi là đới Wadati–Benioff, có nơi sâu tới khoảng 700 km.

Mảng chìm mang theo nước nằm trong khoáng vật. Ở độ sâu khoảng 100 km, nước thoát ra, làm manti phía trên dễ nóng chảy, sinh macma và núi lửa. Đó là lý do quanh Thái Bình Dương có cả một "vành đai lửa" gồm núi lửa và động đất, từ Nhật Bản, Philippines, Indonesia tới dãy Andes. Bài về Hunga Tonga trong danh mục này kể một ví dụ.

Nhiều nhà địa chất xem sức kéo của mảng chìm, còn gọi là lực kéo phiến, là động cơ chính đẩy các mảng di chuyển, mạnh hơn lực đẩy từ dải giữa đại dương. Nói cách khác, đáy biển không chỉ bị đẩy đi mà còn bị kéo xuống.

Vì sao đáy biển càng xa càng sâu

Đáy biển mới sinh ra còn nóng, nở ra, nên dải giữa đại dương nằm cao, chỉ khoảng 2.500 m dưới mặt nước. Khi dạt xa dần, đá nguội và co lại, đáy biển chìm dần xuống 5.000 đến 6.000 m. Quan hệ giữa tuổi và độ sâu này đều đặn tới mức các nhà địa chất có thể ước tuổi đáy biển gần đúng chỉ từ độ sâu.

Phần đáy đại dương già nhất phổ biến nằm ở tây Thái Bình Dương, quanh vùng phía đông quần đảo Mariana, khoảng 180 triệu năm. Có ý kiến cho rằng đáy biển phía đông Địa Trung Hải còn già hơn nhiều, nhưng đây vẫn là chuyện đang tranh cãi.

Đáy biển cổ nằm trên núi

Không phải mảnh đáy biển nào cũng chìm hết. Đôi khi một lát vỏ đại dương bị xô lên và gối lên lục địa khi hai mảng va nhau. Những khối đá này gọi là ophiolit: đi từ dưới lên sẽ thấy đá manti, gabro, các tường đá dạng mạch, rồi dung nham gối, trên cùng là trầm tích biển sâu.

Ophiolit Semail ở Oman và khối Troodos ở Síp là hai nơi nổi tiếng, nơi sinh viên địa chất khắp thế giới tới để "đi bộ qua lòng đại dương" mà không cần tàu lặn. Ở Việt Nam, các nhà địa chất nghiên cứu những đới đá có dấu vết vỏ đại dương cổ dọc các đường khâu giữa các khối lục địa nhỏ đã ghép lại thành bán đảo Đông Dương.

Góc nhìn hôm nay: một chu trình kéo dài hàng trăm triệu năm

Đại dương mở ra rồi khép lại theo nhịp hàng trăm triệu năm, gọi là chu trình Wilson. Đại Tây Dương đang mở. Biển Đỏ và vùng tam giác Afar ở Đông Phi là đại dương đang ở thuở sơ sinh. Địa Trung Hải là phần còn lại của một đại dương cũ đang bị thu hẹp. Biển Đông bên cạnh Việt Nam cũng sinh ra từ một đợt tách giãn, có bài riêng trong danh mục.

Cách tìm hiểu tiếp: bản đồ tuổi đáy đại dương do NOAA công bố trực tuyến là hình ảnh đáng xem nhất, với màu đỏ ở các dải giữa đại dương và tím ở vùng già. Trang dữ liệu của chương trình khoan đại dương quốc tế (IODP) có ảnh lõi khoan đáy biển. Ở Bảo tàng Địa chất Việt Nam tại Hà Nội có thể xem mẫu bazan và các loại đá kể trên.