Vì sao cực từ phía Bắc Trái Đất đang di chuyển nhanh bất thường về phía Nga?

Trong suốt nhiều năm, các nhà khoa học chưa thể lý do tại sao cực Bắc từ lại liên tục di chuyển và thay đổi vị trí.

Từ trường của Trái Đất có vai trò quan trọng tạo nên môi trường sống của hành tinh chúng ta. Từ trường giúp cho Trái Đất tránh được gió mặt trời, nếu không Trái Đất đã mất đi bầu khí quyển.

Có rất nhiều bằng chứng cho thấy từ trường Trái Đất đã tồn tại ít nhất từ 3,5 tỷ năm trước. Các nhà khoa học cho rằng, Trái Đất có được từ trường như ngày nay là do lõi sắt lỏng của Trái Đất đã chuyển thành thể rắn. Quá trình lõi này nguội đi và kết tinh làm cho phần sắt thể lỏng ở rìa lõi chuyển động, tạo ra dòng điện mạnh. Dòng điện này sinh ra một từ trường thoát ra ngoài vào không gian. Từ trường này được gọi là geodynamo, hay có thể tạm hiểu là năng lượng từ lòng đất.

Từ trường Trái Đất được coi như một lưỡng cực từ trường, với một cực gần cực Bắc địa lý và cực kia gần cực Nam địa lý. Một đường thăng tưởng tượng nối hai cực tạo thành một góc khoảng 11,3° so với trục quay của Trái Đất.

Đáng chú ý, cực Bắc từ của Trái Đất – một điểm nằm trên bề mặt Trái Đất ở bắc bán cầu khi điểm từ trường cắm thẳng xuống (ví dụ độ từ khuynh là 90°) – lại là một vị trí không cố định. Trong khi đó, cực Nam từ của Trái Đất không hề xoay chuyển và vị trí tương đối ổn định ở ngoài khơi bờ biển phía đông Nam Cực.

Cực Bắc từ liên tục di chuyển không rõ nguyên nhân

Kể từ lần đầu tiên được ghi nhận bởi các nhà khoa học vào những năm 1830, cực Bắc từ của Trái Đất đã dịch chuyển khoảng 2.250 km (1.400 dặm) qua các đoạn phía trên của Bắc Bán cầu, từ Canada tới vùng Siberia (Nga). Trong khoảng thời gian từ năm 1990 và 2005, tốc độ dịch chuyển của cực Bắc từ đã tăng tốc từ dưới 15 km mỗi năm lên khoảng 50 đến 60 km mỗi năm. Tuy nhiên, trong suốt nhiều năm, các nhà khoa học chưa thể lý do tại sao cực Bắc từ lại liên tục di chuyển và thay đổi.

Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí  Nature Geoscience cho rằng, những thay đổi này có thể được giải thích bằng sự va chạm giữa 2 khối từ tính, tạo ra từ các dòng chảy kim loại nóng chảy bên trong lõi Trái Đất.

Theo đó, việc cực Bắc từ liên tục di chuyển là 'hệ quả' của một cuộc chiến "được ăn cả, ngã về không" của 2 dòng từ tính khổng lồ nằm sau dưới lòng đất, ngay bên dưới Canada và Siberia (Nga). Trong suốt hàng chục năm, hai dòng từ tính này đã thay đổi hình dạng và thay đổi cường độ từ tính. Tuy nhiên, trong giai đoạn từ năm 1970 đến năm 1999, các dòng chảy kim loại nóng chảy bên trong lõi Trái Đất đã có sự thay đổi đáng kể vì một tác động chưa rõ nguyên nhân. 

Dòng từ tính từ bên dưới Canada trải dài từ Đông sang Tây và tách thành làm hai dòng nhỏ hơn. Điều này khiến hình dạng của dòng từ tính nằm bên dưới Canada dàn trải và suy yếu, vô hình trung giảm bớt ảnh hưởng của nó với từ quyển. Kết quả, sự thắng thế đã thuộc về dòng từ tính bên dưới Siberia, khiến cực Bắc từ di chuyển về khu vực này.

"Những gì chúng tôi phát hiện ra là vị trí của Cực Bắc được kiểm soát bởi hai vùng từ trường – một bên dưới Canada và một bên dưới Siberia – và chúng tương tác với nhau theo kiểu giằng co để kiểm soát vị trí của cực", Tiến sĩ Phil Livermore, tác giả chính của nghiên cứu Từ trường Trái đất và Môi trường tại Đại học Leeds (Anh), giải thích.

"Xuyên suốt lịch sử, khối từ tính bên dưới Canada đã luôn chiến thắng trong cuộc chiến, và đó là lý do tại sao cực Bắc từ luôn nằm ở Canada. Nhưng trong vài thập kỷ qua, khu vực từ tính Canada đã suy yếu và khu vực Siberia đã mạnh lên một chút. Điều đó giải thích tại sao cực Bắc từ đột nhiên tăng tốc và di chuyển khỏi vị trí lịch sử của nó".

Mặc dù vậy, hai dòng từ tính ở Canada và Siberia luôn ở thế gần như cân bằng, khi dòng Siberia chỉ mạnh hơn một chút. Vì thế, theo các nhà nghiên cứu, chỉ cần một điều chỉnh nhỏ ngược lại cũng có thể đảo chiều dòng từ để cho cực Bắc từ trở về Canada như cũ.

Việc dịch chuyển này của cực Bắc từ cho thấy hai hoặc đôi khi là ba dòng từ nằm sâu trong lòng đất có thể ảnh hưởng đến vị trí của nó theo thời gian. Các dòng từ này đã làm cho cực Bắc từ "lang thang" khắp miền Bắc Canada trong suốt 400 năm qua. Nhưng nếu nhìn rộng ra trong suốt lịch sử, ví dụ như trong 7.000 năm qua, cực Bắc từ dường như chỉ chuyển động xung quanh cực Bắc địa lý. Theo mô hình máy tính, cực Bắc từ cũng đã dịch chuyển về phía Siberia vào năm 1.300 trước Công nguyên.

Rất khó để nói điều gì sẽ xảy ra. Giáo sư Livermore cho biết nhóm nghiên cứu dự đoán rằng cực Bắc từ sẽ tiếp tục di chuyển về phía Siberia, nhưng việc dự báo cho tương lai cũng là rất khó và họ không thể khẳng định được. Báo cáo của nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng dự báo này còn dựa vào công tác giám sát chi tiết địa từ trường trên bề mặt Trái Đất và trong không gian vào những năm tới đây.

Được biết, các nhà nghiên cứu đã đi đến kết luận này bằng cách sử dụng dữ liệu được thu thập bởi các vệ tinh Swarm của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Bộ ba vệ tinh này quay quanh Trái đất và đo chính xác các tín hiệu từ trường phát ra từ lõi, lớp phủ, lớp vỏ và đại dương của hành tinh chúng ta, cũng như từ tầng điện ly và từ quyển. Việc theo dõi từ trường của Trái đất không chỉ quan trọng đối với các nghiên cứu khoa học trừu tượng, khi từ trường luôn đóng vai trò là lá chắn năng lượng địa từ bảo vệ Trái đất khỏi bức xạ Mặt trời có sức hủy diệt . Nó cũng cần thiết đối với nhiều hệ thống định vị, từ la bàn đến GPS.