Liên đại Hadean (200 – 500 triệu năm tuổi)

Ngày nay, chúng ta có thể nhìn thấy đất liền ở khắp mọi nơi: Từ lục địa Á-Âu rộng lớn cho đến hệ thống 17.000 các hòn đảo lớn nhỏ ở Indonesia; từ Tân Thế Giới cho đến các quần đảo Hawaii nằm rải rác trên vùng biển Thái Bình Dương trải dài đến tận chân trời. Bên cạnh đó, Trái Đất còn có cả châu Phi màu mỡ, châu Đại Dương với những sinh vật kỳ lạ cũng như châu Nam Cực lạnh giá và khô hạn…Nói chung thì lượng đất đai này chiếm khoảng 1/3 diện tích bề mặt của Trái Đất và 2/3 còn lại chính là đại dương. Nếu chúng ta nhìn bao quát toàn bộ hành tinh từ không gian, Trái Đất là một sự pha trộn của màu xanh da trời, xanh lá cây, màu nâu và các xoáy trắng nằm rải rác ở khắp mọi nơi. Và chúng ta thường coi đây là một điều quá đỗi hiển nhiên và vô cùng quen thuộc.

Nhưng cách đây khoảng 4,4 tỷ năm trước, khung cảnh trên dường như chỉ có thể xuất hiện trong những giấc mơ hoang dại nhất. Lúc bấy giờ, những ngọn núi lửa được tạo thành từ đá bazan đen chính là những mảnh đất khô cằn và ít ỏi duy nhất nằm rải rác trên mặt biển nông có màu xanh đơn điệu. Và để phá vỡ bầu không khí nhàm chán này, Trái Đất cần phải có một phát kiến mới – một loại vật liệu giúp xây dựng nên các lục địa rộng lớn.

1. Một loại vật liệu mới

Câu chuyện của Trái Đất, về cơ bản, là một câu chuyện về sự phân tách và tái kết hợp các nguyên tố sẵn có thành các loại đá và khoáng chất với những đặc tính hoàn toàn mới. Đầu tiên, sắt nóng chảy đậm đặc định cư ở khu vực trung tâm hành tinh khi lõi kim loại tách ra khỏi lớp phủ giàu peridotit. Tiếp đó, quá trình nóng chảy một phần của peridotit đã tạo ra đá bazan – một loại đá giàu silic, canxi và nhôm – tách ra khỏi peridotit để tạo thành lớp vỏ đen và mỏng đầu tiên của Trái Đất. Cuối cùng, khi bazan phun trào và bùng nổ trên bề mặt, nước và các hợp chất dễ bay hơi khác đã tách ra khỏi magma bazan để tạo thành các đại dương và bầu khí quyển đầu tiên.

Khi các lớp vỏ bazan bên ngoài dần nguội đi và cứng lại, chúng đã tạo thành một lớp vỏ giữ nhiệt, che đi lớp phủ đang cuộn trào dữ dội ở bên dưới. Đá bazan, được hâm nóng bởi một cái lò ở bên dưới, bắt đầu tan chảy (nó sẽ tan chảy nhanh hơn khi có nước). Khi nhiệt độ tăng lên, phần đá bazan tan chảy cũng tăng theo – đầu tiên là 5%, 10% và 25%. Trong quá trình tan chảy, sản phẩm thu được có các thành phần hoá học khác hẳn so với đá bazan ban đầu. Điểm khác biệt đáng chú ý nhất là chất tan chảy mới này rất giàu silic cùng với hàm lượng natri và kali cũng được tăng lên khá đáng kể. Nước cũng tập trung tương đối nhiều bên trong hợp chất này cùng với hàng chục các nguyên tố vi lượng hiếm như beryli, lithi, urani, zircon…Bên cạnh đó, loại magma giàu silic mới này ít đậm đặc hơn nhiều so với đá bazan gốc, do đó nó sẽ được đẩy lên bề mặt để tạo thành đá granit đầu tiên.

Đá granit bao gồm 4 thành phần chính. Đầu tiên là các tinh thể thạch anh trong suốt và không màu – các silic oxit (SiO₂) nguyên chất – một thành phần xuất hiện rất nhiều trong đá granit. Và loại hạt này sẽ bị xói mòn để tạo ra những bãi biển đầy cát đầu tiên trên Trái Đất. Tiếp theo là hai loại fenspat, một loại giàu kali và một loại giàu natri, đã đem lại cho loại đá này màu trắng xám. Và rải rác bên trong granit là một số loại khoáng chất thứ tư – có thể là pyroxene dạng khối, mica dạng tấm hay amphibole thuôn dài.

Với sự xuất hiện của đá granit, lần đầu tiên chúng ta đã có thể nhận thấy sự khác biệt đáng kể trong quá trình tiến hóa địa chất của Trái Đất so với những người anh em ở gần đó. Để có được đá granit, một hành tinh cần phải có rất nhiều bazan ở trên bề mặt cũng như nhiệt độ bên trong phải cao để có thể nấu chảy nó. Các hành tinh nhỏ hơn, chẳng hạn như Sao Hỏa, Sao Thủy hay Mặt Trăng của Trái Đất, dù được bao bọc bởi lớp vỏ bazan, nhưng chúng lại có kích thước quá nhỏ để có thể tạo ra granit trên quy mô lớn. Ngoài ra, nhiệt lượng tỏa ra từ các “lò luyện” bên trong những hành tinh này cũng là chưa đủ nóng.

2. Các lục địa đầu tiên

Lớp vỏ bazan đen đặc nguyên thủy của Trái Đất, bị làm mềm bởi sức nóng đến từ bên dưới và đặc hơn gấp ba lần so với nước, chưa bao giờ là một lựa chọn hàng đầu để xây dựng nên các lục địa rộng lớn. Đồng ý là có một số ngọn núi lửa cao hơn mức trung bình từ 1,5 đến 3 km – đủ để làm nhô lên một số hòn đảo nhỏ nằm rải rác trên mặt biển, nhưng để xây dựng nên những ngọn núi cao hơn nữa thì đây dường như là một nhiệm vụ bất khả thi. Granit, với độ đậm đặc thấp hơn đáng kể so với nước (khoảng 2,7 lần), đã làm thay đổi toàn bộ cục diện trên Trái Đất. Loại đá này nổi lên trên đá bazan và peridotit; chồng thành những gò đất lớn và nhô cao hàng km ra khỏi mặt nước.

Để giúp bạn có thể hiểu rõ hơn một chút, chúng ta hãy nhìn vào nước. Như chúng ta đã biết, nước đá nhẹ hơn khoảng 10% so với nước lỏng. Do có sự chênh lệch về độ đậm đặc, khoảng 10% thể tích của một tảng băng sẽ nổi lên trên mặt nước, là “phần nổi của tảng băng chìm”.

Tương tự như vậy, đá granite có độ đậm đặc thấp hơn 10% so với đá bazan mà nó “trôi nổi” ở trên. Lúc này, một khối đá granit dày hàng km có thể đã tạo ra một gò đất nhỏ cao hơn 300m so với độ cao trung bình của lớp vỏ bazan. Theo thời gian, lớp vỏ granit dần dần tích tụ lại và ngày càng dày hơn; theo đó, các vùng lục địa phát triển ngày một cao và vươn ra khỏi bề mặt đại dương, tạo thành những dãy núi “ngạo nghễ” trên mặt nước. 

Vào thời kỳ đầu trong lịch sử của Trái Đất, hay thậm chí là trong vòng 200 triệu năm đầu tiên, những vùng đất khiêm tốn được làm từ đá granit chắc hẳn đã bắt đầu hình thành ở phía trên các “điểm nóng” – những vùng được tạo nên bởi các lớp bazan đã bị tan chảy một phần. Trong khoảng thời gian này, quá trình kiến ​​tạo thẳng đứng hẳn đã chiếm ưu thế, từ đó tạo nên những vùng lục địa granit đầu tiên – thấp bé, cằn cỗi, lộng gió và thường xuyên bị sóng biển vùi dập dữ dội. Bên cạnh đó, những tinh thể thạch anh bên trong granit bị xói mòn và dần dần tích tụ để tạo thành những bãi cát nhỏ bé, trong khi fenspat đã bị phong hóa thành những lớp đất sét mỏng.

3. Quá trình kiến tạo thẳng đứng 

Vậy thì làm thế nào mà Trái Đất sơ khai có thể “chuyển mình” từ một thế giới chỉ xuất hiện rải rác các miệng núi lửa trên bề mặt thành một hành tinh với các lục địa granit rộng lớn? Làm thế nào mà một vài hòn đảo granit đơn độc đầu tiên đã mở rộng thành những vùng đất trải dài đến tận chân trời? Và quá trình “kiến tạo thẳng đứng” có nghĩa là gì? Một trong những giả thuyết hấp dẫn nhất được đặt ra là quá trình này đã được kích hoạt bởi một tác nhân vô cùng quen thuộc: một tiểu hành tinh đang lao tới.

Khoảng một tỷ năm sau khi Theia bị xoá sổ và Mặt Trăng bắt đầu được hình thành, các chuyên gia ước tính rằng đã có hàng tá các tiểu hành tinh khổng lồ có đường kính lên tới hàng trăm km – những tàn tích còn sót lại đến từ giai đoạn hình thành nên các hành tinh đầu tiên trong hệ Mặt Trời – chắc hẳn đã va chạm dữ dội với Trái Đất. 

Hãy tưởng tượng ra một viễn cảnh khoảng hơn 4 tỷ năm trước, khi một luồng magma nóng đang bốc lên từ bên dưới lớp vỏ đại dương non trẻ. Hàng chục, nếu không muốn nói là hàng trăm những chùm khói như vậy đang thoát ra từ phần bên trong “nóng bỏng” của Trái Đất. 

Sau đó, thảm họa đã xảy ra: một tiểu hành tinh có đường kính gần 50 km đã đâm thẳng vào cụm núi lửa, xóa sổ mọi dấu vết của đất liền trong vòng bán kính 480 km. Vụ va chạm này đã tạo ra một thung lũng magma khổng lồ và phun lên trên các bề mặt lân cận những cục dung nham nóng chảy và các mảnh đá vỡ vụn. Vụ va chạm này đã chặn đứng chùm lớp phủ (chùm manti) và chúng phải tìm ra một con đường khác để có thể nhìn thấy ánh nắng Mặt Trời.

Theo kịch bản này, sau vụ va chạm, chùm lớp phủ đã đổi hướng và “hành quân” đến phần bên dưới của một tiểu lục địa. Và khi nó đã “an vị” tại lớp vỏ bazan này, nguồn nhiệt bổ sung đã tạo ra rất nhiều các “sản phẩm” granit đến từ các “nguyên liệu” bazan dồi dào ở bên trên, từ đó giúp cho các tiểu lục địa này có thể mở rộng và trở nên dày đặc hơn. 

Và câu chuyện không thể kiểm chứng được này rất có thể đã xảy ra trong quá trình hình thành nên các lục địa sớm nhất trên Trái Đất. Quá trình 1 tỷ năm kiến ​​tạo thẳng đứng được “tăng tốc” bởi các vụ va chạm tiểu hành tinh đã giúp hình thành nên ngày một nhiều các đảo núi lửa với lõi bazan và granit xen kẽ. Sau đó, các hòn đảo này dần dần được mở rộng và chiếm một tỷ lệ khá khiêm tốn trên bề mặt Trái Đất.

Nhưng vẫn còn một quá trình kiến tạo khác mà chưa được chúng ta nhắc đến.

4. Alfred Wegener và thuyết kiến tạo mảng 

Nếu chúng ta có thể xem xét và phân tích kỹ hơn một chút, một số loại địa hình không thể được giải thuyết bằng lý thuyết kiến ​​tạo thẳng đứng. Một ví dụ điển hình nhất đó chính là dãy Himalaya và đỉnh Everest hùng vĩ cao 8.849 m. Trái ngược với độ cao này chính là Mariana – rãnh đại dương 11.000m sâu nhất trên Trái Đất, nằm ở ngoài khơi Quần đảo Mariana ở Nam Thái Bình Dương. Những dạng địa hình cực đoan như thế này chắc chắn không thể được tạo ra bởi quá trình kiến tạo thẳng đứng. Vẫn còn có những bí ẩn xuất hiện bên trong câu chuyện này.

Mặc dù đã được dự đoán sau ít nhất bốn thế kỷ quan sát, một ý tưởng về các lục địa bằng cách nào đó có thể di chuyển bên trên bề mặt Trái Đất được cho là khá mơ hồ, thậm chí còn bị coi là dị giáo. Tất cả mọi người đều đồng ý rằng: Các lục địa trên Trái Đất phải là cố định. Tuy nhiên, những ý tưởng về thuyết kiến ​​tạo mảng – vai trò của chuyển động ngang trong quá trình tiến hóa địa chất của Trái Đất – đã bắt đầu manh nha cùng với sự xuất hiện của những tấm bản đồ đầu tiên về đường bờ biển của Tân Thế Giới. Vào đầu những năm 1600, sự trùng khớp đáng kinh ngạc giữa đường bờ biển phía đông của châu Mỹ và bờ biển phía tây của châu Âu và châu Phi đã trở nên rất rõ ràng – tất cả giống như một trò chơi ghép hình cổ xưa.

Các cuộc khảo sát địa chất lẽ ra đã có thể giải quyết câu hỏi này từ rất lâu trước đó, nhưng hơn bốn trăm năm trước, ngành địa chất thậm chí còn chưa được đặt tên chứ đừng nói đến câu chuyện nghiên cứu về nó một cách có hệ thống. Ngành công nghiệp khai thác mỏ và sản xuất nông nghiệp – hai động lực kinh tế chính giúp thúc đẩy các cuộc khảo sát địa chất sớm nhất vào cuối thế kỷ XVIII, việc nghiên cứu này hoàn toàn là những vấn đề nội bộ của một khu vực hay một quốc gia cụ thể. Có rất ít nỗ lực nhằm nghiên cứu kỹ và đối chiếu các cấu tạo địa chất vượt ra khỏi các ranh giới chính trị. Và trong một bối cảnh mang tính chủ nghĩa dân tộc như thế này, việc đối chiếu các đặc điểm địa chất trên khắp các vùng biển rộng lớn trên Đại Tây Dương dường như không phải là một ưu tiên hàng đầu.

Những nỗ lực đầu tiên nhằm so sánh các đặc điểm địa chất xuyên Đại Tây Dương đã được thực hiện bởi một nhà khí tượng học người Đức Alfred Wegener, người đã dành phần lớn sự nghiệp của mình ở Bắc Cực. Mặc dù chuyên ngành của ông chỉ tập trung vào việc nghiên cứu về nguồn gốc của các hiện tượng thời tiết, nhưng công trình khoa học ấn tượng nhất của ông lại liên quan đến cái mà ông gọi là “sự trôi dạt lục địa”. 

Quay ngược thời gian trở về thời điểm Thế chiến I đang diễn ra vô cùng cam go và ác liệt, Alfred Wegener lúc này đang phục vụ trong quân đội với tư cách là một trung úy dự bị trong quân đội của Đức. Bị bắn xuyên cổ trong chiến dịch xâm lược Bỉ, Wegener đã được miễn nhiệm vụ ở tiền tuyến và được sử dụng khoảng thời gian dưỡng thương để nghiên cứu.

Giống như nhiều người tiền nhiệm, Wegener rất ấn tượng trước sự trùng khớp rõ ràng của các lục địa nằm ở hai đầu Đại Tây Dương, mặc dù rất nhiều nhà khoa học đã coi đây là một sự trùng hợp ngẫu nhiên. Wegener đã tiếp tục nhận ra rằng sự trùng khớp tương tự có thể được tìm thấy ở các đường bờ biển ở Đông Phi, Nam Cực, Ấn Độ và Úc. Và theo ông, tất cả các lục địa trên Trái Đất ngày nay đều có thể được kết hợp để tạo thành một siêu lục địa mà ông đặt tên là Pangaea (trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là “tất cả các vùng đất”)

Wegener cũng đã trích dẫn các bằng chứng đến từ các cuộc khảo sát địa chất về các vùng ven biển ở Châu Âu, Châu Phi và Châu Mỹ – những bài báo đã tiết lộ những mối tương quan hấp dẫn trên khắp các vùng biển ở Đại Tây Dương rộng lớn. Ví dụ, ở các khu khai thác mỏ lớn – chẳng hạn như trữ lượng vàng và kim cương rộng lớn ở Brazil và Nam Phi – có thể được kết hợp lại và trở thành một mỏ khoáng sản khổng lồ khi các lục địa được đặt cạnh nhau.

Một ví dụ khác đó chính là Glossopteris – một loài thực vật rất phổ biến được tìm thấy trong các mỏ than, đã tồn tại cách đây khoảng 300 triệu năm. Sự hiện diện của nó trên khắp Nam Mỹ, Châu Phi, Châu Úc, Nam Cực và Ấn Độ đã cung cấp một bằng chứng mạnh mẽ cho thấy các lục địa này đã từng được nối liền với nhau thành một vùng đất rộng lớn.

Ví dụ cuối cùng chính là Mesosaurus – một loài bò sát nhỏ thường sống ở vùng nước ngọt vào đầu kỷ Permi. Vì loài này chỉ sống được trong môi trường nước ngọt nên chắc chắn chúng sẽ không thể nào sống sót sau chuyến hải trình đi xuyên qua Đại Tây Dương rộng lớn và mặn chát. Do đó, sự hiện diện của loài này ở phía đông Nam Mỹ (hệ tầng Irati, Brazil) và Nam Phi (Hệ tầng Whitehill) cho thấy những khu vực này chắc hẳn đã từng được kết nối với nhau. 

Cùng với rất nhiều các bằng chứng khác, Wegener cho rằng đây không đơn thuần chỉ là một sự trùng hợp ngẫu nhiên. Nhất định phải có một cơ chế chưa được biết đến đang diễn ra tại đây.

Đến năm 1915, giả thuyết trôi dạt lục địa của Alfred Wegener đã được xuất bản lần đầu tiên trong cuốn sách Nguồn gốc của các lục địa và đại dương của ông. Sau đó, các dữ liệu mới liên tục được đổ về, dường như đang cố gắng ủng hộ một ý tưởng rằng các lục địa đã từng được nối liền với nhau. Năm 1917, một ủy ban các nhà cổ sinh vật học đã lập ra một danh mục bao gồm hơn một chục các trường hợp nơi những tầng đá chứa hóa thạch có sự trùng khớp kỳ lạ giữa hai đầu của Đại Tây Dương, cùng với các loại khoáng chất, đá và hóa thạch khác.

Tuy nhiên, bất chấp lượng dữ liệu khổng lồ này, cộng đồng khoa học vẫn không hề lay chuyển (Quả nhiên sự cứng đầu của con người là một thứ gì đó rất đặc biệt). Do thiếu một cơ chế giải thích cho các chuyển động của lục địa, nhiều nhà địa chất đã công khai dè bỉu những giả thuyết của Wegener. Họ lập luận rằng, dựa vào định luật thứ nhất của Newton, nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên. Và các lục địa trên Trái Đất cũng như vậy. Nếu như người ta có thể chứng minh được rằng có một ngoại lực nào đó đã đem tới những tác động mạnh mẽ trên quy mô toàn cầu thì lý thuyết trôi dạt lục địa sẽ được chấp nhận, bằng không thì nó chỉ là một ý tưởng điên rồ của một nhà địa chất nghiệp dư.

5. Những gã khổng lồ ẩn mình

Tua nhanh đến khoảng thời gian sau cuộc Thế chiến thứ II – một thời kỳ của sự đổi mới và lạc quan hơn bao giờ hết. Lúc này, hai loại công nghệ chiến tranh được sử dụng trong việc chống lại tàu ngầm đã được các nhà hải dương học áp dụng một cách triệt để vào việc nghiên cứu trong những năm 1950 đã dẫn đến những khám phá mang tính bước ngoặt về các hoạt động địa chất trên Trái Đất (Spoiler alert: Loại công nghệ thứ hai sẽ được mô tả ở mục 6)

Công nghệ sonar, một phương pháp sử dụng sóng âm để xác định khoảng cách và hướng của một vật thể nhất định, đã xuất hiện từ một thế kỷ trước đó. Sau đó, công nghệ này đã được sử dụng trong việc nghiên cứu độ sâu của đại dương, từ đó chúng ta có thể lập ra được những tấm bản đồ địa hình bên dưới đáy biển. Ngay cả những thung lũng và rãnh đại dương sâu nhất cũng có thể được đo đạc bằng phương pháp này. 

Ngay từ những năm 1870, các nhà khoa học ở Anh đã sử dụng các thiết bị đo lường độ sâu rất thô sơ ở một số vùng nước trên con tàu HMS Challenger và báo cáo về những dấu hiệu cho thấy sự xuất hiện của các dãy núi lớn dưới đáy Đại Tây Dương – một kết quả đã khiến cho một số người giàu trí tưởng tượng đương thời liên tưởng đến một lục địa đã mất mang tên Atlantis.

Sau đó, công nghệ sơ khai đã tiếp tục được sử dụng để phát hiện ra các tảng băng trôi sau thảm họa Titanic năm 1912 và nhanh chóng được cải tiến trong Thế chiến thứ I – khoảng thời gian khi tàu ngầm Đức bắt đầu đi vào hoạt động. 

Những năm 1920 đã chứng kiến ​​khả năng ứng dụng đầu tiên của công nghệ sonar trong việc lập ra những tấm bản đồ dưới đáy đại dương và người ta nhanh chóng nhận ra rằng có những dãy núi lớn đang nằm ẩn mình bên dưới những khối nước khổng lồ. Tuy nhiên, ý nghĩa của những phát hiện tiên phong này lại không được nhiều người biết tới, một phần là bởi sự chú ý của đám đông lúc này đang đổ dồn vào cuộc Đại suy thoái và một cuộc Thế chiến thứ II sắp xảy ra.

Sau chiến tranh, các nhà hải dương học đã được trang bị một bộ máy dò sonar rất hiện đại. Nó không chỉ lập được bản đồ địa hình của toàn bộ đáy đại dương mà nó còn có thể phát hiện ra sóng âm phản xạ từ các lớp đá sâu hơn. Lúc này, các đặc điểm dưới đáy Đại Tây Dương có thể được xác nhận một cách rất dễ dàng. Ví dụ, thềm lục địa sẽ chìm dần xuống khi bạn bắt đầu di chuyển ra xa khỏi các bờ biển. Tiếp đó, phần rìa của những thềm lục địa này được đánh dấu bằng một “vực thẳm” dẫn tới một vùng đồng bằng rộng hàng nghìn km². Và vùng đồng bằng này lại bị chia cắt bởi một dãy núi rộng lớn nằm chình ình ở giữa Đại Tây Dương.

Và tất cả những phát hiện này là khá phù hợp với những gì mà chúng ta đã biết từ trước, duy chỉ có độ dày của lớp vỏ đại dương là một bất ngờ lớn. Các nhà địa chất dự đoán rằng đại dương sẽ có lớp vỏ mỏng hơn đất liền – nhưng nó sẽ mỏng dần khi di chuyển ra xa bờ. Tuy vậy, họ lại tìm thấy một sự “điều chỉnh” rất đột ngột ngay tại điểm dốc ở rìa thềm lục địa. Trong khi độ dày trung bình của lớp vỏ lục địa granit dao động từ 25 – 70 km, lớp vỏ đại dương chỉ dày khoảng 5 – 10 km và chủ yếu được tạo thành từ đá bazan.

Năm này qua năm khác, các nhà khoa học liên tục dong buồm trên Đại Tây Dương và tất cả đều cho ra cùng một kết quả: Một dãy núi khổng lồ trải dài trên khoảng 32.000 km ẩn mình bên dưới những con sóng đang chia cắt Đại Tây Dương làm hai nửa. Bên cạnh đó, những đường bờ biển uốn lượn trên cả châu Mỹ và châu Phi lại rất giống với những đường cong của sống núi ngầm nằm giữa Đại Tây Dương, khá giống với các mảnh vỡ đến từ một chiếc đĩa có thể được ghép lại một cách hoàn chỉnh.

Khi các nhà khoa học tiếp tục tiến hành thêm nhiều chuyến thám hiểm xuyên Đại Tây Dương, những khám phá mới đã bắt đầu xuất hiện: Dãy núi ngầm nằm giữa Đại Tây Dương không phải là một dãy núi bình thường. Trên đất liền, một hình ảnh quá đỗi quen thuộc đó chính là các phần đỉnh núi sẽ cùng nhau tạo thành một sống núi cao – một đường thẳng kết nối các phần “nhô lên” của một dãy núi.

Tuy nhiên, sống núi của dãy núi ngầm nằm giữa Đại Tây Dương lại là một rãnh rộng khoảng 32 km và sâu hơn 1,5 km so với các đỉnh núi liền kề ở phía đông hoặc phía tây. Và rãnh núi này được gọi là một thung lũng tách giãn.

Nhưng tất cả những điều kỳ lạ này không dừng lại ở đây: Dãy núi ngầm và thung lũng tách giãn của nó không đi theo một đường cong “trơn tru” và “mượt mà” từ Bắc xuống Nam. Thay vào đó, thung lũng tách giãn này liên tục “uốn éo” hết từ phía Đông rồi lại chuyển sang phía Tây và làm cho toàn bộ dãy núi ngầm có vẻ ngoài lởm chởm và đứt đoạn. Vậy thì chuyện gì đang xảy ra ở đây vậy?

Những phát hiện tinh tế và đầy sức gợi mở như thế này rất dễ bị bỏ qua. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu của chúng ta lại là những người rất tỉ mẩn và kỹ tính. Bruce Heezen và Marie Tharp, hai nhà địa chất học làm việc tại Đài quan sát Địa chất Lamont thuộc Đại học Columbia, đã cố gắng tạo ra một bản đồ địa hình mới dưới đáy đại dương.

Giống như các bản đồ địa hình khác, họ sử dụng màu sắc để thể hiện độ cao của các bề mặt – độ cao càng lớn thì màu sắc sẽ chuyển dần từ màu xanh lá cây và màu vàng sang màu nâu và màu trắng – những đỉnh núi cao nhất và bị bao phủ bởi tuyết. Các dãy núi lớn như Himalaya, Andes, Alps…lúc này trở nên rõ ràng hơn bao giờ hết.

Những nỗ lực của Heezen và Tharp để làm nổi bật các dãy núi ngầm khổng lồ đều tuân theo các quy tắc về màu sắc như trên (mặc dù hai người đã sử dụng các tông màu khác, với màu đen thể hiện cho dãy núi ngầm giữa Đại Tây Dương). Và với tấm bản đồ này, họ đã làm nổi bật nét tương đồng giữa đường bờ biển của châu Mỹ, châu Phi và sống núi giữa Đại Tây Dương. Đây chắc chắn không còn là một sự trùng hợp ngẫu nhiên nữa.

6. Sự mở rộng của các đại dương

Với việc phát hiện ra dãy núi ngầm ở giữa Đại Tây Dương cũng như việc tìm thấy các dãy núi tương tự ở phía Đông Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương, các nhà khoa học lúc này đã nghĩ tới giả thuyết của Wegener. Vì vậy, các nhà địa chất đã cố gắng tìm kiếm một thế lực bí ẩn đang ngày đêm gây ra những chuyển động “hỗn loạn” của các lục địa trên bề mặt của Trái Đất.

Hết các khám phá này rồi đến các khám phá khác, những dữ liệu mới liên tục xuất hiện làm các chuyên gia vô cùng bối rối. Năm 1956, Heezen và cấp trên của ông tại Lamont, nhà địa chấn học Maurice Ewing, đã ghi nhận một mối liên hệ rất đáng chú ý giữa vị trí của thung lũng tách giãn với một mô hình động đất dưới đáy biển trải dài gần 55.000 km trên toàn cầu. Bằng một cách nào đó, các thung lũng tách giãn và những trận động đất này có mối liên hệ rất mật thiết với nhau. 

Bên cạnh đó, các loại đá dưới đáy đại dương cũng khiến cho rất nhiều nhà địa chất phải há hốc mồm ngạc nhiên. Ban đầu, họ dự đoán rằng dãy núi ngầm giữa Đại Tây Dương phải được bao phủ bởi đá vôi biển. Nhưng tất cả những gì mà họ tìm được chỉ toàn là đá bazan, thậm chí còn là đá bazan tương đối trẻ. 

Vậy thì làm thế nào mà chúng ta lại có thể biết được điều này? Dựa vào tốc độ phân rã ổn định của các nguyên tố phóng xạ, người ta có thể xác định được tuổi đời của các tảng đá bazan được thu thập từ thung lũng tách giãn ngay tại trung tâm của dãy núi ngầm giữa Đại Tây Dương. Và các tính toán đã chỉ ra rằng, đây là những tảng đá mới hình thành, có tuổi đời chưa đến 1.000.000 năm. Càng di chuyển ra xa thung lũng tách giãn (lan sang hai bên), đá bazan ngày càng “già đi”, kéo dài cho đến các tảng đá gần rìa lục địa với tuổi đời lên đến hơn 100.000.000 năm. Vậy thì tại sao điều này lại xảy ra?

Để trả lời được câu hỏi này, chúng ta phải cần đến một loại công nghệ săn lùng tàu ngầm thứ hai được gọi là từ kế. Vậy thì nó hoạt động như thế nào? Trước tiên, tàu ngầm trong Thế chiến II là một khối hợp kim rất giàu sắt, vì vậy chúng có từ tính. Nhờ sự phát triển của từ kế, máy bay săn lùng tàu ngầm có thể bay trên mặt biển và thu nhận các tín hiệu dị thường đến từ các tàu ngầm của kẻ địch gần đó. Sau khi chiến tranh kết thúc, các nhà khoa học đã phát triển ra các loại từ kế có khả năng “cảm nhận” những thay đổi rất nhỏ bên trong từ trường. Sau đó, họ đã gắn các thiết bị này ở đằng sau các tàu nghiên cứu, nằm ở phía bên trên đáy biển. Vậy thì họ đang tìm kiếm điều gì?

Lúc này, mục tiêu mà các nhà nghiên cứu đang nhắm đến đó chính là đá bazan dưới đáy đại dương – loại khoáng vật chứa các tinh thể nhỏ magnetit mang theo các tín hiệu từ tính. 

Từ trường của Trái đất được biết là luôn có sự thay đổi nhẹ từ năm này sang năm khác. Khi đá bazan nguội đi, nó sẽ làm “đông cứng” các tinh thể magnetit ở bên trong và khoá chặt từ trường của Trái Đất ngay tại thời điểm đó. Như vậy, có thể nói rằng đá bazan dưới đáy đại dương đóng vai trò giống như một quyển “sử ký toàn thư” lưu giữ lại các bản ghi về từ trường của Trái Đất vào đúng thời điểm những hòn đá này “đông cứng” lại.

Bắt đầu từ đầu những năm 1950, các nhà hải dương học đã bắt đầu sử dụng từ kế và chạy lòng vòng trên vùng biển Đại Tây Dương rộng lớn. Và những gì họ tìm thấy là một mô hình từ tính khá kỳ lạ: Ở gần khu vực trung tâm của thung lũng tách giãn Đại Tây Dương và Thái Bình Dương, từ trường của đá bazan cùng hướng với từ trường của Trái Đất hiện nay. Nhưng cách đó vài km về phía đông hoặc phía tây, tín hiệu này đảo ngược 180^o: cực Bắc thì được đổi thành cực Nam và ngược lại. Đi ra xa thêm vài km nữa, từ trường lại bị đảo ngược 180^o trở về hướng ban đầu và cứ thế tiếp tục.

Phân tích này đã cho chúng ta biết được hai điều. Thứ nhất, các loại đá có từ trường này đã tạo thành các dải dài và hẹp chạy dọc theo hướng Bắc – Nam, song song với các thung lũng tách giãn ở cả Đại Tây Dương và Thái Bình Dương. Thậm chí, khi những thung lũng tách giãn trung tâm này bị đứt gãy hay bị dịch chuyển thì các dải từ tính cũng bị đứt gãy và dịch chuyển theo cách tương tự. Thứ hai, mô hình của các dải từ tính này là đối xứng thông qua một trục thung lũng tách giãn ở trung tâm như đã được mô tả ở hình trên. 

Tiếp theo là chúng ta có thể rút ra hai kết luận. Đầu tiên, từ trường của Trái Đất thay đổi theo chu kỳ: trung bình cứ nửa triệu năm nó lại đảo cực một lần và nó đã làm như vậy trong ít nhất 150 triệu năm qua. Vậy thì tại sao hiện tượng này lại xảy ra? 

Về cơ bản, Trái Đất là một thỏi nam châm điện khổng lồ. Từ trường của nó được tạo ra bởi dòng chảy của sắt và niken lỏng tại vùng lõi ngoài. Như chúng ta đã biết, sự hỗn loạn tại khu vực ranh giới giữa vùng lõi và lớp phủ rất có thể đã làm “phức tạp hoá” dòng chảy này, dẫn đến sự đảo chiều của từ trường. Thậm chí, trước khi đảo chiều, từ trường của Trái Đất suy yếu đáng kể và tạo ra rất nhiều cực chứ không riêng gì cực Bắc và cực Nam.

Kết luận thứ hai có thể được rút ra là các dãy núi ngầm này đang tạo ra một lớp vỏ bazan mới với tốc độ khoảng 2,5 cm mỗi năm. Lớp bazan cũ di chuyển theo chiều ngang, tiến về cả phía đông và phía tây – tức là hai bên của thung lũng tách giãn. Do đó, các dãy núi ngầm chính là những “băng chuyền” hai chiều khổng lồ, liên tục làm mới lớp vỏ đại dương, từ đó thúc đẩy quá trình mở rộng của Đại Tây Dương, khiến nó rộng thêm tới 5 cm mỗi năm. Quay ngược thời gian trở về 150 triệu năm trước, Đại Tây Dương thậm chí còn chưa hề tồn tại. Trước thời điểm đó, châu Mỹ chắc hẳn đã được nối liền với châu Âu và châu Phi, giống như Alfred Wegener đã đề xuất từ trước.

Với ngày càng nhiều các bằng chứng tương tự đến từ các hệ thống núi ngầm trên khắp thế giới, mối quan hệ giữa địa hình dưới đáy đại dương, địa chấn học, từ tính và tuổi của đá đang ngày càng trở nên rõ ràng: Vỏ đại dương đang được tạo ra tại các hệ thống núi ngầm – những vùng có hoạt động núi lửa rất tích cực. Tốc độ giãn nở dưới đáy đại dương đã được ghi lại trong các dải từ tính và độ tuổi của đá bazan. Lúc này, hầu như mọi người đều tin vào điều mà trước đây từng bị coi là dị giáo: các lục địa đang di chuyển và Đại Tây Dương đang liên tục mở rộng trong hơn 150 triệu năm.

7. Lớp vỏ đại dương biến mất?

Tới đây, vẫn còn có một câu hỏi nữa chưa được giải đáp một cách thoả đáng: Nếu đại dương đang liên tục tạo ra các lớp vỏ mới thì lớp vỏ cũ sẽ đi về đâu?

Trong bối cảnh chiến tranh lạnh đang diễn ra rất căng thẳng ở những năm 1960, vũ khí hạt nhân đã trở thành “trái tim” của ngành địa chấn học. Sau cuộc khủng hoảng tên lửa Cuba năm 1962, Hoa Kỳ và Liên Xô đã ký kết Hiệp ước cấm thử nghiệm vũ khí hạt nhân một phần, trong đó quy định việc thử nghiệm vũ khí hạt nhân chỉ được phép diễn ra bên dưới lòng đất. Và để giám sát việc tuân thủ hiệp ước này, người ta đã sử dụng một hệ thống giám sát địa chấn liên tục – một mạng lưới bao gồm các thiết bị vô cùng nhạy cảm với các rung động được triển khai trên khắp nơi trên thế giới. Mạng lưới Địa chấn Tiêu chuẩn Toàn cầu (WWSSN) đã kết nối 120 trạm đo đạc với một trung tâm xử lý ở Golden, Colorado – trụ sở của một chi nhánh thuộc Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ. Lần đầu tiên trong lịch sử, người ta đã có thể xác định chính xác các thông số về vị trí, độ sâu, cường độ và chuyển động của các trận động đất nhỏ (và các vụ nổ lớn) ở bất cứ đâu trên Trái Đất.

Tất nhiên, những lợi ích gián tiếp đối với khoa học là không thể đong đếm được. Được trang bị “đến tận răng” những thiết bị tối tân nhất, các nhà nghiên cứu có thể cảm nhận được hàng ngàn những chuyển động nhỏ của Trái Đất và do đó, họ đã ghi lại được những mô hình địa chấn trên toàn hành tinh. Họ đã phát hiện ra rằng hầu hết các chuyển động đột ngột của lớp vỏ Trái Đất đều xảy ra dọc theo những “cung đường” có hoạt động địa chấn mạnh – chẳng hạn như các dãy núi ngầm ở giữa đại dương. Nhiều trận động đất khác cũng đã xảy ra ở các chuỗi núi lửa gần rìa lục địa – chẳng hạn như “vành đai lửa” khét tiếng của Thái Bình Dương.

Từ lâu, người ta đã biết rằng những trận động đất “nông” – tức là những trận động đất có độ sâu vài km trở xuống, thường bắt nguồn ngay ngoài khơi, gần các rãnh sâu dưới đáy đại dương; trong khi những trận động đất “sâu” hơn, một số có độ sâu hơn một trăm km, lại cách bờ biển tương đối xa, thường là ở bên dưới những ngọn núi lửa.

Vào cuối những năm 1960, dữ liệu mới đến từ WWSSN đã làm sáng tỏ mối quan hệ giữa các rãnh đại dương, động đất và núi lửa. Mô hình về các trận động đất đã vẽ nên một bức tranh về một lớp vỏ đại dương khổng lồ đang lao xuống lớp phủ – tức là nó đi xuống bên dưới lớp vỏ lục địa (do lớp vỏ bazan của đại dương đặc hơn lớp vỏ granit của lục địa), tạo thành một vùng được gọi là đới hút chìm. Lúc này, lớp vỏ bazan lâu đời, lạnh ngắt và đặc hơn nhiều đã bị lớp phủ của Trái Đất nuốt chửng. Đồng thời, các rãnh đại dương sâu đã được hình thành

Như vậy, bất cứ khi nào một lớp vỏ mới được tạo ra bởi các thung lũng tách giãn ở vùng trung tâm dãy núi ngầm giữa đáy đại dương, một lớp vỏ cũ tương ứng sẽ “biến mất” ở đới hút chìm và đi vào lớp phủ. Sau khi trải qua một vài vòng đối lưu tại đây, các vật liệu này lại được đẩy trở lại các thung lũng tách giãn và tiếp tục một chu kỳ mới.

Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng các dãy núi ngầm dưới đáy đại dương và các đới hút chìm đã xác định ranh giới của rất nhiều các mảng đang di chuyển liên tục trên bề mặt Trái Đất, mỗi mảng đều có nhiệt độ thấp hơn so với lớp phủ bên dưới, giòn hơn – do đó dễ bị nứt vỡ bởi các vụ va chạm cũng như chỉ dày khoảng vài chục km nhưng lại có diện tích lên đến hàng nghìn km². Những mảng kiến tạo này chỉ đơn giản là “trượt” trên một lớp phủ nóng hơn và mềm mại hơn ở bên dưới.

Vậy thì điều gì đã cung cấp năng lượng cho các chuyển động này của mảng? Điều gì đã khiến cho các mảng kiến tạo này di chuyển và va chạm trong hàng trăm triệu năm? Câu trả lời chính là sức nóng tỏa ra từ bên trong Trái Đất. 

Như chúng ta đã biết, định luật thứ hai của nhiệt động lực học đã phát biểu rằng nhiệt luôn được truyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn – tức là nhiệt phải được phân tán một cách đồng đều. Chúng ta hãy cùng nhau nhớ lại ba cơ chế quen thuộc giúp cho Trái Đất có thể truyền nhiệt một cách hiệu quả: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Vậy thì làm thế nào để nhiệt có thể được phân tán một cách hiệu quả nhất từ vùng lõi đi ra đến lớp vỏ? Đá và magma thì có khả năng cản trở bức xạ hồng ngoại, trong khi quá trình dẫn nhiệt chậm chạp cũng chẳng khá hơn là bao. Vì vậy, quá trình đối lưu của lớp phủ nóng chảy và mềm mại (như kẹo dẻo) chính là câu trả lời.

Các loại đá trên bề mặt Trái Đất là những loại vật liệu rất cứng và giòn, nhưng sâu bên trong lớp vỏ này – nơi có áp suất rất cao, đá lại “mềm oặt” như bơ. Trải qua hàng triệu năm bị “chèn ép” dưới áp suất kinh hồn, các loại đá này đã bị biến dạng, tan chảy và nhão nhoét. Những tảng đá nóng hơn và ít đậm đặc hơn sẽ dần dần “ngóc đầu” lên trên bề mặt, trong khi những tảng đá lạnh hơn và đặc hơn sẽ bị “đạp” xuống dưới.

Và những vòng đối lưu khổng lồ này – những vòng “tròn” rộng hàng nghìn km và sâu hàng trăm km – đã liên tục làm đảo lộn lớp vỏ Trái Đất trong một chu kỳ vô cùng to lớn nhưng lại bị ẩn khuất khỏi tầm nhìn của chúng ta. Người ta ước tính rằng, để có thể hoàn thành được một vòng đối lưu, Trái Đất sẽ phải mất đến hàng trăm triệu năm.

Tuy nhiên, trong thời kỳ sơ khai, quá trình đối lưu bên dưới lớp vỏ bazan của Trái Đất ắt hẳn là vô cùng hỗn loạn. Tại đây, những dòng dung nham nóng bỏng của đá granit có mật độ thấp hơn đã trồi lên bề mặt, tích tụ lại và làm xáo trộn lớp bazan lạnh hơn và có mật độ cao hơn. Những khối đá của lớp vỏ lạnh hơn này sau đó sẽ từ từ chìm xuống lòng đất. Bẵng đi một khoảng thời gian, sự khuấy động của lớp phủ sẽ trở nên ngày càng chặt chẽ và quy củ hơn.

Lúc này, hàng chục các vòng đối lưu nhỏ hơn, mỗi vòng đều có các lớp magma trồi lên và các lớp vỏ Trái Đất chìm xuống tương ứng: Lớp vỏ bazan nóng chảy mới được “sản xuất” ở những vòng đối lưu này trồi lên qua các thung lũng tách giãn ở các dãy núi ngầm đang phát triển, trong khi lớp vỏ bazan lạnh lẽo và cũ kỹ lại chìm xuống lớp phủ ở các đới hút chìm.

Không dừng lại ở đây, bề mặt Trái Đất đang dần phản ánh các quá trình “vĩ đại” diễn ra ở sâu bên trong Trái Đất. Những dãy núi lửa bazan khổng lồ đã bắt đầu mọc ở trên các vùng đối lưu của dòng magma đang không ngừng cuộn trào ở bên dưới. Các rãnh đại dương sâu cũng bắt đầu được hình thành – một hệ quả trực tiếp của các đới hút chìm, từ đó nó có thể uốn cong và làm biến dạng khu vực đáy đại dương liền kề.

Quá trình hút chìm cũng giúp “gia tốc” quá trình sản xuất đá granit. Khi lớp vỏ bazan lạnh lẽo và ẩm ướt di chuyển xuống lớp phủ, nó sẽ bị nung nóng và bắt đầu tan chảy – nhưng nó chỉ tan chảy một phần, có lẽ là khoảng 20 đến 30%. Sau đó, những khối magma granit này sẽ nổi lên trên bề mặt, từ đó giúp thiết lập nên các lục địa đầu tiên.

8. Một thế giới mới

Granit nổi lên trên, bazan chìm xuống dưới: đây chính là chìa khóa cho nguồn gốc của các lục địa. Đá granit có mật độ thấp hơn nhiều so với đá bazan ban đầu, vì vậy, những hòn đá này sẽ nổi lên trên để kết tinh thành các khối đá lớn hơn hoặc sẽ được bắn ra từ các miệng núi lửa. Trải qua hàng tỷ năm, vô số các hòn đảo granit đã được tạo tác dựa vào cơ chế này.

Không dừng lại ở đây, các hòn đảo granit nhỏ bé này dần dần được tập hợp lại để tạo thành các lục địa rộng lớn hơn. Và một khi đã được hình thành, các lục địa này sẽ ở nguyên trên bề mặt và không thể bị chìm xuống. 

Lúc này, chúng ta hoàn toàn có thể nói rằng chu trình kiến ​​tạo mảng đã làm thay đổi toàn bộ hành tinh. Bề mặt mỏng, lạnh và giòn của Trái Đất liên tục di chuyển bên trên một cái lò magma đang sôi sục. Lớp vỏ bazan mới thì liên tục trào ra từ các dãy núi ngầm dưới đáy đại dương, lớp vỏ cũ thì liên tục bị nuốt chửng tại các đới hút chìm. Cùng nhau, chúng tạo thành các vòng đối lưu khổng lồ. Những biến động dữ dội nhất trên bề mặt của Trái Đất – những trận động đất kinh hoàng, những ngọn núi lửa phun trào dữ dội – đây chỉ là những sự kiện nhỏ nhặt và không đáng kể so với những chuyển động to lớn và mạnh mẽ hơn nhiều ẩn sâu bên trong Trái Đất.

Khi Trái Đất được khoảng 1,5 tỷ năm tuổi, quá trình đối lưu bên trong lớp phủ – một  vùng dày gần 3.000 km mang theo phần lớn khối lượng và năng lượng nhiệt của Trái Đất – đã biến đổi bề mặt hành tinh một cách vô cùng mạnh mẽ. Trái Đất đã “thay da đổi thịt”, chuyển đổi từ bề mặt đá bazan đen đặc thành các khối granit khổng lồ cằn cỗi có màu trắng xám. 

Vì vậy, nếu bạn có thể du hành thời gian và đặt chân tới thế giới cổ đại này vào hơn 3 tỷ năm trước, bạn sẽ nhìn thấy xung quanh mình toàn là những ngọn đồi lởm chởm và các vách đá dựng đứng. Bạn cũng sẽ trải qua những ngày nắng đẹp cũng như những ngày có thời tiết rất xấu và khắc nghiệt. Bạn cũng sẽ bắt gặp những đại dương chứa đầy các loại khoáng chất như canxi và magie cacbonat, thỉnh thoảng được lắng đọng thành các lớp tinh thể trên các đáy biển bazan. Bạn cũng có thể ngả lưng bên cạnh các đại dương xanh mát đó, trên những bãi cát trắng được làm từ các hạt thạch anh bị xói mòn từ đá granit. Nhưng rất tiếc (đáng lẽ ra điều này phải được nói từ đầu) bạn sẽ nhanh chóng bị ngạt thở trong một bầu khí quyển rất giàu nitơ và cacbon dioxit nhưng lại thiếu đi (rất nhiều) oxy.

Sự hình thành nên các lục địa – các vùng đất được tạo tác từ lớp vỏ granit vững chắc – chỉ là một màn trình diễn rất nhỏ trong một “concert” rất dài của Trái Đất. Các lục địa granit, được hình thành do sự nung nóng và tan chảy một phần của đá bazan gần bề mặt, ban đầu hiện lên giống như những vết sẹo xám nhỏ bé trên lớp da đen nguyên thuỷ và chìm nghỉm dưới đại dương sâu thẳm. Dần dần, những mảnh đá granit này lại dày lên, nổi lên trên lớp nền bazan đặc hơn và vươn ra khỏi mặt biển, đón lấy những tia nắng rực rỡ đến từ Mặt Trời. 

Mọi thứ lúc này dường như khá là buồn tẻ, nhưng nó sẽ không kéo dài quá lâu.