Tại sao phát hiện ra tâm và vỏ trái đất lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?


Con người không thể nhìn thấy phần dưới của bề mặt trái đất, cũng chẳng thể đi vào sâu tận trong lòng đất mà thám hiểm, thậm chí nếu có dùng các công cụ khoa học để dò tìm thì cũng chỉ tới khoảng cách một vài dặm so với mặt đất mà thôi. Khoảng cách trên 4000 dặm từ bề mặt đến tâm của trái đất vẫn là cấm địa mà con người không bao giờ đặt chân đến được. Tuy nhiên, nếu không có một sự hiểu biết chính xác thì các nhà khoa học của chúng ta cũng không thể biết được một cách toàn diện về trái đất và cấu tạo bên trong của nó như thế nào.


Beno Gutenberg là người đầu tiên đưa ra được những giải thích hợp lý về kết cấu bên trong của vỏ trái đất. Ông đã chứng minh được trái đất không phải là một khối cầu đặc đơn thuần mà nó được chia thành nhiều tầng khác nhau. Gutenberg cũng là nhà khoa học đầu tiên tính toán chính xác được nhiệt độ và tính chất vật lý bên trong lòng trái đất. Phát hiện của ông có ý nghĩa vô cùng quan trọng, do đó Gutenberg vẫn được ca tụng là bậc thầy của ngành địa chất.


Tâm và vỏ trái đất được phát hiện ra như thế nào?


Beno Gutenberg sinh năm 1889 tại Darmstadt, nước Đức. Từ thuở nhỏ ông đã yêu thích khoa học, và ông quyết tâm phấn đấu để trở thành một nhà khí tượng học. Năm 1907, khi còn là sinh viên năm thứ hai khoa khí tượng học, Gutenberg tình cờ đọc được thông báo về việc thành lập một khoa mới trong trường Đại học ở Gottingen - Khoa Vật lý địa chất (khoa học địa chất).


Lĩnh vực khoa học mới này đã thu hút sự chú ý của Gutenberg. Ông đã quyết định chuyển trường sang Gottingen trong khi vẫn tiếp tục nghiên cứu về khí tượng học. Thầy giáo giảng dạy là Emil Wiechert, một nhà tiên phong trong lĩnh vực khoa học mới - môn địa chấn học, chuyên nghiên cứu khoa học sóng động đất gây ra bởi hiện tượng động đất và địa chấn.


Năm 1913, trước khi tốt nghiệp đại học, Gutenberg đã chuyển từ nghiên cứu khí tượng (nghiên cứu về khí quyển) sang lĩnh vực nghiên cứu địa chất (nghiên cứu lòng trái đất). Gutenberg đã có cơ hội tiếp xúc với hầu hết các thành quả nghiên cứu và các số liệu nghiên cứu của Wiechert (những thành quả này là những dữ liệu phong phú và hệ thống nhất về lĩnh vực địa chấn học lúc bấy giờ). Wiechert đã tập trung vào việc thu gom số liệu, còn Gutenberg thì tập trung nghiên cứu phân tích các số liệu này. Gutenberg đã nhận thấy sóng địa chấn không thể lan ra các khu vực trên bề mặt trái đất, cho dù sự chấn động ấy có thể cảm nhận được. Sở dĩ có điều này là bởi vì mặt kia của trái đất tương ứng với chấn nguyên luôn tồn tại ít nhiều “vùng bóng âm” (nơi không thể đo được sóng địa chấn).


Ông cũng nhận ra khi sóng địa chấn truyền đi theo nhiều hướng khác nhau của trái đất thì tốc độ truyền của chúng cũng không giống nhau. Những điều này làm Gutenberg nghi ngờ bên trong lòng trái đất được cấu tạo từ các loại vật chất khác nhau, do các lớp hoặc các khu vực khác nhau tạo nên. Ông giả thiết trái đất có hình một quả trứng, bề mặt trái đất mỏng và dễ vỡ như vỏ trứng, như vậy chắc hẳn trái đất phải có phần lõi ở bên trong (giống như lòng đỏ trứng), mật độ của nó dày hơn so với các phần bao quanh lõi (giống như lòng trắng trứng). Nếu giả thiết của ông là đúng thì sóng địa chấn khi truyền đến tâm trái đất, tốc độ của chúng sẽ bị thay đổi và bị bẻ cong bởi mật độ khác nhau giữa các lớp trong lòng trái đất. Một loại sóng địa chấn mà Gutenberg đã tìm ra (có tên là sóng chạy ngang) cũng không thể xuyên sâu xuống tâm trái đất. Khi nghiên cứu thấy sóng chạy ngang này nhanh chóng bị tan biến trong đại dương, Gutenberg đoán định rằng tâm trái đất chắc chắn là thể lỏng.


Để chứng minh sự biến mất của sóng địa chấn, Gutenberg đã đọc rất nhiều những tài liệu ghi chép về hiện tượng này, đồng thời ông đã thu thập được những dữ liệu quan trọng, ghi lại độ dày của tâm trái đất, và cuối cùng ông đã đo được bán kính của tâm trái đất là 2.100 dặm.


Dựa trên cơ sở tính toán này cộng với các thí nghiệm hóa học trước đây (thực hiện năm 1914) và dựa vào sự tính toán đo đạc thành phần hóa học của thiên thạch, Gutenberg đã kết luận tâm trái đất là hợp chất thể lỏng của niken và sắt, trong khi vỏ trái đất cấu tạo bởi đá.


Lý luận của Gutenberg nhanh chóng được công nhận, nhưng mãi đến năm 1938 nó mới tiếp tục được hoàn thiện. Cũng cùng năm đó, Inge Lehman đã dùng thiết bị hiện đại hơn gấp nhiều lần so với năm 1914 để hoàn thiện nghiên cứu chi tiết của mình về sóng “P” (là một loại sóng địa chấn), và bà đã chứng minh được rằng lõi trái đất được chia làm hai phần: phần lõi cứng bên trong và phần chất lỏng xung quanh lõi. Vỏ trái đất được chia làm hai phần: phần vỏ trong và phần vỏ ngoài. Phát hiện này đã giúp chúng ta có cái nhìn toàn diện hơn về trái đất và cấu tạo của nó.

schoolnet