Một đới hút chìm chết ra sao? Những vết xé dưới Cascadia

Ngoài khơi đảo Vancouver, ảnh địa chấn cho thấy những đứt gãy lớn đang cắt qua các mảng Juan de Fuca và Explorer khi chúng chìm xuống dưới mảng Bắc Mỹ. Dấu vết này gợi ra câu trả lời khác thường cho một câu hỏi lâu nay của địa chất học: đới hút chìm Cascadia có thể không dừng lại trong một biến cố duy nhất, mà tan rã từng phần khi các đoạn của mảng lần lượt tách khỏi nhau. [1]

Quá trình ấy diễn ra trong hàng triệu năm. Nó không báo hiệu Cascadia sắp ngừng hoạt động, cũng không làm mất nguy cơ động đất và sóng thần hiện nay. Điều đáng chú ý là các nhà nghiên cứu đang nhìn thấy những cấu trúc có thể giải thích cách vi mảng hình thành, vì sao ranh giới kiến tạo dịch chuyển và tại sao dấu tích của các đới hút chìm cổ lại nằm rải rác trong vỏ Trái Đất. [1]

Vì sao hút chìm không thể kéo dài mãi?

Một đới hút chìm xuất hiện khi một mảng kiến tạo, thường là mảng đại dương, bị ép xuống dưới mảng khác. Khi chìm sâu, nó kéo vật chất của lớp vỏ về phía lớp phủ, lớp nóng nằm bên dưới. Chuyển động này góp phần liên tục tái định hình bề mặt hành tinh, đồng thời liên quan đến những trận động đất rất lớn, hoạt động núi lửa và sự biến đổi lâu dài của đại dương lẫn lục địa. [1]

Sau khi đã vận hành, phần mảng đang chìm tạo ra lực kéo xuống, giúp các phần phía sau tiếp tục chuyển động. Tuy nhiên, hệ thống không thể tồn tại vô hạn: hình dạng mảng thay đổi, ranh giới mới xuất hiện và các lực tác động không còn phân bố như trước. Để chấm dứt hút chìm, mối liên kết cơ học duy trì tấm mảng phải suy yếu hoặc bị phá vỡ. Cascadia cho thấy sự phá vỡ đó có thể lan theo từng đoạn, thay vì đồng loạt trên toàn ranh giới. [1]

Làm sao nhìn thấy vết xé dưới đáy biển?

Trong thí nghiệm chụp ảnh địa chấn Cascadia CASIE21 năm 2021, một tàu nghiên cứu phát sóng âm xuống đáy biển. Các sóng đi qua những lớp đá rồi phản xạ khi gặp ranh giới có tính chất khác nhau. Một dải thiết bị thu dài 15 km, thường gọi là streamer, ghi lại tín hiệu trở về. Nguyên lý này gần với siêu âm y khoa, nhưng đối tượng được dựng ảnh là cấu trúc nằm sâu dưới đáy đại dương. [1]

Thời gian và đặc điểm của những tiếng vọng giúp các nhà nghiên cứu nhận ra bề mặt lớp đá, đứt gãy và phần mảng đang chìm. Khi kết hợp ảnh phản xạ với vị trí động đất, họ có thể so sánh hình dạng địa chất với nơi đá vẫn đang tích tụ ứng suất và trượt. Kết quả không phải một bức ảnh quang học của lòng đất, mà là mô hình cấu trúc được suy ra từ đường truyền của sóng. [1]

Dấu hiệu nào cho thấy mảng đang tách?

Ảnh địa chấn bộc lộ nhiều vết rách xuyên qua mảng đại dương. Một cấu trúc nổi bật có độ lệch theo phương đứng khoảng 5 km, cho thấy hai phần của mảng không còn nằm liền trên cùng một mức. Dọc theo một vết rách dài khoảng 75 km, một số đoạn vẫn phát sinh động đất trong khi những đoạn khác yên tĩnh khác thường. [1]

Sự tương phản ấy có ý nghĩa vì động đất cần các khối đá còn tiếp xúc để tích lũy ứng suất rồi trượt đột ngột. Theo cách diễn giải của nhóm nghiên cứu, đoạn không còn động đất có thể là nơi một phần mảng đã tách hẳn; vùng tách đang dần mở rộng. Đây là suy luận từ ảnh địa chấn và phân bố động đất, không có nghĩa toàn bộ đới Cascadia đã bị cắt rời. [1]

Từ một tấm mảng đến nhiều vi mảng

Các đứt gãy trượt bằng, nơi hai khối vỏ dịch ngang qua nhau, có thể đóng vai trò như đường cắt xuyên mảng. Mỗi lần một đoạn bị cô lập, nó có thể trở thành vi mảng: một phần nhỏ của lớp ngoài cứng của Trái Đất, chuyển động phần nào độc lập với các mảng lớn xung quanh. Trong lúc đó, đoạn kế bên vẫn có thể tiếp tục chìm, khiến cùng một hệ thống có những phần ở các giai đoạn khác nhau. [1]

Mỗi mảnh bị tách làm giảm phần nào lực kéo xuống của tấm mảng còn lại. Nếu quá trình tiếp diễn qua nhiều đợt, ranh giới cũ sẽ dần mất tính liên tục và được thay bằng các ranh giới nhỏ hơn. Như vậy, “cái chết” của đới hút chìm không nhất thiết là khoảnh khắc có thể xác định bằng một sự kiện duy nhất. Nó có thể là chuỗi lần đứt gãy, mỗi lần kéo dài hàng triệu năm, cho đến khi cơ chế cũ không còn vận hành như một hệ thống thống nhất. [1]

Những mảnh vỡ kể gì về quá khứ?

Cách tan rã từng phần có thể giúp giải thích các vi mảng hóa thạch ngoài khơi Baja California, được xem là phần còn lại của mảng Farallon cổ. Thay vì biến mất cùng lúc, một mảng lớn có thể để lại các mảnh chuyển động riêng sau khi những đường trượt bằng và vết xé chia cắt nó. Cascadia cung cấp một mô hình đang hoạt động để đối chiếu với những dấu tích đã đông cứng trong hồ sơ địa chất. [1]

Khi một phần mảng chìm tách ra, khoảng trống gọi là “cửa sổ mảng chìm” có thể hình thành. Vật chất nóng hơn từ lớp phủ có đường đi lên, làm thay đổi quá trình tạo magma và có khả năng góp phần vào các giai đoạn núi lửa. Vì các đoạn tách vào những thời điểm khác nhau, tuổi và vị trí của đá núi lửa cổ cũng có thể lưu lại trình tự tan rã, thay vì ghi dấu một lần chấm dứt duy nhất. [1]

Phát hiện này có đổi cách nhìn về động đất Cascadia?

Câu hỏi thực tế là một vết đứt mới nhận diện sẽ chặn, đổi hướng hay cho phép một đứt gãy động đất lớn tiếp tục lan qua. Quãng đường mà vùng trượt lan truyền ảnh hưởng đến đặc điểm của trận động đất, nên việc đưa các cấu trúc ẩn này vào mô hình có thể giúp nghiên cứu rõ hơn hành vi của những lần đứt gãy trong tương lai. Hiện chưa có câu trả lời dứt khoát về vai trò của từng vết xé. [1]

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh quá trình tan rã không làm thay đổi đáng kể hiểm họa Cascadia trên thang thời gian của con người. Khu vực vẫn có khả năng xảy ra động đất và sóng thần rất lớn, còn sự chia nhỏ của mảng diễn tiến qua hàng triệu năm. Giá trị trước mắt của phát hiện nằm ở một góc nhìn rộng hơn: bên dưới một ranh giới tưởng như liền mạch có thể là nhiều đoạn đang vận động khác nhau, và chính sự không đồng bộ ấy là cách cả hệ thống dần đi đến hồi kết. [1]