Tại sao động đất có thể xảy ra ở xa ranh giới mảng kiến tạo?

Các nhà khoa học cho rằng khoảng 90% các trận động đất xảy ra ở những khu vực gần ranh giới mảng kiến tạo nhưng đôi khi chúng có thể xảy ra ở những điểm xa không ngờ tới.

Trên thế giới đã ghi nhận một số trận động đất xảy ra ở xa ranh giới các mảng kiến tạo, ví dụ như một trận động đất gần New Madrid, Missouri vào mùa đông năm 1811, cách đứt gãy gần nhất hàng ngàn dặm. Trận động đất mạnh 7,2 đến 8,2 độ khi đó đã làm rung chuyển dữ dội khu vực này, gây ra một loạt dư chấn mạnh gọi chung là trận động đất New Madrid 1811-1812.

Theo các nhà nghiên cứu, trận động đất thông thường hình thành dọc theo các đường ranh giới. Những khu vực này hứng chịu nhiều trận động đất hơn vì phần bên trong Trái đất - cụ thể là lớp manti - di chuyển các mảng kiến tạo của Trái đất khiến chúng tách ra và va chạm với nhau. Các vết nứt ở giữa các mảng này được gọi là đứt gãy và chúng rất dễ vỡ. Vì vậy, khi áp lực bắt đầu tích tụ tại những điểm yếu này, các mảng có thể bị vỡ, khiến hành tinh rung chuyển. Đây là những gì chúng ta cảm nhận được giống như động đất, Attreyee Ghosh, nhà địa vật lý tại Trung tâm Khoa học Trái đất thuộc Viện Khoa học Ấn Độ ở Bangalore giải thích.

Nhưng thỉnh thoảng, một cơn chấn động có thể xảy ra ở giữa một mảng kiến tạo. Các nhà khoa học gọi đây là động đất nội mảng. Christine Powell, nhà địa vật lý tại Đại học Memphis, cho biết chính xác lý do tại sao nó xảy ra vẫn còn là điều bí ẩn. Cô và các nhà khoa học khác đã nghiên cứu những nơi tập trung nhiều trận động đất nội mảng, được gọi là vùng địa chấn nội mảng, ví dụ như những khu vực ở miền Trung và miền Đông nước Mỹ. Sau khi nghiên cứu những khu vực này, các chuyên gia đưa ra một số giả thuyết giải thích tại sao động đất có thể xảy ra ở những nơi không ngờ tới.

Trận động đất ở quận Louisa, Virginia vào năm 2011, xảy ra ở xa ranh giới kiến tạo mảng. (Ảnh: Damage from the 2011 earthquake in Louisa County, Virginia).

Một nghiên cứu năm 2001 đã đưa ra giả thuyết rằng các trận động đất nội mảng có thể do các sông băng cũ gây ra. Khoảng 20.000 năm trước, phần lớn Bắc Mỹ bị bao phủ dưới một tảng băng khổng lồ và mặt đất bị đè xuống rất nhiều. Khi tảng băng tan chảy, mặt đất từ từ nâng lên, vì vậy động đất có thể là kết quả của sự điều chỉnh này. Tuy nhiên, bằng chứng cho giả thuyết này còn rất ít.

Một ý kiến khác lại cho rằng các trận động đất nội mảng đang xảy ra xung quanh các đứt gãy cũ ở bên trong các mảng kiến tạo. "Trong hàng tỷ năm, lớp vỏ Trái đất đã tách ra và hợp lại với nhau, những vết đứt gãy cũ để lại sẹo. Khi lực truyền vào bên trong các mảng và gây quá nhiều áp lực lên các đứt gãy cũ này, chúng có thể hoạt động trở lại", Ghosh nói.

Kết cấu phức tạp của lớp vỏ Trái đất và bên trong cũng có thể là một yếu tố. Đôi khi, tàn dư của một phiến đá cổ bị mắc kẹt giữa một mảng, gây ra sự mất ổn định, theo một nghiên cứu năm 2007 trên Geophysical Research Letters. Powell, đồng tác giả của một nghiên cứu về hiện tượng trồi lên này vào năm 2016, cho biết các ống dẫn chất lỏng nóng có thể gây thêm áp lực, dẫn đến chuyển động trên bề mặt hành tinh.

Cắt phá thủy lực (fracking) - hành động bơm nước, cát và hóa chất vào đá dưới lòng đất để khai thác dầu hoặc khí đốt - cũng có thể gây ra động đất. Theo một đánh giá năm 2013 trên tạp chí Science, chất lỏng nước thải từ các hoạt động này được bơm vào các giếng sâu, có thể thấm vào các vết nứt, bôi trơn các đứt gãy cũ và gây ra hoạt động địa chấn. Ví dụ, fracking gắn liền với một số trận động đất ở Ohio vào năm 2015.

Các nhà khoa học đang cố gắng hiểu rõ hơn về những điều phức tạp này thông qua dữ liệu từ các dự án như EarthScope, sử dụng cảm biến để nắm được động lực bên dưới lớp vỏ Trái đất. Powell nhớ lại, khi dự án mới bắt đầu, một số nhà khoa học không nghĩ rằng các cảm biến sẽ tìm thấy bất cứ thứ gì có thể dẫn đến việc tạo ra động đất ngoại trừ ở Bờ Tây, nơi có ranh giới mảng. Nhưng dự án "thực sự đã mở rộng hiểu biết của chúng tôi về những gì đang diễn ra bên trong Trái đất", Powell cho biết. "Đó là một thí nghiệm đáng chú ý".

Hiểu về các trận động đất nội mảng là rất cần thiết vì chúng gây ra thiệt hại khá lớn cho những người sống trong các vùng địa chấn này. Ba trận động đất ở New Madrid, Missouri năm 1811-1812 đã gây ra sự tàn phá đáng kể, thậm chí làm thay đổi dòng chảy của sông Mississippi và khiến nó tạm thời chảy ngược. Một trận động đất mạnh 5,8 độ ở Virginia đã làm rung chuyển Washington, D.C. vào năm 2011, khiến cho các di tích và nhà thờ lớn bị hư hại.

• Động đất là gì? Động đất được hình thành như thế nào?
• Những trận động đất lớn nhất trong lịch sử
• Nguyên nhân nào gây ra động đất, sóng thần?