Yellowstone là hệ thống núi lửa đang hoạt động lớn nhất thế giới – các đợt phun trào của nó mạnh gấp hàng trăm lần vụ nổ của Núi Vesuvius và tro bụi có thể phủ kín một nửa nước Mỹ. Tuy nhiên, suốt nhiều thập kỷ, giới khoa học vẫn chưa thống nhất được cơ chế vận hành của hệ thống magma nằm sâu dưới lòng đất tại đây.

Một nghiên cứu mới do các nhà khoa học Trung Quốc công bố có thể khép lại tranh cãi này.

Nhóm nghiên cứu cho rằng các “đường ống” magma của Yellowstone không phải do dòng magma dâng lên ép vỡ lớp vỏ Trái Đất. Thay vào đó, các lực kiến tạo đã "xé rách" thạch quyển trước, sau đó magma mới tràn vào những “lối đi” có sẵn. 

Mô hình mới – đi ngược lại giả thuyết tồn tại lâu nay – được xây dựng nhờ một nguồn lực mà nhóm nghiên cứu khó tiếp cận khi làm việc tại Mỹ: siêu máy tính.

Để giải bài toán, Liu Lijun và các cộng sự tại Viện Địa chất và Địa vật lý (thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc) đã xây dựng mô hình số 3 chiều kéo dài từ bề mặt Trái Đất xuống tận ranh giới lõi – lớp phủ.

Về bản chất, đây là một “Trái Đất số”. Nhóm nghiên cứu do Cao Zebin dẫn dắt đã sử dụng dữ liệu tích lũy hàng chục năm về địa chấn, điện từ và địa chất ở khu vực Tây Bắc Mỹ để đưa vào mô hình, nhằm tái hiện sát nhất các điều kiện vật lý thực tế.

“Mô hình như vậy ‘ngốn’ sức mạnh tính toán khổng lồ”, Liu nói. “Chỉ 1 lần mô phỏng đã cần 600 lõi CPU chạy liên tục hơn 30 giờ, và toàn bộ dự án tiêu tốn hơn 20 triệu giờ lõi – tương đương chi phí lên tới hàng triệu nhân dân tệ”.

Trong thời gian làm việc tại Mỹ, nhu cầu tính toán này gần như không thể đáp ứng. Ông cho hay: “Ngân sách tính toán của chúng tôi cực kỳ hạn hẹp. Chỉ vài lần chạy là hết sạch hạn mức cả năm”.

Ông Liu trở về Trung Quốc vào năm 2023, mang theo phương pháp nghiên cứu của mình. Cao – từng là học trò của Liu tại Illinois – cũng chuyển về cùng.

Theo Liu, khi tiếp cận được các nền tảng siêu máy tính quốc gia như Tianhe-1, Sugon và Beijing Super Cloud, “nút thắt” về năng lực tính toán đã được tháo gỡ, cho phép nhóm thực hiện loạt thử nghiệm quy mô lớn.

Ông chia sẻ, chỉ cần điều chỉnh một tham số cũng có thể tiêu tốn thêm hàng chục giờ chạy trên hàng chục nghìn lõi xử lý, nhưng đó là điều cần thiết để đảm bảo độ chính xác.

Kết quả, mô hình đã đưa ra một câu chuyện hoàn toàn khác về Yellowstone: chính các lực kiến tạo đã tạo nên hệ thống “đường ống” magma, chứ không phải magma tự nung chảy để xuyên qua thạch quyển.

Mô phỏng cho thấy chuyển động của các mảng kiến tạo theo hướng Tây và phần chìm xuống của mảng Farallon – tàn dư của một mảng kiến tạo cổ đại – đã kéo dòng đá nóng về phía Đông, làm đứt gãy thạch quyển dưới Yellowstone.

Quá trình nóng chảy do giảm áp sau đó đưa magma dâng lên theo các “kênh” nghiêng có sẵn, giống như leo bậc thang, tạo điều kiện cho các đợt phun trào. Như cách Liu ví von, cơ chế này giống như “đào sẵn một con kênh để nước chảy”, thay vì nước tự phá vỡ mặt đất.

Về lâu dài, Liu muốn phát triển mô hình này thành một bộ công cụ mã nguồn mở quy mô toàn cầu – “đưa cả Trái Đất vào trong máy tính” – để các nhà khoa học trên thế giới có thể sử dụng, tương tự như cách dự báo thời tiết hiện nay.