Một trận động đất trên Sao Hỏa cho thấy hẻm núi khổng lồ Valles Marineris vẫn đang nứt vỡ

Hẻm núi lớn nhất Hệ Mặt Trời không phải là một vùng đất chết. Một trận động đất trên Sao Hỏa do tàu đổ bộ InSight của NASA ghi lại bắt nguồn từ một đứt gãy trượt sâu bên dưới Valles Marineris, hệ thống hẻm núi rạch ngang Sao Hỏa dài gần bốn nghìn kilômét. Điều đó có nghĩa là những đứt gãy hình thành ở đây từ hàng tỷ năm trước vẫn có thể bị phá vỡ dưới các ứng suất đang tác động lên hành tinh ngày nay.

Điều này quan trọng vì Sao Hỏa không có các mảng kiến tạo chuyển động. Trên Trái Đất, các mảng cọ xát vào nhau giữ cho những đứt gãy cũ luôn hoạt động. Lớp vỏ ngoài của Sao Hỏa lại hoạt động như một chiếc nắp liền khối, nguội đi chậm chạp, và đứt gãy trong loại vỏ như vậy có thể dần liền lại và trở nên vững chắc hơn theo thời gian. Phân tích mới cho thấy ít nhất một đứt gãy sâu dưới hẻm núi chưa hề liền lại, nằm cách bề mặt khoảng hai mươi đến bốn mươi kilômét.

Nghiên cứu, công bố trên tạp chí Nature Communications, do Jung-Hun Song thuộc Imperial College London dẫn dắt, cùng Doyeon Kim cũng ở Imperial, Folarin Kolawole thuộc Đại học Columbia và các đồng nghiệp. Công trình dựa trên một sự kiện duy nhất, được đưa vào danh mục với mã S0976a, trận động đất Sao Hỏa duy nhất mà InSight từng xác định được vị trí ở bán cầu tây của hành tinh.

“Valles Marineris là một trong những cấu trúc địa chất ngoạn mục nhất trong toàn bộ Hệ Mặt Trời, nhưng cho đến nay chúng tôi vẫn chưa biết chắc rằng các đứt gãy của nó vẫn còn hoạt động”, Song cho biết. “Những gì chúng tôi thấy là đây không chỉ là một cảnh quan hóa thạch ‘đã chết’, bởi các đứt gãy nằm sâu dưới hẻm núi vẫn có thể trượt và gây ra động đất trên Sao Hỏa, rất lâu sau khi các quá trình địa chất ban đầu tạo ra chúng đã chấm dứt.”

Đọc một đứt gãy chỉ với một máy địa chấn ở phía bên kia Sao Hỏa

Trên Trái Đất, các nhà địa chấn học xác định cách một đứt gãy dịch chuyển bằng cách so sánh cú rung đầu tiên được hàng chục trạm quanh tâm chấn ghi lại. InSight chỉ có một máy địa chấn, còn S0976a xảy ra gần như ở phía đối diện của hành tinh, cách khoảng 146 độ cung, tức chừng 8.600 kilômét trên bề mặt. Sóng trực tiếp không bao giờ đến được tàu đổ bộ ở dạng có thể sử dụng. Những gì đến được là sóng PP và SS, tức sóng nén và sóng cắt đã phản xạ một lần trên bề mặt Sao Hỏa ở khoảng giữa hành trình.

Nhóm nghiên cứu mô phỏng hai chuỗi sóng này bằng các địa chấn đồ tổng hợp trên máy tính cho nhiều mô hình cấu trúc bên trong Sao Hỏa, thử mọi tổ hợp về hướng đứt gãy, hướng trượt và độ sâu tới 50 kilômét. Để kiểm tra xem một trạm đơn lẻ có làm được việc này hay không, họ áp dụng cùng phương pháp cho một trận động đất độ lớn 6,5 ở Nevada được một máy địa chấn duy nhất ở Úc ghi lại ở khoảng cách gần như tương đương. Phương pháp đã tìm ra đúng đứt gãy.

Với S0976a, câu trả lời là một vụ đứt vỡ trượt bằng, trong đó hai khối vỏ trượt ngang qua nhau dọc theo một đứt gãy dốc đứng, giống như đứt gãy San Andreas ở California. Trong tất cả các lời giải khớp với sóng ở mức chấp nhận được, 82,2% thuộc nhóm này. Vụ đứt vỡ nằm ở độ sâu khoảng 20 đến 40 kilômét, trong phần giữa đến phần dưới của lớp vỏ, phía trên đáy vỏ ở độ sâu 55 đến 65 kilômét. Kết hợp mức độ khớp của sóng với bản đồ các đứt gãy đã biết và hướng đến của sóng tần số cao cho phép đặt nguồn chấn gần Ius Chasma, ở phần phía tây của hẻm núi.

Loại trừ khả năng lở đất hay thiên thạch

Một tín hiệu địa chấn trên Sao Hỏa không mặc nhiên là do đứt gãy. Va chạm thiên thạch và lở đất cũng làm hành tinh rung chuyển, và Valles Marineris có rất nhiều trầm tích lở đất khổng lồ. Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra trực tiếp các nguồn này. Các mô hình vụ nổ giống va chạm và mô hình lở đất dựa trên lực đều không tái tạo được cực tính, thời điểm hay cường độ tương đối của các sóng, và cũng không tạo ra được chuyển động rung ngang mạnh có trong dữ liệu. Ngoài ra, các vụ va chạm đã được xác nhận trên Sao Hỏa thường tạo ra tín hiệu tần số cao, trong khi S0976a là một sự kiện tần số thấp.

Sau đó các nhà nghiên cứu rà soát mọi hình ảnh khu vực nguồn chấn mà camera Context Camera trên tàu Mars Reconnaissance Orbiter của NASA chụp sau trận động đất. Một vụ lở đất đủ lớn để tạo ra tín hiệu như vậy sẽ phải dịch chuyển ít nhất 10 triệu mét khối đá và để lại một khối trầm tích mới rộng từ vài trăm mét đến một kilômét. Không có dấu vết nào như thế, và cũng không có hố va chạm mới. Ngược lại, sự kiện ở xa duy nhất xảy ra sau đó trong danh mục của InSight, S1000a, hóa ra là một vụ va chạm thiên thạch nhỏ với một hố mới được phát hiện từ quỹ đạo.

“Điều khiến kết quả này thuyết phục là nhiều loại bằng chứng hoàn toàn khác nhau cùng chỉ về một hướng”, Song cho biết. “Sóng địa chấn cho chúng tôi biết đã có một chuyển động trượt ngang trên một đứt gãy nằm sâu dưới bề mặt, trong khi địa chất quan sát từ quỹ đạo cho thấy một khu vực bị cắt ngang bởi các hệ thống đứt gãy tồn tại lâu dài.”

Một hẻm núi dài gấp chín lần Grand Canyon

Theo Imperial, Valles Marineris trải dài gần 3.900 kilômét, rộng tới 600 kilômét và sâu hơn chín kilômét. Như vậy, nếu so các kích thước lớn nhất, nó dài gần gấp chín lần, rộng hơn 20 lần và sâu khoảng gấp năm lần Grand Canyon. Hẻm núi hình thành song song với Tharsis, khối phồng núi lửa khổng lồ nơi có Olympus Mons, và giới địa chất từ lâu đã tranh luận liệu nó mở ra như một thung lũng tách giãn (rift), sụp đổ dưới chính trọng lượng của mình hay bị xé toạc theo một góc xiên.

Trận động đất trên Sao Hỏa góp thêm tiếng nói vào cuộc tranh luận đó. Kiểu ứng suất mà nó ghi nhận không phù hợp với các mô hình cho rằng hẻm núi hình thành do sụp đổ trọng lực của lớp vỏ bị dày lên. Nó phù hợp với một hẻm núi bị xé mở theo hướng xiên, có cả lực cắt ngang lẫn sự kéo giãn. Hướng nén cực đại của trận động đất, đại khái là tây tây bắc, cũng trùng với hướng nén được suy ra cho giai đoạn biến dạng sớm của hẻm núi trong kỷ Hesperian, một thời kỳ đầu của lịch sử Sao Hỏa. Có vẻ như cùng một hướng ứng suất vẫn đang tác động lên cùng một cấu trúc đứt gãy sau hàng tỷ năm.

Các tác giả chỉ ra ba lực hiện nay có thể tích tụ ứng suất lên những đứt gãy đó: sự co lại chậm chạp của một hành tinh đang nguội đi, sức nặng của khối phồng Tharsis, và sự giảm tải do xói mòn khoét sâu hẻm núi. Với S0976a, InSight giờ đã hé lộ ba kiểu đứt gãy hoạt động khác nhau trên Sao Hỏa: tách giãn bên dưới các khe nứt Cerberus Fossae, nén ép gần ranh giới vỏ ở phía nam Elysium Planitia, nơi xảy ra trận động đất lớn nhất của sứ mệnh, S1222a, và trượt ngang bên dưới Valles Marineris.

“Điều này cho thấy trên một hành tinh không có kiến tạo mảng, những cấu trúc được tạo ra từ hàng tỷ năm trước vẫn có thể giữ vai trò quan trọng và vẫn quyết định nơi lớp vỏ bị phá vỡ ngày nay”, Kolawole cho biết.

Những điều nghiên cứu chưa giải đáp

Mọi thứ đều dựa trên một trận động đất duy nhất do một thiết bị duy nhất ghi lại. Với chỉ một trạm, phương pháp tìm ra hai mặt đứt gãy khả dĩ vuông góc với nhau và không thể cho biết mặt nào thực sự đã trượt, đồng thời các hướng ước tính cũng không khớp với một hệ đứt gãy chủ đạo duy nhất được lập bản đồ trên bề mặt. Việc định vị cũng phần nào dựa vào mật độ các đứt gãy đã lập bản đồ, điều mà chính các tác giả gọi là một chỉ dẫn gần đúng về nơi xảy ra trượt sâu chứ không phải một phép đo trực tiếp.

Không có dư chấn nào được ghi nhận. Nhóm nghiên cứu lập luận rằng điều này nằm trong dự đoán: theo các mô phỏng của họ, xác suất để InSight phát hiện dù chỉ một dư chấn đáng kể từ khoảng cách đó trong vòng 50 ngày Sao Hỏa (sol) chỉ là 0,1%, vì lõi và phần sâu bên trong hành tinh chặn và làm suy yếu sóng đến từ phía bên kia. Sự im lặng này không đi ngược lại kết quả, nhưng cũng không để lại sự kiện thứ hai nào để xác nhận nó.

Nghiên cứu không thể cho biết hẻm núi bị phá vỡ thường xuyên đến mức nào, hay các trận động đất ở đây có thể lớn đến đâu. S0976a là một sự kiện ở mức trung bình, phù hợp với sự trượt hạn chế trên một phần nhỏ của một đứt gãy sẵn có chứ không phải một vết nứt mới. Các tác giả cũng không thể tách bạch bao nhiêu phần ứng suất hiện nay đến từ sự uốn cong của lớp vỏ dưới sức nặng của Tharsis và bao nhiêu đến từ sự nâng đỡ ở sâu hơn, đồng thời lưu ý rằng số lượng ít ỏi các trận động đất được định vị tốt có thể phản ánh bản ghi ngắn, chỉ từ một trạm của InSight không kém gì một hành tinh yên tĩnh.

Câu hỏi thường gặp về trận động đất dưới Valles Marineris

Sao Hỏa có còn hoạt động kiến tạo không?

Có, ít nhất là ở một số nơi. InSight đã ghi lại các trận động đất trong suốt sứ mệnh, và phân tích từng sự kiện cho thấy có đứt gãy hoạt động bên dưới các khe nứt Cerberus Fossae, ở phía nam Elysium Planitia và giờ là bên dưới Valles Marineris. Sao Hỏa không có các mảng chuyển động, nên hoạt động này đến từ ứng suất bên trong một lớp vỏ cứng liền khối.

Valles Marineris lớn hơn Grand Canyon bao nhiêu lần?

Nó dài gần 3.900 kilômét, rộng tới 600 kilômét và sâu hơn chín kilômét. Tức là dài gần gấp chín lần, rộng hơn 20 lần và sâu khoảng gấp năm lần Grand Canyon.

Nguyên nhân gây ra trận động đất dưới Valles Marineris là gì?

Theo nghiên cứu, đó là một vụ đứt vỡ trượt bằng trên một đứt gãy cũ ở độ sâu 20 đến 40 kilômét bên dưới phần phía tây hẻm núi, nơi các khối vỏ trượt ngang qua nhau. Va chạm thiên thạch và lở đất đã bị loại trừ vì chúng không tái tạo được các sóng đã ghi lại, và ảnh chụp từ quỹ đạo không cho thấy hố va chạm hay vụ lở đất mới nào.

Sao Hỏa có kiến tạo mảng không?

Không. Lớp vỏ ngoài của nó hoạt động như một chiếc nắp liền khối, bất động, đã nguội đi và co lại suốt hàng tỷ năm. Nghiên cứu này cho thấy các đứt gãy bên trong chiếc nắp đó vẫn có thể trượt dưới các ứng suất hiện nay.

InSight ghi lại S0976a vào ngày 25 tháng 8 năm 2021, ngày Sao Hỏa thứ 976 của tàu trên bề mặt, và sứ mệnh kết thúc vào tháng 12 năm 2022. Bài báo được công bố ngày 15 tháng 10 năm 2026. Vì hiện không còn máy địa chấn nào hoạt động trên Sao Hỏa, danh mục hiện có của InSight là bản ghi địa chấn duy nhất về hành tinh này, và nhóm nghiên cứu cho rằng kết quả này cho thấy các bản ghi đó vẫn còn chứa đựng nhiều thông tin đến mức nào.

Chính trận động đất này từng được khai thác một lần: sóng của nó đi xuyên qua lõi Sao Hỏa và giúp lập bản đồ lớp sâu nhất của hành tinh. “Chỉ từ một trận động đất trên Sao Hỏa, chúng tôi có thể tìm hiểu cả về trung tâm của hành tinh lẫn về một đứt gãy đang hoạt động bên dưới một trong những cảnh quan đáng chú ý nhất của nó”, Kim, tác giả chính cấp cao của nghiên cứu, cho biết.

Tài liệu tham khảo: Song et al., “Active crustal straining and fault reactivation at Valles Marineris,” Nature Communications, 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-78193-6

Thẻ: thiên văn học, nasa, Sao Hỏa, InSight, Valles Marineris, địa chất hành tinh