Siêu phun trào là một trong những sự kiện khủng khiếp nhất mà hành tinh có thể tạo ra. Mỗi lần có thể phun ra hơn 1.000 km³ vật chất, đủ để phủ tro bụi lên cả lục địa và làm biến đổi khí hậu toàn cầu trong nhiều năm. Dù hiếm gặp, chúng vẫn là mối đe dọa thực sự đối với nền văn minh hiện đại, khiến việc tìm hiểu nguồn gốc của chúng trở nên cấp thiết.

Nhóm nghiên cứu thuộc Viện Địa chất và Địa vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (IGGCAS) đã xây dựng mô hình 3D độ phân giải cao về khu vực Bắc Mỹ. Kết quả, công bố trên tạp chí Science, đưa ra lời giải thích mới về cách magma hình thành và di chuyển dưới các siêu núi lửa như Yellowstone.

Trước đây, các siêu núi lửa thường được cho là có buồng magma lỏng tồn tại lâu dài trong lớp vỏ. Tuy nhiên, bằng chứng mới cho thấy magma thực chất phân tán trong các vùng đá bán chảy gọi là “hệ thống magma mush”, trải dài khắp thạch quyển thay vì tập trung ở một buồng duy nhất.

Thạch quyển là lớp vỏ cứng bên ngoài Trái đất, bên dưới là ásthenosphere – lớp mềm hơn, có thể chảy chậm theo thời gian. Nghiên cứu chỉ ra magma nuôi dưỡng siêu núi lửa hình thành ở phần trên của ásthenosphere. Khi magma đi lên, nó hòa trộn với đá rắn xung quanh, tạo thành vật chất đặc quánh gọi là magma mush.

Tại Yellowstone, hệ thống magma mush tồn tại lâu dài, trải qua thạch quyển và nghiêng về phía tây nam. Buồng magma lỏng chỉ xuất hiện ngắn ngủi trước khi xảy ra phun trào.

Mô hình mới cho thấy magma Yellowstone bắt nguồn từ ásthenosphere nông, chứ không phải từ cột manti sâu. Nguyên nhân là dòng chảy ngang của vật chất nóng – gọi là “gió manti” – hình thành do sự hút chìm của mảng Farallon. Dòng chảy này đưa vật chất nóng về phía Yellowstone, tạo ra hiện tượng nóng chảy giảm áp, sinh ra magma.

Khám phá này thách thức quan điểm lâu nay rằng Yellowstone được nuôi dưỡng bởi cột manti từ ranh giới lõi – manti.

“Gió manti” còn quyết định cách magma di chuyển. Dòng chảy hướng đông va vào thạch quyển dày phía đông Yellowstone, trong khi phía tây lại có thạch quyển nổi hơn, tạo lực đối nghịch. Hai lực này kéo giãn thạch quyển, hình thành kênh nghiêng về tây nam – con đường cho magma đi lên và tiến hóa.

Nghiên cứu mang lại lời giải thích toàn diện hơn về sự hình thành hệ thống siêu núi lửa, liên kết quá trình tạo magma ở ásthenosphere với việc tích trữ trong thạch quyển. Nó cũng chỉ ra cơ chế duy trì hệ thống magma mush lớn, lâu dài – vốn phổ biến dưới nhiều siêu núi lửa trên thế giới.