Những nghiên cứu, giả thuyết mới đây có thể sẽ thay đổi cách mà chúng ta đang kể về bầu khí quyển sơ khai của Trái Đất, vốn cho rằng hầu hết những thay đổi của nó đều được kiểm soát bởi các quá trình địa chất hoặc hóa học.
Nghiên cứu do Đại học Washington (UW), Đại học Michigan và các tổ chức khác dẫn đầu được công bố vào tháng 8 vừa qua.
Được biết, hầu hết các sinh vật sống đều cần oxy để phát triển, và khoa học cho thấy oxy bắt đầu xuất hiện với số lượng lớn trong bầu khí quyển Trái Đất khoảng 2,4 tỉ năm trước, có thể là sau một vụ bùng nổ các dạng sống có khả năng quang hợp, biến CO2 và nước thành oxy.
Các nhà khoa học phân tích mẫu đá tại núi McRae Shale ở Tây Úc. (Ảnh: Roger Buick/Đại học Washington)
Theo tác giả đầu tiên Jana Meixnerová, nghiên cứu sinh về khoa học Trái Đất và vũ trụ (UW) thông tin: “Trong vài thập kỷ qua, có khá nhiều mối liên hệ giữa thạch quyển, vật chất không sống trên Trái Đất và sự tiến hóa của sự sống. Nhưng các mối liên hệ cụ thể đã thúc đẩy quá trình tiến hóa của sự sống trên Trái Đất là gì?”.
Tiếp đó, vào năm 2007, Ariel Anbar thuộc Đại học bang Arizona, đồng tác giả nghiên cứu đã phân tích mẫu đá ở núi McRae Shale ở Tây Úc, công bố một luồng khí oxy ngắn hạn xuất hiện khoảng 50-100 triệu năm trước khi trở thành oxy cố định vĩnh viễn trong khí quyển. Nhiều nghiên cứu gần đây đã xác nhận các luồng khí oxy ngắn hạn khác ở giai đoạn sớm hơn, nhưng họ vẫn chưa giải thích được quá trình gia tăng và suy giảm của chúng.
Trong nghiên cứu mới này, các nhà khoa học tại Đại học Michigan, do đồng tác giả Joel Blum đứng đầu, đã phân tích các loại đá cổ tương tự để biết nồng độ và số lượng neutron trong nguyên tố thủy ngân, phát ra từ các vụ phun trào núi lửa. Các vụ phun trào núi lửa lớn làm nổ khí thủy ngân vào tầng trên của bầu khí quyển.
Các nhà nghiên cứu cũng cho rằng, nơi có khí thải của núi lửa, chắc chắn ở đó có dung nham và các cánh đồng tro núi lửa. Và những tảng đá giàu dinh dưỡng đó sẽ bị phong hóa trong gió và mưa, giải phóng photpho vào các con sông và cung cấp cho các khu vực ven biển gần đó, cho phép vi khuẩn làm sản sinh oxy và các dạng sống đơn bào khác sinh sôi.
Những lõi khoan của các tảng đá từ núi McRae Shale ở Tây Úc. (Ảnh: Roger Buick/Đại học Washington)
“Có nhiều chất dinh dưỡng khác điều chỉnh hoạt động sinh học trong khoảng thời gian ngắn, nhưng photpho là chất quan trọng nhất trong khoảng thời gian dài”, Meixnerová cho biết.
Ngày nay, các nguyên liệu sinh học và phân bón nông nghiệp rất giàu photpho. Nhưng vào thời cổ đại, đá núi lửa phong hóa là nguồn cung cấp chính của loại tài nguyên khan hiếm này.
“Trong suốt quá trình phong quá thời liên đại Thái cổ (Archaean), đá bazan mới sẽ từ từ hòa tan, giải phóng các chất dinh dưỡng đa lượng photpho thiết yếu vào các con sông. Quá trình này sẽ cung cấp thức ăn cho các vi sinh vật sống ở vùng ven biển nông, thúc đẩy năng suất sinh học và tạo ra một sản phẩm phụ là lượng oxy tăng đột biến”, Meixnerová giải thích.
Bên cạnh đó, theo Roger Buick, giáo sư về Khoa học Trái Đất và không gian ở UW: "Nghiên cứu cho thấy, đối với những luồng khí oxy ngắn hạn này, nguyên nhân trực tiếp tạo ra là sự gia tăng sản xuất oxy, thay vì giảm tiêu thụ oxy do đá hoặc các quá trình không sống khác". Điều này rất quan trọng vì sự hiện diện của oxy trong khí quyển là yếu tố cơ bản, đồng thời là động lực lớn nhất cho sự tiến hóa của sự sống lớn và phức tạp trên Trái Đất.
|
Cách đây không lâu, các nhà khoa học đã phát hiện rằng sự gia tăng lượng oxy trong bầu khí quyển liên quan việc ngày trên Trái Đất trở nên dài hơn và lượng ánh sáng ban ngày tăng lên do Trái Đất quay chậm lại. Theo đó, thời lượng ánh sáng liên tục và kéo dài hơn đã kích thích các vi khuẩn kỳ lạ sản sinh ra nhiều oxy, tạo nên hầu hết mọi sự sống của Trái Đất. Theo thời gian, Trái Đất đã từ từ biến đổi từ một hành tinh có lượng oxy thấp sang một hành tinh có mức oxi chiếm khoảng 21% bầu khí quyển như ngày nay. Kể từ khi Trái Đất hình thành cách đây khoảng 4,6 tỉ năm, tốc độ quay của hành tinh vẫn đang giảm dần do lực hấp dẫn không ngừng của Mặt Trăng, gây ra ma sát thủy triều. Điều này dần dần kéo dài thời gian một ngày từ 6 giờ thành 24 giờ như hiện tại. |
