Các nhà khoa học tiết lộ manh mối mới về cách Trái đất có ôxy

Lớp vỏ mỏng của bầu khí quyển chứa ôxy của Trái đất giúp chúng ta tồn tại, mặc dù chúng ta vẫn chưa biết chính xác cách nó hình thành.

Tuy nhiên, trong một nghiên cứu mới từ Đại học Chicago đã tiết lộ manh mối về vai trò của sắt.

Trong phần lớn thời gian 4,5 tỷ năm của Trái đất, hành tinh của chúng ta cằn cỗi và khắc nghiệt. Chỉ cho đến khi thế giới có được lớp dưỡng khí thì sự sống đa bào mới có thể thực sự diễn ra. Nhưng các nhà khoa học vẫn phải đang cố gắng tìm hiểu chính xác làm thế nào và tại sao hành tinh của chúng ta có được bầu khí quyển giàu ôxy như vậy.

Nicolas Dauphas, Giáo sư Khoa học Địa vật lý tại Đại học Chicago, cho biết: “Nếu bạn nghĩ về nó, đây là thay đổi quan trọng nhất mà hành tinh của chúng ta trải qua trong suốt thời gian tồn tại của nó và chúng tôi vẫn không chắc chắn chính xác điều này đã xảy ra như thế nào. Bất kỳ tiến bộ nào bạn có thể đạt được trong việc trả lời câu hỏi này đều thực sự quan trọng”.

Trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science, nghiên cứu sinh Andy Heard, Dauphas và các đồng nghiệp của họ đã sử dụng một kỹ thuật tiên phong để khám phá thông tin mới về vai trò của sắt trong lòng đại dương đối với sự gia tăng của bầu khí quyển Trái đất.

Những phát hiện tiết lộ nhiều hơn về lịch sử Trái đất và thậm chí có thể làm sáng tỏ việc tìm kiếm các hành tinh có thể sinh sống được trong các hệ sao khác.

Các nhà khoa học đã cẩn thận tái tạo dòng thời gian của Trái đất cổ đại bằng cách phân tích những tảng đá rất cổ xưa. Thành phần hóa học của những loại đá này thay đổi tùy theo điều kiện mà chúng hình thành.

Như chúng ta đều biết, nếu có nước xung quanh, ôxy và sắt sẽ tạo thành gỉ. Heard nói: “Trong những ngày đầu, các đại dương chứa đầy sắt, thứ có thể nuốt chửng ôxy tự do bám quanh đó. Về mặt lý thuyết, sự hình thành gỉ sẽ tiêu thụ lượng ôxy dư thừa, không để lại khí quyển”.

Heard và Dauphas muốn thử nghiệm một cách để giải thích cách ôxy có thể tích tụ bất chấp vấn đề rõ ràng này. Họ biết rằng một số sắt trong đại dương thực sự kết hợp với lưu huỳnh từ núi lửa để tạo thành pyrite (đá vàng găm). Quá trình đó thực sự giải phóng ôxy vào khí quyển. Câu hỏi là quy trình nào trong số những quy trình này “thắng”.

Để kiểm tra, Heard đã sử dụng các cơ sở vật chất hiện đại trong Phòng thí nghiệm Nguồn gốc của Dauphas để phát triển một kỹ thuật mới nghiêm ngặt nhằm đo lường các biến thể nhỏ trong đồng vị sắt nhằm tìm ra con đường mà sắt đang đi.

Cộng tác với các chuyên gia tại Đại học Edinburgh, Heard cũng phải hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của con đường sắt thành pyrite. Sau đó, các nhà khoa học sử dụng kỹ thuật này để phân tích những tảng đá 2,6 đến 2,3 tỷ năm tuổi từ Úc và Nam Phi.

Phân tích cho thấy rằng, ngay cả trong các đại dương lẽ ra phải lấy đi rất nhiều ôxy vào gỉ sét, một số điều kiện nhất định có thể đã thúc đẩy sự hình thành đủ pyrite để ôxy thoát ra khỏi nước và có khả năng hình thành bầu khí quyển.

Đó là một vấn đề phức tạp với nhiều bộ phận chuyển động, nhưng các nhà khoa học đã có thể giải quyết một phần của nó.

Heard nói thêm: “Sự tiến bộ về một vấn đề to lớn này thực sự có giá trị đối với cộng đồng. Đặc biệt là khi bắt đầu tìm kiếm các hành tinh ngoài Trái đất, chúng ta thực sự cần hiểu mọi chi tiết về cách Trái đất của chúng ta trở nên có thể sinh sống được”.

Khi các kính thiên văn quét bầu trời để tìm các hành tinh khác và tìm thấy hàng nghìn hành tinh, các nhà khoa học sẽ cần thu hẹp hành tinh nào để khám phá thêm về sự sống tiềm năng. Bằng cách tìm hiểu thêm về cách mà Trái đất trở nên có thể sinh sống được, họ có thể tìm kiếm bằng chứng về các quá trình tương tự trên các hành tinh khác.

“Trái đất trước khi có sự gia tăng của ôxy là phòng thí nghiệm tốt nhất mà chúng ta có để tìm hiểu các hành tinh khác”, Heard nhấn mạnh.