Trước đây, các nghiên cứu khoa học tin rằng, oxy trở thành một đặc tính vĩnh viễn của bầu khí quyển Trái đất vào thời điểm 2,3 tỷ năm trước. Nhưng một nghiên cứu mới gần đây lại chỉ ra thực chất đặc tính vĩnh viễn đó của oxy mới xuất hiện cách đây 2,2 tỷ năm, như vậy muộn hơn 100 triệu năm so với nhận định trước đó.
Trước đó, theo dấu hiệu về các phản ứng hóa học tìm thấy trong các tảng băng hình thành cách đây hàng tỷ năm, các nhà khoa học cho rằng oxy trở thành một đặc tính vĩnh viễn của bầu khí quyển Trái đất vào khoảng 2.32 tỷ năm trước. Tuy nhiên, theo nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature vào ngày 29 tháng 3, oxy trở thành một phần vĩnh viễn của khí quyển cách đây 2.2 tỷ năm. Đồng tác giả nghiên cứu, nhà địa chất học - Andrey Bekker, tại Đại học California, Riverside, cho biết: “Bây giờ chúng ta mới bắt đầu thấy sự phức tạp của sự kiện này”.
Sự hình thành oxy trên trái đất và quá trình trở thành một phần vĩnh viễn của bầu khí quyển
Oxy được tạo ra trong Sự kiện oxy hóa lớn. Sự kiện này bắt đầu bởi vi khuẩn lam biển, một loại vi khuẩn tạo ra năng lượng thông qua quá trình quang hợp. Sản phẩm phụ của quá trình quang hợp là oxy. Vi khuẩn lam đã tạo ra đủ oxy để làm thay đổi bộ mặt của hành tinh mãi mãi.
Dấu hiệu của sự xuất hiện oxy trên trái đất có thể tìm thấy trong đá trầm tích biển. Vì ở bầu không khí không có oxy, những loại đá này chứa một số đồng vị lưu huỳnh. Khi oxy xuất hiện, tăng đột biến, các đồng vị lưu huỳnh này biến mất vì các phản ứng hóa học tạo ra chúng không thể xảy ra khi có oxy.
Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học phát hiện cách đây 2,32 tỷ năm-thời điểm các nhà khoa học cho rằng oxy đã có sự gia tăng vĩnh viễn, thì oxy lại vẫn giảm đột biến. Bekker và các đồng nghiệp phát hiện ra sự sụt giảm oxy này ở các tảng đá trầm tích.
Các nhà nghiên cứu đặt ra giả thuyết lý giải cho sự sụt giảm của oxy, cho tới khi nó có thể trở thành một đặc tính vĩnh viễn của bầu khí quyển là do sự thay đổi khí hậu và địa chất gây ra bởi ba tác nhân: vi khuẩn lam, khí mê tan, và carbon dioxide.
Trình tự có thể diễn ra như sau: Vi khuẩn lam bắt đầu sản xuất oxy, phản ứng với khí metan trong khí quyển vào thời điểm đó, chỉ để lại carbon dioxide. Lượng carbon dioxide này không đủ dồi dào để bù đắp cho hiệu ứng ấm lên của khí mê-tan bị mất, vì vậy hành tinh bắt đầu lạnh đi. Các sông băng mở rộng, và bề mặt của hành tinh trở nên băng lạnh, gây ra hiện tượng băng giá hóa oxy.
Tuy nhiên, các ngọn núi lửa dưới băng đã cứu hành tinh khỏi tình trạng đóng băng sâu vĩnh viễn. Hoạt động của núi lửa cuối cùng đã đẩy mức carbon dioxide lên đủ cao để làm ấm hành tinh trở lại. Khi carbon dioxide phản ứng với nước mưa, nó tạo thành axit cacbonic, làm tan đá nhanh hơn so với nước mưa có độ pH trung tính. Sự phong hóa đá nhanh hơn này mang lại nhiều chất dinh dưỡng. Hơn 2 tỷ năm trước, một dòng chất dinh dưỡng như vậy sẽ khiến vi khuẩn lam biển sản xuất oxy trở nên năng suất điên cuồng, một lần nữa làm tăng nồng độ oxy trong khí quyển, giảm khí mê-tan và bắt đầu lại toàn bộ chu kỳ.
Mô hình này dường như đã kết thúc vào khoảng 2,2 tỷ năm trước khi các dấu tích trên đá cho thấy lượng carbon hữu cơ gia tăng, hé lộ các sinh vật quang hợp đã có một thời kỳ hoàng kim.Tại thời điểm này, Bekker cho biết, mức oxy đủ cao để ngăn chặn vĩnh viễn ảnh hưởng quá lớn của khí mêtan đối với khí hậu, và carbon dioxide từ hoạt động núi lửa và các nguồn khác đã trở thành khí nhà kính chiếm ưu thế trong việc giữ ấm cho hành tinh.
Bekker cho biết, các chuỗi đá từ thời cổ đại này có khắp nơi trên thế giới, bao gồm cả ở Tây Phi, Bắc Mỹ, Brazil, Nga và Ukraine. Ông nói, những tảng đá cổ đại này cần được nghiên cứu thêm để tiết lộ cách thức hoạt động của các chu kỳ oxy ban đầu, đặc biệt sẽ giúp chúng ta hiểu cách thức sự sụt giảm oxy này ảnh hưởng đến sự sống của hành tinh như thế nào.
Lê Na
Theo Livescience
