Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Bằng chứng từ những tảng đá hàng tỷ năm tuổi cho thấy núi lửa đóng vai trò chính trong sự gia tăng oxy trong bầu khí quyển của Trái đất sơ khai.
Oxy được tích lũy lần đầu tiên trong bầu khí quyển của Trái đất khoảng 2,4 tỷ năm trước, trong sự kiện Ôxy hóa vĩ đại. Một câu đố đã tồn tại từ lâu là các manh mối địa chất cho thấy vi khuẩn ban đầu đã quang hợp và bơm hết oxy hàng trăm triệu năm trước đó. Tất cả đã đi đâu?
Một cái gì đó đang kìm hãm sự gia tăng của oxy. Một cách giải thích mới về những tảng đá hàng tỷ năm tuổi cho thấy khí núi lửa là thủ phạm có khả năng. Nghiên cứu do Đại học Washington dẫn đầu đã được công bố vào tháng 6 trên tạp chí truy cập mở Nature Communications .
Shintaro Kadoya, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của UW về khoa học trái đất và khoa học vũ trụ cho biết: “Nghiên cứu này làm sống lại một giả thuyết kinh điển về sự tiến hóa của oxy trong khí quyển”. “Dữ liệu chứng minh rằng một sự tiến hóa của lớp phủ Trái đất có thể kiểm soát một sự tiến hóa của bầu khí quyển Trái đất và có thể là một sự tiến hóa của sự sống.”
Sự sống đa bào cần một nguồn cung cấp oxy tập trung, do đó sự tích lũy oxy là chìa khóa cho sự phát triển của sự sống thở oxy trên Trái đất.
Nếu những thay đổi trong lớp phủ khí quyển kiểm soát oxy, như nghiên cứu này cho thấy, lớp phủ cuối cùng có thể đặt ra một nhịp độ của sự tiến hóa của sự sống.
Công trình mới được xây dựng trên một bài báo năm 2019 cho thấy lớp phủ đầu tiên của Trái đất ít bị oxy hóa hơn hoặc chứa nhiều chất có thể phản ứng với oxy hơn so với lớp phủ hiện đại. Nghiên cứu về đá núi lửa cổ đại có tới 3,55 tỷ năm tuổi, được thu thập từ các địa điểm bao gồm Nam Phi và Canada.
Robert Nicklas tại Viện Hải dương học Scripps, Igor Puchtel tại Đại học Maryland và Ariel Anbar tại Đại học bang Arizona là một trong những tác giả của nghiên cứu năm 2019. Họ cũng là đồng tác giả của bài báo mới, xem xét những thay đổi trong lớp phủ ảnh hưởng đến các khí núi lửa thoát ra bề mặt.
Archean Eon, khi chỉ có sự sống của vi sinh vật lan rộng trên Trái đất, hoạt động nhiều núi lửa hơn ngày nay. Các vụ phun trào núi lửa được nuôi dưỡng bởi magma – hỗn hợp đá nóng chảy và bán nóng chảy – cũng như các loại khí thoát ra ngay cả khi núi lửa không phun trào.
Một số khí đó phản ứng với oxy, hoặc oxy hóa, tạo thành các hợp chất khác. Điều này xảy ra bởi vì oxy có xu hướng đói các electron, vì vậy bất kỳ nguyên tử nào có một hoặc hai electron giữ lỏng lẻo đều phản ứng với nó. Chẳng hạn, hydro được giải phóng bởi một ngọn núi lửa kết hợp với bất kỳ oxy tự do nào, loại bỏ oxy đó ra khỏi khí quyển.
Thành phần hóa học của lớp phủ Trái đất, hoặc lớp đá mềm hơn bên dưới lớp vỏ Trái đất, cuối cùng kiểm soát các loại đá và khí nóng chảy đến từ núi lửa. Một lớp phủ sớm ít bị oxy hóa sẽ tạo ra nhiều khí như hydro kết hợp với oxy tự do. Bài báo năm 2019 cho thấy lớp phủ dần dần bị oxy hóa hơn từ 3,5 tỷ năm trước cho đến ngày nay.
Nghiên cứu mới kết hợp dữ liệu đó với bằng chứng từ các đá trầm tích cổ đại cho thấy điểm bùng phát sau 2,5 tỷ năm trước, khi oxy do vi khuẩn tạo ra đã vượt qua sự mất mát của nó đối với khí núi lửa và bắt đầu tích tụ trong khí quyển.
“Về cơ bản, việc cung cấp khí núi lửa có thể oxy hóa có khả năng nuốt chửng oxy quang hợp trong hàng trăm triệu năm sau khi quá trình quang hợp phát triển”, David Catling, giáo sư khoa học trái đất và khoa học vũ trụ của UW cho biết. “Nhưng khi lớp phủ tự nó bị oxy hóa nhiều hơn, khí núi lửa ít bị oxy hóa hơn được giải phóng. Sau đó oxy tràn vào không khí khi không còn đủ khí núi lửa để làm sạch tất cả.”
Điều này có ý nghĩa đối với sự hiểu biết về sự xuất hiện của sự sống phức tạp trên Trái đất và khả năng sự sống trên các hành tinh khác.
Nghiên cứu chỉ ra rằng chúng ta không thể loại trừ lớp phủ của một hành tinh khi xem xét sự tiến hóa của bề mặt và sự sống của hành tinh.
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Washington . Bản gốc được viết bởi Hannah Hickey. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :