Phun trào núi lửa có thể đã thúc đẩy luồng khí oxy đầu tiên trong bầu khí quyển Trái đất

Điều này sẽ thay đổi câu chuyện hiện có, vốn cho rằng các quá trình địa chất hoặc hóa học kiểm soát hầu hết những thay đổi trong bầu khí quyển sơ khai của Trái đất.

Dù tập trung vào lịch sử thuở ban đầu của Trái đất, nghiên cứu này còn liên quan đế sự sống ngoài Trái đất và thậm chí là biến đổi khí hậu. Nghiên cứu do ĐH Washington (UW), ĐH Michigan và các viện trường khác dẫn đầu và công bố trên tạp chí PNAS vào tháng 8 vừa qua 1.

“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”, Jana Meixnerová, nghiên cứu sinh về khoa học Trái đất và vũ trụ ở UW, tác giả thứ nhất của nghiên cứu cho biết. “Nhưng các mối liên hệ cụ thể đã thúc đẩy quá trình tiến hóa của sự sống trên Trái đất là gì?”

Vào thời sơ khai, bầu khí quyển Trái đất không có oxy, và các dạng sống hít thở oxy trên Trái đất, nếu có cũng rất ít. Bầu khí quyển Trái đất bắt đầu giàu oxy cố định vào khoảng 2,4 tỷ năm trước, có thể là sau một vụ bùng nổ các dạng sống có khả năng quang hợp, biến CO2 và nước thành oxy.

Nhưng vào năm 2007, Ariel Anbar ở ĐH 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 đây, các nhà nghiên cứu tại ĐH Michigan, do Joel Blum dẫn đầu đã phân tích các mẫu đá cổ tương tự để tìm hiểu nồng độ và số lượng các neutron trong các nguyên tố thủy ngân, phát ra từ các vụ phun trào núi lửa. Các vụ phun trào núi lửa lớn phát tán khí thủy ngân vào tầng khí quyển cao, lưu thông ở đó khoảng 1-2 năm trước khi theo mưa đi vào bề mặt Trái đất. Nghiên cứu mới cho thấy lượng thủy ngân đã tăng đột biến khoảng vài triệu năm trước khi lượng oxy tăng lên tạm thời.

“Trong mẫu đá, ngoài sự tăng vọt nhất thời của oxy, chúng tôi đã tìm thấy bằng chứng về sự phong phú tự nhiên của các đồng vị thủy ngân. Nguyên nhân hợp lý nhất là do núi lửa phun trào đưa vào trong khí quyển”, Roger Buick, giáo sư về Khoa học Trái đất và không gian ở UW cho biết.

Các tác giả lý giải rằng nơi núi lửa phun trào chắc chắn sẽ có dung nham và các cánh đồng tro núi lửa. Các tảng đá giàu dinh dưỡng ở đó sẽ bị phong hóa dưới tác động của mưa gió, giải phóng phốt pho vào các con sông và bồi đắp cho các vùng ven biển gần đó, tạo điều kiện cho vi khuẩn lam và các dạng sống đơn bào khác có khả năng sản sinh oxy phát triển.

“Có nhiều chất dinh dưỡng khác điều chỉnh hoạt động sinh học trong khoảng thời gian ngắn, nhưng phốt pho 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 phốt pho. 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 phốt pho 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.

Nhóm nghiên cứu vẫn chưa biết vị trí chính xác của các ngọn núi lửa và cánh đồng dung nham, nhưng các cánh đồng dung nham lớn có độ tuổi phù hợp tồn tại ở Ấn Độ ngày nay, Canada và một số nơi khác, Buick cho biết.

“Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy nguyên nhân trực tiếp tạo ra những luồng khí oxy ngắn hạn là sự gia tăng sản xuất oxy chứ không phải là giảm tiêu thụ oxy do đá hoặc các vật chất không sống khác”, Buick giải thích. “Phát hiện này rất quan trọng vì sự xuất hiện của oxy trong khí quyển là yếu tố cơ bản – động lực lớn nhất dẫn đến quá trình tiến hóa của những dạng sống lớn và phức tạp”.

Cuối cùng, nhóm tác giả cho biết nghiên cứu này cho thấy địa chất của một hành tinh có thể ảnh hưởng như thế nào đến quá trình phát triển của sự sống trên bề mặt hành tinh. Điều này có thể hỗ trợ việc xác định các hành tinh nằm ngoài hệ Mặt trời có thể sinh sống được và trong nghiên cứu tìm kiếm sự sống ngoài vũ trụ.

Nguồn: https://phys.org/news/2021-08-volcanic-eruptions-spurred-whiffs-oxygen.html

https://swordstoday.ie/recent-studies-volcanoes-are-responsible-for-the-first-oxygen-jets-on-earth-united-states/

——————————————————-

1. https://www.pnas.org/content/118/33/e2107511118