 |
Đất không đơn thuần là lớp vật chất bao phủ bề mặt hành tinh, mà còn là nền tảng sinh học nuôi dưỡng sự sống. |
Trong suốt 4 tỷ năm đầu tiên kể từ khi Trái đất mới hình thành, các lục địa trên Trái đất vô cùng cằn cỗi, chỉ toàn đá và bụi. Nhưng khoảng 500 triệu năm trước, mọi thứ đã thay đổi.
Thực vật trên cạn bắt đầu tiến hóa từ những tổ tiên tảo nước ngọt và dần bao phủ bề mặt hành tinh. Từ những loài chỉ cao vài cm, thực vật trên cạn nhanh chóng tiến hóa thành những dạng phức tạp hơn. Đến 385 triệu năm trước, những cánh rừng rộng lớn đã bao phủ bề mặt Trái đất.
Sự đa dạng này được thúc đẩy bởi một quá trình chuyển đổi diễn ra dưới lòng đất - sự hình thành rễ cây và đất. Ngày nay, đất đai phong phú đến mức chúng ta thường coi đó là điều hiển nhiên hoặc cho rằng đây là một đặc điểm cố hữu của Trái đất. Nhưng sự thật không phải vậy. Tuổi đời của các loại đất mà chúng ta biết ngày nay chưa bằng 10% tuổi đời của Trái đất.
Sự hình thành của những loại đất này đã thay đổi đáng kể sự sống trên Trái đất. Đất đã làm thay đổi cảnh quan, các dòng nước, chu trình dinh dưỡng và khoáng chất trên Trái đất, và thậm chí còn góp phần thay đổi cả thành phần khí quyển. Vai trò của đất trong việc hình thành sự sống trên Trái đất cho thấy tầm quan trọng của việc bảo vệ đất đai hiện nay.
Những loại đất đầu tiên
Các hóa thạch thực vật trên cạn cổ đại đã cho thấy bằng chứng sớm nhất về quá trình phát triển của đất đai. Tiêu biểu là khối đá trầm tích Rhynie Chert ở phía Đông Bắc Scotland, được hình thành khoảng 410 triệu năm trước vào đầu kỷ Devon. Nơi đây lưu giữ rất nhiều hóa thạch thuộc hệ sinh thái trên cạn sớm nhất từng được biết đến, được bảo quản rất tốt. Điều này giúp các nhà khoa học tìm hiểu về sự đa dạng của sự sống từng phát triển mạnh mẽ ở đây.
Hầu hết thực vật ở Rhynie Chert không có bộ rễ lớn phức tạp mà chúng ta thường thấy ở các loài thực vật ngày nay. Thay vào đó, hệ thống rễ của chúng khá độc đáo, bao gồm các thân mỏng với các sợi lông hút bao phủ xung quanh, còn được gọi là rễ giả. Những sợi rễ giả giúp thực vật bám vào bề mặt đá cằn cỗi của Trái đất, hấp thụ nước và chất dinh dưỡng.
Các loại đất thời kỳ đầu, như những loại được bảo tồn trong đá phiến Rhynie, đã thúc đẩy sự phát triển của hàng loạt loại nấm. Một số loại nấm hình thành mối quan hệ cộng sinh với thực vật, giúp chúng khai thác chất dinh dưỡng để đổi lấy carbon do thực vật cung cấp, trong khi một số loại nấm khác hấp thụ chất dinh dưỡng từ mô thực vật đang phân hủy.
Những loại đất này cũng là nơi cung cấp nguồn thức ăn cho các loại bọ ve, giun tròn và các loài nhện thời kỳ đầu. Thực vật, nấm và động vật cùng nhau tạo nên một mạng lưới thức ăn phức tạp.
Sự đa dạng của thực vật
Đến 20 triệu năm trước, những cánh rừng có bộ rễ ăn sâu hơn một mét bao phủ khắp các lục địa trên Trái đất. Chỉ trong một khoảng thời gian địa chất ngắn, độ dày của đất đã gia tăng đáng kể nhờ sự tiến hóa của rễ cây. Các loại rễ cây đã làm tăng độ dày của đất bằng cách phát triển sâu xuống và bổ sung chất hữu cơ sâu hơn vào trầm tích.
Rễ là cơ quan chuyên biệt giúp thực vật bám trụ, hấp thụ nước và chất dinh dưỡng. Rễ đặc biệt phù hợp với sự sống dưới lòng đất, và có thể len lỏi sâu xuống lớp nền đá dưới bề mặt Trái đất.
Sự chuyển đổi từ hệ thống rễ giả bám trên bề mặt đá sáng rễ cây ăn sâu xuống hơn một mét đã biến đổi đất, cho phép thực vật tiếp cận các chất dinh dưỡng và nguồn nước ở sâu bên dưới. Cuộc cách mạng dưới lòng đất này đã tạo ra một hệ sinh thái hoàn toàn mới cho sự sống đa dạng.
Đất đai thay đổi hành tinh
Đất là "mắt xích" quan trọng giữa địa chất, khí quyển và vòng tuần hoàn nước và dinh dưỡng. Sự xuất hiện của các lớp đất sâu đã làm biến đổi sự tương tác giữa các thành phần này của Trái đất, mang đến nhiều thay đổi bất ngờ.
Đơn cử là sự thay đổi của vòng tuần hoàn nước. Vùng đất từng được bao phủ bởi vô số dòng nước nhỏ đan xen đã biến thành những đồng bằng ngập lụt với những con sông lớn uốn khúc quanh co. Đồng thời, nguồn nước được tích trữ trong đất đai giúp nuôi dưỡng nhiều loài thực vật hơn và nhanh chóng tuần hoàn trở lại khí quyển.
Trong giai đoạn diện tích và độ dày của đất đai được mở rộng, nồng độ CO2 trong khí quyển và nhiệt độ toàn cầu cũng giảm đáng kể. Sự thay đổi này một phần nằm ở rễ cây và đất.
Rễ cây góp phần thúc đẩy quá trình phong hóa đá bằng cách phá vỡ nền đá gốc về mặt vật lý và hóa học, dẫn đến sụt giảm CO2 trong khí quyển.
Các loại đất, đặc biệt là đất than bùn giàu chất hữu cơ, cũng là những kho lưu trữ carbon khổng lồ. Thực vật cần CO2 để phát triển và khi thực vật phân hủy, CO2 được giải phóng trở lại khí quyển. Tuy nhiên, tàn dư thực vật không phân hủy hoàn toàn trong nhiều loại đất, phần lớn dần bị chôn vùi.
Quá trình này cô lập carbon trong đất than bùn, khi bị chôn vùi, có thể hình thành than đá. Rừng và các lớp đất sâu đã góp phần gia tăng tốc độ chôn vùi carbon trên Trái đất.
Bảo vệ đất đai vì tương lai nhân loại
Giống như một thư viện, đất lưu giữ những câu chuyện từ cấp độ vi mô đến bức tranh toàn cảnh về lịch sử tiến hóa và nhân loại. Những tác động lớn của con người trong giai đoạn lịch sử gần đây, từ chu trình nitơ toàn cầu đến việc sử dụng vũ khí nguyên tử, đều có thể "đọc lại" dưới dạng vết đồng vị và nguyên tố trong đất.
Một phần tư đa dạng sinh học trên thế giới tồn tại trong đất; đây là nơi nhiều loài thực vật, vi khuẩn và nấm cùng tiến hóa. Đất cũng ghi nhớ thảm thực vật tự nhiên – chẳng hạn người ta có thể sử dụng các hạt giống để khôi phục sự đa dạng thực vật và hệ sinh thái bản địa. Với thực vật, ký ức về sự tương tác giữa chúng với vi sinh vật đất thậm chí có thể được truyền lại cho thế hệ sau.
Các hệ thống canh tác thâm canh là một trong những nguyên nhân chính gây thoái hóa đất và mất đất, cũng như làm suy giảm sự đa dạng của động thực vật. Một thách thức cấp bách hiện nay là phát triển và hỗ trợ các hệ thống canh tác bền vững về mặt sinh thái, đồng thời cung cấp đủ lương thực cho nhân loại.
Nhiều nơi hiện đang áp dụng phương pháp tiếp cận nông nghiệp sinh thái, vừa canh tác vừa bảo vệ sự đa dạng của thực vật và đất đai. Chẳng hạn nông dân trồng nhiêu loại cây che phủ (những loại cây được trồng với mục đích chính là che phủ đất chứ không phải để thu hoạch) có hoa, nuôi dưỡng các loài thụ phấn. Khi phân hủy, lượng tàn dư thực vật dồi dào sẽ góp phần cải thiện cấu trúc đất và hoạt động sinh học, giải phóng chất dinh dưỡng cho các mùa vụ sau.
Đất là nền tảng cho sự sống trên Trái đất. Đất vẫn giữ vai trò quan trọng trong vòng tuần hoàn nước, chất dinh dưỡng và lưu giữ carbon ở hiện tại và tương lai. Những nghiên cứu hóa thạch cổ xưa nhắc nhở chúng ta phải bảo vệ đất đai vì sự sống của nhân loại.
Nguồn: The Conversation, Dalhousie University
Bài đăng KH&PT số 1363 (số 39/2025)
Ngọc Mai tổng hợp