Sự sống hình thành khi nước gặp sắt trong lòng Trái đất?
Nghiên cứu gần đây của một nhóm các nhà khoa học cho thấy trữ lượng sắt lớn giàu oxy bên trong phần lõi (core) và lớp phủ của Trái đất có thể đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với lịch sử hành tinh, bao gồm sự chia tách của Siêu Lục địa (supercontinentent), những biến đổi khí hậu, và cả nguồn gốc hình thành sự sống… Kết quả trên đã được công bố trên National Science Review.
Minh họa oxy và hydro chuyển động sâu bên trong vỏ Trái đất. Nguồn: Viện Khoa học Carnegie.
Nhóm nghiên cứu – gồm các nhà khoa học tới từ Viện Carnegie (Carnegie Institute for Science), Đại học Stanford, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Áp suất cao và Công nghệ tiên tiến Trung Quốc (Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research), và Đại học Chicago đã thực hiện những thí nghiệm về hóa học của sắt và nước ở dưới phần ranh giới lớp lõi – lớp phủ Trái đất (core-mantle boundary)1, nơi có nhiệt độ và áp suất cực lớn.
Những chuyển động kiến tạo mảng (plate tectonics) đã hút những khoáng chất chứa nước ở độ sâu cần thiết và gặp lõi sắt của Trái đất, những điều kiện khắc nghiệt ở đây là nguyên nhân dẫn đến sắt dễ dàng kết hợp với những nguyên tử oxy trong các phân tử nước và hình thành các nguyên tử hydro tự do. Khí hydro sinh ra sau đó có thể thoát lên trên bề mặt Trái đất, nhưng oxy vẫn bị giữ lại ở dạng tinh thể dioxide sắt – chỉ hình thành trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cực cao.
Sử dụng các tính toán lý thuyết cũng như thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để tái tạo điều kiện nhiệt độ và áp suất như tại ranh giới lớp vỏ – lớp phủ Trái đất, nhóm nghiên cứu đã xác định có thể tạo ra dioxide sắt bằng cách sử dụng buồng đốt nóng bằng laser có đầu đo kim cương, để đưa các vật liệu này vào trong điều kiện áp suất lớn hơn 950 – 1 triệu lần so với áp suất thông thường2 và nhiệt độ hơn 3.5000 F (khoảng 19260 C).
Trưởng nhóm nghiên cứu, TS. Ho-kwang Mao (Viện Carnegie) cho biết, “dựa trên những hiểu biết về sự hình thành và cấu tạo hóa học ở những vỉa sâu bên trong các lớp kiến tạo mảng Trái đất, chúng tôi nghĩ cần khoảng 300 tấn nước được đưa xuống sâu để gặp sắt tại phần lõi, tạo ra một lượng đá chứa dioxide sắt khổng lồ mỗi năm”.
Những lớp đá giàu oxy này lại tích tụ nhanh chóng theo thời gian, phía trên phần lõi, cuối cùng trở thành những khối có kích thước lớn như lục địa. Một hiện tượng địa chất nào đó có thể đã xảy ra khiến lớp đá này bị nung nóng, đột ngột gây nên một đợt phun trào dữ dội, giải phóng lượng oxy lớn lên trên bề mặt.
Các tác giả cũng đưa ra giả thuyết rằng, sự phun trào oxy lớn như vậy cũng giải phóng lượng khí gas khổng lồ vào trong bầu khí quyền, đủ lớn để gây ra Hiện tượng Oxy hóa vĩ đại (Great Oxygenation Event) diễn ra 2.5 tỷ năm trước đã tạo ra bầu khí quyển giàu oxy của chúng ta, điều kiện để khởi động sự sống độc lập (cần oxy để duy trì) trên Trái đất như chúng ta đã biết.
“Phản ứng tách nước trong điều kiện nhiệt độ và áp suất lớn mới được phát hiện này ảnh hưởng tới các hoạt động địa hóa học, ở cả những lớp sâu bên trong vỏ cho tới tầng khí quyển của Trái đất” – Mao nhận định, và ông cũng tin rằng rất nhiều lý thuyết trước đó cần phải được xem xét lại.
—————
Chú thích:
1) Ranh giới lõi – vỏ (core-mantle boundary), hay còn gọi là vùng gián đoạn Gutenberg, nằm sâu 2891 km bên dưới bề mặt Trái đất, có áp suất trong khoảng 330 đến 360 GPa (tương đương 3.000.000 atm), nhiệt độ khoảng 5700 độ K (khoảng 5426 độ C)
2) Áp suất khí quyển: thông thường là 1 atm ở mực nước biển. Càng lên cao áp suất càng giảm. Áp suất trong lòng Trái đất là cực kỳ lớn.
Hải Đăng dịch theo Phys.org https://phys.org/news/2017-11-met-iron-deep-earth-conditions.html
