Nội dung bài viết
Đưa carbon và lưu huỳnh vào bên trong Trái đất có thể là một phần trong câu chuyện về oxy. Hành tinh Trái đất có một số phẩm chất khá tuyệt vời dành cho nó.
(Các đánh giá tiêu cực chủ yếu xoay quanh đội ngũ nhân viên và khách hàng.) Điểm tích cực khá cao là bầu không khí giàu oxy. Nhưng đó là thứ đã tiến hóa và hình thành trong vài tỷ năm, cuối cùng chỉ tạo ra một thế giới có lợi cho đời sống động vật như chúng ta.
Các nhà khoa học có nhiều ý tưởng về nguyên nhân khiến lượng oxy tăng lên và có vẻ như một số ý tưởng trong số đó có thể đúng. Dường như không có điều gì riêng biệt có thể giải thích được điều đó.
Cuộc sống là một phần của câu chuyện, với cuộc sống quang hợp bơm ra oxy. Thành phần hóa học của Trái đất rắn cũng đóng một vai trò nào đó, thông qua việc hỗ trợ sự sống quang hợp và thông qua các phản ứng có thể đưa oxy giữa khí quyển và đá sâu bên trong Trái đất.
Một nghiên cứu mới do Wei Shi thuộc Đại học Công nghệ Thành Đô dẫn đầu cho thấy bằng chứng về sự thay đổi trong quá trình hút chìm của các mảng kiến tạo – quá trình chúng biến mất vào bên trong Trái đất – phù hợp với thời điểm nồng độ oxy tăng vọt.
Trái đất đã dần dần nguội đi theo thời gian và những tàn dư ít ỏi của Lịch sử sớm nhất của nó cho chúng ta thấy rằng kết quả là các quá trình địa chất chính đã tiến hóa khá nhiều.
Trong lịch sử ban đầu của nó, đá bề mặt dày đặc, lạnh có thể đã chìm xuyên qua lớp đá manti nóng theo những cách không mấy giống với kiến tạo mảng hiện đại.
Và các lục địa xung quanh chúng ta là những công trình xây dựng kéo dài 4,5 tỷ năm, vì vậy cần có trí tưởng tượng để hình dung ra những gì đã có từ rất sớm. Đó không phải là một quá trình tiến hóa suôn sẻ, tuyến tính – dường như có những điểm chuyển tiếp trong lịch sử địa chất đó.
Quá trình oxy hóa bầu khí quyển Trái đất cũng không tuyến tính. Nó bắt đầu bằng một bước nhảy vọt trong Sự kiện oxy hóa lớn khoảng 2,4 đến 2,0 tỷ năm trước.
Nhưng sau đó nó bị đình trệ cho đến khi tiếp tục hoạt động trở lại vào khoảng 800 đến 500 triệu năm trước. Lần tăng thứ ba vào khoảng 450 đến 250 triệu năm trước đã đưa chúng ta đạt đến mức oxy hiện đại.
Ý tưởng của nhóm nghiên cứu là những thay đổi trong quá trình hút chìm có thể đã ảnh hưởng đến oxy trong khí quyển bằng cách kiểm soát lượng carbon và lưu huỳnh – cả hai đều liên kết với oxy – được đưa vào sâu bên trong Trái đất.
Khi lớp phủ nóng hơn, cacbon và lưu huỳnh không thể đi sâu xuống cùng với đá bị hút chìm. Chúng được thả vào lớp phủ nông và có thể sớm hợp tác tôi quay trở lại bầu khí quyển thông qua núi lửa, sẵn sàng nhặt sạch bất kỳ phân tử oxy may mắn nào có trong khí quyển.
Điều ngược lại là một mảng lặn vào lớp phủ mát hơn sẽ bám vào nhiều lưu huỳnh và carbon hơn. Tại những địa điểm mà đá bị hút chìm tìm đường quay trở lại bề mặt, các khoáng chất và hóa học tinh tế bên trong chúng cho chúng ta biết về nhiệt độ và áp suất mà chúng đã trải qua trong suốt hành trình.
Bằng cách so sánh thông tin về nhiệt độ và áp suất này, nhóm nghiên cứu đã biên soạn được một bức tranh toàn cảnh về lịch sử hút chìm. Nếu giả thuyết này đúng, bạn sẽ thấy sự hút chìm ở nhiệt độ thấp hơn cùng lúc với lượng oxy trong khí quyển tăng lên.
Dữ liệu dường như xếp hàng. Sự hút chìm ở nhiệt độ thấp hơn xuất hiện từ 2,2 đến 1,8 tỷ năm trước và sau đó, sau một thời gian gián đoạn, chiếm ưu thế trong 800 triệu năm qua.
Khoảng thời gian trước đó trùng khớp với Sự kiện oxy hóa vĩ đại ban đầu. Giai đoạn gần đây hơn bao gồm bước nhảy thứ hai và thứ ba về nồng độ oxy.
(Khoảng thời gian ở giữa được địa chất gọi là “Tỷ nhàm chán” bởi vì… dường như không có nhiều điều xảy ra.) Chạy lịch sử hút chìm này thông qua một mô hình hóa học cơ bản, các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách Và họ có thể tái tạo lại dòng thời gian của quá trình oxy hóa.
Họ nói, khởi đầu của câu chuyện có thể là sự tập hợp của một “siêu lục địa” sơ khai (hãy nghĩ đến Pangaea) có tên là Columbia. Với một lượng lớn đất cao hơn mực nước biển, xói mòn có thể cung cấp đủ chất dinh dưỡng cho các đại dương để hỗ trợ một lượng lớn vi khuẩn lam quang hợp.
Chúng ta có thể thấy bằng chứng về điều này ở các loại đá trầm tích dưới đáy biển giàu carbon hữu cơ. Sự tan rã của Columbia phù hợp với những dấu hiệu đầu tiên của sự hút chìm ở nhiệt độ thấp hơn.
Điều đó sẽ cho phép nhiều carbon hữu cơ hơn – và cacbonat tích tụ ở vùng nước nông xung quanh Columbia – bị hút sâu vào lớp phủ. Sau đó đến Boring Billion, khi ngay cả sự đối lưu của lớp phủ và chuyển động của mảng kiến tạo dường như đã chậm lại.
Nhưng sau đó, sự hình thành và phân rã của các siêu lục địa Gondwana và Pangea đưa chúng ta tới một bản đồ ranh giới mảng kiến tạo trông giống như thế giới hiện tại của chúng ta, với rất nhiều sự hút chìm ở nhiệt độ thấp.
Ví dụ, “Vành đai lửa” quanh Thái Bình Dương ngày nay đánh dấu một vùng hút chìm khổng lồ liên tục mang các trầm tích giàu carbon và lưu huỳnh vào sâu trong lớp phủ. Một khi loại subductio này n trở nên phổ biến, sự cân bằng oxy của Trái đất có thể nghiêng về phía khí quyển nhiều hơn.
Chắc chắn còn nhiều điều nữa trong câu chuyện, cả về mặt sinh học và địa chất. Bầu không khí giàu oxy của chúng ta là sản phẩm của một loạt các tương tác phong phú.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu viết, “Tất cả các quá trình này đều hoạt động dựa trên đường cơ sở được xác định bởi dòng carbon (và lưu huỳnh) ròng giữa bên trong và bên ngoài Trái đất, mà chúng tôi cho rằng được kiểm soát bởi hiệu quả ngày càng tăng của quá trình hút chìm lạnh trên Trái đất đang nguội đi.” PNAS, 2026.
DOI: 10.1073/pnas.2534056123 ( Giới thiệu về DOI ). Ars Technica đã tách tín hiệu khỏi tiếng ồn trong hơn 25 năm.
Với sự kết hợp độc đáo giữa hiểu biết về kỹ thuật và mối quan tâm sâu rộng đến nghệ thuật và khoa học công nghệ, Ars là nguồn đáng tin cậy trong biển thông tin. Suy cho cùng, bạn không cần phải biết mọi thứ, chỉ cần biết những gì quan trọng.
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.