Oxy xuất hiện trên Trái Đất khi nào?

Hình ảnh của Trái Đất được chụp bởi vệ tinh thời tiết (Elektro-L No.1) của Nga - Ảnh: NTsOMZ

Hàm lượng oxy trong đá tăng đột ngột từ 2.5 tỷ năm trước - sự tăng vọt này còn được gọi là “Sự kiện Oxy hóa vĩ đại”. Bước tiến này đã được xem như là bằng chứng về thời điểm phát triển của vi khuẩn lam. Tuy nhiên theo một nghiên cứu được xuất bản ngày 23/3/2014 trong tờ tạp chí Nature Geoscience (Khoa học địa lí tự nhiên) đã đề xuất rằng những sinh vật yêu thích ánh sáng mặt trời đã xuất hiện trước cả sự kiện oxy này.

Nhiều nhà nghiên cứu hiện nay nghĩ rằng các sinh vật quang hợp đầu tiên trên thế giới đã xuất hiện cách đây 3 tỷ năm. Còn những nhà phục chế nghệ thuật đã tìm ra được hình ảnh ẩn dưới  bức tranh của họa sĩ Old Master cho thấy hơi thở đầu tiên của Trái Đất.

Kim loại nặng

Trong một nghiên cứu mới, nhà địa khoa học của trường Đại học Yale Noah Planavsky cùng cộng sự đã phân tích nồng độ của chất Mô lip đen (Mo) và sắt trong mẫu đá 2.95 tỷ năm tuổi ở Nam Phi. Mẫu đá này nằm dưới lòng nước nông gần bờ đại dương. Các kim loại đóng vai trò như dấu hiệu của sự quang hợp. Theo Planavsky, đồng vị của Mô lip đen, hoặc các thành phần có cùng số proton nhưng khác nhau ở số nơ-tron sẽ ghi nhận quá trình oxy hóa của Mangan, một tiến trình đòi hỏi nồng độ oxy cao.

Theo các dấu tích hóa học trong các tảng đá từ khu vực Pongola Supergroup (Nam Phi), đã chỉ ra rằng khuẩn lam đã tạo ra oxy từ trong bề mặt lòng đại dương. Planavsky giải thích với Live Science's Our Amazing Planet (Khoa học về hành tinh tuyệt vời của chúng ta) “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy có sự khu biệt trong quá trình tạo ra oxy trong lòng đại dương của khuẩn lam.”

Theo một nghiên cứu gần đây, cũng tại khu vực đá Pongola ở Nam Phi, các nhà khoa học đã quan sát các đồng vị Crom để ước tính nồng độ oxy của 3 tỷ năm trước. Theo kết quả nghiên cứu công bố trên tờ The Journal Nature (Tạp chí tự nhiên) xuất bản vào 26/9/2013, kết quả đề xuất cho thấy hàm lượng oxy cao hơn gấp 100.000 lần so với cách giải thích bằng những phản ứng phi sinh hóa.

Planavsky cho biết “Hai nghiên cứu này hoàn toàn bù trừ cho nhau. Chúng tôi cung cấp những cứ liệu cho thấy sự hiện diện của khuẩn lam đồng thời theo dõi tiến trình diễn ra của bề mặt đại dương còn họ nghiên cứu các tiến trình trên mặt đất.”

Tuy nhiên nhà địa sinh học Woodward Fisher ở Caltech, Pasadena, California đã thận trọng phát biểu rằng những phương pháp theo dõi kim loại cần nhiều sự xác thưc hơn nữa. Cả hai phương pháp này đều cách đây một thập kỷ và chúng đang được kiểm nghiệm trên những phần đá cực kì cổ xưa. “Do đó tất cả những giải thích của chúng tôi đều còn tồn tại điểm gì đó chưa chắc chắn.” Fischer, người không liên quan đến bất cứ nghiên cứu nào nêu trên cho biết thêm. “Một cách công bằng mà nói, chúng ta hoàn toàn không hề hiểu cái gì là chu trình Mô lip đen và chu trình Chrom.”

Những gợn đá hóa thạch từ 2.9 tỷ năm trước ở Pongola, Nam Phi - Ảnh: Nora Noffke

Cái nào xuất hiện trước?

Bởi vì những phương pháp này quá nhạy cảm đề nghiên cứu trong một khoảng thời gian dài, nên một cuộc tranh cãi mới đã xuất hiện rằng: Có phải vi khuẩn chính là loài đã tạo ra những hơi thở đầu tiên của Trái Đất hay sự thay đổi môi trường đã đưa hành tinh của chúng ta trở thành một hành tinh giàu oxy?

Một số nhà nghiên cứu cho rằng Trái Đất tự thân nó đóng vai trò nâng cao hàm lượng oxy của mình. Sự xói mòn của lớp vỏ Trái Đất và sự thay đổi tự nhiên của núi lửa ở một lục địa lớn có nghĩa là việc sự phun trào núi lửa trên đất liền sẽ thải một lượng lớn không khí vào bầu khí quyển nhiều hơn là các vụ nổ dưới nước. Sự thay đổi về địa chất có thể đã đẩy khí quyển của Trái Đất vào môi trường giàu oxy với sự cộng hưởng của khuẩn lam.

Planavsky phát biểu “Mối liên hệ giữa những đánh giá sinh học và địa lý thật sự là điều rất thú vị khi đề cập đến những cột mốc quan trọng của lịch sử Trái Đất. Đó chính là những gì đã đưa đến cuộc nghiên cứu của chúng tôi."