Giải mã bí ẩn của hiện tượng vòng quay của Trái Đất đang chậm lại

Từ khi hình thành cách đây khoảng 4,5 tỷ năm, Trái Đất đã trải qua một hành trình dài đầy biến động. Một trong những hiện tượng ít ai chú ý nhưng có ý nghĩa quan trọng là sự quay chậm dần của hành tinh xanh. Dù không đáng kể trên thang thời gian của một đời người, nhưng sự giảm tốc độ quay của Trái Đất đã góp phần thay đổi đáng kể trong suốt hàng triệu năm qua, mở ra những thay đổi mang tính bước ngoặt, đặc biệt là sự gia tăng oxy trong bầu khí quyển.

Sự chậm lại trong tốc độ quay của Trái Đất bắt nguồn từ lực hấp dẫn của Mặt Trăng tác động lên hành tinh. Lực kéo của Mặt trăng tạo ra hiệu ứng giảm tốc quay, đồng thời khiến Mặt Trăng dần di chuyển ra xa Trái Đất . Dựa trên các nghiên cứu địa chất và hồ sơ hóa thạch, các nhà khoa học nhận thấy rằng cách đây 1,4 tỷ năm, một ngày chỉ kéo dài khoảng 18 giờ. Thậm chí, 70 triệu năm trước, thời gian của một ngày đã ngắn hơn ngày nay khoảng 30 phút. Hiện tại, tốc độ quay của Trái Đất giảm trung bình 1,8 mili giây mỗi thế kỷ.

Điều đáng ngạc nhiên là sự chậm lại này có liên quan mật thiết đến một trong những sự kiện quan trọng nhất trong lịch sử hành tinh: Sự kiện Oxy hóa Lớn (Great Oxidation Event - GOE). Khoảng 2,4 tỷ năm trước, vi khuẩn lam (hay tảo xanh lam) bắt đầu phát triển mạnh mẽ. Qua quá trình quang hợp, chúng thải ra một lượng lớn oxy vào bầu khí quyển - bước ngoặt quan trọng dẫn đến sự xuất hiện của các sinh vật sống như chúng ta ngày nay.

Tuy nhiên, câu hỏi được đặt ra là tại sao sự kiện này lại xảy ra vào thời điểm đó, chứ không phải sớm hơn trong lịch sử Trái Đất . Một nghiên cứu mới đây đã đưa ra lời giải đáp thú vị: Độ dài ngày có thể là yếu tố then chốt ảnh hưởng đến tốc độ sản xuất oxy của vi khuẩn lam.

Để kiểm chứng giả thuyết này, các nhà khoa học đã tìm đến Hố sụt Middle Island ở Hồ Huron, nơi tồn tại những thảm vi sinh vật tương tự như vi khuẩn lam từng tồn tại trong thời kỳ GOE. Tại đây, vi khuẩn lam màu tím thực hiện quang hợp và sản xuất oxy vào ban ngày, trong khi các vi khuẩn trắng cạnh tranh chuyển hóa lưu huỳnh vào ban đêm.

Theo nhà địa vi sinh vật học Judith Klatt, vi khuẩn lam có một đặc điểm thú vị: chúng mất khá nhiều thời gian để bắt đầu quá trình quang hợp sau khi mặt trời mọc. "Chúng là những kẻ dậy muộn", Klatt ví von, ám chỉ việc sản xuất oxy chỉ thực sự tăng tốc sau vài giờ đầu tiên của buổi sáng.

Nhận thấy sự hạn chế của khoảng thời gian ban ngày đối với vi khuẩn lam, nhà hải dương học Brian Arbic tự hỏi liệu sự thay đổi độ dài ngày trong lịch sử Trái Đất có thể ảnh hưởng đến sản lượng oxy. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành hàng loạt thí nghiệm trong môi trường tự nhiên lẫn phòng thí nghiệm, kết hợp với mô hình hóa dữ liệu để hiểu rõ hơn mối liên hệ giữa ánh sáng mặt trời và sản xuất oxy.

Kết quả cho thấy rằng khi ngày dài hơn, vi khuẩn lam có thêm thời gian để quang hợp, từ đó giải phóng nhiều oxy hơn vào bầu khí quyển. Quá trình này không chỉ ảnh hưởng đến GOE mà còn đóng vai trò quan trọng trong Sự kiện Oxy hóa Tân Nguyên Sinh (Neoproterozoic Oxygenation Event) xảy ra khoảng 550 đến 800 triệu năm trước.

Nhà khoa học biển Arjun Chennu của Trung tâm Nghiên cứu Biển Nhiệt đới Leibniz giải thích: "Việc giải phóng oxy từ thảm vi khuẩn không diễn ra ngay lập tức mà bị giới hạn bởi tốc độ khuếch tán phân tử. Đây là yếu tố quan trọng liên kết giữa độ dài ngày và lượng oxy sản xuất".

Những phát hiện này không chỉ giúp giải thích cơ chế sản xuất oxy trong lịch sử Trái Đất mà còn làm sáng tỏ mối liên hệ tinh tế giữa các hiện tượng vật lý và sinh học. Nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng độ dài ngày ảnh hưởng đến sự phát triển của vi khuẩn lam, từ đó định hình bầu khí quyển của hành tinh. Chennu ví von: "Chúng tôi đã kết nối điệu nhảy của các phân tử trong thảm vi sinh vật với điệu nhảy của hành tinh và Mặt trăng của nó".

Mặc dù nghiên cứu đã cung cấp một cái nhìn mới mẻ về lịch sử oxy hóa của Trái Đất , vẫn còn nhiều câu hỏi chưa được giải đáp. Các nhà khoa học hy vọng rằng những thí nghiệm và mô hình tiếp theo sẽ tiếp tục mở rộng hiểu biết của chúng ta về mối quan hệ giữa vòng quay của hành tinh, sự sống vi sinh vật, và các biến đổi khí quyển.

Nghiên cứu này không chỉ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá khứ mà còn là lời nhắc nhở về tầm quan trọng của những thay đổi nhỏ trong thời gian dài. Qua đó, chúng ta có thể thấy rằng ngay cả những hiện tượng tưởng chừng không đáng kể, như độ dài ngày, cũng có thể góp phần tạo nên sự sống như ngày hôm nay.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Geoscience.