Nghiên cứu đột phá có thể giải mã bí ẩn sâu xa nhất của Trái Đất

Kiến tạo mảng

Bề mặt Trái Đất là một nơi hỗn loạn. Núi mọc lên, lục địa hợp nhất và tách ra, và động đất làm rung chuyển mặt đất. Tất cả những quá trình này là kết quả của kiến tạo mảng, sự chuyển động của những khối khổng lồ của lớp vỏ Trái Đất.

Chuyển động này có thể là lý do tại sao sự sống tồn tại. Trái đất là hành tinh duy nhất được biết đến có kiến tạo mảng và là hành tinh duy nhất được biết đến có sự sống. Hầu hết các nhà khoa học cho rằng đó không phải là sự trùng hợp ngẫu nhiên.

Bằng cách kéo những khối vỏ khổng lồ vào lớp phủ, lớp giữa của Trái đất, kiến tạo mảng kéo carbon từ bề mặt và bầu khí quyển của hành tinh, ổn định khí hậu. Nó cũng đẩy các khoáng chất và phân tử nuôi dưỡng sự sống lên bề mặt. Tất cả các yếu tố đó cộng lại tạo nên một nơi mà sự sống phát triển mạnh mẽ từ vực thẳm đại dương đến những đỉnh núi cao chót vót.

Thế nhưng, các nhà nghiên cứu không biết tại sao hoặc khi nào kiến tạo mảng bắt đầu, khiến cho việc xác định quá trình này quan trọng như thế nào đối với sự tiến hóa và đa dạng hóa của sự sống trở nên khó khăn. Một số người cho rằng chuyển động của mảng bắt đầu từ 700 triệu năm trước, khi sự sống đa bào đơn giản đã tồn tại. Những người khác tin rằng chỉ có các sinh vật đơn bào thống trị khi các mảng của Trái đất lần đầu tiên tách ra.

Trên thực tế, khi các phương pháp mới cho phép các nhà khoa học nhìn sâu hơn vào quá khứ, một số người đang lập luận rằng kiến tạo mảng xuất hiện rất sớm sau khi Trái đất hình thành — có lẽ là trước cả sự sống. Nếu giả thuyết này là đúng, nó có thể gợi ý rằng ngay cả sự sống nguyên thủy nhất cũng tiến hóa trên một hành tinh hoạt động — và điều đó có nghĩa là kiến tạo mảng có thể là một thành phần thiết yếu trong quá trình tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh.

Các mảng kiến tạo đa dạng

Chỉ có Trái Đất có các mảng kiến tạo giống như trò chơi ghép hình va chạm vào nhau và tách ra như xe đụng. Các hành tinh đá khác trong hệ mặt trời có một lớp vỏ cứng duy nhất — một sự sắp xếp địa chất mà các nhà khoa học gọi là kiến tạo "nắp trì trệ" hoặc "nắp đơn".

Trong một hành động cân bằng địa chất, lớp vỏ đại dương dày đặc bị phá hủy tại các vùng hút chìm, nơi một mảng trượt xuống dưới mảng khác. Mảnh vỏ đại dương lâu đời nhất được biết đến, nằm ở Địa Trung Hải , có niên đại chỉ 340 triệu năm trước, khiến nó quá trẻ để có thể hữu ích cho việc xác định chính xác thời điểm kiến tạo mảng xuất hiện.

Lớp vỏ lục địa nhẹ hơn lớp vỏ đại dương và nổi trên sự tàn phá do sự hút chìm gây ra. Nhưng vẫn còn rất ít thứ còn sót lại từ những ngày đầu của Trái đất, và những gì còn lại đã bị xói mòn và cong vênh. Ít hơn 7% đá trên bề mặt ngày nay có tuổi đời trên 2,5 tỷ năm. Quay trở lại trước 4,03 tỷ năm, đến kỷ nguyên Hadean, và hồ sơ đá đã hoàn toàn biến mất. Nửa tỷ năm đầu tiên của sự sống Trái đất không để lại một chút bazan nào.

Do quá trình tái chế liên tục của hành tinh, bằng chứng không thể chối cãi lâu đời nhất về kiến tạo mảng - đá chỉ hình thành trong các vùng hút chìm - chỉ có niên đại khoảng 700 triệu năm.

Các nhà khoa học về địa chất đều đồng ý rằng bất cứ khi nào kiến tạo bắt đầu, nó có thể đã thúc đẩy quá trình tiến hóa và sự phức tạp của sự sống.

Ở động vật thời tiền sử, hoạt động kiến tạo mảng gắn liền với tốc độ tiến hóa nhanh hơn , có thể là do các chuyển động địa chất chia cắt môi trường sống và tạo ra hốc mới cho sự sống tiến hóa.

Kiến tạo mảng cũng có thể đã giúp sự sống phục hồi sau những cuộc tuyệt chủng hàng loạt tàn khốc. Ví dụ, vào cuối kỷ Permi, một cuộc tuyệt chủng hàng loạt do các vụ phun trào núi lửa phun ra carbon dioxide đã giết chết 90% các loài trên Trái đất.

Sự sống trên hành tinh cuối cùng đã phục hồi vì quá trình phong hóa của đá lục địa phá vỡ các khoáng chất chứa carbon và rửa trôi chúng vào đại dương, nơi các sinh vật biển biến chúng thành các rạn san hô và vỏ trở thành đá vôi và cuối cùng bị chìm trở lại bên trong hành tinh. Khi bầu khí quyển trở nên hỗn loạn, kiến tạo dần dần đưa Trái đất trở lại môi trường thuận lợi hơn cho sự sống.

Cuộc sống ở thế giới khác

Nếu kiến tạo mảng thúc đẩy sự sống, việc tìm kiếm các sinh vật khác giữa các vì sao có thể đưa loài người đến một hành tinh có hoạt động địa chất mạnh mẽ.

Rất tiếc, chúng ta vẫn chưa thể phát hiện ra kiến tạo mảng trên các ngoại hành tinh xa xôi, Tobias Meier, một chuyên gia về động lực học lớp phủ tại Đại học Oxford, cho biết. Nhưng vào năm 2021, Meier và nhóm của ông đã sử dụng dữ liệu nhiệt và mô hình máy tính để xác định rằng ngoại hành tinh đá LHS 3844 b , nằm cách Trái đất 49 năm ánh sáng, có thể có lớp phủ hoạt động và lớp vỏ chuyển động.

LHS 3844 b không có khả năng chứa sự sống và không có bầu khí quyển. Một nửa hành tinh luôn có ánh sáng ban ngày, với nhiệt độ là 767 độ C, trong khi nửa còn lại lạnh giá âm 273 độ C vào ban đêm. Chính sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt của hành tinh này thúc đẩy chuyển động của lớp phủ ở LHS 3844 b, Meier và các đồng nghiệp của ông đã báo cáo vào năm 2021. Nếu có thật, phiên bản kiến tạo mảng đó không giống với Trái đất. Nhưng nó cho thấy sự đa dạng của địa chất hành tinh có thể ẩn núp ở nơi khác trong vũ trụ .