Bí ẩn hơn 4 tỷ năm của Trái Đất vừa được "bẻ khóa"

Nước bao phủ 70% bề mặt Trái Đất và đóng vai trò rất quan trọng đối với sự sống của hành tinh, nhưng câu hỏi 'Bằng cách nào nước có mặt trên hành tinh này?' từ lâu đã là một cuộc tranh luận khoa học chưa có hồi kết.

Câu đố đã được giải sau khi một nhóm các nhà nghiên cứu Pháp báo cáo trên tạp chí Science rằng: Họ đã xác định được loại đá không gian nào là 'sứ giả' mang nước đến Trái Đất; đồng thời cho rằng hành tinh của chúng ta đã ẩm ướt ngay từ khi nó hình thành.

Nhà hóa học vũ trụ Laurette Piani, người dẫn đầu cuộc nghiên cứu, trả lời trên AFP rằng những phát hiện này khác với lý thuyết phổ biến rằng: Nước được các sao chổi hoặc tiểu hành tinh mang đến Trái Đất thuở Trái Đất khô cạn, không một chút hơi ẩm.

Theo các mô hình ban đầu về cách thức hình thành Hệ Mặt trời thì các đĩa khí và bụi lớn xoay quanh Mặt trời, theo thời gian hình thành các hành tinh nhưng khi đó bên trong các hành tinh quá nóng để duy trì băng.

Điều này giải thích cho các điều kiện cằn cỗi/khắc nghiệt trên sao Thủy, sao Kim và sao Hỏa. Trong khi đó, Địa Cầu của chúng ta lại ngược lại: Có các đại dương rộng lớn, bầu khí quyển ẩm ướt và địa chất ngậm nước tốt.

Do đó, các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết rằng: Nước đã xuất hiện ngay sau khi Trái Đất hình thành thuở sơ khai ở điều kiện tương đối ẩm, và các 'thủ phạm' chính là các vẫn thạch.

Vẫn thạch - 'Sứ giả' ngoài Trái Đất

Đầu tiên các nhà khoa học xem xét vẫn thạch Carbonaceous chondritescó nhiều khoáng chất hydrat hóa. [Vẫn thạch là phần còn lại của thiên thạch sau khi bị cháy mất một phần và rơi xuống bề mặt Trái Đất].

Nhưng vấn đề là thành phần hóa học của chúng không khớp với đá trên hành tinh của chúng ta. Thêm nữa, các vẫn thạch Carbonaceous chondrites cũng hình thành ở bên ngoài Hệ Mặt trời, nên ít có khả năng chúng rơi xuống Trái Đất sơ khai.

Một nhóm vẫn thạch khác là Enstatite chondrites- chứa các đồng vị (loại) tương tự của oxy, titan và canxi - lại có nhiều nét tương đồng hóa học với đá trên Trái Đất chúng ta.

Điều này cho thấy chúng có thể là các khối xây dựng của Trái Đất (building blocks) thuở sơ khai. Tuy nhiên, vì loại vẫn thạch này hình thành gần với Mặt Trời, chúng đã được cho là quá khô để mang đến các nguồn nước dồi dào trên Trái Đất.

Để kiểm tra xem điều này có thực sự đúng hay không, Laurette Piani và các đồng nghiệp của cô tại Centre de Recherches Petrographiques et Geochimiques (CRPG/Đại học Lorraine, Pháp) đã sử dụng một kỹ thuật được gọi là khối phổ (Phương pháp phổ khối lượng - MS) để đo hàm lượng hydro trong 13 viên vẫn thạch Enstatite chondrites.

Các loại vẫn thạch này hiện nay khá hiếm, chỉ chiếm khoảng 2% số lượng đã biết trong các bộ sưu tập con người tìm được trên Trái Đất, và rất khó để tìm thấy chúng trong tình trạng nguyên sơ, không bị ô nhiễm.

Dù vậy, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng những tảng đá không gian này chứa đủ hydro trong chúng để cung cấp cho Trái Đất khối lượng nước dồi dào. Họ tìm ra nhiều bằng chứng cho thấy những khối đá không gian này 'chịu trách nhiệm' cho phần lớn nước của Trái Đất.

Nhóm các nhà khoa học Pháp đo hai đồng vị của hydro, vì tỷ lệ tương đối của chúng rất khác nhau giữa thiên thể này với thiên thể khác. Laurette Piani cho biết: "Chúng tôi nhận thấy thành phần đồng vị hydro của vẫn thạch Enstatite chondrites tương tự với thành phần của nước được lưu trữ trong lớp phủ trên mặt đất (lớp Mantle)".

Thành phần đồng vị của các đại dương được phát hiện là phù hợp với một hỗn hợp có chứa 95% nước từ các Enstatite chondrites.

Các tác giả còn phát hiện thêm rằng các đồng vị nitơ từ các Enstatite chondrites tương tự như của Trái Đất - và đề xuất những loại đá này cũng có thể là nguồn cung cấp thành phần phong phú nhất của bầu khí quyển của chúng ta (khí nitơ).

Laurette Piani nói thêm rằng nghiên cứu không loại trừ việc nước sau này được bổ sung cho Trái Đất đến từ các nguồn khác như sao chổi. Nhưng nổi bật nhất là các vẫn thạch Enstatite chondritesđã đóng góp đáng kể vào 'kho' nước của Trái Đất tại thời điểm hành tinh hình thành cách đây hơn 4 tỷ năm.