Mẫu đá 2 tỷ năm đảo ngược quan niệm về bước ngoặt hóa học lớn nhất trong lịch sử Trái Đất

Khoảng hơn 2 tỷ năm trước, bề mặt Trái Đất đã trải qua bước ngoặt hóa học lớn nhất trong lịch sử khi lượng oxy tích tụ mạnh mẽ trong khí quyển, tạo tiền đề cho sự xuất hiện của các dạng sống phức tạp như thực vật và động vật. 

Trong giai đoạn này, một lượng lớn sinh khối vi sinh vật đã bị chôn vùi dưới đáy biển và khóa chặt carbon vào lòng đất đá với các dấu vết đồng vị vô cùng kỳ lạ. Suốt nhiều thập kỷ qua, giới khoa học luôn tin rằng tín hiệu đồng vị carbon bất thường đó là minh chứng cho chu trình carbon toàn cầu bị biến động nghiêm trọng trên phạm vi toàn hành tinh.

Những bằng chứng hóa học ủng hộ giả thuyết về một sự kiện mang tính toàn cầu vốn được tìm thấy qua các mẫu lõi khoan trích xuất từ trầm tích đáy biển cổ đại tại vùng Karelia (Nga) và bồn địa Francevillian thuộc Gabon. 

Tuy nhiên, một nghiên cứu mới do các nhà khoa học tại Viện Công nghệ California (Caltech) (Mỹ) dẫn đầu đã đưa ra lời giải thích hoàn toàn khác, trực tiếp thách thức quan điểm này. 

Thông qua việc phân tích các bọt khí siêu nhỏ mắc kẹt bên trong mẫu đá thuộc thành hệ Zaonega tại Karelia, nhóm nghiên cứu nhận thấy tín hiệu đồng vị carbon tại khu vực then chốt này thực chất bắt nguồn từ các hiện tượng địa chất cục bộ diễn ra trong phạm vi vài trăm km vuông, thay vì ảnh hưởng đến toàn bộ Trái Đất.

Các mẫu đá giàu pyrobitumen tại Karelia (Nga) mang tín hiệu đồng vị carbon khác thường. Ảnh: Aivo Lepland

Nhà nghiên cứu Nivedita Thiagarajan cùng các đồng nghiệp tại Caltech và Cơ quan Khảo sát Địa chất Na Uy đã tiếp cận sự kiện lịch sử này theo một góc độ hoàn toàn mới. Họ sử dụng các mẫu lõi khoan lưu trữ tại Na Uy để xem xét thành phần phân tử và đồng vị của các chất khí nằm trong bao thể lỏng thuộc đá giàu pyrobitumen. 

Đây là loại carbon hữu cơ không hòa tan được tạo thành khi dầu mỡ hoặc chất hữu cơ bị nung nóng ở nhiệt độ cao trong lòng đất. Sự kết hợp giữa bộ dữ liệu mới và lý thuyết về cơ chế hình thành khí tự nhiên đã mang lại kết quả bất ngờ. 

Nhóm chuyên gia phát hiện một vỉa magma xâm nhập qua các tầng trầm tích biển cổ đại đã nung nóng lớp trầm tích giàu chất hữu cơ, tạo ra các phân tử hydrocarbon như methane và propane.

Các dòng khí hydrocarbon này sau đó di chuyển ngược lên phía trên và trở thành nguồn thức ăn dồi dào cho các loài vi sinh vật tiêu thụ methane sống gần đáy biển cổ đại. Quá trình tiêu thụ này đã tạo ra lượng sinh khối mới mang tín hiệu đồng vị carbon nhẹ đặc trưng. 

Đáng chú ý, các phép đo đạc của nhóm nghiên cứu ghi nhận một dải chênh lệch nhiệt độ rất rõ ràng, kéo dài từ 350 độ C ở vị trí tiếp xúc trực tiếp với khối magma xâm nhập xuống còn 72 độ C tại vùng trào nhựa đường cổ đại cách đó khoảng 300 mét. 

Chuỗi quá trình địa chất và sinh học nối tiếp này hoàn toàn có thể giải thích trọn vẹn cho tín hiệu đồng vị carbon kỳ lạ thu được tại vùng Zaonega mà không cần đến sự can thiệp của một biến động quy mô toàn cầu.

Phát hiện mới này khiến giới khoa học phải đặt lại câu hỏi liệu một biến động lớn về carbon có thực sự diễn ra trên quy mô toàn thế giới hay không, bởi Zaonega vốn được xem là địa điểm tham chiếu chuẩn mực nhất cho giả thuyết này. 

Trong bước đi tiếp theo, nhóm nghiên cứu quốc tế gồm các chuyên gia đến từ 18 quốc gia đang chuẩn bị phân tích các mẫu đá vừa thu thập được từ Gabon thông qua dự án khoan thăm dò GOE-DEEP. Các mẫu lõi khoan từ Gabon đã được chuyển về trụ sở Cơ quan Khảo sát Địa chất Na Uy để tiến hành các thử nghiệm tương tự. 

Việc so sánh kết quả giữa hai khu vực này hứa hẹn sẽ mang đến lời giải đáp cuối cùng về bản chất thực sự của sự kiện biến đổi khí quyển và carbon vĩ đại nhất trong lịch sử Trái Đất, góp phần hình thành nên môi trường sống của hành tinh chúng ta như ngày hôm nay.