Trong nhiều năm, các khoa học gia đã dự đoán rằng nhiều nguyên tố cần thiết cho sự sống, như lưu huỳnh và nitơ, lần đầu tiên đến Trái Đất khi các vật thể như thiên thạch mang theo chúng đâm vào bề mặt hành tinh của chúng ta.
Nhưng theo một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science Advances, nhiều nguyên tố trong số này, được gọi là chất dễ bay hơi, có thể đã tồn tại trên Trái Đất ngay từ ban đầu, trong quá trình hình thành một hành tinh.
Chất dễ bay hơi bay hơi nhanh hơn so với các nguyên tố khác. Các thí dụ phổ biến như carbon, hydro và nitơ, mặc dù nghiên cứu mới tập trung vào một nhóm gọi là chalcogens. Lưu huỳnh, selen và Tellurium đều là chalcogens.
Biết cách các nguyên tố dễ bay hơi này đến Trái Đất giúp các khoa học gia hành tinh hiểu rõ hơn về lịch sử địa chất của Trái Đất, và điều này có thể giúp chúng ta tìm hiểu thêm về khả năng sinh sống của các hành tinh đất đá ngoài Trái Đất.
Tại sao điều này quan trọng?
Lý thuyết phổ biến về “lớp phủ sau này” (late veneer) dự đoán rằng Trái Đất ban đầu được hình thành từ những vật liệu có ít chất dễ bay hơi. Sau khi lõi Trái Đất hình thành, nó nhận được các chất dễ bay hơi khi những vật thể giàu các chất này từ bên ngoài Thái dương hệ đâm vào bề mặt hành tinh.
Những vật thể này mang lại khoảng 0.5% khối lượng Trái Đất. Nếu lý thuyết về lớp phủ sau này là đúng, thì hầu hết các nguyên tố tạo nên sự sống đã đến Trái Đất vào khoảng thời gian sau khi lõi Trái Đất hình thành.
Nhưng nghiên cứu mới cho thấy rằng Trái Đất đã có tất cả các nguyên tố dễ bay hơi cần thiết cho sự sống ngay từ ban đầu, trong quá trình hình thành hành tinh. Kết quả này đối lập với lý thuyết lớp phủ sau này và phù hợp với một nghiên cứu khác về nguồn gốc của nước trên Trái Đất.
Nghiên cứu được thực hiện như thế nào?
Để nghiên cứu nguồn gốc của các chất dễ bay hơi trên Trái Đất, nhóm đã sử dụng một kỹ thuật tính toán gọi là tính toán từ các nguyên tắc đầu tiên (first-principles calculation). Kỹ thuật này mô tả hành vi của các đồng vị, là các nguyên tử của một nguyên tố có số lượng neutron khác nhau. Quý vị có thể coi mỗi nguyên tố như một gia đình - mọi nguyên tử đều có cùng số lượng proton, nhưng các anh em đồng vị khác nhau có số lượng neutron khác nhau.
Các đồng vị khác nhau có các hành vi khác nhau một chút trong mỗi giai đoạn của quá trình hình thành Trái Đất. Và các đồng vị đều để lại dấu vết sau mỗi giai đoạn hình thành mà các khoa học gia có thể sử dụng như một loại dấu vân tay để theo dõi vị trí của chúng trong suốt quá trình hình thành Trái Đất.
Tính toán từ các nguyên tắc đầu tiên cho phép nhóm nghiên cứu tính toán những dấu hiệu đồng vị mà họ dự đoán sẽ có đối với các loại chalcogen khác nhau, tùy thuộc vào cách Trái Đất hình thành. Nhóm nghiên cứu đã chạy một số mô hình và so sánh các dự đoán về đồng vị đối với từng mô hình với các phép đo thực tế về đồng vị chalcogen trên Trái Đất.
Họ nhận thấy rằng mặc dù nhiều chất dễ bay hơi đã bốc hơi trong quá trình hình thành Trái Đất, khi nó nóng chảy và phát sáng, nhưng nhiều chất dễ bay hơi khác vẫn còn sót lại cho đến ngày nay. Phát hiện mới cho thấy rằng hầu hết các chất dễ bay hơi trên Trái Đất hiện nay có thể còn sót lại từ giai đoạn đầu của quá trình hình thành Trái Đất.
Tiếp theo là gì?
Mặc dù chalcogen là một đối tượng nghiên cứu thú vị, nhưng các nghiên cứu sắp tới cần xem xét các chất dễ bay hơi quan trọng khác đối với sự sống, chẳng hạn như nitơ. Và nếu có thể nghiên cứu sâu hơn về cách hoạt động của các chất dễ bay hơi này trong điều kiện khắc nghiệt, chúng ta sẽ biết thêm về cách hoạt động của các đồng vị trong từng giai đoạn của quá trình hình thành Trái Đất.
Nhóm nghiên cứu cũng hy vọng sử dụng phương pháp này để tìm hiểu xem liệu một số ngoại hành tinh – các hành tinh nằm ngoài Thái dương hệ của chúng ta – có thể sinh sống được hay không.
Nguồn: “Earth may have had all the elements needed for life within it all along − contrary to theories that these elements came from meteorites” được đăng trên trang TheConversation.com.
Gửi ý kiến của bạn