SAN FRANCISCO — Có lẽ kích hoạt sự gia tăng oxy trên Trái đất không có gì đặc biệt. Có lẽ quá trình oxy hóa đã không cần sự thay đổi kiến tạo lớn hoặc sự tiến hóa của thực vật trên cạn. Thay vào đó, sự lưu thông của carbon dioxide, oxy và phốt pho giữa bầu khí quyển Trái đất, đại dương, đá và các dạng sống quang hợp đơn giản nhất là đủ để tạo ra sự dịch chuyển mạnh mẽ của khí trong khí quyển xảy ra trong lịch sử Trái đất, nghiên cứu mới cho thấy.
Sự chuyển đổi [oxy] mà chúng ta thấy được thúc đẩy bởi các chu kỳ dinh dưỡng của Earth, ông cho biết, ông Benjamin Mills, nhà mô hình hóa sinh học và người tạo mẫu máy tính tại Đại học Leeds ở Anh, người đã trình bày nghiên cứu vào ngày 10 tháng 12 tại cuộc họp thường niên của Hiệp hội Địa vật lý Hoa Kỳ. Các phát hiện, dẫn đầu bởi nhà địa chất học Lewis, Alc Alcott, cũng được công bố trực tuyến ngày 10 tháng 12 trên tạp chí Khoa học.
Bầu khí quyển Trái đất ban đầu là hỗn hợp ướt của hơi nước, CO₂, amoniac, hydro sunfua và metan. Sau đó, khoảng 2,4 tỷ năm trước, oxy trong khí quyển đột nhiên tăng vọt, một sự đột biến được gọi là Sự kiện oxy hóa vĩ đại (SN: 2/6/17). Sau một tỷ năm nữa, hai xung oxy lớn hơn vào khí quyển theo sau. Một, được gọi là Sự kiện oxy hóa Neoproterozoi, xảy ra từ khoảng 800 triệu đến 540 triệu năm trước, đã đưa mức oxy đến trong vòng 10 đến 50 phần trăm mức hiện đại và làm oxy hóa bề mặt đại dương. Trong một xung cuối cùng được gọi là Sự kiện oxy hóa Paleozoi, từ khoảng 450 triệu đến 400 triệu năm trước, oxy đã tăng lên mức hiện đại trong khí quyển và xâm nhập xuống đại dương sâu.
Những xung kịch tính như vậy xin một lời giải thích. Các nhà nghiên cứu đã xem xét các kiến tạo như sự hình thành của siêu lục địa, sự nâng cao và phong hóa của các ngọn núi và sự phun trào của các cánh đồng dung nham rộng lớn được gọi là các tỉnh lửa lớn. Những quá trình như vậy, theo ý tưởng, có thể đã đưa một lượng lớn chất dinh dưỡng vào đại dương trong một khoảng thời gian ngắn, thúc đẩy sự nở rộ của tảo đột ngột, thay đổi thế giới. Các nhà nghiên cứu khác đề xuất rằng ba mức tăng từng bước tương ứng với ba tiến bộ tiến hóa lớn: sự gia tăng của tảo quang hợp, sự hưng thịnh và đa dạng hóa của các loài tảo và sự trỗi dậy của thực vật trên cạn.
Bạn có rất nhiều ý tưởng về những thứ có thể gây ra những sự kiện từng bước này Tuy nhiên, bạn không có sự đồng thuận và thậm chí bạn không biết liệu chúng có thực sự cần thiết hay không. Thay vào đó, nghiên cứu mới cho thấy, chu trình hóa sinh đơn giản của Trái đất - tái chế lâu dài carbon, oxy và phốt pho - cuối cùng đã đủ tăng mức oxy của hành tinh (SN: 10/1/19).
Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã xây dựng một mô hình máy tính đơn giản để xem xét cách carbon, oxy và phốt pho di chuyển giữa các hồ chứa trên Trái đất và tương tác với nhau.
Phốt pho, chỉ có trong đá, là chất dinh dưỡng quan trọng cho các sinh vật từ vi khuẩn đến tảo đến thực vật. Thêm phốt pho từ đá phong hóa vào nước biển có thể thúc đẩy hoạt động của vi sinh vật hoặc tảo trong cột nước. Điều đó có thể kéo oxy ra khỏi nước, làm cho oxy trong nước kém, hoặc thiếu oxy và kéo thêm oxy ra khỏi trầm tích bên dưới. Cuối cùng, điều này dẫn đến nhiều carbon hữu cơ bị chôn vùi trong đất, và nhiều oxy hơn được tạo ra, cho đến khi hóa học lật trở lại với nước biến thành giàu oxy. Oxy sau đó có thể thoát ra khỏi nước vào khí quyển.
Sự làm mát chậm của hành tinh cũng đóng một vai trò trong việc cho phép oxy bắt đầu tích lũy. Bầu khí quyển Trái đất ban đầu không thể cho phép oxy bám quanh: Khí thoát ra khỏi lớp phủ khi hành tinh nguội đi dẫn đến trạng thái hóa học gọi là khử, trong đó oxy được loại bỏ nhanh chóng khỏi khí quyển thông qua các phản ứng hóa học.
Nhưng vào thời điểm diễn ra sự kiện oxy hóa lớn, bầu không khí đã giảm bớt. Làm thế nào là rõ ràng, và là một lĩnh vực cho nghiên cứu trong tương lai, Mills nói. Trái đất làm mát có thể đã phát ra ít khí hơn hoặc hóa học của các khí đó có thể đã trải qua một sự thay đổi khiến chúng ít có khả năng loại bỏ oxy hơn (SN: 9/3/19).
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một mô phỏng của các đầu vào và đầu ra khác nhau này, và chạy mô hình trong hàng tỷ năm để quan sát mức độ oxy trong khí quyển và đại dương có thể thay đổi theo thời gian như thế nào do các yếu tố này. Các kết quả, Mills nói, tương tự đáng chú ý với hồ sơ thực tế về mức độ oxy của Trái đất được tái tạo bằng cách sử dụng hồ sơ đá. Kết luận của chúng tôi là không có sự kiện kiến tạo hay sinh học lớn nào được yêu cầu, ông nói. Và điều đó cho thấy rằng cuộc sống phức tạp có thể không cần thiết để xây dựng một thế giới oxy cao. Nếu bạn chỉ có vi khuẩn quang hợp đơn giản, như đã tồn tại [trên Trái đất] trong 3 tỷ năm, bạn có thể đạt đến mức [oxy] hiện đại.
Cho đến khi nghiên cứu này, không có nỗ lực nào để tái tạo lại lịch sử oxy hóa Trái đất lâu dài bao gồm cả lịch sử song song của phốt pho - mặc dù đã có những gợi ý thực nghiệm mà nó liên kết với nhau, đó là lời nói của Noah Planavsky, nhà hóa học tại Đại học Yale không tham gia vào nghiên cứu mới. Chúng tôi biết rằng oxy trong khí quyển Trái đất gắn liền với sinh quyển
0 Comments:
Đăng nhận xét