Đá muối biển 2 tỷ năm tuổi cho thấy sự gia tăng oxy trong bầu khí quyển cổ

Một tảng đá muối biển niên đại 2 tỷ năm tuổi cung cấp bằng chứng mới cho việc biến đổi khí quyển Trái Đất thành một môi trường ôxi hóa có khả năng hỗ trợ cuộc sống cổ đại.

Nghiên cứu của một nhóm các tổ chức quốc tế bao gồm Đại học Princeton phát hiện thấy sự gia tăng oxy xảy ra cách đây khoảng 2,3 tỷ năm, được gọi là Great Oxidation Event - Sự kiện oxy hóa lớn, lớn hơn đáng kể so với những sự kiện tương tự đã từng xảy ra trước đây.

Bằng chứng cho thấy sự oxy hóa tăng lên rõ rệt là những viên đá muối dạng tinh thể được tìm thấy từ một hố sâu 1,2 dặm trong vùng Karelia ở tây bắc nước Nga. Những tinh thể muối này bị bỏ lại khi nước biển cổ đại bốc hơi, và chúng cho các nhà địa chất những bằng chứng chưa từng thấy về thành phần của các đại dương và khí quyển trên trái đất cách đây hơn 2 tỷ năm.

Dấu hiệu quan trọng của sự gia tăng lượng oxy đến từ việc phát hiện các khoáng chất có chứa một lượng lớn thành phần nước biển gọi là sulfat, được tạo ra khi lưu huỳnh phản ứng với oxy.

Aivo Lepland, nhà nghiên cứu thuộc Cục Khảo sát Địa chất Nauy, chuyên gia địa chất tại Đại học Công nghệ Tallinn và là tác giả cao cấp của nghiên cứu này cho hay: "Những chất kết tủa này là bằng chứng mạnh mẽ nhất cho thấy nước biển cổ đại có nồng độ sulfat cao, theo ước tính của chúng tôi nó đạt ít nhất 30% lượng sulfat đại dương ngày nay".

Oxy chiếm khoảng 20% không khí và là yếu tố cần thiết cho cuộc sống như chúng ta biết. Theo các bằng chứng địa chất, oxy bắt đầu xuất hiện trong bầu khí quyển trái đất từ 2,4 đến 2,3 tỷ năm trước.

Tuy nhiên, cho đến khi nghiên cứu mới này, các nhà địa chất học đã không chắc chắn liệu sự tích tụ oxy này do sự phát triển của vi khuẩn lam (cyanobacteria) có khả năng quang hợp, lấy carbon dioxide và giải phóng oxy - là một sự kiện chậm diễn ra hàng triệu năm hoặc sớm hơn hay không.

"Rất khó để kiểm tra những lý thuyết này bởi vì chúng tôi không có bằng chứng từ thời đại đó để nghiên cứu thành phần của bầu khí quyển", Blättler nói.

Các tinh thể đá muối được phát hiện gần đây cung cấp bằng chứng để kiểm nghiệm lý thuyết này. Các tinh thể muối thu được ở Nga có niên đại cao hơn một tỷ năm so với bất kỳ trầm tích muối nào được phát hiện trước đó. Trầm tích chứa halit, được gọi là muối đá và về mặt hóa học nó giống hệt với muối ăn hoặc natri clorua, cũng như các muối canxi, magiê và kali khác.

Thông thường những khoáng chất này hòa tan dễ dàng và sẽ bị rửa trôi theo thời gian, nhưng trong trường hợp này chúng được bảo vệ đặc biệt tốt ở sâu trong lòng đất. Các nhà địa chất học từ Khảo sát Địa chất Nauy, phối hợp với Trung tâm Nghiên cứu Karelian ở Petrozavodsk, Nga, đã thu hồi muối từ địa điểm khoan Onega Parametric Hole (OPH) trên bờ phía tây của hồ Onega.

John Higgins, trợ lý giáo sư về khoa học địa chất tại Princeton, người đã cung cấp giải thích về phân tích địa hóa cùng với các đồng tác giả khác, cho biết những phẩm chất độc đáo của mẫu vật đá muối này rất có giá trị trong việc kết hợp điều tra, nghiên cứu về những gì đã xảy ra sau sự kiện oxy hóa lớn nhất thời kỳ đó.

Nghiên cứu này sẽ thúc đẩy sự phát triển các mô hình mới để giải thích những gì đã xảy ra sau khi sự kiện oxy hóa lớn gây ra sự tích tụ oxy trong khí quyển, Blättler cho biết. "Có thể đã có những thay đổi quan trọng trong chu trình chuyển hóa khí quyển trên đất liền hoặc trong các đại dương, hoặc sự gia tăng lượng oxy do các vi khuẩn tạo ra, nhưng dù bằng cách nào thì lượng khí này cũng nhiều hơn so với mức chúng ta tưởng”.