Ngày tận thế của Trái Đất thực sự đã xảy ra cách đây khoảng 250 triệu năm

Khoảng 252 triệu năm trước, hầu như toàn bộ sự sống trên Trái Đất đã biến mất. Được gọi là sự kiện tuyệt chủng hàng loạt kỷ Permi-Trias – hay Đại tuyệt chủng – đây là thảm họa lớn nhất được ghi nhận trong 539 triệu năm qua của hành tinh chúng ta.

Có tới 94% các loài sinh vật biển và 70% các họ động vật có xương sống trên cạn đã bị xóa sổ. Rừng nhiệt đới – vốn đóng vai trò như những bể chứa carbon quan trọng giúp điều hòa nhiệt độ hành tinh như ngày nay – cũng đã suy giảm nghiêm trọng.

Các nhà khoa học từ lâu đã đồng ý rằng sự kiện này được kích hoạt bởi sự gia tăng đột ngột của khí nhà kính, dẫn đến sự nóng lên nhanh chóng và dữ dội của Trái Đất. Nhưng điều vẫn còn là một bí ẩn là tại sao những điều kiện cực kỳ nóng này lại kéo dài hàng triệu năm.

Nguyên nhân của Đại tuyệt chủng hiện đã được công bố trên tạp chí Nature Communications. Sự suy giảm của rừng nhiệt đới đã nhốt Trái Đất trong trạng thái "nhà kính", xác nhận nghi ngờ của các nhà khoa học rằng khi khí hậu hành tinh vượt qua một số "điểm tới hạn" nhất định, một sự sụp đổ sinh thái thực sự thảm khốc có thể xảy ra.

Một vụ phun trào lớn

Nguyên nhân gây ra sự kiện tuyệt chủng hàng loạt kỷ Permi-Trias là sự phun trào của một lượng lớn đá nóng chảy ở Siberia ngày nay, được gọi là Bẫy Siberia. Đá nóng chảy này phun trào trong một bồn trầm tích giàu chất hữu cơ.

Đá nóng chảy đủ nóng để làm tan chảy các tảng đá xung quanh và giải phóng một lượng lớn carbon dioxide vào khí quyển Trái Đất trong một khoảng thời gian ngắn, chỉ 50.000 năm, nhưng có thể kéo dài tới 500.000 năm. Sự gia tăng nhanh chóng lượng carbon dioxide trong khí quyển Trái Đất và sự gia tăng nhiệt độ do đó được cho là cơ chế tiêu diệt chính đối với phần lớn sự sống vào thời điểm đó.

Trên đất liền, người ta cho rằng nhiệt độ bề mặt đã tăng từ 6°C đến 10°C - quá nhanh cho nhiều dạng sống có thể tiến hóa và thích nghi. Trong các vụ phun trào tương tự khác, hệ thống khí hậu thường trở lại trạng thái trước đó trong vòng 100.000 đến một triệu năm.

Nhưng những điều kiện "siêu nhà kính" này, dẫn đến nhiệt độ bề mặt trung bình ở xích đạo lên tới 34°C (ấm hơn khoảng 8°C so với nhiệt độ trung bình ở xích đạo hiện tại) đã tồn tại trong khoảng năm triệu năm.

Rừng bị hủy diệt

Các nhà khoa học đã xem xét hồ sơ hóa thạch của một loạt các quần xã thực vật trên cạn, chẳng hạn như khô cằn, nhiệt đới, cận nhiệt đới, ôn đới và bụi rậm. Họ đã phân tích cách các quần xã thay đổi từ ngay trước sự kiện tuyệt chủng hàng loạt, cho đến khoảng tám triệu năm sau đó.

Giả thuyết được đưa ra rằng Trái Đất nóng lên quá nhanh, dẫn đến sự diệt vong của thảm thực vật ở vĩ độ thấp đến trung bình, đặc biệt là rừng mưa nhiệt đới. Kết quả là hiệu quả của chu trình cacbon hữu cơ bị suy giảm đáng kể ngay sau các vụ phun trào núi lửa.

Thực vật, do không thể tự đứng dậy và di chuyển, đã bị ảnh hưởng rất mạnh bởi những điều kiện thay đổi.

Trước sự kiện, nhiều đầm lầy than bùn và rừng nhiệt đới và cận nhiệt đới tồn tại xung quanh đường xích đạo và hấp thụ cacbon.

Tuy nhiên, khi đội ngũ nghiên cứu tái tạo hóa thạch thực vật từ nghiên cứu thực địa, hồ sơ và cơ sở dữ liệu xung quanh sự kiện, họ nhận ra các quần xã này đã bị xóa sổ hoàn toàn khỏi lục địa nhiệt đới. Điều này dẫn đến một "khoảng trống than đá" kéo dài hàng triệu năm trong hồ sơ địa chất.

Những khu rừng này được thay thế bằng các loài thạch tùng nhỏ, chỉ cao từ 2 đến 20 cm.

Các quần thể thực vật lớn hơn vẫn còn tồn tại ở hai cực, ở vùng ven biển và các vùng núi thấp, nơi nhiệt độ mát hơn một chút. Sau khoảng năm triệu năm, chúng đã phần lớn tái định cư trên Trái Đất. Tuy nhiên, những loài thực vật này cũng kém hiệu quả hơn trong việc cố định cacbon trong chu trình cacbon hữu cơ.

Điều này phần nào tương tự như việc xem xét tác động của việc thay thế toàn bộ rừng mưa nhiệt đới hiện nay bằng hệ thực vật mallee-scrub và spinifex mà chúng ta có thể thấy ở vùng hẻo lánh của Úc.

Cuối cùng, rừng đã trở lại

Sử dụng bằng chứng từ hiện tại, nhà khoa học ước tính tốc độ thực vật hấp thụ carbon dioxide trong khí quyển và lưu trữ nó dưới dạng vật chất hữu cơ của từng quần xã sinh vật khác nhau được đề xuất trong hồ sơ hóa thạch.

Sau đó, họ đã sử dụng một mô hình chu trình carbon mới được phát triển có tên là SCION để kiểm tra giả thuyết của mình bằng số liệu. Phân tích kết quả mô hình cho thấy sự gia tăng nhiệt độ ban đầu từ Bẫy Siberia đã được duy trì trong năm đến sáu triệu năm sau sự kiện do năng suất sơ cấp thuần giảm.

Chỉ khi thực vật tự phục hồi và chu trình carbon hữu cơ được khởi động lại, Trái Đất mới dần thoát khỏi tình trạng siêu nhà kính.

Duy trì cân bằng khí hậu

Thật khó để đưa ra sự tương đồng giữa biến đổi khí hậu trong quá khứ và những gì chúng ta đang trải qua ngày nay. Đó là bởi vì mức độ thay đổi trong quá khứ thường được đo lường từ hàng chục đến hàng trăm nghìn năm, trong khi hiện tại chúng ta đang trải qua sự thay đổi trong nhiều thập kỷ đến nhiều thế kỷ.

Tuy nhiên, một hàm ý quan trọng từ nghiên cứu này là sự sống trên Trái Đất, mặc dù có khả năng phục hồi, nhưng không thể phản ứng với những thay đổi lớn trong thời gian ngắn nếu không có sự thay đổi mạnh mẽ của cảnh quan sinh học.

Trong trường hợp tuyệt chủng hàng loạt kỷ Permi-Trias, thực vật không kịp thích nghi ở khoảng thời gian ngắn như 1.000 đến 10.000 năm. Điều này dẫn đến một sự kiện tuyệt chủng lớn.

Nhìn chung, kết quả nhấn mạnh tầm quan trọng của các quần xã thực vật và môi trường nhiệt đới, cận nhiệt đới đối với việc duy trì cân bằng khí hậu. Đổi lại, chúng cho thấy sự mất mát của các quần xã này có thể góp phần làm tăng thêm sự nóng lên của khí hậu – và đóng vai trò như một điểm tới hạn tàn khốc của khí hậu.