Phát hiện dấu vết của thế giới đã mất nằm sâu trong lòng Trái Đất

Trái Đất thuở sơ khai trông như thế nào là một bí ẩn mà hầu như ai cũng muốn biết. Và mới đây, phát hiện bằng chứng về thế giới đã mất ẩn sâu trong Trái Đất đã khiến mọi người kinh ngạc.

Tất cả chúng ta đều trải qua một giai đoạn khó khăn thời trẻ, và hầu hết chúng ta đều hy vọng mọi bằng chứng về nó sẽ biến mất. Hành tinh của chúng ta cũng không ngoại lệ - nhưng như một nghiên cứu mới đã phát hiện ra, sự thay đổi lớn lao của Trái Đất không đủ để che đậy hoàn toàn quá khứ của nó.

Nicole Nie, Phó Giáo sư Phát triển Sự nghiệp Paul M. Cook về Khoa học Trái đất và Hành tinh tại MIT và là tác giả chính của công trình nghiên cứu mới, cho biết "đây có thể là bằng chứng trực tiếp đầu tiên" về các vật liệu được bảo tồn từ cái gọi là "tiền Trái đất".

Bà nói thêm. "Chúng tôi dự đoán dấu hiệu rất sớm này sẽ dần bị xóa bỏ trong quá trình tiến hóa của Trái đất."

Trước khi Trái Đất hình thành

Trở lại thuở sơ khai, hành tinh của chúng ta là một nơi rất khác so với hiện tại. Chúng ta không nói về những khí hậu khác biệt hay những dạng sống chiếm ưu thế. Đó cũng không phải những khác biệt lớn hơn như thế giới trên cạn cằn cỗi của kỷ Ordovic, hay kỷ Cambri gần như không có oxy.

Đây là một Trái Đất mà con mắt hiện đại không thể nhận ra ở một mức độ cơ bản hơn nhiều: nóng chảy, sủi bọt, và chỉ bằng hai phần ba kích thước hiện tại – đang nhảy múa trong không gian với một hành tinh song sinh tên là Theia.

Trái Đất đó không chỉ không có người ở – mà nó còn rất thù địch với sự sống. Các nguyên tố dễ bay hơi rất quan trọng cho sự sống, chẳng hạn như hydro, carbon và lưu huỳnh, hầu như không có mặt; trên thực tế, nhờ sức nóng của mặt trời và cấu tạo đá của Trái Đất, chúng hầu như không thể tồn tại ở bất kỳ trạng thái nào có thể sử dụng được. Nghĩ rằng một ngày nào đó đây sẽ là hành tinh chứa đựng tất cả sự sống đã biết trong hệ Mặt Trời sẽ không chỉ lạc quan mà còn hơi buồn cười.

Rồi, vì một lý do nào đó, một điều thảm khốc đã xảy ra. Theia và Trái Đất va chạm vào nhau trong sự kiện đôi khi được gọi là "Vụ va chạm lớn", giải phóng đủ năng lượng để "thiết lập lại" cấu trúc hóa học bên trong Trái Đất. Hành tinh quê hương của chúng ta bị xáo trộn, rồi tan chảy, và trở nên lớn hơn nhiều khi hấp thụ các mảnh vỡ từ hành tinh chị em; trong khi đó, những gì còn sót lại của Theia đã trở thành mặt trăng của nhân loại.

Đối với Trái Đất, đó là một điều may mắn. "Chỉ có vụ va chạm với Theia mới mang các nguyên tố dễ bay hơi đến Trái Đất và cuối cùng tạo ra sự sống ở đó", Pascal Kruttasch, hiện là Nghiên cứu viên Di động Sau Tiến sĩ của SNSF tại Đại học Hoàng gia London, người không tham gia vào nghiên cứu mới này nhưng là tác giả chính của một bài báo gần đây xem xét tác động của vụ va chạm lớn, giải thích. Trái Đất đã nhận được nước và carbon trong vụ va chạm; chúng ta có một mặt trăng từ đó, thậm chí từ trường và hoạt động kiến ​​tạo của Trái Đất cũng có thể chỉ là tàn tích của vụ va chạm thiên thể trước đây.

Nhưng có bằng chứng trực tiếp nào về thế giới trước đó không? Bằng cách nào đó, bằng chứng đó đã bị mất.

Ít nhất là trên Trái Đất: phần lớn những gì nhân loại biết về câu chuyện này cho đến nay đều được thu thập từ việc so sánh các đồng vị trên Mặt Trăng và Trái Đất, và bằng cách suy luận dựa trên những chất nào tồn tại và không tồn tại trên Mặt Trăng so với Trái Đất.

Nhưng thực sự tìm thấy bất kỳ tàn dư nào trên Trái Đất sau vụ va chạm chỉ là một giấc mơ viển vông cho đến hiện tại.

Thông điệp từ vũ trụ

Trở lại năm 2023, Nie và các đồng nghiệp của cô đang thực hiện một dự án khác: phân tích và so sánh các thiên thạch từ khắp nơi trên thế giới. Mục tiêu thu thập một bức tranh về cách hệ Mặt Trời đã phát triển và thay đổi theo thời gian – thiên thạch có lẽ  bắt nguồn từ các địa điểm và thời điểm khác nhau, nên sẽ cung cấp một cái nhìn thoáng qua về cách mỗi điểm đó có thể thay đổi.

Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy một điều bất ngờ: một "đồng vị kali" dị thường, khác biệt rõ rệt so với các loại kali thường thấy nhất trên Trái Đất.

"Chúng tôi phát hiện ra rằng các thiên thạch khác nhau có các dấu hiệu đồng vị kali khác nhau", Nie giải thích: "điều đó có nghĩa là kali có thể được sử dụng làm chất đánh dấu các khối xây dựng của Trái Đất."

Và vì vậy, thay vì phân tích thiên thạch, nhóm nghiên cứu đã chuyển hướng chú ý sang chính Trái Đất – cụ thể là trong các loại đá từ Greenland và Canada, nơi tìm thấy một số loại đá được bảo tồn lâu đời nhất trên hành tinh, và Hawaii, nơi hoạt động núi lửa liên tục thường xuyên đưa đá từ sâu trong lớp phủ Trái Đất lên.

Thật đáng kinh ngạc, họ đã tìm thấy một số mẫu vật phù hợp với giả thuyết: những vật liệu “được tạo ra khác biệt”, Nie nói, so với hầu hết các vật chất trên Trái Đất. Nhưng liệu đó có thực sự là Trái Đất cổ đại? Hay chỉ là một sự trùng hợp ngẫu nhiên? Vâng, đây mới là lúc mọi thứ trở nên thực sự thú vị: giống như một học sinh tiểu học nhúng bản đồ kho báu vào trà, nhóm nghiên cứu đã mô phỏng hàng tỷ năm lão hóa và chấn thương trên các mẫu vật – và những gì họ tìm thấy gần như đã được chứng minh là đúng nhất có thể.

Các mẫu vật không còn bất thường nữa – sau những tác động mô phỏng vụ va chạm lớn, cùng với hàng triệu năm mô phỏng chuyển động kiến ​​tạo và những thay đổi địa chất, nhóm nghiên cứu đang tìm kiếm một thứ thực sự rất giống với các vật liệu hiện đại. Nói cách khác: những mẫu vật ban đầu đó có thể là “một phần của Trái Đất rất cổ xưa, thậm chí trước cả vụ va chạm khổng lồ”, Nie nói.

Một câu chuyện còn dang dở

Đây là một phát hiện đảo lộn những gì chúng ta biết về Trái Đất và lịch sử của nó – nhưng điều đáng nói là: nó vẫn chưa hoàn thành. Nghiên cứu bắt đầu từ các thiên thạch, và các đồng vị kali bất thường mà chúng mang theo – nhưng những bất thường đó không hoàn toàn giống với những gì nhóm nghiên cứu tìm thấy trong các mẫu vật sâu dưới lòng đất.

Điều đó có nghĩa là thành phần chính xác của hành tinh Trái Đất sơ khai vẫn còn là một bí ẩn.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Geoscience.