Trái Đất cho đến nay vẫn là hành tinh duy nhất đã được biết đến có sự sống, với nước lỏng và một bầu khí quyển ổn định. Tuy nhiên, khi mới hình thành, các điều kiện không hề thuận lợi cho sự sống. Đám mây khí và bụi mà từ đó tất cả các hành tinh trong Hệ Mặt Trời hình thành vốn giàu các nguyên tố dễ bay hơi thiết yếu cho sự sống, như hydro, carbon và lưu huỳnh.
Tuy nhiên, trong vùng trong của Hệ Mặt Trời - phần gần Mặt Trời hơn, nơi hiện nay có bốn hành tinh đá là Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa cùng vành đai tiểu hành tinh - những nguyên tố dễ bay hơi này hầu như không thể tồn tại.
Do nhiệt độ cao từ Mặt Trời, chúng không ngưng tụ mà ban đầu phần lớn vẫn tồn tại ở trạng thái khí. Vì các chất khí này không được kết hợp vào những vật liệu rắn tạo nên hành tinh, nên tiền thân sơ khai của Trái Đất, gọi là "tiền Trái Đất" (proto-Earth), cũng chứa rất ít các chất quan trọng này.
Chỉ những thiên thể hình thành xa hơn Mặt Trời, ở các vùng mát hơn, mới có thể tích hợp được các thành phần đó. Thời điểm và cách thức Trái Đất trở thành một hành tinh thân thiện với sự sống đến nay vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn.
Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học từ Viện Khoa học Địa chất thuộc Đại học Bern đã lần đầu tiên chứng minh rằng thành phần hóa học của Trái Đất sơ khai đã hoàn thiện ở thời điểm không quá ba triệu năm sau khi Hệ Mặt Trời hình thành - theo một cách khiến cho sự sống ban đầu không thể xuất hiện.
Kết quả của họ, được công bố trên tạp chí Science Advances, gợi ý rằng sự sống trên Trái Đất chỉ có thể xuất hiện nhờ một sự kiện xảy ra sau đó. Tiến sĩ Pascal Kruttasch là tác giả chính của nghiên cứu, nằm trong luận án tiến sĩ của ông tại Viện Khoa học Địa chất.
Sử dụng chiếc đồng hồ chính xác để đo lịch sử hình thành Trái Đất
Nhóm nghiên cứu đã kết hợp dữ liệu đồng vị và nguyên tố từ các thiên thạch và đá trên Trái Đất để tái dựng quá trình hình thành Trái Đất. Bằng cách sử dụng các mô hình tính toán, các nhà nghiên cứu đã có thể xác định khung thời gian về sự phát triển thành phần hóa học của Trái Đất so với những khối vật chất hình thành hành tinh khác.
Kruttasch giải thích: “Một hệ thống đo thời gian chính xác cao dựa trên sự phân rã phóng xạ của mangan-53 đã được sử dụng để xác định tuổi chính xác. Đồng vị này tồn tại trong Hệ Mặt Trời sơ khai và đã phân rã thành crom-53 với chu kỳ bán rã khoảng 3,8 triệu năm.”
Phương pháp này cho phép xác định niên đại với độ chính xác dưới một triệu năm đối với các vật liệu có tuổi đời hàng tỷ năm.
“Các phép đo này chỉ có thể thực hiện được nhờ Đại học Bern có chuyên môn và cơ sở hạ tầng được công nhận quốc tế trong việc phân tích vật chất ngoài Trái Đất, và là một đơn vị hàng đầu trong lĩnh vực địa hóa học đồng vị,” đồng tác giả Klaus Mezger, Giáo sư Danh dự ngành Địa hóa học tại Viện Khoa học Địa chất, Đại học Bern, cho biết.
Sự sống trên Trái Đất nhờ một sự trùng hợp của vũ trụ?
Thông qua mô hình tính toán, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng đặc trưng hóa học của tiền Trái Đất, đã hoàn thiện chưa đến ba triệu năm sau khi Hệ Mặt Trời hình thành. Nghiên cứu này vì vậy cung cấp dữ liệu thực nghiệm về thời điểm hình thành của vật chất ban đầu cấu tạo nên Trái Đất trẻ.
“Hệ Mặt Trời của chúng ta hình thành cách đây khoảng 4.568 triệu năm. Xét đến việc chỉ mất tối đa 3 triệu năm để xác định các đặc tính hóa học của Trái Đất, đây là một tốc độ đáng ngạc nhiên,” Kruttasch nói.
Kết quả nghiên cứu do đó ủng hộ giả thuyết rằng một va chạm sau này với một hành tinh khác - Theia - đã mang đến bước ngoặt quyết định và khiến Trái Đất trở thành hành tinh thân thiện với sự sống. Theia có lẽ hình thành xa hơn trong Hệ Mặt Trời, nơi các chất dễ bay hơi như nước tích tụ.
“Nhờ kết quả của chúng tôi, chúng ta biết rằng tiền Trái Đất ban đầu là một hành tinh đá khô cằn. Do đó có thể giả định rằng chính vụ va chạm với Theia đã mang các nguyên tố dễ bay hơi đến Trái Đất và cuối cùng khiến sự sống có thể xuất hiện ở đây,” Kruttasch cho biết.
Đọc thêm bài "Hình thành và tiến hóa của sự sống trên Trái Đất".
Tính thân thiện với sự sống trong vũ trụ không thể coi là hiển nhiên
Nghiên cứu mới đóng góp quan trọng cho hiểu biết của chúng ta về các quá trình trong giai đoạn sơ khai của Hệ Mặt Trời và cung cấp những gợi ý về thời điểm và cách thức các hành tinh có thể có sự sống được hình thành.
“Trái Đất không có được sự thân thiện với sự sống hiện tại nhờ một quá trình phát triển liên tục, mà có lẽ nhờ một sự kiện ngẫu nhiên - vụ va chạm muộn với một thiên thể giàu nước. Điều này cho thấy tính thân thiện với sự sống trong vũ trụ hoàn toàn không phải là điều hiển nhiên,” Mezger nói.
Bước tiếp theo sẽ là nghiên cứu chi tiết hơn sự kiện va chạm giữa tiền Trái Đất và Theia.
“Cho đến nay, sự kiện va chạm này vẫn chưa được hiểu rõ. Cần có các mô hình có thể giải thích đầy đủ không chỉ các đặc tính vật lý của Trái Đất và Mặt Trăng, mà còn cả thành phần hóa học và đặc trưng đồng vị của chúng,” Kruttasch kết luận.
Bryan
Theo Phys.org
