Để hiểu được lịch sử sơ khai nhất của Trái Đất – sự hình thành của Trái Đất từ vật chất trong Hệ Mặt Trời cho tới hành tinh ngày hôm nay với các lớp của lõi kim loại, vỏ địa chất và vỏ Trái Đất – các nhà khoa học tìm tới các thiên thạch.
Nghiên cứu mới từ một nhóm gồm có Doug Rumble và Liping Qin của Carnegie tập trung vào một dạng thiên thạch cổ tên là diogenite. Các mẫu vật được nghiên cứu bằng nhiều kĩ thuật, trong đó bao gồm phân tích chính xác một số thành phần để cung cấp thông tin quan trọng về một số quá trình hóa học quan trọng nhất trong Hệ Mặt Trời sơ khai. Công trình của họ được công bố online vào ngày 22/7 ở kênh Nature Geoscience.
Một thời gian sau khi các hành tinh đá hoặc các thiên thể lớn phát triển từ các vật liệu xung quanh của Hệ Mặt Trời, chúng phân chia thành một lớp lõi kim loại, một lớp vỏ silicate, và vỏ ngoài. Quá trình này cần rất nhiều nhiệt. Nguồn cung cấp nhiệt cho quá trình này là sự phân hủy của các đồng vị phóng xạ, sự chuyển hóa năng lượng xảy ra khi kim loại đặc bị tách khỏi silicate nhẹ hơn, và ảnh hưởng của các vật thể lớn. Các nghiên cứu chỉ ra rằng lớp vỏ địa chất của Trái Đất và Mặt Trăng có thể được hình thành hơn 4,4 tỉ năm trước, và lớp vỏ của Sao Hỏa hình thành hơn 4,5 tỉ năm trước.
Trên lí thuyết, khi một hành tinh hay một thiên thể lớn phân chia đủ để tạo thành một lớp lõi, một số nguyên tố như osmium, iridium, ruthenium, platinum, palladium, và rhenium – các nguyên tố siderophile cao – hợp lại để hình thành phần lõi. Nhưng các nghiên cứu chỉ ra rằng phần vỏ địa chất của Trái Đất, Mặt Trăng và Sao Hỏa chứa nhiều các nguyên tố này hơn bình thường. Các nhà khoa học có một vài giả thiết về hiện tượng này và nhóm nghiên cứu – gồm có tác giả chính James Day từ Học viện Hải dương học Scripps và Richard Walker của Đại học Maryland – đặt ra mục tiêu kiểm chứng các giả thiết này bằng cách nghiên cứu các thiên thạch diogenite.
Diogenite là một dạng thiên thạch có thể hình thành từ tiểu hành tinh Vesta, hoặc một thiên thể tương tự. Chúng là một trong những ví dụ cổ nhất còn tồn tại của Hệ Mặt Trời về các quá trình nhiệt hóa học. Hơn nữa, Vesta hoặc các thiên thể sinh ra chúng đủ lớn để trải qua một quá trình phân biệt tương tự như của Trái Đất, vậy nên chúng có thể được sử dụng như một mô hình của một hành tinh đá.
Nhóm nghiên cứu đã khảo sát bảy diogenite từ Nam Cực và hai diogenite rơi xuống sa mạc châu Phi. Họ kiểm chứng rằng các mẫu vật này đến từ ít nhất là hai thiên thể gốc và sự kết tinh các khoáng vật của chúng xảy ra khoảng 4,6 tỉ năm trước, chỉ 2 triệu năm sau sự cô đọng của các chất rắn cổ nhất trong Hệ Mặt Trời.
Sự khảo sát các mẫu vật này khẳng định các nguyên tố siderophile cao có mặt trong các thiên thạch diogenite cũng đã có mặt trong sự hình thành của các loại đá. Hiện tượng này chỉ có thể xảy ra nếu các nguyên tố này được thêm vào muộn sau khi lõi đã được hình thành. Khoảng thời gian của sự thêm vào này có thể xảy ra sớm hơn dự đoán, và sớm hơn nhiều so với các quá trình tương tự được cho là đã xảy ra với Trái Đất, Mặt Trăng và Sao Hỏa.
Điều đáng ngạc nhiên là những kết quả này chỉ ra rằng sự tích lũy, sự hình thành lõi, sự phân hóa chủ yếu, và sự thêm vào đều diễn ra chỉ trong 2 đến 3 triệu năm trên các thiên thể gốc. Với Trái Đất, sau các hiện tượng này đã có thểm sự hình thành lớp vỏ Trái Đất, sự hình thành khí quyển, kiến tạo mảng địa chất cùng với các quá trình địa chất khác, vậy nên các bằng chứng về khoảng thời gian này không còn được lưu giữ.
“Các hiểu biết mới về diogenite giúp chúng ta hình dung rõ hơn những ngày đầu tiên của Hê Mặt Trời và sẽ giúp chúng ta hiểu về sự hình thành và phát triển sơ khai của Trái Đất,” Rumble phát biểu. “Tới bây giờ chúng ta đã có thể thấy rõ các sự kiện khởi đầu cho sự hình thành các hành tinh đã tạo nền tảng rất nhanh chóng cho các quá trình lịch sử lâu dài liên tiếp.”
Công trình này được hỗ trợ bởi NASA.
Quỳnh Chi (VACA)
Theo Science Daily
