HỔ TRỢ TRỰC TUYẾN

ẢNH VẬT LÝ

THỜI GIAN

TÀI NGUYÊN BLOG VẬT LÝ

Tin tức giáo dục

MÁY TÍNH BỎ TÚI

cấu trúc website

Thống kê

  • truy cập   (chi tiết)
    trong hôm nay
  • lượt xem
    trong hôm nay
  • thành viên
  • Thành viên trực tuyến

    0 khách và 0 thành viên

    Sắp xếp dữ liệu

    Chức năng chính 1

    Chào mừng quý vị đến với Blog vật Lý.

    Quý vị chưa đăng nhập hoặc chưa đăng ký làm thành viên, vì vậy chưa thể tải được các tư liệu của Thư viện về máy tính của mình.
    Nếu đã đăng ký rồi, quý vị có thể đăng nhập ở ngay ô bên phải.
    Gốc > BÀI VIẾT CHUYÊN ĐỀ > CHUYÊN ĐỀ THIÊN VĂN HỌC >

    Một Trái đất dành cho các nhà vật lí (phần cuối)

    John Baez (Physics World, tháng 8/2009
    Xem phần đầu >>

    Ảnh: Lynette Cook/Science Photo Library

    Tai biến oxygen

    Người ta tin rằng bề mặt của Trái đất đủ lạnh để hình thành nên một lớp vỏ ngay trước đợt bắn phá muộn nặng nề đó. Trong khi đó, hoạt động núi lửa sẽ giải phóng rất nhiều hơi nước, carbon dioxiode và ammonia. Hoạt động này hình thành nên cái gọi là “khí quyển thứ hai” của Trái đất. “Khí quyển thứ nhất” của Trái đất, chủ yếu gồm hydrogen và helium, đã bị thoát vào trong không gian. Khí quyển thứ hai chủ yếu gồm carbon dioxide và hơi nước, với một phần nitrogen nhưng có khả năng không có nhiều oxygen. Khí quyển thứ hai này có nhiều chất khí hơn gấp 10 lần so với “khí quyển thứ ba” ngày nay.

    Khi Trái đất lạnh đi, các đại dương hình thành. Chúng có lẽ đã sôi hết hoàn toàn trong một số cú va chạm lớn nhưng sau đó đã định hình lại. Cuối cùng, phần nhiều carbon dioxide trong khí quyển hòa tan vào trong biển nước. Hoạt động này sau đó làm kết tủa carbonate, từ đó bắt đầu một pha mới trong cái nhà địa chất học Robert Hazen thuộc Viện Carnegie ở Phòng thí nghiệm vật lí địa cầu Washington gọi là “sự tiến hóa khoáng chất”. Đây không phải là sự tiến hóa theo ý nghĩa Darwin luận, mà chỉ là sự đa dạng hóa dần dần của các kháng chất trong lịch sử Trái đất. Năm 2008, một đội các nhà địa chất đứng đầu là Hazen đã ước tính 350 loại khoáng chất có thể tìm thấy trên Trái đất trong thời kì Hadean. Nhưng khi lịch sử Trái đất tiếp diễn, con số đếm của họ lại tăng lên. Vào cuối thời kì Archean, nó đạt tới con số 1500, một phần nhờ sự hình thành của các đại dương – nhưng còn nhờ sự phát triển của sự kiến tạo mảng.

    Bước thứ nhất trong hoạt động kiến tạo mảng là sự hình thành “các vùng im lìm”: các mảnh cổ, đan xen chặt chẽ của lớp vỏ và lớp bao của Trái đất, hàng tá trong số đấy còn tồn tại ngày nay. Ví dụ, ở Anh, đông nam xứ Wales và một phần miền tây Anh quốc nằm trong vùng im lìm Midlands. Trong khi đa số các vùng im lìm chỉ hoàn thành việc hình thành cách nay 2,7 tỉ năm, thì gần như toàn bộ đã bắt đầu phát triển sớm hơn. Các vùng im lìm cấu thành phần lớn từ đá lửa như granite, loại đá phức tạp hơn so với ba-zan. Granite hình thành theo nhiều kiểu, ví dụ bằng sự tan chảy trở lại của đá trầm tích. Đá kiểu granite buổi đầu thì có khả năng đơn giản hơn.

    Các vùng im lìm khớp lại với nhau hình thành nên những mảng lớn hơn cấu thành nên lớp của Trái đất ngày nay. Thật vậy, sự kiến tạo mảng mà chúng ta biết đã bắt đầu khoảng 3 tỉ năm trước. Một mặt quan trọng của tiến trình này là hồi phục của lớp vỏ Trái đất qua “sự trừ rút”: các mảng đại dương trượt bên dưới các mảng lục địa và bị đẩy vào lớp bao. Một đặc điểm nữa là hoạt động núi lửa dưới nước, dẫn tới các lỗ thông nhiệt động – những vết nức trên đáy biển là phun trào nước nóng.

    Có khả năng là những lỗ thông hơi này giữ một vai trò nào đó trong phần ngoạn mục nhất của tất cả các phát triển thời kì Archean: nguồn gốc của sự sống. Vì Trái đất sơ khai thiếu oxygen tự do, cho nên sự sống đầu tiên phải là kị khí. Ngay cả ngày nay, phần nhiều trong số những vi khuẩn cổ xưa nhất được biết tới, ví dụ như các vi khuẩn tìm thấy trong các lỗ thông hơi nhiệt động, không thể chịu đựng sự có mặt của oxygen. Những sinh vật đó gây ra một chu kì sulphur hoạt động và sự lắng đọng quặng sulphate đã bắt đầu khoảng 3,6 tỉ năm trước. Sau này, chúng đã làm cho khí quyển giàu thêm nhiều khí methane.

    Ở một số nơi, các vi khuẩn đã bắt đầu quang hợp và đưa oxygen vào trong khí quyển. Có vẻ như là những cây xanh đầu tiên cần đến khả năng của chúng để quang hợp bằng cách cộng sinh với các vi khuẩn đó. Thật vậy, chất lạp lục trong cây xanh có ADN riêng của chúng.

    Không rõ khi nào thì sự quang hợp bắt đầu – ước tính chừng giữa 3,5 và 2,6 tỉ năm trước. Một manh mối có thể - những viên đá gọi là “vật hình thành sắt dải” cấu thành từ những lớp mỏng sắt oxide xen kẽ với đá nghèo sắt – bắt đầu xuất hiện khoảng thời gian này. Chúng có thể đã hình thành khi oxygen từ các sinh vật quang hợp đầu tiên phản ứng với sắt trong nước biển. Chẳng ai biết chắc chắn tại sao những thời kì trầm tích giàu sắt đó lại xuất hiện và đi qua.

    Phải mất một thời gian dài cho sự quang hợp có tác động đáng kể lên khí quyển của Trái đất – nhưng khi chúng đã tác động, chừng 2,5 tỉ năm trước, kết quả thật ngoạn mục. Sau hết thảy, oxygen có hoạt tính cao ở dạng khí của nó, và đa số sự sống sơ khai không thể chịu được nó. Cho nên, chương đoạn này trong lịch sử Trái đất được đặt tên là tai biến oxygen. May thay, sự tiến hóa đã tìm thấy một lối ra: ngày nay thì nhiều loài cần đến oxygen.

    Tai biến oxygen đánh dấu sự kết thúc của thời kì Archean và bắt đầu một thời kì mới, Proterozoic. Những tỉ năm tiếp theo được thống trị bởi cái gọi là “trung đại dương”: nước biển chứa rất nhiều oxygen hơn so với trước đó, nhưng vẫn còn ít hơn nhiều so với ngày nay.

    Theo giả thuyết “quả cầu tuyết Trái đất”, cách đây 850 triệu năm, bề mặt hành tinh của chúng ta hoàn toàn băng giá (Ảnh: Simon Terrey/Science Photo Library)

    Quả cầu tuyết Trái đất

    Bắt đầu khoảng 850 triệu năm trước, một số điều kì diệu đã xảy ra: giai đoạn đóng băng khủng khiếp trong đó phần lớn hay toàn bộ Trái đất phủ đầy băng tuyết. Những người ủng hộ phiên bản cực đoan của kịch bản này gọi chúng là sự kiện “quả cầu tuyết Trái đất”, còn những người khác thì biện hộ cho một “quả cầu tuyết bẩn”. Vì băng tuyết làm phản xạ ánh sáng mặt trời, làm cho Trái đất càng lúc càng lạnh hơn, cho nên người ta dễ dàng đoán được làm thế nào sự hồi tiếp phi mã như thế có thể xảy ra. Loại hồi tiếp ngược lại hiện đang xảy ra, vì băng tan chảy làm cho Trái đất tối hơn và do đó ngày càng ấm hơn. Những câu hỏi hấp dẫn là tại sao sự mất cân bằng này không đưa Trái đất đến những nhiệt độ cùng cực theo kiểu này hoặc kiểu kia, tại sao các sự kiện quả cầu tuyết Trái đất bắt đầu khi chúng xuất hiện, và tại sao Trái đất không còn băng giá nữa.

    Đây là câu trả lời phổ biến hiện nay cho câu hỏi sau cùng. Các tảng băng làm chậm lại sự phong hóa của đá. Sự phong hóa này là một trong những quá trình dài hạn chủ yếu hấp thụ carbon dioxide khí quyển, chuyển hóa thành những khoáng chất carbonate khác nhau. Mặt khác, ngay cả trên một Trái đất phủ băng, thì hoạt động núi lửa sẽ tiếp tục đưa carbon dioxide vào khí quyển. Cho nên, cuối cùng thì carbon dioxide sẽ tích lũy thêm và hiệu ứng nhà kính sẽ làm ấm mọi thứ trở lại. Khi băng tan đi, sự phong hóa sẽ tăng lên và lượng carbon dioxide trong khí quyển giảm trở lại. Tuy nhiên, vòng hồi tiếp này rất chậm. Thật vậy, người ta cho rằng trong pha nóng, đến 13% khí quyển có thể là carbon dioxide – gấp chừng 350 lần so với cái chúng ta thấy ngày nay!

    Vào cuối những chu kì băng giá này, người ta tin rằng oxygen đã tăng từ 2% khí quyển lên 15% (Bây giờ nó là 21%). Đây có thể là nguyên do các sinh vật đa bào hít thở oxygen có tuổi từ thời kì này. Những người khác thì cho rằng chu kì “băng khô” gây áp lực tiến hóa dữ dội lên sự sống và dẫn đến sự phát triển của các sinh vật đa bào. Cả hai lí thuyết này đều có thể đúng (Muốn tìm hiểu chi tiết, hãy đọc quyển Quả cầu tuyết Trái đất của Gabrielle Walker).

    Sự phát triển của các sinh vật đa bào đánh dấu sự kết thúc của thời kì Proterozoic và bắt đầu thời kì hiện nay: Phanerozoic. Đây là phần kết câu chuyện của chúng ta – nhưng tất nhiên lịch sử của Trái đất không dừng lại ở đây.

    Chúng ta hiện ở trong kỉ Cenozoic của thời kì Phanerozoic. Kỉ Holocene chỉ vừa kết thúc và kỉ Anthropocene vừa mới bắt đầu, đặc trưng bởi sự tác động đáng kể của con người lên các hệ sinh thái và khí hậu. Bằng việc phá hủy môi trường tự nhiên, loài người đã đưa vào chuyển động một sự kiện diệt vong có thể xếp ngang hàng với sự kết thúc của thời kì Creta cách đây 65 triệu năm. Chúng ta còn làm tăng thêm hàm lượng carbon dioxide khí quyển ở tốc độ không thể tin nổi. Nếu nhiệt độ tăng lên thêm một độ, thì nhiệt độ của Trái đất sẽ nóng nhất trong 1,35 triệu năm qua, trước khi chu kì băng hà hiện nay bắt đầu. Chúng ta đang đi về đâu? Chẳng ai biết cả.

    Tuy nhiên, nghiên cứu lịch sử của Trái đất sẽ đưa chúng ta vào một tình thế tốt hơn để dự báo. Chúng ta không thể chạy các thí nghiệm để kiểm tra phản ứng của Trái đất với những hàm lượng khác nhau của khí nhà kính. Các mô phỏng máy tính là cần thiết, nhưng bằng chứng từ quả cầu tuyết Trái đất và những tình tiết khác trong quá khứ của Trái đất là những kiểm tra quan trọng cho những mô hình này. Tương tự, việc nghiên cứu các sự kiện diệt vong trong quá khứ, và sự hồi sinh của Trái đất từ chúng, có thể cung cấp các manh mối về tương lai của giới sinh vật trên hành tinh này.

    John Baez là nhà vật lí toán tại trường Đại học California, Riverside, Mĩ.
    Trần Tiểu Gia (theo P
    hysics World, số tháng 8/2009)
    Bạn có thể download trọn vẹn bài viết này tại đây.

     

     untitled_01

    Thu Vien Vat Ly, vat li, giao an, trac nghiem

    Nhắn tin cho tác giả
    Nguyễn Ngọc Tuấn @ 01:29 08/08/2009
    Số lượt xem: 2052
    Số lượt thích: 0 người
     
    Gửi ý kiến