Nghiên cứu phát hiện ra rằng các vụ va chạm làm cản trở sự phát triển của oxy trên hành tinh là phổ biến hơn những gì người ta nghĩ trước đây.

Từ 2,5 đến 4 tỷ năm trước, thời điểm được gọi là kỷ nguyên Archean, thời tiết Trái đất thường có thể được mô tả là nhiều mây với khả năng có một tiểu hành tinh.

Vào thời điểm đó, việc các tiểu hành tinh hoặc sao chổi va vào Trái đất không phải là chuyện hiếm. Trên thực tế, phần lớn nhất trong số chúng, rộng hơn sáu dặm, đã thay đổi thành phần hóa học của bầu khí quyển ban đầu của hành tinh. Mặc dù tất cả những điều này thường được các nhà địa chất học chấp nhận, nhưng điều chưa được hiểu rõ là tần suất va chạm của các tiểu hành tinh lớn này và ảnh hưởng từ các vụ va chạm đã ảnh hưởng đến bầu khí quyển như thế nào, cụ thể là nồng độ oxy. Một nhóm các nhà nghiên cứu hiện cho rằng họ có một số câu trả lời.

Trong một nghiên cứu mới, Nadia Drapon, trợ lý giáo sư Khoa học Trái đất và Hành tinh tại Đại học Harvard, là thành viên của nhóm phân tích tàn tích của tiểu hành tinh cổ đại và mô hình hóa tác động của các vụ va chạm của chúng để cho thấy rằng các vụ va chạm xảy ra thường xuyên hơn những gì đã nghĩ trước đây, và có thể đã bị trì hoãn khi oxy bắt đầu tích tụ trên hành tinh. Các mô hình mới có thể giúp các nhà khoa học hiểu chính xác hơn khi hành tinh này bắt đầu tiến về phía Trái đất mà chúng ta biết ngày nay.

“Ôxy tự do trong khí quyển rất quan trọng đối với bất kỳ sinh vật nào sử dụng quá trình hô hấp để tạo ra năng lượng,” Drapon nói. “Nếu không nhờ sự tích tụ oxy trong khí quyển, chúng ta có lẽ đã không tồn tại.”

Một nhóm do Viện Nghiên cứu Tây Nam dẫn đầu đã cập nhật các mô hình ném bom hành tinh để hiểu được mức độ ảnh hưởng của các tác động lớn như thế nào, chẳng hạn như mô hình được hiển thị ở đây, ảnh hưởng đến nồng độ oxy trong bầu khí quyển của Trái đất trong thời kỳ Archaean, 2,5 đến 4 tỷ năm trước. Tín dụng: SwRI / Simone Marchi

Công việc được mô tả trong khoa học trái đất tự nhiên Nó được dẫn dắt bởi Simon Marchi, một nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Tây Nam ở Boulder, Colorado.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các mô hình bắn phá hành tinh hiện tại đánh giá thấp tần suất các tiểu hành tinh và sao chổi va chạm với Trái đất. Tỷ lệ va chạm cao mới chỉ ra rằng các vụ va chạm tấn công hành tinh khoảng 15 triệu năm một lần, cao hơn khoảng 10 lần so với các mô hình hiện tại.

Các nhà khoa học nhận ra điều này sau khi phân tích hồ sơ về những thứ dường như là những mảnh đá bình thường. Đó thực sự là bằng chứng cổ xưa, được gọi là quả bóng va chạm, hình thành trong các vụ va chạm nảy lửa mỗi khi các tiểu hành tinh hoặc sao chổi lớn va vào hành tinh. Kết quả là, năng lượng từ vụ va chạm đã làm tan chảy vật chất đá trong vỏ trái đất và làm nó bốc hơi, giải phóng một chùm tia khổng lồ. Những giọt đá nóng chảy nhỏ trong đám mây đó ngưng tụ và đông đặc lại, rơi trở lại mặt đất như những hạt có kích thước như cát lắng lại trên vỏ Trái đất. Những dấu vết cổ xưa này rất khó tìm thấy vì chúng tạo thành các lớp trong đá thường không lớn hơn một inch hoặc lâu hơn.

“Về cơ bản, bạn đi bộ đường dài và xem xét tất cả những tảng đá mà bạn có thể tìm thấy bởi vì các hạt va chạm rất nhỏ,” Drapon nói. “Tôi thực sự đã bỏ lỡ chúng quá dễ dàng.”

Một nghiên cứu do SwRI dẫn đầu đã cập nhật các mô hình bắn phá dựa trên các hạt thủy tinh nhỏ, được gọi là quả cầu va chạm, lấp đầy một số lớp mỏng, riêng biệt trong vỏ Trái đất, có tuổi đời từ khoảng 2,4 đến 3,5 tỷ năm. Các lớp tinh cầu — giống như lớp được nhìn thấy trong mẫu vật 2,6 tỷ năm tuổi từ Úc này — là dấu hiệu của các vụ va chạm cổ đại. Tín dụng: Được sự cho phép của UCLA / Scott Hasler và Oberlin / Bruce Simonson

Nhưng các nhà khoa học, như Drapon, đã nghỉ ngơi. Bà nói: “Trong hai năm qua, người ta đã tìm thấy bằng chứng về một số tác dụng bổ sung mà trước đây chưa được công nhận.

Những lớp cầu mới này đã làm tăng tổng số các sự kiện va chạm đã biết trong thời kỳ sơ khai của Trái đất. Điều này cho phép nhóm nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Tây Nam cập nhật các mô hình bắn phá của họ để thấy rằng tỷ lệ va chạm đã bị đánh giá thấp.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã mô hình hóa cách tất cả những tác động này có thể ảnh hưởng đến bầu khí quyển. Về cơ bản, họ nhận thấy, tác động tích lũy của các vụ va chạm thiên thạch bởi các vật thể có kích thước hơn 6 dặm có khả năng tạo ra một bể chứa oxy hấp thụ phần lớn lượng oxy từ khí quyển.

Kết quả phù hợp với hồ sơ địa chất, cho thấy nồng độ ôxy trong khí quyển thay đổi nhưng vẫn tương đối thấp trong thời kỳ Khảo cổ học đầu tiên. Đây là trường hợp cho đến khoảng 2,4 tỷ năm trước, trong phần cuối của khoảng thời gian này khi cuộc bắn phá chậm lại. Trái đất sau đó đã trải qua một sự thay đổi lớn về hóa học bề mặt do nồng độ oxy tăng lên được gọi là Sự kiện oxy hóa lớn.

Markey cho biết trong một tuyên bố: “Theo thời gian, các vụ va chạm ngày càng ít thường xuyên hơn và quá nhỏ để có thể làm thay đổi đáng kể nồng độ oxy sau GOE. “Trái đất đang trên đường trở thành hành tinh hiện tại.”

Drapon cho biết các bước tiếp theo trong dự án bao gồm đưa công việc mô hình hóa của họ vào thử nghiệm để xem họ có thể tự mô hình hóa những gì trên đá.

“Chúng ta có thể thực sự theo dõi trong đá ghi lại cách oxy được hấp thụ từ khí quyển không?” Drapun hỏi.

Tham khảo: “Quá trình oxy hóa khí quyển muộn và thay đổi do tốc độ va chạm cao hơn trên Trái đất” của S.Marchi, N. Drapon, T. Schulz, L. Schaefer, D. Nesvorny, WF Bottke, C. Koeberl, và T. Lyons, tháng 10 21 năm 2021, khoa học trái đất tự nhiên.
DOI: 10.1038 / s41561-021-00835-9