Do đâu sự sống trên Trái đất đột nhiên tiến hóa vào 600 triệu năm trước?

Khoảng 600 triệu năm trước, từ trường Trái đất bị phá vỡ, dẫn đến sự kiện oxy hóa toàn bộ làm cho quá trình tiến hóa tăng tốc vượt bậc.

Nghiên cứu mới về đá cổ đại ở Nam Phi và Brazil cho thấy từ trường Trái đất suy yếu cực độ khoảng 591 triệu năm trước. Đây cũng là quãng thời gian được gọi là Kỷ Ediacara (khoảng từ 635 triệu năm đến 541 triệu năm trước), khi mà cả khí quyển và đại dương đều trở nên rất giàu oxy và các sinh vật tiến hóa trở nên to lớn hơn, chuyển động nhiều hơn so với các dạng sự sống trước đó.

Mô hình sinh vật biển Ediacaran tại Viện Smithsonian, Mỹ (Ảnh: Ryan Soma).

Các phát hiện này chứng tỏ việc từ trường suy yếu đã khiến oxy được kích hoạt nhiều hơn, từ đó dẫn đến một thời kỳ tiến hóa mới.

Trưởng nhóm nghiên cứu, nhà khoa học hành tinh John Tarduno ở Trường đại học Rochester, New York, Mỹ, nói rằng "nếu đúng như vậy thì đây là một sự kiện cực kỳ sâu sắc trong quá trình tiến hóa".

Các phát hiện này cũng có thể giúp chúng ta hình dung sự sống sinh sôi như thế nào trên các hành tinh khác và càng cho thấy ảnh hưởng mạnh mẽ của địa chất Trái đất đối với khí quyển và các hoạt động trên bề mặt hành tinh chúng ta.

Từ trường Trái đất chịu ảnh hưởng của các chuyển động của phần lõi giàu sắt. Ngày nay, từ trường này hoạt động do sự khuấy động của lớp chất lỏng bao bọc phần lõi. Lớp chất lỏng này chịu tác động của nhiệt thoát ra từ lõi sắt mà nó bao bọc, nhiệt này sinh ra từ quá trình kết tinh của lõi rắn với tốc độ khoảng 1 mm mỗi năm.

Tuy nhiên, trước khi phần lõi kết tinh trở nên đặc và rắn lại như vậy, Trái đất đã có từ trường được kích thích do sự khuấy động của lõi lỏng sinh ra nhiệt truyền tới lớp chất lỏng bao bọc hoặc lớp giữa của lòng đất. Theo thời gian, lõi đặc lại và nguội dần và sự chênh lệch nhiệt độ giữa lõi và lớp chất lỏng bao bọc cũng ít đi, nhiệt giải phóng ngày càng ít làm cho sự khuấy trộn cũng giảm xuống khiến cho từ trường bị suy yếu.

Hình minh họa từ trường Trái đất, Trái đất, gió mặt trời và luồng các hạt. Nghiên cứu cho thấy từ trường gần như biến mất cách đây khoảng 600 triệu năm, tạo nên thời kỳ tiến hóa của sự sống phức tạp (Ảnh: Naeblys/ Getty Images).

Nghiên cứu mới này nhận định rằng từ trường suy yếu nhất cách đây 591 triệu năm. Khi đó, từ trường yếu hơn ngày nay đến 30 lần. Các nhà khoa học tính toán như vậy thông qua tìm hiểu quá trình nguội đi của tinh thể đá hình thành bên dưới bề mặt Trái đất.

Đá có tuổi 2 tỷ năm có từ trường mạnh như từ trường hiện nay. Điều này cho thấy nhiệt truyền từ lõi lỏng của Trái đất bắt đầu suy yếu gần thời kỳ của Kỷ Ediacaran, và khi bước vào Kỷ Ediacara thì từ trường đã ở giai đoạn kiệt quệ.

Ở một thời điểm nào đó, từ trường có thể đã hoàn toàn biến mất, nhưng sau đó các yếu tố điều khiển từ trường khởi động lại khi lõi Trái đất bắt đầu kết tinh và từ trường dần được khôi phục.

Quãng thời gian khoảng 26 tỷ năm suy yếu từ trường trùng với thời kỳ oxy hóa Edicara, và rất có thể sự trùng lặp này không phải là ngẫu nhiên.

Từ trường bao quanh Trái đất như một tấm chăn bảo vệ, nhưng ở cực bắc và cực nam, các đường từ trường hướng thẳng vào không gian.

Khi từ trường yếu, vùng mở xung quanh hai cực càng mở rộng. Khoảng trống đó cho phép các phân tử hydro thoát ra ngoài không gian. Ít phân tử hydro hơn có nghĩa là có ít phân tử để oxy liên kết hơn và oxy chuyển thành nhiều oxy tự do hơn trong khí quyển và đại dương.

Nguồn cung cấp đột ngột thêm nhiều oxy như vậy đã mang lại cơ hội cho các sinh vật phát triển to lớn hơn và trở nên di động hơn.

Có lẽ Trái đất đã gặp may vào thời điểm đó. Nếu từ trường suy yếu quá lâu, việc tiếp xúc với không gian không được che chắn sẽ làm Trái đất mất đi nhiều nước.

Nhà khoa học hành tinh Tarduno nói rằng: "chúng ta cần từ trường Trái đất để bảo tồn nước trên hành tinh, nhưng có một điều thú vị là trong thời kỳ Kỷ Ediacara, từ trường đã thực sự suy yếu lại giúp đẩy nhanh quá trình tiến hóa".

• Dấu hiệu về sự sống đầu tiên trên Trái Đất có thể là vi khuẩn
• Lịch sử tiến hóa của động vật trên Trái Đất có thể phải viết lại
• Dấu chân sớm nhất của động vật