Sự tiến hóa của lõi Trái đất đã hồi sinh "lớp khiên" bảo vệ hành tinh

Trái đất đã có thời điểm gần như mất đi "tấm khiên" từ trường, bảo vệ sự sống trên hành tinh của chúng ta, song nó đã được hồi sinh đúng lúc, trước vụ nổ kỷ Cambri.

Hành tinh của chúng ta chứa một lõi sắt rắn ở trung tâm. Nó được bao quanh bởi một lớp kim loại lỏng dày (lớp bên ngoài) hoạt động bởi các chuyển động đối lưu. 

 Khi geodynamo - sắt trong lõi Trái đất đạt đến điểm giới hạn (bìa trái), sự ra đời của lõi bên trong giúp bổ sung từ trường hành tinh của chúng ta (bìa phải) (Ảnh: Đại học Rochester).

Những chuyển động này tạo ra hiệu ứng động lực sinh ra từ trường Trái đất - là lớp giáp bảo vệ cho sự sống được tồn tại, nhưng nó không phải lúc nào cũng như vậy. 

Khoảng 565 triệu năm trước, cường độ của trường này yếu hơn nhiều so với ngày nay. Cho đến khi lõi bên trong bắt đầu đông lại, mới đạt được toàn bộ sức mạnh như bây giờ.

Lõi bên trong của Trái đất, được tạo thành chủ yếu từ sắt và một tỷ lệ nhỏ các nguyên tố nhẹ hơn, có đường kính hơn 2000 km và đang phát triển thêm khoảng một mm mỗi năm. 

Lõi bên ngoài - chất lỏng, hoạt động giống như một động lực, tự duy trì các phần tử nặng hơn được ngưng tụ, trong khi các phần tử nhẹ hơn bay lên trên. Những chuyển động nhanh từ hợp kim sắt và niken nóng chảy, dẫn điện tạo ra từ trường.

Nhưng chúng ta nên biết rằng, phần lõi bên trong, còn được gọi là "hạt giống", chỉ khoảng 565 triệu năm tuổi, tương đối trẻ so với tuổi của hành tinh chúng ta sinh ra cách đây 4,5 tỷ năm. 

 Từ trường của Trái đất được cung cấp bởi các chuyển động đối lưu trong lõi bên ngoài nóng chảy. Sự phát triển của lõi bên trong làm tăng các chuyển động này: khi sắt kết tinh, nó giải phóng các nguyên tố nhẹ như oxy hoặc silic, bay lên phía lớp phủ, kéo theo sắt (Ảnh: C.Bickel).

Các nhà nghiên cứu tin rằng, một lá chắn từ và địa động lực tương đối yếu đã hình thành sớm trong lịch sử Trái đất, nhưng suy yếu dần trong hàng tỷ năm sau đó, cho đến thời điểm quan trọng cách đây 565 triệu năm. 

Khi Trái đất gần như mất đi tấm khiên của nó

John Tarduno, Giáo sư Vật lý tại Đại học Rochester, Mỹ và nhóm của ông đã chỉ ra rằng, từ trường của Trái đất khi đó nhỏ hơn 10% so với cường độ hiện tại của nó, khi đó sẽ mang khả năng che chắn rất kém để chống lại bức xạ vũ trụ và Mặt Trời. 

Sự hình thành khối cầu rắn này ở trung tâm Trái đất có tác động lớn đến các điều kiện tồn tại trên bề mặt. Vào cùng thời điểm này, đã xảy ra một sự kiện gọi là "bùng nổ kỷ Cambri" dẫn đến các nhánh metazoan (sinh vật đa bào) đột nhiên xuất hiện (trước đó chỉ là các sinh vật có cấu trúc đơn giản, chủ yếu là các tế bào riêng biệt).

Sự kiện chưa từng có này thể hiện một bước ngoặt lớn trong quá trình tiến hóa của sự sống trên Trái đất. Theo giáo sư Tarduno, "sự biến đổi" của lõi chắc chắn đã góp phần vào sự sống ngày nay.

Chia sẻ với tờ The Guardian, Tarduno cho biết: "Nghiên cứu của chúng tôi chỉ ra rằng, sự hình thành của lõi bên trong bắt đầu khoảng 550 triệu năm trước và nó xảy ra ngay trước vụ nổ kỷ Cambri".

Một khi lõi bên trong được sinh ra, sự phát triển của nó sẽ kích thích các chuyển động của lõi bên ngoài, hồi sinh từ trường không hoạt động - và cung cấp một lá chắn bảo vệ sự sống. Chỉ 30 triệu năm sau, cường độ của nó đã tương đương 70% giá trị hiện tại. 

Để hiểu rõ hơn về vấn đề này, chúng ta hãy nhìn vào hàng xóm của Trái đất, hành tinh Sao Hỏa, đã mất từ trường 4 tỷ năm trước. Nếu không có sự bảo vệ này, bầu khí quyển của Sao Hỏa đã bị gió Mặt Trời thổi bay và ngày nay chỉ còn lại một lớp khí mỏng dẫn đến bề mặt của nó khô và thiếu sức sống.

Tarduno chỉ ra rằng: "Trái đất sẽ không tiến hóa như sao Hỏa, nhưng nó chắc chắn sẽ mất nhiều nước hơn hiện nay nếu nó không khởi động lại từ trường của nó".

Bên cạnh đó, vụ nổ kỷ Cambri dẫn hình thành những sinh vật phức tạp lớn đầu tiên đã bị tác động trực tiếp bởi sự thay đổi của geodynamo - sắt trong lõi Trái đất.

Có rất nhiều bằng chứng hóa thạch cho vụ nổ kỷ Cambri, thời kỳ đỉnh điểm của nó trong khoảng từ 520 đến 540 triệu năm trước. Tuy nhiên, những hóa thạch này không nhiều, đủ để xác định một cách chắc chắn lý do bùng nổ sự sống đột ngột này. 

Vì lõi bên trong chỉ đông đặc tương đối muộn trong lịch sử hành tinh của chúng ta. Nghiên cứu của Tarduno và các đồng nghiệp của ông cho thấy, một cơ chế khác đã giữ cho từ trường hoạt động trong bốn tỷ năm. 

Theo họ, điều này dựa trên sự kết tủa hóa học của magie oxit. Khi bên trong Trái đất nguội đi, magie oxit có thể kết tủa, tạo ra sự đối lưu và địa động lực. Một khi nguồn này cạn kiệt, từ trường gần như sụp đổ hoàn toàn cách đây 565 triệu năm.

Có một điều chắc chắn, nếu không có hiện tượng này, chúng ta sẽ không có mặt ở đây và Trái đất được phân biệt với tất cả những hành tinh khác bởi từ trường bảo vệ của nó, cho đến nay là hành tinh duy nhất có sự sống.

• Sống sót sau vụ nổ siêu tân tinh, sao lùn trắng sáng hơn trước
• Hàng trăm nghìn cua "hóa thạch sống" bò vào bờ đẻ trứng
• Phát hiện "báu vật ma thuật" quý hơn vàng giữa 25 hài cốt 5.000 tuổi

Từ khóa liên quan:

lõi Trái đất

sự tiến hóa của lõi Trái đất

từ trường

geodynamo

sắt trong lõi Trái đất

tấm khiên bảo vệ trái đất

vụ nổ kỷ Cambri

John Tarduno