Tìm ra nguồn gốc của hầu hết carbon trên Trái đất

Nghiên cứu mới cho thấy phần lớn carbon hiện diện trên hành tinh của chúng ta ngày nay đến từ môi trường liên sao.

Trước đây, các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng hầu hết các phân tử hữu cơ của Trái đất có nguồn gốc từ tinh vân - hỗn hợp khí bụi và plasma, còn được gọi là mây sao. Theo đó, khi khí từ các tinh vân nguội đi, carbon và những phân tử hữu cơ khác ngưng tụ và kết tủa ra khỏi đám mây, cuối cùng hợp nhất với các hành tinh đá.

Tuy nhiên, một nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Science Advances hôm 2/4, do Tiến sĩ Jie Li từ Đại học Michigan của Mỹ dẫn đầu, lại chỉ ra rằng khi carbon bốc hơi, nó không thể ngưng tụ và kết tủa trở lại thành chất rắn.

"Mô hình ngưng tụ đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều thập kỷ", Li cho biết trong một thông cáo báo chí. "Giả định rằng trong quá trình hình thành Mặt Trời, tất cả các nguyên tố của hành tinh bị hóa hơi và khi đĩa tiền hành tinh nguội đi, một số khí này ngưng tụ và cung cấp các thành phần hóa học cho vật thể rắn. Tuy nhiên, điều đó không có tác dụng với carbon".

Trái đất và Mặt trăng nhìn từ vệ tinh không gian. (Ảnh: NASA).

Phần lớn carbon từ môi trường liên sao đến Trái đất dưới dạng các phân tử hữu cơ. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng carbon hóa hơi chỉ có thể ngưng tụ và kết tủa trở lại thành chất rắn ở nhiệt độ cực thấp.

Do đó, Li cùng các cộng sự đã xem xét khả năng carbon của Trái đất không hề bị hóa hơi mà thay vào đó được thu nhận trực tiếp từ môi trường liên sao. Họ bắt đầu bằng cách sử dụng sóng địa chấn để nghiên cứu lõi Trái đất, nhằm ước tính lượng carbon tối đa mà hành tinh của chúng ta có thể chứa.

Để hỗ trợ sự sống, một hành tinh phải có lượng carbon vừa phải. Nếu hành tinh mới hình thành hấp thụ quá nhiều carbon, nó có thể trở nên quá nóng, tạo ra một môi trường khắc nghiệt như sao Kim. Ngược lại, nếu hành tinh không nhận đủ carbon, nó có thể trở nên lạnh và khô giống như môi trường trên sao Hỏa.

Trong một nghiên cứu liên quan được công bố vào đầu năm nay trên tạp chí PNAS, các nhà khoa học đã phân tích một số thiên thạch sắt để hiểu rõ hơn về lượng carbon có thể đã tồn tại trong quá trình hình thành hành tinh. Phát hiện của họ cho thấy các vi thể hành tinh ban đầu - những vật thể rắn tồn tại trong đĩa tiền hành tinh - có khả năng bị mất phần lớn carbon khi khối cấu tạo của chúng bị tan chảy, hình thành lõi và trục xuất khí.

"Nhưng nghiên cứu này bỏ qua một điều quan trọng, đó là các vi thể hành tinh mất nhiều carbon trước khi chúng tích tụ vào các hành tinh", đồng tác giả của nghiên cứu mới Marc Hirschmann, Giáo sư khoa học môi trường tại Đại học Minnesota, nhấn mạnh.

Hirschmann giải thích thêm rằng hầu hết các mô hình đều có carbon và vật chất thiết yếu cho sự sống như nước và nitơ đi từ tinh vân vào các thể đá nguyên thủy. Cuối cùng, chúng được chuyển đến các hành tinh đang phát triển, bao gồm cả Trái đất và sao Hỏa trong quá khứ.

Cùng với nhau, hai bài báo xuất bản trên Science Advances và PNAS cho thấy cả quá trình thu nhận và mất carbon đều đóng vai trò quan trọng trong việc tạo tiền đề cho sự sống hình thành trên các hành tinh đá. Các nhà nghiên cứu phỏng đoán rằng carbon từ môi trường liên sao đã kết hợp vào đĩa tiền hành tinh của hệ Mặt Trời chỉ khoảng một triệu năm sau khi Mặt Trời ra đời.

• Tìm thấy hổ phách chứa lông khủng long, rận cổ đại 99 triệu năm tuổi
• Điều đáng sợ về loài loài khủng long gần đây mới được biết đến
• “Cù lét rất có hại cho trẻ”, biết được lý do cha mẹ sẽ ngay lập tức thay đổi việc chơi với con kiểu này