Khám phá mới giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về sự hình thành của nước trên Trái đất cũng như mở ra những nghiên cứu, giả thuyết mới.
Nước có thể đến từ lõi Trái đất
Ngoài vai trò là chất quan trọng đối với nguồn gốc của sự sống, nước bề mặt (nước trên bề mặt của Trái đất) còn đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định khí hậu của hành tinh trong thời gian dài, cho phép sự tiến hóa của các loài xảy ra.
Ngay cả một lượng nhỏ nước sâu dưới bề mặt cũng có thể gia tăng đáng kể độ dẻo của đá, vốn là yếu tố thiết yếu cho kiến tạo mảng, quá trình định hình các lục địa và đại dương, đồng thời góp phần hình thành động đất và núi lửa. Nhưng bất chấp tầm quan trọng to lớn đối với sự tiến hóa của các hành tinh đá như Trái đất, con người vẫn chưa lý giải được nguồn gốc của nước.
Từ xa xưa, giả thuyết cho rằng, Trái đất hình thành ở dạng khô, không có nước vì hành tinh của chúng ở gần Mặt trời. Do đó, nước được “vận chuyển” đến Trái đất nhờ các sao chổi hoặc tiểu hành tinh trong quá trình va chạm với Trái đất.
Tuy nhiên, trong nghiên cứu gần đây được đăng tải trên tạp chí khoa học Physical Review Letters, các nhà nghiên cứu làm việc tại Viện Skoltech và Trung Quốc đã chỉ ra rằng, nước hoặc ít nhất thành phần của nó gồm hydro và oxy, có thể đã tồn tại từ khi Trái đất hình thành. Điều này đồng nghĩa nhiều hành tinh khác ngoài kia cũng chứa nước.
Khoảng 70% bề mặt Trái đất được bao phủ bởi nước, trong đó đến 97% lượng nước trên hành tinh thuộc về đại dương và chỉ khoảng 3% tồn tại ở dạng khác như sông băng, mũ băng, nước từ sông, hồ... Nhưng hầu hết nước trên Trái đất nằm sâu dưới lòng đất, chứa trong các lớp phủ Trái đất.
Giáo sư Artem R. Oganov, làm việc tại Viện Skoltech, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết: “Có giả thuyết cho rằng, nước trên Trái đất được tạo ra bởi sao chổi, nhưng nguồn này dường như rất giới hạn vì thành phần đồng vị của nước trong sao chổi hoàn toàn khác so với nước trên Trái đất”.
Nếu nước không đến từ ngoài hành tinh, nó phải xuất phát từ bên dưới, từ sâu bên trong lớp vỏ hoặc thậm chí là từ lõi của Trái đất. Nhưng làm sao nước có thể tồn tại sau 30 triệu năm đầy biến động hay lâu hơn thế trong lịch sử Trái đất? Hành tinh này từng rất nóng và không ngừng bị các tiểu hành tinh bắn phá, thậm chí phải trải qua vụ va chạm thảm khốc với một hành tinh cỡ sao Hỏa.
Quá trình bị bắn phá có thể làm bốc hơi một phần Trái đất và những gì còn sót lại bị nóng chảy ít nhất vài trăm km, từ đó loại bỏ nước khỏi bề mặt. Vì vậy, các nhà khoa học đề xuất ý tưởng rằng, một hợp chất hóa học, dẫu không còn tồn tại, có thể bảo vệ nước ngầm suốt một kỷ nguyên đầy biến động khi các cuộc va chạm lớn làm bay hơi nước trên lớp phủ Trái đất.
Hợp chất bảo vệ nước
Để tìm ra đáp án cho bài toán này, Giáo sư Oganov đã hợp tác cùng nhóm các nhà khoa học do Giáo sư Xiao Dong thuộc Trường Đại học Nankai, Trung Quốc đứng đầu để khám phá ra một hợp chất phù hợp có khả năng “khóa nước”.
Nghiên cứu sử dụng phương pháp dự đoán cấu trúc tinh thể USPEX của GS Oganov, khám phá ra một hợp chất phù hợp là magie hydrosilicat. Với công thức là Mg2SiO5H2, hợp chất này có hơn 11% trọng lượng là nước và ổn định ở áp suất hơn 2 triệu atm và nhiệt độ cực cao, như trong điều kiện áp suất lõi Trái đất.
Hydrosilicat giúp bảo vệ nước trong lõi Trái đất ở thuở sơ khai, khi lõi Trái đất vốn chưa phải ở trạng thái siêu ion như các nhà khoa học phát hiện. Sau đó, do các đợt bắn phá từ ngoài vũ trụ và quá trình hình thành lõi Trái đất, hydrosilicat bị đẩy vào khu vực có áp suất thấp, nơi chúng trở nên thiếu bền vững và dễ bị phân hủy. Từ đó, sinh ra magnesium oxide và magnesium silicate để hình thành nên lớp bao phủ và nước.
Giả thuyết trên về nguồn gốc của nước cũng đặt ra những gợi ý mới về việc tìm hiểu các thực thể trong vũ trụ. Đơn cử, sao Hỏa là quá nhỏ để tạo ra áp suất cần thiết cho magnesium hydrosilicate bền vững. Điều này cũng giải thích tại sao sao Hỏa quá khô và không thể tồn tại nước. Nó cũng bác bỏ giả thuyết cho rằng nước đến từ sao chổi.
Hoặc ngay cả các hành tinh ngoài Hệ Mặt trời. Theo nhà khoa học Xiao Dong, đồng tác giả nghiên cứu, để tồn tại sự sống, một ngoại hành tinh (chỉ hành tinh ngoài Hệ Mặt trời) phải đáp ứng điều kiện khí hậu bền vững, nghĩa là có cả lục địa và đại dương. Do đó, nó phải chứa nước dù không cần quá nhiều.
Soi chiếu từ các điều kiện trên Trái đất, một ngoại hành tinh tồn tại sự sống phải có khoảng 0,2% khối lượng là nước. Với những hành tinh lớn hơn, còn gọi là “siêu Trái đất”, nước phải tồn tại nhiều hơn. Như vậy, magnesium hydrosilicate phải đủ bền vững để tồn tại ngoài lõi, bảo vệ một lượng nước lớn trong khoảng thời gian vô hạn.
