Hàng tỷ năm trước, môi trường Trái đất rất khác với môi trường chúng ta biết ngày nay. Về cơ bản, bầu khí quyển nguyên thủy hành tinh của chúng ta rất độc hại đối với sự sống như chúng ta biết, bao gồm carbon dioxide, nitơ và các loại khí khác. Tuy nhiên, bởi kỷ nguyên Paleoproterozoi (2,5 Lời1,6 tỷ năm trước), một sự thay đổi mạnh mẽ đã xảy ra khi oxy bắt đầu được đưa vào khí quyển - được gọi là Sự kiện oxy hóa vĩ đại (GOE).
Cho đến gần đây, các nhà khoa học không chắc chắn liệu sự kiện này - đó là kết quả của vi khuẩn quang hợp làm thay đổi bầu khí quyển - xảy ra nhanh chóng hay không. Tuy nhiên, theo một nghiên cứu gần đây của một nhóm các nhà khoa học quốc tế, sự kiện này diễn ra nhanh hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây. Dựa trên các bằng chứng địa chất mới được phát hiện, nhóm nghiên cứu đã kết luận rằng việc đưa oxy vào bầu khí quyển của chúng ta giống như vòi cứu hỏa hơn là một tia nước.
Nghiên cứu có tiêu đề Bay bốc hơi Hai tỷ năm tuổi bắt giữ Trái đất oxy hóa tuyệt vời Nhật Bản, gần đây đã xuất hiện trên tạp chí Khoa học. Được lãnh đạo bởi Clara Blättler, một nghiên cứu sau tiến sĩ tại Khoa Khoa học Địa chất tại Princeton, nhóm nghiên cứu cũng bao gồm các thành viên của Viện Khoa học Không gian Đá cẩm thạch Xanh, Trung tâm Khoa học Karelian, Khảo sát Địa chất Anh, Khảo sát Địa chất Na Uy và nhiều trường đại học .
Nói tóm lại, Sự kiện Oxy lớn đã bắt đầu khoảng 2,45 tỷ năm trước khi bắt đầu thời kỳ Proterozoi. Quá trình này được cho là kết quả của vi khuẩn lam chuyển hóa chậm carbon dioxide (CO2) và tạo ra khí oxy, hiện chiếm khoảng 20% bầu khí quyển của chúng ta. Tuy nhiên, cho đến gần đây, các nhà khoa học không thể đặt nhiều vào những hạn chế trong giai đoạn này.
May mắn thay, một nhóm các nhà địa chất thuộc Cơ quan Khảo sát Địa chất Na Uy - phối hợp với Trung tâm Nghiên cứu Karelian ở Petrozavodsk, Nga - gần đây đã thu hồi các mẫu muối kết tinh được bảo quản ở Nga thời kỳ này. Chúng được khai thác từ một hố sâu 1,9 km (1,2 mi) ở Karelia ở phía tây bắc nước Nga, từ địa điểm khoan Onega Parametric Hole (OPH) trên bờ phía tây của hồ Onega.
Những tinh thể muối này, cách đây khoảng 2 tỷ năm, là kết quả của sự bốc hơi nước biển cổ đại. Sử dụng các mẫu này, Blättler và nhóm của cô đã có thể tìm hiểu mọi thứ về thành phần của các đại dương và bầu khí quyển tồn tại trên Trái đất vào khoảng thời gian GOE. Để bắt đầu, nhóm nghiên cứu xác định rằng chúng có chứa một lượng lớn sulfate đáng ngạc nhiên, đó là kết quả của nước biển phản ứng với oxy.
Như Aivo Lepland - một nhà nghiên cứu tại Khảo sát Địa chất Na Uy, một chuyên gia địa chất tại Đại học Công nghệ Tallinn, và tác giả cao cấp của nghiên cứu - đã giải thích trong thông cáo báo chí gần đây của Princeton:
Đây là bằng chứng mạnh mẽ nhất từ trước đến nay cho thấy nước biển cổ đại mà các khoáng chất kết tủa này có nồng độ sulfate cao đạt ít nhất 30% lượng sunfat đại dương ngày nay như ước tính của chúng tôi chỉ ra. Con số này cao hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây và sẽ đòi hỏi phải suy nghĩ lại về mức độ oxy hóa của hệ thống khí quyển-đại dương 2 năm tuổi của Trái đất.
Trước đó, các nhà khoa học không chắc chắn phải mất bao lâu để bầu khí quyển của chúng ta đạt được sự cân bằng nitơ và oxy hiện tại, điều này rất cần thiết cho sự sống như chúng ta biết. Về cơ bản, ý kiến được phân chia giữa nó là một cái gì đó xảy ra nhanh chóng, hoặc xảy ra trong hàng triệu năm. Phần lớn điều này xuất phát từ thực tế là các muối đá lâu đời nhất được phát hiện đã có từ một tỷ năm trước.
Blättler cho biết, rất khó để kiểm tra những ý tưởng này bởi vì chúng tôi đã có bằng chứng từ thời kỳ đó để cho chúng tôi biết về thành phần của bầu khí quyển. Tuy nhiên, bằng cách phát hiện ra muối đá có tuổi đời khoảng 2 tỷ năm, các nhà khoa học hiện có bằng chứng họ cần đặt ra ràng buộc đối với GOE. Phát hiện này cũng rất may mắn, vì các mẫu muối đá như vậy khá dễ vỡ.
Các mẫu được sử dụng cho nghiên cứu này chứa halite (giống hệt về mặt hóa học với muối ăn hoặc natri clorua) cũng như các muối khác của canxi, magiê và kali - dễ dàng hòa tan theo thời gian. Tuy nhiên, mẫu thu được trong trường hợp này được bảo quản đặc biệt sâu bên trong Trái đất. Như vậy, họ có thể cung cấp cho các nhà khoa học những manh mối vô giá về những gì đã xảy ra vào khoảng thời gian của GOE.
Nhìn về phía trước, nghiên cứu mới nhất này có khả năng dẫn đến các mô hình mới giải thích những gì xảy ra sau GOE để khiến khí oxy tích tụ trong bầu khí quyển của chúng ta. Như John Higgins, một giáo sư trợ lý khoa học địa chất tại Princeton, người đã đưa ra giải thích về phân tích địa hóa, đã giải thích:
Đây là một lớp khá đặc biệt của tiền gửi địa chất. Đã có rất nhiều tranh luận về việc liệu Sự kiện oxy hóa lớn, được gắn với tăng và giảm các tín hiệu hóa học khác nhau, thể hiện một sự thay đổi lớn trong sản xuất oxy, hay chỉ là một ngưỡng được vượt qua. Điểm mấu chốt là bài báo này cung cấp bằng chứng cho thấy quá trình oxy hóa Trái đất trong khoảng thời gian này liên quan đến rất nhiều quá trình sản xuất oxy. Có thể có những thay đổi quan trọng trong chu kỳ phản hồi trên đất liền hoặc trên đại dương, hoặc sự gia tăng lớn trong sản xuất oxy của vi khuẩn, nhưng dù bằng cách nào thì nó còn kịch tính hơn nhiều so với những gì chúng ta đã hiểu trước đây.
Những mô hình này cũng có khả năng giúp săn lùng sự sống ngoài Hệ mặt trời của chúng ta. Bằng cách hiểu những gì diễn ra trên hành tinh của chúng ta hàng tỷ năm trước để làm cho nó phù hợp với cuộc sống, chúng ta sẽ có thể phát hiện ra những điều kiện và quá trình tương tự trên các hành tinh khác.
