Các nghiên cứu mới cho thấy những tảng đá từ bờ phía đông của Vịnh Hudson ở Canada chứa các yếu tố của một số lớp vỏ sớm nhất của Trái đất.
Bản thân các tảng đá là đá granit đã có 2,7 tỷ năm tuổi, nhưng chúng vẫn giữ các tín hiệu hóa học của các loại đá tiền thân đã được nấu chảy và tái chế để tạo thành các loại đá tồn tại ngày nay. Nghiên cứu mới, được công bố trực tuyến hôm nay (17 tháng 3) trên tạp chí Science, phát hiện ra rằng những tiền chất này hình thành khoảng 4,3 tỷ năm trước.
Trái đất là 4,6 tỷ năm tuổi và tác động thiên văn hình thành nên mặt trăng diễn ra khoảng 4,5 tỷ năm trước. Điều đó làm cho đá tiền thân trở thành đá granit Canada trong số lớp vỏ sớm nhất sau tác động hình thành mặt trăng, nhà lãnh đạo nghiên cứu Jonathan O'Neil, nhà địa chất học tại Đại học Ottawa, Canada cho biết.
Lịch sử Hadean
Nghiên cứu mới này là một nỗ lực để nhìn lại Hadon eon, một giai đoạn bí ẩn và khá nóng chảy của lịch sử Trái đất. Hadean bắt đầu với sự hình thành của Trái đất và kết thúc khoảng 4 tỷ năm trước, và rất ít tàn dư địa chất của thời đại này vẫn còn. Hầu hết các tảng đá từ Hadean đã được tái chế từ lâu trở lại lớp phủ của hành tinh.
"Những tảng đá từ 3,6 đến 3,8 tỷ năm tuổi trở lên, về cơ bản, chúng ta có thể đếm chúng trên các ngón tay của chúng ta", O'Neil nói với Live Science. "Chúng tôi có một lượng mẫu đá rất hạn chế để hiểu được một tỷ năm đầu tiên của lịch sử Trái đất."
Các hạt granit được tìm thấy ở phía bắc vịnh Hudson của Canada không có niên đại ở Hadean, nhưng chúng chống lại vành đai đá xanh Nuvvuagittuq, một hệ tầng được cho là chứa những tảng đá lâu đời nhất được biết đến trên Trái đất, từ 3,8 tỷ đến 2,48 tỷ năm tuổi. (Vật liệu địa chất cũ duy nhất là các hạt khoáng nhỏ gọi là zircons từ Jack Hills của Úc, nhưng những tảng đá nguyên bản chứa những hạt đó đã bị phong hóa từ lâu.)
Một số nhà khoa học nghĩ rằng cả hai vòng tròn Jack Hills và vành đai đá xanh Nuvvuaguittuq đều chứa dấu vết của sự sống sớm nhất trên hành tinh, mặc dù những phát hiện này còn gây tranh cãi.
Một cây gia đình địa chất
O'Neil và đồng tác giả của ông, Richard Carlson thuộc Viện Khoa học Carnegie, đã quan tâm đến đá granit 2,7 tỷ năm tuổi vì họ biết rằng những loại đá đó phải được hình thành bởi một loại đá "cha mẹ" đã bị chôn vùi và tan chảy một phần trước khi cải cách. Câu hỏi là, đá cha mẹ đó bao nhiêu tuổi?
Để tìm hiểu, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang hẹn hò samarium-neodymium, một phương pháp sử dụng các tỷ lệ biến thể khác nhau của hai nguyên tố đất hiếm này để xác định tuổi. Một biến thể phân tử, hay đồng vị của samarium, samarium-146, không còn tồn tại trên Trái đất: Tất cả đều trải qua quá trình phân rã phóng xạ trong 500 triệu năm đầu tiên của lịch sử hành tinh, O'Neil nói.
Samarium-146 phân rã thành neodymium-142, do đó, bất kỳ loại đá nào hình thành sau 500 triệu năm đầu tiên của lịch sử Trái đất đều có cùng tỷ lệ neodymium-142 so với các đồng vị neodymium khác. Bất kỳ loại đá nào cho thấy sự thay đổi trong tỷ lệ neodymium này phải được hình thành trong 500 triệu năm đầu tiên của lịch sử Trái đất, các nhà nghiên cứu cho biết.
Đó chỉ là loại biến thể mà các nhà khoa học tìm thấy trong các loại đá ở Vịnh Hudson - sự thiếu hụt về tỷ lệ neodymium-142 đến neodymium-144 so với các loại đá hiện đại.
"Điều đó có nghĩa là đá mẹ của họ phải rất cũ", O'Neil nói. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng đá mẹ có khả năng là lớp vỏ đại dương bazan chứ không phải là đất khô.
Các nhà nghiên cứu ước tính rằng đá mẹ lớn hơn 1,5 tỷ năm so với đá granit hiện đại còn tồn tại đến ngày nay. Điều đó thú vị không chỉ bởi vì đá mẹ là một trong những lớp vỏ sớm nhất trên Trái đất, O'Neil nói, mà bởi vì đá mẹ bị mắc kẹt quá lâu trước khi nó được tái chế. Lớp vỏ đại dương ngày nay vẫn tồn tại trên bề mặt chỉ khoảng 200 triệu năm trước khi bị đẩy lùi vào lớp phủ và tan chảy một phần, O'Neil nói. Đá mẹ của đá granit vịnh Hudson đã tồn tại trên bề mặt hơn một tỷ năm trước khi được tái chế, dài gấp năm lần lớp vỏ đại dương ngày nay còn tồn tại.
