Nước cổ đại 4,6 tỷ năm ẩn sâu hàng nghìn km dưới lòng đất

Lần đầu tiên các nhà khoa học tìm thấy phân tử nước ở thời điểm địa cầu mới hình thành khoảng 4,6 tỷ năm trước dưới độ sâu 2.900km trong lòng đất.

Tìm thấy phân tử nước cổ nhất trên Trái đất

Theo Live Science, khoảng 4,6 tỷ năm trước, Trái Đất được hình thành từ vô số các va chạm của bụi và đá xung quanh Mặt Trời. Các nhà khoa học hành tinh tại trường Đại học Hawaii đặt ra giả thuyết rằng các khoáng chất cổ đại ẩn sâu dưới 2.900km bề mặt Trái Đất, có thể chứa các phân tử nước đầu tiên. Họ đã tìm nghiên cứu một mẫu dung nham từ năm 1985, tại đảo Baffin ở vùng Bắc Cực Canada, ở đúng độ sâu đó để tìm câu trả lời.

Sau khi đã có được dung nham từ các lớp vỏ dưới sâu, họ bắt đầu tìm kiếm dấu vết của các phân tử nước không bị lẫn tạp chất trong bazan, loại đá hình thành khi dung nham nguội đi.

Chìa khóa để tìm ra nguồn gốc của nước đến từ hydro, chính xác hơn là tỷ lệ hydro giữa hai loại đồng vị: một loại hạt nhân không có neutron, thường lấy tên là hydro, trong khi loại còn lại có một neutron, gọi là deuterium. Tỷ lệ này là duy nhất, đặc trưng cho mỗi hành tinh, thiên thạch và sao chổi trong hệ Mặt Trời. Thông thường, vật thể gần Mặt Trời hơn sẽ có nhiều hydro hơn trong phân tử nước, ngược lại, càng xa Mặt Trời càng có nhiều deuterium.

Các nghiên cứu trước đây về nước bề mặt Trái Đất chỉ ra rằng deuterium có tỷ lệ cao. Các kết quả này đưa tới các giả thuyết cho rằng nước trên Trái Đất có sau khi nó hình thành, từ các thiên thạch hoặc sao chổi có nhiều nước, từ bên ngoài hệ Mặt Trời bay vào.

Đảo Baffin, nơi lấy mẫu dung nham nghiên cứu. (Ảnh: Ansgar Walk).

Tuy nhiên, theo nghiên cứu mới, các mẫu bụi ở sâu dưới bề mặt Trái Đất trong hàng tỷ năm cho thấy có nhiều hydro trong các phân tử nước hơn deuterium. Điều này có nghĩa là bụi bão hòa hơi nước đã trộn lẫn trong các khối đá hình thành nên Trái Đất.

Theo Lydia Hallis, tác giả chính của nghiên cứu này, thì độ sâu chính xác rất quan trọng. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science hôm 12/11.

"Chúng tôi cần một mẫu vật không bị ảnh hưởng bởi sự hình thành của Trái Đất", bà cho biết. Bà là một nhà khoa học hành tinh thuộc trường Đại học Glasgow. Bề mặt Trái Đất có sự thay đổi rất lớn sau hàng tỷ năm, nhưng dung nham trong các lớp vỏ sâu vẫn giữ nguyên không thay đổi từ thời điểm Trái Đất hình thành. Dung nham ở gần bề mặt có thể đã bị phun trào và hòa lẫn với các chất có trên bề mặt.

Ngoài ra, trong quá trình tìm kiếm nước nguyên thủy, bà và các cộng sự phải chắc chắn rằng các khoáng chất được phân tích đúng là của Trái Đất khi vừa hình thành, không lẫn tạp chất từ các loại đá niên đại ít hơn. Đây thực sự là một thách thức.

"Hydro có mặt ở khắp nơi trên hành tinh này. Rất khó để nói rằng hydro bạn đang phân tích không phải là hydro từ tạp chất. Chúng tôi đã phải tốn nhiều năm để chắc chắn rằng mình không phân tích nước từ bề mặt Trái Đất", bà nói.

"Nghiên cứu này thay đổi tất cả", Steve Desch, nhà thiên văn kiêm giáo sư trường Đại học bang Arizona, Mỹ, bình luận về vấn đề này.

"Các cuộc thảo luận về nguồn gốc của nước trên Trái Đất trong hàng thập kỷ tới nay đều tập trung vào giả thuyết nước tới từ thiên thạch hoặc sao chổi. Nghiên cứu này chỉ ra bụi và khí quanh Mặt Trời cũng là một nguồn đóng góp quan trọng, cho thấy cần phải đánh giá lại các kết luận trước đó khi đã bỏ qua vai trò của đám vật chất được gọi với cái tên "tinh vân Mặt Trời"".

Theo Desch, nghiên cứu này còn giúp giải mã quá trình hình thành và biến mất của nước theo thời gian trên các hành tinh khác trong hệ Mặt Trời, và có thể là cả các hành tinh thuộc các hệ sao xa xôi khác.

"Một chương mới trong hiểu biết về quá trình hình thành nước trên các hành tinh giống Trái Đất đã bắt đầu".