Manh mối mới về quá trình hình thành Trái Đất và Sao Hỏa

Các hành tinh được phát triển nhờ quá trình bồi lắng – sự tích tụ dần dần của vật chất được bồi thêm vào – trong đó có sự va chạm và kết hợp lẫn nhau của những thiên thạch nằm gần nhau. Đây là một quá trình hỗn loạn, vật chất mới được nhận vào cũng như một số vật chất bị đá văng ra ngoài và biến mất.

Các vật thể to lớn có khối lượng như một hành tinh, khi va chạm với tốc độ vài km mỗi giây vào một vật thể tương tự như vậy, sẽ tạo ra một lượng nhiệt đáng kể và do đó tạo ra các đại dương magma và bầu khí quyển tạm thời dễ bị bay hơi.

Đồ họa mô phỏng cho thấy quá trình một vật thể va chạm với một vật thể khác, vật chất cũ được tô màu xám đậm, vật chất mới sáp nhập có màu xám nhạt, vật chất bị làm nóng có màu vàng trong khi vật chất bị bốc hơi có màu đỏ. Ảnh: Philip J. Carter.

Trước khi hai hành tinh có kích cỡ bằng Sao Hỏa, lực hấp dẫn trên mỗi vật thể đều quá yếu để có thể giữ được bầu khí quyển còn bất ổn này. Quá trình va chạm và sáp nhập này được lặp đi lặp lại để rồi khiến thành phần của hành tinh thay đổi đáng kể.

Tiến sĩ Remco Hin từ Viện nghiên cứu Khoa học Trái Đất thuộc Đại học Bristol, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi có bằng chứng cho thấy một loạt sự kiện xảy ra trong quá trình hình thành Trái Đất và Sao Hỏa bằng cách sử dụng phép đo đồng vị của nguyên tử magie ở độ chính xác cao.”

“Tỷ lệ đồng vị magie đã thay đổi do sự mất mát của silic dạng hơi, và chúng có đồng vị nhỏ hơn so với nguyên gốc. Bằng cách này, chúng tôi ước tính có hơn 40 phầm trăm khối lượng Trái Đất đã bị thất thoát trong quá trình phát triển hành tinh.”

“Quá trình này không chỉ bồi lắng và dần dần tạo nên Trái Đất ngày nay, mà còn góp phần to lớn để tạo ra những thành phần độc đáo nhất của Trái Đất,” ông cho biết thêm trong một bài trả lời báo chí với tạp chí Nature.

Nghiên cứu được tiến hành nhằm cố gắng giải quyết một cuộc tranh luận kéo dài từ nhiều thập niên trong ngành khoa học Trái Đất và khoa học hành tinh, về nguồn gốc của những thành phần ít phổ biến đặc thù và dễ bay hơi của các hành tinh.

Các nhà nghiên cứu đã phân tích các mẫu đất đá trên Trái Đất, cùng mẫu vật thu thập được từ Sao Hỏa và từ tiểu hành tinh Vesta, sử dụng một kỹ thuật mới để có được các phép đo đồng vị magie với độ chính xác cao hơn so với những phương pháp đo đạc trước đó.

Ba manh mối chính trong nghiên cứu này là:Trái Đất, Sao Hỏa và tiểu hành tinh Vesta có tỷ lệ đồng vị magie riêng biệt dù cho có cùng vật chất để tạo thành từ tinh vân Mặt Trời ban đầu; Các thành phần đồng vị magie nặng của các hành tinh xác định tổn thất đáng kể về khối lượng (khoảng 40%) sau khi quá trình bồi tụ và bốc hơi được lặp đi lặp lại. Quá trình này dẫn đến nhiều sự thay đổi hóa học khác, cũng như tạo ra các đặc tính hóa học riêng biệt của hành tinh nào đó, mà cá biệt là Trái Đất.

Tiến sĩ Hin cho biết thêm: “Công việc của chúng tôi thay đổi cách mọi người nhìn nhận về quá trình phát triển những đặc tính vật lý và hóa học của các hành tinh.

Trước đây, chúng ta đều nghĩ rằng quá trình tạo nên các hành tinh là chuỗi sự kiện đầy bạo lực và mỗi hành tinh được tạo nên từ những quá trình riêng biệt nhau, nay ta biết được chúng có liên kết mật thiết với nhau."

Ông Hin cũng cho rằng, quá trình này dường như phổ biến với sự hình thành các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời chứ không chỉ riêng Trái Đất và Sao Hỏa. Nếu có sự khác biệt nào trong quá trình bồi tụ và bốc hơi, thì thành phần và đặc tính hóa lý của hành tinh sẽ khác, nhưng nhìn chung quá trình này tương tự nhau.