Khám Phá Nguồn Gốc Oxy Trên Trái Đất: Những Điều Bạn Chưa Biết

Hàng tỷ năm trước, quá trình hóa học xảy ra khi thạch anh bị vỡ vụn đã tạo ra điều kiện lý tưởng cho sự tiến hóa của các vi sinh vật quang hợp. Chính những sinh vật này đã đóng vai trò quan trọng trong việc sản sinh ra phần lớn oxy mà chúng ta hít thở ngày nay.

Thạch anh là dạng khoáng chất silicate phổ biến nhất. (Ảnh: Inverse).

Các hiện tượng như động đất và quá trình địa chất khác đã tạo ra các phản ứng hóa học quan trọng, dẫn đến việc sản xuất oxy và ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của những sinh vật đầu tiên trên hành tinh. Nhóm nghiên cứu do Mark Thiemens từ Đại học California, San Diego dẫn đầu đã tiến hành thí nghiệm bằng cách nghiền nát đá thạch anh và cho nó tiếp xúc với nước trong điều kiện tương tự như Trái đất cổ xưa trước khi khí oxy bắt đầu tăng cao. Họ chọn thạch anh bởi đây là loại khoáng chất silicate đơn giản và phổ biến nhất.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng tinh thể trên bề mặt thạch anh có khả năng phản ứng với nước để hình thành ra phân tử oxy và nhiều hợp chất chứa oxy khác như hydrogen peroxide. Những phân tử này, còn được gọi là gốc tự do, là yếu tố quan trọng trong quá trình tiến hóa ban đầu, vì chúng có khả năng gây hại cho ADN và các thành phần tế bào khác. Timothy Lyons, một trong những nhà nghiên cứu, cho rằng sự sống có thể đã phát triển enzyme từ rất sớm để chống lại tác dụng có hại của các gốc tự do này.

Trong môi trường tự nhiên, thạch anh và nhiều khoáng chất silicate khác có thể bị mài mòn qua các hiện tượng tự nhiên như động đất, xói mòn hay sự di chuyển của băng. Sau đó, các khoáng chất này có thể tương tác với nước và tái tạo ra phân tử oxy. Theo ước tính, quá trình địa chất có thể sản sinh ra lượng hydrogen peroxide nhiều gấp 100 tỷ lần so với các phản ứng xảy ra trong khí quyển, đây cũng là một nguồn oxy có tiềm năng.

Các sinh vật đã phát triển các thích nghi với nguồn oxy sản sinh từ hoạt động địa chất có thể đã giúp chúng tồn tại qua những thay đổi lớn trong điều kiện hóa học trên Trái đất, đặc biệt là trong sự kiện gọi là Thảm họa oxy. Các nhà khoa học còn cho biết các quá trình địa chất tương tự có thể xảy ra ở những thiên thể khác, như bão cát trên sao Hỏa hay sự biến động của thủy triều trên mặt trăng Enceladus của sao Thổ, và cũng có khả năng sản sinh oxy.

Hiện nay, oxy chiếm khoảng 20% trong bầu khí quyển của Trái đất, chủ yếu nhờ vào hoạt động quang hợp của thực vật và vi sinh vật. Trước sự kiện Thảm họa oxy xảy ra cách đây 2,3 đến 2,4 tỷ năm, nồng độ oxy trong khí quyển rất thấp và chỉ tăng vọt khi vi sinh vật bắt đầu giải phóng oxy.