Các nhà thiên văn tiết lộ yếu tố đã thúc đẩy Trái đất hình thành nên các lục địa như ngày nay

Trái đất là hành tinh duy nhất được biết là sở hữu các lục địa.

Không giống như bất kỳ hành tinh nào khác, bề mặt Trái đất sở hữu cả lục địa và đại dương. Lớp vỏ lục địa ít đặc hơn và dày hơn nhiều so với lớp vỏ đại dương, điều này khiến nó về cơ bản nổi cao hơn lớp vỏ đại dương.

Sự hiện diện của các lục địa trên Trái đất đã ảnh hưởng lớn đến bầu khí quyển, đại dương, khí hậu và sự sinh sôi nảy nở của hành tinh. Ví dụ, dòng chảy từ các lục địa là nguồn chính của một số chất dinh dưỡng quan trọng cho đại dương, chẳng hạn như phốt pho, cần thiết để tạo ra DNA và các khối xây dựng sinh học khác.

Nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra các chu kỳ trong quá trình sản sinh lớp vỏ lục địa. Các nhà khoa học thường nghĩ rằng những chu kỳ này có liên quan đến sự sinh ra và phá hủy thường xuyên của các siêu lục địa trên bề mặt Trái đất do kiến tạo mảng - sự trôi dạt, va chạm và lặn của các mảng đá khổng lồ đã tạo nên bề mặt Trái đất như ngày nay.

Tuy nhiên, những chu kỳ này cũng được nhìn thấy trong một số loại đá cổ xưa nhất của Trái đất, khi kiến tạo mảng có thể chưa tồn tại.

Trong nghiên cứu mới đây được đăng trên tạp chí Geology, các nhà nghiên cứu đã phân tích dữ liệu từ hai nơi lưu giữ lịch sử sớm nhất của các lục địa trên Trái đất - miệng núi lửa Bắc Mỹ (North American) ở Greenland và miệng núi lửa Pilbara ở Tây Úc.

Sự phân rã của uranium trong các tinh thể zircon đã giúp các nhà khoa học xác định chính xác chi tiết về sự hình thành lục địa ở cả hai địa điểm, kéo dài từ khoảng 2,8 tỷ đến 3,8 tỷ năm trước. Các đồng vị của hafnium bên trong các tinh thể này cũng giúp xác định thời điểm sinh ra các dòng magma liên quan đến quá trình sản sinh lớp vỏ.

Bằng cách xem xét lượng dữ liệu khổng lồ từ một lượng lớn đá, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một mô hình trong quá trình hình thành lớp vỏ lục địa dài khoảng 170 triệu đến 200 triệu năm. Tác giả chính của nghiên cứu Chris Kirkland, một nhà địa thời gian học tại Đại học Curtin ở Perth, Úc, cho biết: "Chỉ thông qua các tập dữ liệu lớn, mô hình này mới có thể được xác định".

Hình thái này tương ứng với khoảng thời gian cần thiết để Hệ Mặt Trời đi qua một trong bốn nhánh xoắn ốc chính của Dải Ngân Hà, nơi có mật độ các ngôi sao và các đám mây giữa các vì sao cao, khi nó hoàn thành một quỹ đạo xung quanh trung tâm của thiên hà.

Ảnh hưởng của lực hấp dẫn từ các nhánh xoắn ốc có thể cuốn các sao chổi từ đám mây Oort ở vùng ngoài cùng của Hệ Mặt Trời vào trong Trái đất và các hành tinh khác. Các nhà khoa học cho rằng những vụ va chạm của Sao chổi như vậy có thể đã làm văng đi một lượng lớn đá từ bề mặt Trái đất, dẫn đến lớp đá bên dưới bị nén và tan chảy và có thể đã gieo mầm cho sự hình thành các lục địa.

Kirkland cho biết: "Những tác động này đã định hình sự tiến hóa của hành tinh chúng ta, và có vẻ như các lục địa của chúng ta sẽ không phát triển theo cách mà chúng có được ngày nay nếu không có những vụ va chạm như thế này. Từ đó có thể thấy được rằng hành tinh của chúng ta được kết nối với cấu trúc của thiên hà".

Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy nhiều bằng chứng hơn cho ý tưởng này bên trong các luống spherule - là những khối đá được tạo ra bởi các tác động vũ trụ. Những khối này chứa các khối cầu nhỏ được hình thành từ đá nóng chảy thải ra trong một vụ va chạm hoặc từ đá bốc hơi ngưng tụ và chảy ra sau vụ va chạm. Họ lưu ý rằng tuổi của các luống spherule ở Úc và Nam Phi khớp với chuyển động của Hệ Mặt Trời vào nhánh xoắn ốc Norma khoảng 3,25 tỷ đến 3,45 tỷ năm trước. Họ lưu ý rằng việc xác định chính xác tuổi của nhiều luống spherule hơn có thể bổ sung thêm bằng chứng cho nhận định này.

Mặc dù Trái đất hứng chịu các tác động thường xuyên hơn từ các khối đá của vành đai tiểu hành tinh so với các sao chổi trong đám mây Oort, nhưng các vụ va chạm từ đám mây Oort sẽ tạo ra nhiều năng lượng hơn. Điều này là do các tiểu hành tinh gần Trái đất "đang di chuyển cùng hướng với Trái đất", Phil Sutton, một nhà khoa học hành tinh tại Đại học Lincoln, Anh, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.

Hãy tưởng tượng những chiếc ô tô đang đi trên một con đường có nhiều làn cùng chiều. Nếu một chiếc ô tô đâm vào một chiếc xe khác bên cạnh nó, "vận tốc va chạm tương đối là khá thấp", ông giải thích.

Tuy nhiên, nếu có một đường giao nhau cắt ngang con đường này và một chiếc ô tô đâm vào một xe khác tại đường giao nhau này ở góc 90 độ, "thiệt hại sẽ lớn hơn", Sutton nói.

Vai trò của các tác động trong quá trình hình thành lớp vỏ lục địa có thể giảm theo thời gian do sự suy giảm theo cấp số nhân về kích thước trung bình và số lượng các tác nhân tiềm năng khi Hệ Mặt Trời phát triển. Các nhà khoa học lưu ý rằng theo thời gian, sự xuất hiện của các mảng kiến tạo cũng bắt đầu đóng một vai trò quan trọng hơn đối với việc sản xuất lục địa trên Trái đất.