Sự Hình Thành Oxy Trên Trái Đất: Những Khám Phá Thú Vị

Oxy, một trong những yếu tố cần thiết nhất cho sự sống, đã có nguồn gốc từ rất lâu trong quá khứ. Hàng tỷ năm trước, sự tương tác giữa thạch anh và nước đã tạo ra điều kiện thuận lợi cho sự hình thành oxy, góp phần vào tiến hóa của những sinh vật quang hợp đầu tiên trên hành tinh của chúng ta.

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

Quá trình địa chất, bao gồm động đất và các hiện tượng tự nhiên khác, đã góp phần vào sự sản xuất oxy, ảnh hưởng đến sự phát triển của những tổ chức sống đầu tiên. Nhóm nghiên cứu do Mark Thiemens tại Đại học California, San Diego dẫn đầu đã thực hiện các thí nghiệm bằng cách nghiền thạch anh và để nó tiếp xúc với nước trong điều kiện giống như thời kỳ trước khi nồng độ oxy trong khí quyển tăng cao. Thạch anh được lựa chọn vì nó là khoáng chất silicate đơn giản và phổ biến nhất.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng những tinh thể trên bề mặt thạch anh có thể tạo ra oxy khi phản ứng với nước, cùng với nhiều hợp chất khác như hydrogen peroxide. Những phân tử này, được gọi là gốc tự do, có vai trò quan trọng trong sự tiến hóa ban đầu, vì chúng có thể gây tổn hại đến ADN cũng như các cấu trúc tế bào khác, như nhận xét của Timothy Lyons từ Đại học California, Riverside. Ông cho rằng, từ rất sớm, sự sống đã phát triển các enzyme để đối phó với tác hại của gốc tự do này.

Trong môi trường tự nhiên, thạch anh và các khoáng chất silicate khác có thể bị mài mòn bởi các quá trình tự nhiên như động đất hoặc xói mòn. Sau đó, sự tương tác của chúng với nước sẽ tạo ra oxy. Theo ước tính của Thiemens và cộng sự, riêng động đất có thể tạo ra lượng hydrogen peroxide gấp 100 tỷ lần so với các phản ứng khác trong khí quyển, trở thành một nguồn oxy tiềm năng khác.

Các sinh vật có khả năng thích nghi với nguồn oxy từ hoạt động địa chấn đã giúp chúng sống sót qua những thay đổi lớn trong điều kiện hóa học của Trái Đất, đi kèm với sự kiện Thảm họa oxy. Họ cũng chỉ ra rằng các quá trình tương tự diễn ra trên các thiên thể khác như bão cát trên sao Hỏa hoặc biến động thủy triều trên mặt trăng Enceladus của sao Thổ cũng có thể sản sinh oxy.

Hiện nay, oxy chiếm khoảng 20% trong khí quyển Trái Đất, phần lớn nhờ vào sản phẩm của thực vật và vi sinh vật. Ban đầu, nồng độ oxy rất thấp cho đến khi sự kiện Thảm họa oxy xảy ra khoảng 2,3 – 2,4 tỷ năm trước, do sự gia tăng nhanh chóng của vi sinh vật qua quá trình quang hợp.