Trái đất đã từng sở hữu những diện mạo như thế nào?

Đây là một câu hỏi khá thú vị và vấn đề này trước đây đã được Robert M. Hazen phân tích trong cuốn “The Story of Earth“.

Cuốn sách này giới thiệu rằng, trong 4,6 tỷ năm, Trái đất đã từng thay đổi diện mạo của mình rất nhiều lần. Từ một hành tinh khi mới hình thành con màu đen và sau đó chuyển sang màu xanh lam, trải qua quá trình băng hà trở thành Trái đất có màu trắng, và theo thời gian nó trở thành hình ảnh mà chúng ta vẫn thấy ngày nay. Với sự thay đổi liên tục của Trái đất, sự sống dần dần nảy mầm. Điều tuyệt vời nhất của cuốn sách này là tác giả đã xâu chuỗi sự tương tác giữa sự sống và phi sự sống thông qua quá trình tiến hóa của hành tinh, nói cách khác, nếu không có sự sống thì sẽ không có Trái đất của hiện tại.

Giai đoạn 1: Trái đất đen được bao phủ bởi đá bazan

Khoảng 4,6 tỷ năm trước, sau khi Hệ Mặt trời ra đời, một số mảnh vụn và bụi vũ trụ bắt đầu va chạm liên tục, và từ từ hòa lẫn với nhau thông qua lực hấp dẫn để tạo thành Trái đất ban đầu. Nhưng hành tinh của chúng ta lúc đó có môi trường khá kinh khủng, khắp nơi đều có những miệng nứt màu đỏ, magma có thể đột ngột phun ra khỏi mặt đất bất cứ lúc nào. Cùng với việc liên tục va chạm với các tiểu hành tinh và sao chổi từ thế giới bên ngoài, nhiệt độ của toàn bộ Trái đất lúc này vượt quá 1.200 độ C. Về bản chất, hành tinh của chúng ta lúc này giống như một khối bùn có nhiệt độ cao, áp suất cao và liên tục bị tác động bởi những vật thể bên ngoài vũ trụ. Các nhà địa thường ví von giai đoạn ban đầu kéo dài 500 triệu năm này của Trái đất là địa ngục trần gian.

Trong khoảng thời gian này, nhiệt độ của không gian vũ trụ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ của Trái đất, do đó, sau mỗi lần va chạm, bề mặt của Trái đất cũng theo đó mà nhanh chóng nguội đi và chuyển sang màu đen, giống như những thanh sắt đỏ hồng được nhúng vào nước. Theo thời gian, một lớp đá hình thành trên bề mặt Trái đất và trở thành lớp vỏ ban đầu của toàn bộ hành tinh. Vì lớp vỏ lúc đó chủ yếu được cấu tạo bởi bazan và màu đen, nên tác giả đã mô tả 500 triệu năm đầu tiên của sự hình thành Trái đất là Trái đất đen.

Giai đoạn 2: Trái đất xanh được bao phủ bởi nước

Khi cách đây khoảng 4,4 đến 4,3 tỷ năm.Theo thời gian, nhiệt độ tổng thể của Trái đất giảm dần, và hơi nước phun ra từ mặt đất từ từ nguội đi, và một phần của nó vẫn còn trong không khí, tạo thành bầu khí quyển có chứa hơi nước. Một phần khác rơi xuống bề mặt để tạo thành đại dương, và Trái đất bắt đầu từ từ chuyển sang màu xanh lam với sự xuất hiện của nước lỏng. Đây là lần thay đổi diện mạo thứ hai của Trái đất – Trái đất xanh.

Chúng ta thường nói rằng nước là nguồn gốc của sự sống, và có một lý do rất quan trọng đó là nước có hai ưu điểm vượt trội.

Thứ nhất: Nước là một siêu dung môi, vì vậy các chất vô cơ ban đầu trong nước sẽ có nhiều cơ hội để kết hợp thành chất hữu cơ và sau đó tạo ra sự sống.

Thứ hai: Khối lượng riêng của nước ở trạng thái lỏng lớn hơn ở trạng thái rắn, hay nói cách khác, nước đá sẽ nổi trên mặt nước lỏng, và tạo thành một chiếc ô bảo vệ rất quan trọng cho sự sống. Chỉ cần tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra nếu băng chìm dưới nước? Khi trời lạnh, bề mặt của nước sẽ đóng băng, và sau đó băng sẽ tiếp tục chìm xuống, và nước trên cùng sẽ tiếp tục đóng băng khi tiếp xúc trực tiếp với không khí lạnh, vì vậy toàn bộ nước trên hành tinh của chúng ta sẽ bị đóng băng và sự sống sẽ rất khó để sinh ra và tiến hóa.

Nước trên Trái đất đã giúp hình thành sự sống, và sự sống đó lại tiếp tục quá trình biến đổi Trái đất và diện mạo của Trái đất có liên quan mật thiết đến những sinh vật xuất hiện trên hành tinh của chúng ta.

Giai đoạn ba: Trái đất đỏ bị oxy hóa

Với sự xuất hiện của sự sống đầu tiên, một số tế bào thông minh hơn, chẳng hạn như tảo đã phát triển khả năng thu nhận năng lượng Mặt trời thành năng lượng. Đây là quá trình quang hợp ban đầu. Không mất nhiều thời gian để những sinh vật này phát triển đủ mạnh để có thể tác động đến khí hậu của hành tinh.

Chúng chỉ hấp thụ năng lượng Mặt trời và cố định nguyên tố carbon của carbon dioxide trong không khí để giải phóng oxy. Oxy sẽ gây ra quá trình oxy hóa các chất. Kết quả là, những sinh vật nhỏ bé này đã tạo ra rất nhiều oxy cho hành tinh của chúng ta, và toàn bộ bề mặt Trái đất lúc này trải qua những thay đổi vô cùng mạnh mẽ.

Nguyên tố phong phú nhất trên Địa cầu là sắt, và khi gặp nồng độ oxy cao trong không khí, bó sẽ bị rỉ sét. Trong một thời gian ngắn, màu đỏ rỉ sét bao phủ toàn bộ Địa cầu. Thời kỳ đại oxy hóa Trái đất kéo dài từ khoảng 3,5 đến 1,8 tỷ năm trước đây. Và quá trình này biến hành tinh của chúng ta trở thành một quả địa cầu màu đỏ.

Giai đoạn bốn: Quả cầu tuyết

Với sự phát triển phong phú của thực vật, oxy trong carbon dioxide tiếp tục được giải phóng ra khí quyển, và carbon thì được tích dụ dần trong lòng đất. Khi lượng carbon trong không khí giảm dần, hiệu ứng nhà kính yếu đi, và Trái đất cũng theo đó mà từ từ nguội đi. Khi nhiệt độ của hành tinh giảm xuống, băng bắt đầu lan từ các cực đến xích đạo.

Trong hàng triệu năm, toàn bộ địa cầu, ngoại trừ một vài khu vực xung quanh đường xích đạo đều được bao bọc trong băng, giai đoạn này được tác giả gọi là Trái đất tuyết – Snow Earth. Trong thời kỳ Snow Earth, hầu như tất cả các hệ sinh thái đều bị đóng băng, và rất nhiều sự sống trên hành tinh của chúng ta bị xóa sổ.

Tuy nhiên, theo thời gian, lõi dung nham của Trái đất, cùng với sự chuyển động của kiến tạo mảng, kết hợp với sự phun trào của khí núi lửa… Một lượng lớn carbon dioxide cũng theo đó mà tụ lại trong khí quyển, và hiệu ứng nhà kính lại bắt đầu do sự tuyệt chủng hàng loạt của tảo. Khi Trái đất ấm lên, tảo lại bắt đầu bùng nổ, sau đó mức carbon dioxide lại bắt đầu giảm xuống, và Trái đất lại bắt đầu đóng băng. Trong 150 triệu năm, Trái đất quay vòng giữa hai trạng thái cực đoan này ít nhất ba lần.

Giai đoạn năm: Trái đất xanh

Sau giai đoạn đóng băng vừa đề ở ở trên, do sự chuyển động liên tục của các mảng Trái đất và quá trình khôi phục trở lại của hệ sinh thái, khí hậu của “Hành tinh xanh” dường như đã duy trì được sự cân bằng hiếm có trong 1,4 tỷ năm sau đó. Môi trường trên hành tinh của chúng ta lúc này không quá nóng và cũng không quá lạnh, cực kỳ thuận lợi cho phát triển sự sống. Sự bùng nổ đa dạng sinh học cũng theo đó mà được diễn ra, như những gì đã xảy ra trong kỷ Cambri cách đây 560 triệu năm, sự sống ngày càng phong phú, và sau nhiều vòng lặp đi lặp lại, sự xuất hiện và tiến hóa của vô số sinh vật đã hình thành nên hệ sinh thái với các loài động thực vật như những gì chúng ta thấy ngày nay. Và giai đoạn này cũng chính là giai đoạn Trái đất của hiện tại – Trái đất xanh.

Vì vậy, có thể nói nếu như không có sự sống trên hành tinh của chúng ta thì chắc chắn sẽ không có giai đoạn Trái đất đỏ, Trái đất tuyết hay Trái đất xanh như ngày nay.