Một cơ chế mới trong câu chuyện về oxy
Oxy trong magma là lượng oxy có thể được hấp thụ như một thành phần riêng biệt vào đá nóng chảy dưới áp suất cao, rồi có khả năng thoát ra khi magma dâng lên và áp suất giảm. Cơ chế này chưa chứng minh núi lửa đã tạo ra khí quyển giàu oxy, nhưng mở ra một mắt xích địa chất đáng được xem xét trong câu chuyện về nguồn gốc oxy. Nghiên cứu đăng trên tạp chí National Science Review do Yanhao Lin và Ho-kwang Mao thuộc HPSTAR chủ trì, cùng các cộng sự Haiyang Niu và Wim van Westrenen. Điểm đáng chú ý không phải là một lời giải thay thế hoàn toàn cho các cách giải thích hiện có, mà là khả năng magma mang theo lượng oxy trước đây chưa được tính đúng mức. Điều đó có thể làm thay đổi cách giới khoa học dựng lại những biến chuyển hóa học của lớp vỏ và khí quyển Trái Đất.
Áp suất cao làm thay đổi khả năng giữ oxy
Để kiểm tra giả thuyết, nhóm nghiên cứu nung chảy bazan tổng hợp có thành phần tương tự đá núi lửa ở các sống núi giữa đại dương. Mẫu được làm nóng từ 1.200 đến 1.800 độ C, ở áp suất từ mức khí quyển đến 7 gigapascal; một số mẫu được bổ sung platinum dioxide để tạo môi trường giàu oxy. Sau khi làm nguội nhanh thành thủy tinh, nhóm đo lượng oxy dư, đồng thời dùng quang phổ Raman để kiểm tra liệu oxy có nằm trong cấu trúc vật liệu thay vì bị giữ trong bọt khí. Kết quả cho thấy lượng oxy dư trong mẫu có PtO2 gần bằng không ở áp suất khí quyển, nhưng vượt 5% khối lượng mẫu ở 7 gigapascal; các mẫu đối chứng chỉ ghi nhận 0,2–0,5%. Đây là bằng chứng thực nghiệm về khả năng hòa tan oxy, không phải phép đo trực tiếp magma tự nhiên thời cổ đại.
Từ magma đến khí quyển cổ đại
Ý nghĩa của phát hiện nằm ở chu trình có thể nối sâu trong lòng đất với bề mặt: magma hình thành trong điều kiện oxy hóa cao có thể tích trữ oxy dưới áp suất lớn; khi dâng lên, áp suất giảm và khả năng giữ oxy suy yếu, khiến oxy có thể được giải phóng, thúc đẩy phản ứng oxy hóa ở lớp phủ nông, lớp vỏ và khí quyển. Kịch bản này gợi liên hệ với giai đoạn oxy khí quyển tăng mạnh khoảng 2,5–2 tỷ năm trước, cùng thời kỳ hình thành một số tỉnh đá magma lớn do núi lửa quy mô rộng. Nhóm nghiên cứu ước tính sơ bộ rằng nếu magma phun trào khi ấy giải phóng oxy dư bằng 0,27% khối lượng, tổng lượng oxy cung cấp có thể ngang lượng hiện có trong khí quyển Trái Đất. Con số gây chú ý, nhưng là phép tính giả định dựa trên cơ chế phòng thí nghiệm, không phải bằng chứng rằng núi lửa cổ đại đã tạo ra lượng oxy đó.
Một mắt xích đáng kiểm chứng, chưa phải lời giải cuối
Trước nghiên cứu này, oxy trong magma thường được suy ra từ cân bằng hóa học của các nguyên tố như silic, magiê và sắt. Nhóm tác giả đề xuất xem oxy là thành phần có thể hòa tan riêng trong magma silicat, bên cạnh nước và CO2. Đây là điều chỉnh quan trọng cho nghiên cứu nguồn gốc oxy: nó buộc các mô hình về đại dương magma thời kỳ đầu, khí núi lửa và sự tiến hóa của khí quyển Trái Đất phải tính đến một kho chứa oxy tiềm năng. Tuy nhiên, thí nghiệm dùng vật liệu tổng hợp và môi trường giàu oxy được kiểm soát; việc oxy có tồn tại, được vận chuyển và giải phóng với quy mô tương tự trong magma tự nhiên vẫn cần được xác nhận. Các nhà khoa học cho rằng cần tiếp tục nghiên cứu những điều kiện ấy để đánh giá đóng góp thực tế của cơ chế này. Vì vậy, kết luận hợp lý lúc này là núi lửa có thể góp phần vào biến đổi khí quyển cổ đại, chứ chưa thể được xem là nguồn duy nhất hay đã được chứng minh.
