Khi mùa đông đến, sông hồ đóng băng và núi đồi phủ đầy tuyết. Thế nhưng có ý kiến cho rằng vào thời xa xưa, cả Trái Đất từng đóng băng như vậy. Không chỉ các vùng cực mà ngay cả biển ở xích đạo, nơi nắng gắt nhất, cũng bị phủ một lớp băng dày. Đó chính là giả thuyết “Trái Đất quả cầu tuyết (Snowball Earth)”.
Nói đơn giản, Trái Đất quả cầu tuyết là giả thuyết cho rằng đã từng có một thời kỳ gần như toàn bộ bề mặt Trái Đất bị băng bao phủ, hầu như không còn nước ở dạng lỏng lộ ra. Điều này được cho là đã xảy ra trong khoảng từ 717 triệu đến 635 triệu năm trước, vào kỷ Cryogen (Cryogenian Period), cái tên ghép từ hai từ Hy Lạp có nghĩa là “băng” và “sinh ra”.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu ý tưởng Trái Đất quả cầu tuyết đã ra đời như thế nào, cơ chế khiến cả Trái Đất đóng băng, những bằng chứng trong đá ủng hộ giả thuyết, và cách hành tinh băng giá tan trở lại rồi nối tiếp vào lịch sử sự sống.
Thời kỳ cả Trái Đất đóng băng: Trái Đất quả cầu tuyết
Ý tưởng Trái Đất quả cầu tuyết ra đời
Ý tưởng táo bạo rằng cả Trái Đất từng đóng băng không xuất hiện trong một sớm một chiều, mà bắt nguồn từ một bí ẩn tích tụ suốt thời gian dài.
(1) Dấu vết băng hà ở những nơi kỳ lạ
Từ cuối thế kỷ 19, người ta đã phát hiện những trầm tích băng hà rất cổ ở nhiều nơi như Scotland, Úc, Ấn Độ và Na Uy. Dấu vết băng hà cào xước và mang theo đá rất rõ ràng, nhưng vì chúng xuất hiện cả ở những vùng ngày nay ấm áp nên suốt thời gian dài vẫn là một bí ẩn.
(2) Bằng chứng băng hà ở xích đạo
Năm 1964, nhà địa chất người Anh W. Brian Harland phân tích các ghi chép về từ trường cổ lưu lại trong đá và cho rằng một phần những trầm tích băng hà này đã được hình thành ở vĩ độ nhiệt đới. Điều đó có nghĩa là băng hà từng tồn tại ở chính những nơi lẽ ra ấm nhất.
(3) Hành trình đến với cái tên
Cái tên “Trái Đất quả cầu tuyết” được nhà địa chất người Mỹ Joseph Kirschvink đặt ra lần đầu vào năm 1992. Sau đó, năm 1998, Paul F. Hoffman và các đồng nghiệp công bố kết quả nghiên cứu đá ở Namibia, châu Phi, khiến giả thuyết này được chú ý rộng rãi.
Cơ chế khiến cả Trái Đất đóng băng
Một khi Trái Đất bắt đầu lạnh đi, có thể xảy ra phản ứng dây chuyền trong đó cái lạnh kéo theo cái lạnh hơn nữa.
(1) Băng hắt ánh nắng trở lại
Băng và tuyết trắng phản xạ phần lớn ánh nắng trở lại không gian. Mức độ phản xạ ánh sáng được gọi là “suất phản chiếu (Albedo)”; băng càng lan rộng thì Trái Đất càng hấp thụ ít nhiệt hơn và càng lạnh hơn.
(2) Vòng phản hồi không dừng lại
Trời càng lạnh thì băng càng lan rộng, và lớp băng rộng hơn lại phản xạ nhiều ánh nắng hơn. Vào thập niên 1960, nhà khí hậu học Liên Xô Mikhail Budyko đã chứng minh bằng tính toán rằng nếu băng lan đủ xa khỏi các vùng cực, vòng phản hồi này có thể làm đóng băng cả Trái Đất.
(3) Băng tràn xuống tận xích đạo
Theo nhiều mô hình, một khi băng hà tiến vào trong phạm vi vĩ độ 25–30 độ tính từ xích đạo, sau đó băng có thể nhanh chóng lan đến tận xích đạo. Vì vậy, dấu vết băng hà ở vùng nhiệt đới được xem là manh mối mạnh mẽ cho thấy cả Trái Đất từng đóng băng.
Bằng chứng về hành tinh băng giá lưu lại trong đá
Các nhà khoa học lần theo những sự kiện cách đây hàng trăm triệu năm thông qua dấu vết lưu lại trong đá.
- Trầm tích băng hà (Glacial Deposits): Những lớp trầm tích lẫn lộn đá đủ mọi kích cỡ, cùng với “đá rơi” do băng trôi đánh rơi xuống đáy biển khi tan chảy, được tìm thấy trong các tầng đá ở vĩ độ nhiệt đới.
- Thành hệ sắt dải (Banded Iron Formation): Loại đá trong đó các lớp oxit sắt và đá silic xếp chồng xen kẽ như những vệt sọc. Nó được hiểu là dấu vết của việc khi băng phủ kín đại dương khiến oxy cạn kiệt, sắt hòa tan trong nước tích tụ lại, rồi lắng xuống cùng lúc khi băng tan.
- Carbonat phủ (Cap Carbonate): Đá vôi hoặc đá dolomit dày từ vài mét đến vài chục mét phủ ngay trên lớp trầm tích băng hà. Nó cho thấy trạng thái hóa học của đại dương đã thay đổi rất lớn ngay sau khi kỷ băng hà kết thúc.
Tuy nhiên, không phải nhà khoa học nào cũng đồng ý với những bằng chứng này. Chẳng hạn giả thuyết “Trái Đất quả cầu tuyết tan (Slushball Earth)” cho rằng vẫn còn một dải đại dương không đóng băng gần xích đạo, và cuộc tranh luận về việc lớp băng hoàn chỉnh đến mức nào vẫn tiếp diễn đến ngày nay.
Hành tinh băng giá tan trở lại như thế nào
Nếu cả Trái Đất bị băng bao phủ thì làm sao nó có thể tan trở lại là bài toán lớn nhất của giả thuyết này.
(1) Khí nhà kính do núi lửa tích tụ
Ngay cả dưới lớp băng, núi lửa vẫn tiếp tục phun ra khí carbon dioxide. Bình thường, mưa và quá trình phong hóa đá giữ lại carbon dioxide, nhưng vì đất liền và biển đều đóng băng nên quá trình này gần như ngừng lại, khiến carbon dioxide liên tục tích tụ trong không khí.
(2) Tan băng sau hàng triệu năm
Các nhà nghiên cứu ước tính rằng để làm tan băng, lượng carbon dioxide phải đạt khoảng 350 lần mức hiện nay, tức khoảng 13% bầu khí quyển. Để tích tụ đến mức đó mất khoảng 4 triệu đến 30 triệu năm, và người ta cho rằng hiệu ứng nhà kính mạnh lên cuối cùng đã làm băng tan.
(3) Dấu ấn để lại trong lịch sử sự sống
Sau khi thời kỳ Trái Đất quả cầu tuyết kết thúc, các sinh vật cấu tạo từ nhiều tế bào dần bắt đầu xuất hiện ngày càng đa dạng trên Trái Đất. Một số nhà khoa học cho rằng lần Trái Đất quả cầu tuyết cuối cùng có thể là cú hích thúc đẩy sự tiến hóa của sinh vật đa bào, và các nghiên cứu làm rõ mối liên hệ này vẫn đang tiếp tục.
Giả thuyết Trái Đất quả cầu tuyết cho thấy khí hậu Trái Đất có thể thay đổi cực đoan hơn nhiều so với chúng ta nghĩ. Việc một thay đổi nhỏ, thông qua vòng phản hồi, có thể biến đổi diện mạo của cả hành tinh cũng là manh mối quan trọng để hiểu khí hậu ngày nay.
Nhìn lại Trái Đất băng giá thời quá khứ chính là bước đầu tiên để hiểu khí hậu của hôm nay.
