Chạy mô phỏng tới 400.000 lần, các nhà khoa học đã phát hiện “ngày tàn” của trái đất như thế nào?

Trái đất sẽ ra sao khi không còn oxy, thành phần khí chiếm khoảng 21% bầu khí quyển và là nhân tố sống còn cho con người cùng hầu hết sinh vật sống? Viễn cảnh Trái Đất có thể cạn kiệt oxy và thời điểm điều đó xảy đến đã được các nhà khoa học tìm ra sau khi chạy mô phỏng tới gần nửa triệu lần (mỗi lần chạy mô phỏng với một bộ điều kiện đầu vào khác nhau như nhiệt độ, mức CO₂, hoạt động sinh học...).

Nghiên cứu chỉ ra rằng khoảng 1 tỷ năm nữa, oxy sẽ bắt đầu cạn kiệt một cách nhanh chóng, không còn đủ để duy trì sự sống như hiện tại. Khi đó, bầu khí quyển Trái Đất sẽ giống như thời kỳ nguyên thủy – nhiều metan, ít oxy, không tầng ozone – và chỉ có thể duy trì sự sống của vi sinh vật kỵ khí (loại không cần oxy để sống).

Oxy trên Trái Đất hình thành như thế nào?

Khoảng 2,5 tỷ năm trước, Trái Đất đã trải qua một sự kiện có tên là Sự kiện Oxy hóa Lớn (Great Oxidation Event). Đây là thời điểm lượng oxy trong khí quyển và đại dương gia tăng đáng kể, chủ yếu nhờ vào hoạt động quang hợp của các sinh vật đơn bào cổ đại. Nhờ sự kiện này, Trái Đất dần trở thành một hành tinh có thể duy trì sự sống phức tạp, bao gồm thực vật, động vật và con người ngày nay.

Tuy nhiên, giới khoa học cho rằng bầu khí quyển giàu oxy của Trái Đất không phải là vĩnh cửu. Trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Geoscience, hai nhà khoa học Kazumi Ozaki (Đại học Toho, Nhật Bản) và Christopher Reinhard (Viện Công nghệ Georgia, Hoa Kỳ) đã sử dụng các mô hình máy tính tiên tiến để dự đoán tương lai của khí quyển Trái Đất.

Kết quả cho thấy: khí quyển giàu oxy sẽ chỉ tồn tại thêm khoảng 1 tỷ năm nữa. Sau thời điểm này, Trái Đất sẽ trải qua một giai đoạn được gọi là khử oxy nhanh (rapid deoxygenation), đưa hành tinh trở về trạng thái tương tự như thời kỳ tiền oxy hóa – giàu khí metan, ít carbon dioxide, và không có tầng ozone bảo vệ.

Suy giảm oxy: Cánh cửa này đóng lại, cánh cửa khác mở ra

Theo các nhà khoa học, nguyên nhân chủ yếu đến từ sự thay đổi dần dần của chính Mặt Trời – khi nó sáng dần lên theo thời gian. Quá trình này ảnh hưởng đến chu trình địa hóa carbonat–silicat toàn cầu, làm giảm lượng CO₂ trong khí quyển – một yếu tố cần thiết cho quá trình quang hợp tạo oxy. Khi lượng CO₂ không đủ, cây xanh và sinh vật quang hợp không thể tồn tại, kéo theo việc sản sinh oxy cũng chấm dứt.

Ngoài ra, Trái Đất cũng sẽ dần nóng lên đến mức không thể duy trì sự sống đa dạng như hiện tại. Sự sống lúc đó – nếu còn tồn tại – có thể sẽ thuộc về những vi sinh vật kỵ khí, không cần oxy để sinh tồn.

Báo cáo được đưa ra sau khi các nhà khoa học đã chạy mô hình mô phỏng tới 400.000 lần, thay đổi các điều kiện như ánh sáng Mặt Trời, mức CO₂, các phản ứng sinh học và địa chất... Nhờ vậy, các nhà nghiên cứu có thể đưa ra một khoảng thời gian ước lượng với độ chính xác cao hơn về sự suy giảm oxy trong tương lai xa.

Nghiên cứu này không chỉ cho thấy giới hạn của sự sống trên Trái Đất, mà còn tác động đến cách chúng ta tìm kiếm sự sống ngoài vũ trụ. Trong thiên văn học, oxy là một trong những dấu hiệu sinh học quan trọng nhất để nhận biết sự sống trên các hành tinh xa xôi (còn gọi là ngoại hành tinh).

Tuy nhiên, nếu bầu khí quyển giàu oxy chỉ xuất hiện trong một khoảng thời gian giới hạn – như trên Trái Đất – thì khả năng chúng ta bắt gặp một hành tinh tại đúng “giai đoạn vàng” đó sẽ rất thấp. Điều này đồng nghĩa với việc: việc không phát hiện ra oxy trên một hành tinh không có nghĩa là nơi đó không có sự sống.

Trái Đất vẫn sẽ là mái nhà của sự sống trong ít nhất 1 tỷ năm nữa, trước khi trải qua những thay đổi sâu rộng về khí hậu và thành phần khí quyển. Nhưng ngay cả sự sống trên hành tinh xanh này cũng có ngày tàn. Điều quan trọng là, hiểu được giới hạn của oxy không chỉ giúp chúng ta hình dung về tương lai của Trái Đất, mà còn mở rộng cách tiếp cận khi tìm kiếm sự sống trong vũ trụ.

Hồng Duy (Tham khảo: BBC)