Đá trầm tích và nham thạch cổ cho thấy nước đã tồn tại ở bề mặt Trái đất từ rất lâu. Nhưng những tảng đá khô khốc trong thiên hà cộng với sự phát triển của những đại dương trên Trái đất, đặt ra câu hỏi: Thật sự nước từ đâu đến? Các nhà địa chất cho rằng, các tiểu hành tinh và sao chổi khi va chạm với Trái đất đã để lại nước ở đây.
Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây đã đưa ra một giả thuyết khác. Theo đó, ngay từ đầu nước đã hiện diện trong các lớp đá của vỏ Trái đất và qua các núi lửa nó dần lộ ra bề mặt.
Tìm hiểu về độ chính xác của hai giả thuyết này rất quan trọng. Vì nó giúp ta hiểu rõ về lịch sử của Trái đất và còn giúp ích trong việc tìm kiếm những hành tinh có sự sống khác.
Năm 1974, các nhà khoa học phát hiện ra lớp vỏ Trái đất chứa nhiều kim loại quý như bạch kim. Những kim loại này được sắt thu hút một cách tự nhiên, do đó vào thời kì đầu trong lịch sử, phần lớn chúng bị hút vào trong lớp lõi sắt của hành tinh.
Điều này đã dẫn đến ý tưởng rằng các tiểu hành tinh va vào Trái đất ngay sau khi được hình thành và cung cấp thêm các lớp vật liệu. Lớp vật liệu không chỉ bao gồm các kim loại quý mà còn có các chất dễ bay hơi như carbon và nước. Những chất này được cho là tồn tại trên một tiểu hành tinh gọi là carbonate chondrite.
Nước thật sự có nguồn gốc từ các tiểu hành tinh? (Ảnh: NASA).
Tuy nhiên các nhà khoa học nhận định rằng giả thuyết này ít có khả năng xảy ra. Vào tháng 1 năm 2017, các nhà khoa học thấy ruteni trong lớp vỏ của Trái đất (một trong những kim loại bị hút bởi sắt) có kí hiệu nguyên tử khác với các tiểu hành tinh phổ biến trong hệ Mặt trời.
Như vậy, các vật liệu được cho là đến từ bên trong hệ Mặt trời – nơi hiếm các chất dễ bay hơi. Và các tiểu hành tinh không phải là nguồn gốc chính sinh ra nước trên Trái đất. Điều này củng cố thêm giả thuyết, nước đã tồn tại trên Trái đất trước khi các tiểu hành tinh va vào.
Ví dụ, có nhiều bằng chứng cho thấy các khoáng vật lâu đời nhất trên mặt đất (zircon) kết tinh từ nguồn đá macma, có xảy ra phản ứng với nước. Những khoáng chất này có tuổi từ 4.1 đến 4.3 tỉ năm, nhưng những vật liệu được cho là từ các tiểu hành tinh chỉ có tuổi đời khoảng 3.9 tỉ năm.
Hơn nữa, tìm thấy nước trong các tiểu hành tinh không có nghĩa là chúng có thể "vận chuyển" nước thành công đến Trái đất. Sự thật dưới những tác động của các tiểu hành tinh, khối lượng của Trái đất đã bị giảm đi chứ không phải tăng lên. Một trong những quá trình đó được gọi là sự va chạm hay tác động xói mòn.
Một nghiên cứu gần đây về những ảnh hưởng của miệng núi lửa Sudbury ở Canada cho biết, vụ va chạm trên đã làm bay hơi hầu hết những kim loại dễ bay hơi. Như thế, các chất dễ bay hơi như nước – dưới sự tác động cũng sẽ bị tiêu biến đi trong không gian.
Một bằng chứng nữa chứng tỏ các đại dương được hình thành từ rất sớm là có rất nhiều khí clo trên Trái đất. Sự có mặt của nước trên hành tinh vào thời kì đầu sẽ hòa tan clo và ngăn chúng biến mất. Không giống như các nhà khoa học hành tinh, các nhà địa hóa học từ lâu đã lập luận rằng: đại dương trên Trái đất không phải được tạo ra từ các sao chổi đóng băng, bởi vì chúng chứa nhiều loại hydrogen "nặng".
Từ các kết luận trên cho thấy, nước trên bề mặt của Trái đất thật sự được tích lũy bằng cách khử khí từ bên trong hành tinh. Nước được giữ trong lớp vỏ Trái đất dưới dạng các nhóm hydroxyl (một hydro và một nguyên tử oxy) và bị mắc lại trong các khoáng chất.
Nước trên bề mặt của Trái đất thật sự được tích lũy bằng cách khử khí từ bên trong hành tinh.
Khi lớp vỏ đá tan, nước hòa tan vào trong đá magcma. Khi magma trồi lên trên bề mặt và nguội đi, áp suất giảm xuống, các dạng tinh thể và nước được giải phóng qua các núi lửa. Với cơ chế này, nước từ các tầng sâu có thể được khử khí khi lên trên bề mặt.
Những thực nghiệm đầu tiên cho biết, khoáng chất ở độ sâu từ 150 đến 200km có thể chứa nước. Nhưng qua việc mô hình hóa và dữ liệu địa chấn, các nhà khoa học nói rằng, nước cũng có thể tìm thấy ở độ sâu từ 400 đến 660km dưới bề mặt.
Các dữ liệu về việc nghiên cứu các tinh thể kim cương hình thành dưới lòng đất cũng cho thấy, nước thậm chí có thể được lưu trữ sâu hơn. Nhưng nước cũng có thể được "tái chế" lại trong lớp vỏ. Điều này có nghĩa là có sự cân bằng giữa nước trong đại dương và nước được lưu giữ trong lớp vỏ. Chúng ta chỉ có thể suy đoán liệu còn bao nhiêu nước còn bị giữ lại ở những tầng sâu trong Trái đất mà thôi.
Mức trung bình của bề mặt biển so với đất liền vẫn không đổi trong gần bốn tỷ năm. Điều này chứng tỏ chu kỳ nước xuất hiện và được hấp thụ trở lại trong lớp vỏ đã giúp cuộc sống tiếp tục sinh sôi nảy nở trên hành tinh này.