Giải thích sự tuyệt chủng hàng loạt trên Trái đất cách đây 250 triệu năm

Một công trình nghiên cứu mới cho rằng các loại khí độc phá hủy tầng ozone thoát ra từ các đại dương có thể không phải là nguyên nhân của sự tuyệt chủng hàng loạt lớn nhất thế giới cho đến nay.

“Cái chết khủng khiếp” xảy ra cách đây 251 triệu năm, vào cuối giai đoạn Permian khiến Trái đất mất đi khoảng 90% các loài sống ở đại dương và khoảng 70% các loài trên cạn. Các nhà khoa học nghi ngờ nguyên nhân chính là nồng độ cao các chất hi-đrô sun-fua và mê-tan trong bầu khí quyển đầu độc các sinh vật và phá hủy tầng ozone bảo vệ.

Theo David Beerling, đồng tác giả của công trình trên, một nhà địa sinh học tại Đại học Sheffield, Anh, thì “Càng về cuối giai đoạn Permian, khí hậu ấm hơn, CO2 trong không khí còn cao hơn thời điểm hiện nay. Tuần hoàn đại dương trở nên cực kỳ trì trệ và đại dương trở nên thiếu oxy.” Dưới những điều kiện này, các vi khuẩn trong đại dương chuyển hóa lưu huỳnh để sinh ra hi-đrô sun-fua, hợp chất tích tụ trong đại dương và sau đó tấn công vào bầu khí quyển.

“Có bằng chứng cho thấy khí mê-tan bị thải ra với khối lượng lớn vào cuối giai đoạn Permian, hoặc từ những đại dương ấm dần hoặc từ các mỏ than đá bị các hoạt động núi lửa đun nóng vào thời gian này.” Nhưng việc phát hiện ra các hóa chất trên chưa thể đủ để phá hỏng tầng ozone khiến các nhà khoa học săn tìm một lời giải đáp khác cho nguyên nhân bí ẩn của thảm họa sinh học này.

Hệ thống tự tẩy

Beerling và cộng sự đã xây dựng nên những mô phỏng bằng máy tính các đại dương và bầu khí quyển thời Permian để dự đoán điều gì có thể xảy đến khi lượng hi-đrô sun-fua và mê-tan tăng cao. “Chúng tôi phát hiện những điều thú vị diễn ra với các chất trong tầng ozone, nhưng không thể tìm thấy bất cứ chứng cứ nào là hi-đrô sun-fua và mê-tan làm tầng ozone sụp đổ.”

Các phép tính trước cũng sử dụng những số liệu theo chuẩn mực toàn cầu – chỉ khảo sát cao độ chứ không bao gồm vĩ độ - vì vậy bỏ qua ảnh hưởng của các gốc hydroxyl. “Những hóa chất này sinh ra chủ yếu ở các vùng nhiệt đới và o-xy hóa (vì vậy trung hòa) các chất thải phá hủy tầng ozone.” Thậm chí khi lượng hi-đrô sun-fua được tăng lên ở mức rất cao trong mẫu hai chiều, các gốc hydroxyl trung hòa chúng và ngăn cản sự sụp đổ của tầng ozone.

Công trình này đăng trên tờ Nature Geoscience.

Không quá tàn khốc

Lee Kump, nhà địa hóa học tại Đại học bang Pennsylvania trong University Park, đã tham gia vào những công trình nghiên cứu trước đó dự đoán hàm lượng hi-đrô sun-fua cao đến mức nguy hiểm vào cuối giai đoạn Permian.
Những điều kiện do các phép tính trước đó tạo ra “rất có thể đã quét sạch sự sống trên Trái đất và không cho phép bất cứ thứ gì sống sót. Không có sinh vật nào trốn tránh được nó cả.”

Kump cho biết ông rất quan tâm đến công trình mới vì nó giảm nhẹ những hậu quả tàn khốc của đại dương thiếu oxy và giúp giải thích làm thế nào một số sinh vật vẫn cố gắng bám trụ. Nhưng ông cũng cảnh báo rằng các hóa chất này có thể vẫn có vai trò căn bản trong lần tuyệt chủng hàng loạt này. Kump nói “Hàm lượng hi-đrô sun-fua có thể chưa đủ để phá hủy tầng ozone. Tuy nhiên, các tính toán mới vẫn cho thấy sự gia tăng đáng kể. Chúng ta không biết hậu quả của điều đó đối với đời sống sinh vật trên cạn là gì.” Beerling cho biết “Nhiễm độc hi-đrô sun-fua trong đại dương vẫn là một khả năng. Tính toán của chúng tôi không loại trừ điều đó.”

Bản đồ của Trái đất cách đây khoảng 250 triệu năm, vào thời điểm sự tuyệt chủng hàng loạt đã quét sạch phần lớn sự sống trên Trái đất. Các nhà khoa học đã quy trách nhiệm cho hợp chất hi-đrô sun-fua thoát ra từ các đại dương có hàm lượng oxy thấp. Nhưng một công trình mới phát hiện hàm lượng chất hi-đrô sun-fua có thể chưa đủ để phá hủy tầng ozone, khiến các nhà khoa học phải nghiên cứu những lời giải thích khác cho thảm họa sinh học này. (Ảnh: Nicolle Rager)

Các nhà khoa học vẫn tin rằng tầng ozone vẫn phải chịu một dạng tàn phá trong thời Permian nhưng do một nhóm hóa chất khác gây ra. Ví dụ, các nhà khoa học đã phát hiện ra phấn hoa thực vật bị biến đổi. Điều này minh chứng cho thuyết tầng ozone bị tổn hại khiến cho tia cực tím tàn phá bề mặt Trái đất.

Theo Beerling “Chúng tôi ghi nhận gia tăng mạnh các nguyên tố hóa trị bốn – những bào tử biến dị lạ lùng – trong đá cuối thời Permian trên khắp thế giới.” Kump cho biết thêm “Công trình mới này chứng minh khá rõ ràng rằng sự sụp đổ của tầng ozone có thể cần nhiều yếu tố hơn là chỉ đơn thuần là sự gia tăng hi-đrô sun-fua trong bầu khí quyển.” Một giả thiết khác là về các hoạt động núi lửa quy mô lớn có tên Khối đá Siberia, giải thoát a-xít clo-hi-đric và các halogen hữu cơ vào khí quyển. Beerling cho rằng “Hoạt động núi lửa thậm chí là lời giải thích khả dĩ nhất cho sự tuyệt chủng vì chúng ta đã loại trừ những nguyên nhân khác.”

Paul Wignall, nhà cổ sinh vật học tại Đại học Leeds, Anh cho rằng “Bây giờ công trình này đã chứng tỏ giả thiết hi-đrô sun-fua và mê-tan không phù hợp, chúng ta lại quay lại điểm khởi đầu và tìm kiếm những cơ chế khác.” Tuy nhiên, ông cũng cho rằng giả thiết về núi lửa cũng chỉ mới là phỏng đoán. “Thuyết về chất ô nhiễm halogen hữu cơ có thể đúng, nhưng chưa có chứng cứ chứng minh cho điều đó.”

Bản đồ của Trái đất cách đây khoảng 250 triệu năm, vào thời điểm sự tuyệt chủng hàng loạt đã quét sạch phần lớn sự sống trên Trái đất. Các nhà khoa học đã quy trách nhiệm cho hợp chất hi-đrô sun-fua thoát ra từ các đại dương có hàm lượng oxy thấp. Nhưng một công trình mới phát hiện hàm lượng chất hi-đrô sun-fua có thể chưa đủ để phá hủy tầng ozone, khiến các nhà khoa học phải nghiên cứu những lời giải thích khác cho thảm họa sinh học này.