Thoại Viết Hoàng
Writer
Nhìn lên mặt trăng trên bầu trời đêm, bạn sẽ không bao giờ tưởng tượng rằng nó đang từ từ di chuyển ra xa Trái đất. Nhưng chúng ta biết điều ngược lại. Vào năm 1969, các sứ mệnh Apollo của NASA đã lắp đặt các tấm phản quang trên mặt trăng. Những tấm này đã chỉ ra rằng mặt trăng hiện đang di chuyển ra xa Trái đất 3,8 cm mỗi năm.
Nếu chúng ta lấy tốc độ suy thoái hiện tại của Mặt Trăng và chiếu ngược lại thời gian, chúng ta sẽ thấy một vụ va chạm giữa Trái Đất và Mặt Trăng cách đây khoảng 1,5 tỷ năm . Tuy nhiên, Mặt Trăng được hình thành cách đây khoảng 4,5 tỷ năm , nghĩa là tốc độ suy thoái hiện tại không phải là chỉ dẫn tốt cho quá khứ.
Cùng với các nhà nghiên cứu đồng nghiệp từ Đại học Utrecht và Đại học Geneva , chúng tôi đã sử dụng kết hợp nhiều kỹ thuật để cố gắng thu thập thông tin về quá khứ xa xôi của hệ mặt trời.
Gần đây chúng tôi đã khám phá ra địa điểm hoàn hảo để khám phá lịch sử lâu dài của mặt trăng đang lùi xa của chúng ta. Và không phải từ việc nghiên cứu bản thân mặt trăng, mà từ việc đọc các tín hiệu trong các lớp đá cổ xưa trên Trái đất .
Đọc giữa các lớp
Trong Công viên quốc gia Karijini xinh đẹp ở phía tây Úc, một số hẻm núi cắt qua các trầm tích có tuổi đời 2,5 tỷ năm, được xếp lớp theo nhịp điệu. Các trầm tích này là các khối sắt dạng dải, bao gồm các lớp khoáng chất giàu sắt và silica đặc biệt từng lắng đọng rộng rãi trên đáy đại dương và hiện được tìm thấy ở những phần lâu đời nhất của lớp vỏ Trái đất.
Vách đá lộ ra ở Thác Joffre cho thấy các lớp sắt màu nâu đỏ dày chưa đến một mét được xen kẽ, theo các khoảng cách đều nhau, bởi các lớp tối hơn và mỏng hơn.
Các khoảng tối hơn được tạo thành từ một loại đá mềm hơn, dễ bị xói mòn hơn. Khi nhìn kỹ hơn vào các mỏm đá, ta thấy sự hiện diện của một biến thể nhỏ hơn, đều đặn hơn. Các bề mặt đá, được đánh bóng bởi nước sông theo mùa chảy qua hẻm núi, để lộ ra một mô hình các lớp xen kẽ màu trắng, đỏ và xám xanh.
Năm 1972, nhà địa chất người Úc AF Trendall đã nêu câu hỏi về nguồn gốc của các quy mô khác nhau của các mô hình tuần hoàn, tái diễn có thể nhìn thấy trong các lớp đá cổ đại này . Ông cho rằng các mô hình này có thể liên quan đến các biến đổi khí hậu trong quá khứ do cái gọi là "chu kỳ Milankovitch" gây ra.
Biến đổi khí hậu theo chu kỳ
Chu kỳ Milankovitch mô tả cách những thay đổi nhỏ, định kỳ về hình dạng quỹ đạo Trái Đất và hướng trục của nó ảnh hưởng đến sự phân bố ánh sáng mặt trời mà Trái Đất nhận được trong nhiều năm.
Hiện tại, chu kỳ Milankovitch chiếm ưu thế thay đổi sau mỗi 400.000 năm, 100.000 năm, 41.000 năm và 21.000 năm. Những biến đổi này có tác động mạnh mẽ đến khí hậu của chúng ta trong thời gian dài.
Những ví dụ chính về ảnh hưởng của lực khí hậu Milankovitch trong quá khứ là sự xuất hiện của các thời kỳ cực kỳ lạnh hoặc ấm , cũng như điều kiện khí hậu khu vực ẩm ướt hoặc khô hơn.
Những thay đổi khí hậu này đã làm thay đổi đáng kể các điều kiện trên bề mặt Trái đất, chẳng hạn như kích thước của các hồ . Chúng là lời giải thích cho sự xanh hóa định kỳ của sa mạc Sahara và mức oxy thấp trong đại dương sâu . Chu kỳ Milankovitch cũng ảnh hưởng đến sự di cư và tiến hóa của hệ thực vật và động vật bao gồm cả loài của chúng ta .
Và dấu hiệu của những thay đổi này có thể được nhận biết thông qua những thay đổi theo chu kỳ trong đá trầm tích .
Ghi lại sự rung lắc
Khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng có liên quan trực tiếp đến tần suất của một trong các chu kỳ Milankovitch — chu kỳ tiến động khí hậu . Chu kỳ này phát sinh từ chuyển động tiến động (lắc lư) hoặc thay đổi hướng của trục quay Trái Đất theo thời gian. Chu kỳ này hiện có thời gian kéo dài khoảng 21.000 năm, nhưng giai đoạn này sẽ ngắn hơn trong quá khứ khi Mặt Trăng ở gần Trái Đất hơn.
Điều này có nghĩa là nếu đầu tiên chúng ta có thể tìm thấy chu kỳ Milankovitch trong các trầm tích cổ và sau đó tìm ra tín hiệu về sự dao động của Trái Đất và xác định chu kỳ của nó, chúng ta có thể ước tính khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng tại thời điểm các trầm tích được lắng đọng.
Nghiên cứu trước đây của chúng tôi cho thấy chu kỳ Milankovitch có thể được bảo tồn trong một khối sắt dạng dải cổ đại ở Nam Phi , do đó ủng hộ lý thuyết của Trendall.
Các thành tạo sắt dạng dải ở Úc có thể được lắng đọng trong cùng một đại dương với các loại đá Nam Phi, khoảng 2,5 tỷ năm trước. Tuy nhiên, các biến thể tuần hoàn trong các loại đá Úc được phơi bày tốt hơn, cho phép chúng ta nghiên cứu các biến thể ở độ phân giải cao hơn nhiều.
Phân tích của chúng tôi về thành tạo sắt dải Úc cho thấy rằng các loại đá chứa nhiều thang độ biến thiên theo chu kỳ lặp lại xấp xỉ ở khoảng cách 10 và 85 cm. Khi kết hợp các độ dày này với tốc độ lắng đọng trầm tích, chúng tôi thấy rằng các biến thiên theo chu kỳ này xảy ra xấp xỉ sau mỗi 11.000 năm và 100.000 năm.
Do đó, phân tích của chúng tôi cho thấy chu kỳ 11.000 được quan sát thấy trong đá có thể liên quan đến chu kỳ tiến động khí hậu, có chu kỳ ngắn hơn nhiều so với chu kỳ hiện tại ~21.000 năm. Sau đó, chúng tôi sử dụng tín hiệu tiến động này để tính khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng cách đây 2,46 tỷ năm .
Chúng tôi phát hiện ra rằng Mặt Trăng gần Trái Đất hơn khoảng 60.000 km vào thời điểm đó (khoảng cách đó bằng khoảng 1,5 lần chu vi Trái Đất). Điều này sẽ khiến độ dài của một ngày ngắn hơn nhiều so với hiện tại, vào khoảng 17 giờ thay vì 24 giờ như hiện tại.
Hiểu về động lực học của hệ mặt trời
Nghiên cứu thiên văn học đã cung cấp các mô hình về sự hình thành hệ mặt trời của chúng ta và các quan sát về điều kiện hiện tại .
Nghiên cứu của chúng tôi và một số nghiên cứu khác là một trong số ít phương pháp thu thập dữ liệu thực về quá trình tiến hóa của hệ mặt trời và sẽ rất quan trọng đối với các mô hình hệ Trái đất-Mặt trăng trong tương lai .
Thật đáng kinh ngạc khi động lực của hệ mặt trời trong quá khứ có thể được xác định từ những biến thể nhỏ trong đá trầm tích cổ đại. Tuy nhiên, một điểm dữ liệu quan trọng không cung cấp cho chúng ta hiểu biết đầy đủ về sự tiến hóa của hệ thống Trái đất-Mặt trăng.
Bây giờ chúng ta cần dữ liệu đáng tin cậy khác và các phương pháp mô hình hóa mới để theo dõi sự tiến hóa của mặt trăng theo thời gian. Và nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã bắt đầu săn lùng bộ đá tiếp theo có thể giúp chúng tôi khám phá thêm nhiều manh mối về lịch sử của hệ mặt trời. ( The Conversation)
Nếu chúng ta lấy tốc độ suy thoái hiện tại của Mặt Trăng và chiếu ngược lại thời gian, chúng ta sẽ thấy một vụ va chạm giữa Trái Đất và Mặt Trăng cách đây khoảng 1,5 tỷ năm . Tuy nhiên, Mặt Trăng được hình thành cách đây khoảng 4,5 tỷ năm , nghĩa là tốc độ suy thoái hiện tại không phải là chỉ dẫn tốt cho quá khứ.
Cùng với các nhà nghiên cứu đồng nghiệp từ Đại học Utrecht và Đại học Geneva , chúng tôi đã sử dụng kết hợp nhiều kỹ thuật để cố gắng thu thập thông tin về quá khứ xa xôi của hệ mặt trời.
Gần đây chúng tôi đã khám phá ra địa điểm hoàn hảo để khám phá lịch sử lâu dài của mặt trăng đang lùi xa của chúng ta. Và không phải từ việc nghiên cứu bản thân mặt trăng, mà từ việc đọc các tín hiệu trong các lớp đá cổ xưa trên Trái đất .
Đọc giữa các lớp
Trong Công viên quốc gia Karijini xinh đẹp ở phía tây Úc, một số hẻm núi cắt qua các trầm tích có tuổi đời 2,5 tỷ năm, được xếp lớp theo nhịp điệu. Các trầm tích này là các khối sắt dạng dải, bao gồm các lớp khoáng chất giàu sắt và silica đặc biệt từng lắng đọng rộng rãi trên đáy đại dương và hiện được tìm thấy ở những phần lâu đời nhất của lớp vỏ Trái đất.
Vách đá lộ ra ở Thác Joffre cho thấy các lớp sắt màu nâu đỏ dày chưa đến một mét được xen kẽ, theo các khoảng cách đều nhau, bởi các lớp tối hơn và mỏng hơn.
Các khoảng tối hơn được tạo thành từ một loại đá mềm hơn, dễ bị xói mòn hơn. Khi nhìn kỹ hơn vào các mỏm đá, ta thấy sự hiện diện của một biến thể nhỏ hơn, đều đặn hơn. Các bề mặt đá, được đánh bóng bởi nước sông theo mùa chảy qua hẻm núi, để lộ ra một mô hình các lớp xen kẽ màu trắng, đỏ và xám xanh.
Năm 1972, nhà địa chất người Úc AF Trendall đã nêu câu hỏi về nguồn gốc của các quy mô khác nhau của các mô hình tuần hoàn, tái diễn có thể nhìn thấy trong các lớp đá cổ đại này . Ông cho rằng các mô hình này có thể liên quan đến các biến đổi khí hậu trong quá khứ do cái gọi là "chu kỳ Milankovitch" gây ra.
Biến đổi khí hậu theo chu kỳ
Chu kỳ Milankovitch mô tả cách những thay đổi nhỏ, định kỳ về hình dạng quỹ đạo Trái Đất và hướng trục của nó ảnh hưởng đến sự phân bố ánh sáng mặt trời mà Trái Đất nhận được trong nhiều năm.
Hiện tại, chu kỳ Milankovitch chiếm ưu thế thay đổi sau mỗi 400.000 năm, 100.000 năm, 41.000 năm và 21.000 năm. Những biến đổi này có tác động mạnh mẽ đến khí hậu của chúng ta trong thời gian dài.
Những ví dụ chính về ảnh hưởng của lực khí hậu Milankovitch trong quá khứ là sự xuất hiện của các thời kỳ cực kỳ lạnh hoặc ấm , cũng như điều kiện khí hậu khu vực ẩm ướt hoặc khô hơn.
Những thay đổi khí hậu này đã làm thay đổi đáng kể các điều kiện trên bề mặt Trái đất, chẳng hạn như kích thước của các hồ . Chúng là lời giải thích cho sự xanh hóa định kỳ của sa mạc Sahara và mức oxy thấp trong đại dương sâu . Chu kỳ Milankovitch cũng ảnh hưởng đến sự di cư và tiến hóa của hệ thực vật và động vật bao gồm cả loài của chúng ta .
Và dấu hiệu của những thay đổi này có thể được nhận biết thông qua những thay đổi theo chu kỳ trong đá trầm tích .
Ghi lại sự rung lắc
Khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng có liên quan trực tiếp đến tần suất của một trong các chu kỳ Milankovitch — chu kỳ tiến động khí hậu . Chu kỳ này phát sinh từ chuyển động tiến động (lắc lư) hoặc thay đổi hướng của trục quay Trái Đất theo thời gian. Chu kỳ này hiện có thời gian kéo dài khoảng 21.000 năm, nhưng giai đoạn này sẽ ngắn hơn trong quá khứ khi Mặt Trăng ở gần Trái Đất hơn.
Điều này có nghĩa là nếu đầu tiên chúng ta có thể tìm thấy chu kỳ Milankovitch trong các trầm tích cổ và sau đó tìm ra tín hiệu về sự dao động của Trái Đất và xác định chu kỳ của nó, chúng ta có thể ước tính khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng tại thời điểm các trầm tích được lắng đọng.
Nghiên cứu trước đây của chúng tôi cho thấy chu kỳ Milankovitch có thể được bảo tồn trong một khối sắt dạng dải cổ đại ở Nam Phi , do đó ủng hộ lý thuyết của Trendall.
Các thành tạo sắt dạng dải ở Úc có thể được lắng đọng trong cùng một đại dương với các loại đá Nam Phi, khoảng 2,5 tỷ năm trước. Tuy nhiên, các biến thể tuần hoàn trong các loại đá Úc được phơi bày tốt hơn, cho phép chúng ta nghiên cứu các biến thể ở độ phân giải cao hơn nhiều.
Phân tích của chúng tôi về thành tạo sắt dải Úc cho thấy rằng các loại đá chứa nhiều thang độ biến thiên theo chu kỳ lặp lại xấp xỉ ở khoảng cách 10 và 85 cm. Khi kết hợp các độ dày này với tốc độ lắng đọng trầm tích, chúng tôi thấy rằng các biến thiên theo chu kỳ này xảy ra xấp xỉ sau mỗi 11.000 năm và 100.000 năm.
Do đó, phân tích của chúng tôi cho thấy chu kỳ 11.000 được quan sát thấy trong đá có thể liên quan đến chu kỳ tiến động khí hậu, có chu kỳ ngắn hơn nhiều so với chu kỳ hiện tại ~21.000 năm. Sau đó, chúng tôi sử dụng tín hiệu tiến động này để tính khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng cách đây 2,46 tỷ năm .
Chúng tôi phát hiện ra rằng Mặt Trăng gần Trái Đất hơn khoảng 60.000 km vào thời điểm đó (khoảng cách đó bằng khoảng 1,5 lần chu vi Trái Đất). Điều này sẽ khiến độ dài của một ngày ngắn hơn nhiều so với hiện tại, vào khoảng 17 giờ thay vì 24 giờ như hiện tại.
Hiểu về động lực học của hệ mặt trời
Nghiên cứu thiên văn học đã cung cấp các mô hình về sự hình thành hệ mặt trời của chúng ta và các quan sát về điều kiện hiện tại .
Nghiên cứu của chúng tôi và một số nghiên cứu khác là một trong số ít phương pháp thu thập dữ liệu thực về quá trình tiến hóa của hệ mặt trời và sẽ rất quan trọng đối với các mô hình hệ Trái đất-Mặt trăng trong tương lai .
Thật đáng kinh ngạc khi động lực của hệ mặt trời trong quá khứ có thể được xác định từ những biến thể nhỏ trong đá trầm tích cổ đại. Tuy nhiên, một điểm dữ liệu quan trọng không cung cấp cho chúng ta hiểu biết đầy đủ về sự tiến hóa của hệ thống Trái đất-Mặt trăng.
Bây giờ chúng ta cần dữ liệu đáng tin cậy khác và các phương pháp mô hình hóa mới để theo dõi sự tiến hóa của mặt trăng theo thời gian. Và nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã bắt đầu săn lùng bộ đá tiếp theo có thể giúp chúng tôi khám phá thêm nhiều manh mối về lịch sử của hệ mặt trời. ( The Conversation)
