Trong quá khứ, Trái đất cũng có vành đai giống sao Thổ

Sự kiện này trùng với nhiều vụ va chạm thiên thạch chủ yếu quanh đường xích đạo và giai đoạn Trái đất nguội đi đáng kể sau đó. Các bất thường về địa chất và khí hậu trong giai đoạn này, đặc biệt là sự khởi đầu của Kỷ băng hà Hirnantian, có thể là một manh mối. Chính số lượng các mảnh vỡ thiên thạch tăng cao đã tạo ra vành đai gây hiệu ứng che bóng lên Trái đất.

Vành đai giống sao Thổ từng bao quanh Trái đất?

Các vành đai của sao Thổ là một số vật thể nổi tiếng và ngoạn mục nhất trong Hệ Mặt trời. Trái đất có thể từng có thứ gì đó tương tự.

Trong một bài báo được công bố vào tuần trước trên Earth & Planetary Science Letters, nhà địa chất Andrew Tomkins từ Đại học Monash và các đồng nghiệp đã đưa ra bằng chứng cho thấy Trái đất có thể từng sở hữu vành đai.

Theo giả thuyết của các nhà khoa học, vành đai đó được hình thành khoảng 466 triệu năm trước và tồn tại trong vài chục triệu năm. Sự tồn tại của một vành đai như vậy có thể giải thích một số thắc mắc trong quá khứ của hành tinh chúng ta.

Khoảng 466 triệu năm trước, rất nhiều thiên thạch bắt đầu va vào Trái đất. Chúng ta biết điều này vì nhiều hố va chạm hình thành trong một thời kỳ địa chất ngắn ngủi.

Trong cùng thời kỳ, chúng ta cũng tìm thấy các trầm tích đá vôi trên khắp châu Âu, Nga và Trung Quốc chứa hàm lượng mảnh vỡ rất cao từ một loại thiên thạch nhất định. Các mảnh vỡ thiên thạch trong các loại đá trầm tích này cho thấy dấu hiệu chúng tiếp xúc với bức xạ không gian trong thời gian ngắn hơn nhiều so với thời gian chúng ta thấy trong các thiên thạch rơi xuống ngày nay.

Nhiều trận sóng thần cũng xảy ra vào thời điểm này. Ta có thể biết điều này từ các loại đá trầm tích hỗn độn khác thường khác.

Nhóm của nhà địa chất Andrew Tomkins nghĩ rằng tất cả các đặc điểm vừa nêu có thể liên quan đến nhau. Nhưng điều gì liên kết chúng lại với nhau?

Bằng chứng từ những hố va chạm

Bắt đầu từ việc có 21 hố va chạm thiên thạch hình thành trong thời kỳ va chạm mạnh này. Nhóm của Andrew Tomkins muốn xem liệu vị trí của chúng có điều gì cần xem xét không.

Sử dụng các phần mềm về cách các mảng kiến ​​tạo của Trái đất di chuyển trong quá khứ, Andrew Tomkins và các đồng nghiệp đã lập bản đồ vị trí của tất cả các hố va chạm này khi chúng mới hình thành. Họ thấy rằng tất cả các hố va chạm đều nằm trên các lục địa gần đường xích đạo trong giai đoạn này và không có hố nào nằm ở những nơi gần các cực hơn.

Trong những trường hợp bình thường, các tiểu hành tinh va vào Trái đất có thể va chạm ở bất kỳ vĩ độ nào, ngẫu nhiên, như chúng ta thấy ở các hố va chạm trên Mặt trăng, sao Hỏa và sao Thủy.

Vì vậy, rất khó có khả năng cả 21 hố va chạm trong giai đoạn này đều hình thành gần đường xích đạo nếu chúng không liên quan đến nhau. Từ đó, nhóm của Andrew Tomkins cho rằng lời giải thích hợp lý nhất cho tất cả các bằng chứng này là một tiểu hành tinh lớn đã vỡ ra trong một lần va chạm gần với Trái đất. Trong quá trình kéo dài hàng chục triệu năm, các mảnh vỡ của tiểu hành tinh đã rơi xuống Trái đất, tạo ra mô hình hố va chạm, trầm tích và sóng thần như mô tả ở trên.

Hiểu về sự hình thành vành đai hành tinh

Sao Thổ không phải là hành tinh duy nhất có vành đai. Sao Mộc, sao Hải Vương và sao Thiên Vương cũng có vành đai dù mờ hơn. Một số nhà khoa học thậm chí còn cho rằng Phobos và Deimos, các vệ tinh nhỏ của sao Hỏa, có thể là tàn tích của một vành đai cổ đại.

Vì vậy, cách vành đai hình thành quanh một hành tinh không phải là điều gì bí ấn. Quá trình hình thành vành đai thường qua các bước:

Khi một vật thể nhỏ (như tiểu hành tinh) đi qua gần một vật thể lớn (như hành tinh), nó sẽ bị kéo căng bởi lực hấp dẫn. Nếu nó đến đủ gần (trong khoảng cách được gọi là giới hạn Roche), vật thể nhỏ sẽ bị rạn vỡ thành nhiều mảnh nhỏ và một số ít mảnh lớn hơn.

Tất cả những mảnh vỡ đó sẽ xô đẩy nhau và dần dần phát triển thành một vành đai mảnh vỡ quay quanh đường xích đạo của vật thể lớn hơn. Theo thời gian, vật chất trong vành đai sẽ rơi xuống vật thể lớn hơn, nơi các mảnh lớn hơn sẽ hình thành các hố va chạm. Những hố va chạm này sẽ nằm gần đường xích đạo.

Vì vậy, nếu Trái đất bắt giữ và phá hủy một tiểu hành tinh bay qua khoảng 466 triệu năm trước, điều đó sẽ giải thích được một loạt câu hỏi như: vị trí bất thường của các hố va chạm, các mảnh vỡ thiên thạch trong đá trầm tích, hố va chạm và sóng thần hay thời gian tiếp xúc tương đối ngắn của thiên thạch với bức xạ không gian.

Tác dụng của vành đai?

Vào thời điểm 466 triệu năm trước, các lục địa ở các vị trí khác nhau do hiện tượng trôi dạt lục địa. Phần lớn Bắc Mỹ, Châu Âu và Úc nằm gần đường xích đạo, trong khi Châu Phi và Nam Mỹ nằm ở vĩ độ cao hơn về phía nam.

Vành đai sẽ nằm xung quanh đường xích đạo. Và vì trục Trái đất nghiêng so với quỹ đạo của nó quanh Mặt trời, nên vành đai sẽ che bóng một số phần bề mặt Trái đất. Nhờ vậy, sự che bóng này có thể gây ra hiện tượng làm mát toàn cầu, vì ít ánh sáng mặt trời chiếu tới bề mặt hành tinh hơn.

Điều này đưa chúng ta đến một câu đố thú vị khác. Khoảng 465 triệu năm trước, hành tinh của chúng ta bắt đầu nguội đi đáng kể. Vào khoảng 445 triệu năm trước, Trái đất đã ở Kỷ băng hà Hirnantian, thời kỳ lạnh nhất trong nửa tỷ năm qua.

Có phải vành đai che phủ Trái đất là nguyên nhân gây ra sự nguội lạnh cực độ này không? Bước tiếp theo trong quá trình điều tra khoa học và thông tin học của chúng ta là tạo ra các mô hình toán học về cách các tiểu hành tinh vỡ ra và phân tán cũng như cách vành đai hình thành tiến hóa theo thời gian. Điều này khám phá mức độ làm mát mà Trái đất có thể đạt được nhờ một vành đai.