Phát hiện mẫu đá cổ xưa nhất Trái đất trên Mặt trăng

Tạp chí Earth and Planetary Science Letters tuần này công bố nghiên cứu chấn động: Hòn đá Big Bertha - một trong số các mẫu vật Mặt trăng mang số hiệu 14321 có một phần nguồn gốc từ Trái đất. Mẫu vật được cho là nằm trong số những mảnh vỡ bắn ra trong các vụ va chạm giữa Trái Đất và thiên thạch từ thuở khai sinh.

Đá Trái đất trên Mặt trăng

Các tác giả chính của nghiên cứu là Jeremy Bellucci từ Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Thụy Điển và Alexander Nemchin từ Đại học Curtin, Úc cho biết sự kiện xảy ra khoảng 4 tỷ năm trước trong liên đại Hadean Eon (Liên Đại Hỏa Thành - thời kỳ khai sinh Trái Đất khoảng 4 tỷ năm trước). Khi đó, Trái đất là một biển lửa thường xuyên bị các thiên thạch va chạm liên tục.

Mẫu vật 14321 từ Mặt Trăng, còn được gọi là Big Bertha. Ảnh: NASA.

Big Bertha được thu thập bởi các phi hành gia NASA là Alan Shepard và Edgar Mitchell vào năm 1971 trong sứ mệnh Apollo 14. Đặc biệt ở chỗ, đây là loại đá dăm kết có cấu trúc ma trận tinh thể giàu clast (đá tảng được hợp lại từ rất nhiều khoáng chất và đá vụn). 

Katie Robinson, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại LPI-JSC (Trung tâm khoa học và khai phá Mặt Trăng), đồng tác giả nghiên cứu cho biết mẫu 14321 đã được công nhận là bất thường trong thời gian dài. Giờ đây, người ta mới bắt đầu hiểu được nó bất thường ở chỗ nào.

Bên trong tảng đá Mặt trăng có 2 gram đá clast gồm thạch anh, fenspat và zircon. Những vật liệu này thường được tìm thấy trên Trái đất, nhưng rất hiếm trên Mặt trăng. Một phân tích hóa học cũng cho thấy nó được hình thành trong điều kiện trên Trái đất. 

“Thành phần một số khoáng chất nhạy cảm với nhiệt độ và áp suất. Chúng sẽ chứa nhiều hoặc ít các nguyên tố khác nhau nếu kết tinh trong môi trường khác nhau. Nồng độ khoáng chất có thể chỉ ra đá hình thành trong điều kiện nhiều oxy hay không. Dữ liệu của chúng tôi cho thấy mảnh này hình thành trong môi trường áp suất cao hơn, giàu oxy và nhiệt độ thấp hơn so với trên Mặt trăng. Về cơ bản, nó phải đến từ một môi trường giống như Trái đất”, cô Katie cho biết.

Mẫu vật mặt trăng 14321. Phần được mũi tên chỉ vào là phần đóng góp từ đá cổ của Trái Đất. Ảnh: NASA.

Nhiều giả thuyết từng được đưa ra

Vào thời Hadean, các tiểu hành tinh thường xuyên tạo ra những miệng hố đường kính hàng nghìn km. Va chạm ở cường độ này có khả năng bắn các vật liệu từ Trái đất ra không trung rồi bị trọng lực của Mặt Trăng hút lại. Vật liệu của Big Bertha hình thành khoảng 20 km bên dưới bề mặt Trái đất, có thể các thiên thạch đã thổi tung chúng lên vũ trụ khi va chạm.

Một khả năng khác là mảnh vỡ kết tinh trên Mặt trăng. Nhưng để điều này xảy ra, vật chất phải hình thành sâu bên trong Mặt trăng, tuy nhiên các phi hành gia Apollo lại có thể tìm thấy mẫu vật một cách dễ dàng trên lớp đất mặt.

Hàng tỷ năm tích lũy đều đặn bụi mặt trăng, phần vật chất gọi là regolith này đáng ra đã che khuất dấu vết tảng đá. Big Bertha bị regolith bao phủ, nhưng không bị chôn vùi hoàn toàn. Giải thích sự hiện diện của nó trên bề mặt Mặt trăng, Katie cho biết tảng đá đã từng bị chôn vùi, nhưng đã quay trở lại bề mặt sau va chạm với thiên thạch hình thành nên hố Cone Crater. Hố này có đường kính 300 m gần khu vực đổ bộ Apollo 14.

Ảnh minh học thời đại các thiên thạch tấn công Trái đất như vũ bão trong liên đại Hadean. Ảnh: Simone Marchi.

Hòn đá cổ nhất Trái đất?

Khía cạnh hấp dẫn khác của khám phá là mẫu vật này thực sự rất cổ xưa, khoảng 4 đến 4,1 tỷ năm tuổi. Ngoài ra, khoáng vật zircon được tìm thấy trong mẫu hiện là một trong những loại lâu đời nhất được biết đến. Có một số mẫu zircon trên Trái đất từ 4,3 đến 4,4 tỷ năm tuổi được tìm thấy ở miền tây nước Úc.

Nhóm nghiên cứu đã trình bày hai khả năng giải thích sự tồn tại của mẫu đá: hoặc nó hình thành trên Trái đất (nhiều khả năng) hoặc sâu bên trong Mặt trăng (rất khó xảy ra).

Tuy nhiên, vẫn còn khả năng các thiên thạch va chạm Mặt trăng đã tạo ra điều kiện đủ nhiệt độ và áp suất để nung chảy các vật liệu và kết thành khối đá. Có thể nó được tạo thành ngay trên bề mặt Mặt trăng trong một vụ va chạm thường thấy ở đây. Do đó, nguồn gốc của hòn đá vẫn sẽ tiếp tục gây tranh cãi.