Giải mã nguồn gốc của oxy

Tinh thể bị vỡ trên bề mặt thạch anh có thể phản ứng với nước để hình thành phân tử oxy

Thạch anh, hay còn gọi là thủy ngọc, là một trong số những khoáng vật phổ biến trên trái đất. Thạch anh được cấu tạo bởi một mạng liên tục các tứ diện silic - oxy (SiO4), trong đó, mỗi oxy chia sẻ giữa hai tứ diện nên nó có công thức chung là SiO2. Thạch anh được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: Điện tử, quang học... và cả trong ngọc học. Các tinh thể thạch anh trong suốt có màu sắc đa dạng như tím, hồng, đen, vàng... được sử dụng làm đồ trang sức từ xa xưa.

Động đất và nhiều quá trình địa chất khác tạo điều kiện cho những phản ứng sản xuất oxy, ảnh hưởng tới quá trình tiến hóa của một số tổ chức sinh vật xuất hiện sớm nhất trên trái đất. Nhà nghiên cứu Mark Thiemens ở Đại học California, San Diego (Mỹ) và đồng nghiệp đã nghiền đá thạch anh và để nó tiếp xúc với nước trong điều kiện hóa học tương tự như trên trái đất trước khi nồng độ oxy tăng cao. Họ sử dụng thạch anh bởi đây là khoáng chất silicate đơn giản và phổ biến nhất.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy tinh thể bị vỡ trên bề mặt thạch anh có thể phản ứng với nước để hình thành phân tử oxy và nhiều hợp chất chứa oxy khác như hydrogen peroxide, còn gọi là gốc tự do. Những phân tử này rất quan trọng đối với quá trình tiến hóa thuở sơ khai bởi chúng có thể phá hủy ADN và các bộ phận khác của tế bào.

Thạch anh là dạng khoáng chất silicate phổ biến nhất

Theo nhà nghiên cứu Timothy Lyons ở Đại học California, Riverside, sự sống có thể phát triển enzyme từ rất sớm để đối phó với ảnh hưởng có hại của gốc tự do.

Trong tự nhiên, thạch anh và một số khoáng chất silicate khác có thể bị mài xát bởi động đất, xói mòn hoặc băng dịch chuyển. Sau đó, chúng có thể tương tác với nước và tạo ra phân tử oxy. Mark Thiemens và cộng sự ước tính chỉ riêng quá trình địa chấn có thể sản sinh lượng hydrogen peroxide nhiều hơn gấp 100 tỉ lần phản ứng trong khí quyển, một nguồn oxy tiềm năng khác.

Những thích nghi với nguồn oxy từ hoạt động địa chấn có thể giúp một số tổ chức sinh vật sống sót qua thay đổi lớn trong điều kiện hóa học trên trái đất, đi kèm với thảm họa oxy. Các nhà nghiên cứu cho biết, quá trình địa chất tương tự xảy ra ở thiên thể khác như bão cát trên sao Hỏa hoặc biến động thủy triều trên mặt trăng Enceladus của sao Thổ cũng có thể tạo ra oxy.

Ngày nay, oxy chiếm khoảng 1/5 khí quyển trái đất, phần lớn do thực vật và vi sinh vật tạo ra. Có rất ít oxy trong khí quyển cho tới khi nồng độ tăng vọt trong sự kiện thảm họa oxy cách đây 2,3-2,4 tỉ năm do sự lan rộng nhanh chóng của vi sinh vật giải phóng oxy thông qua quang hợp.