Hơn 4,5 tỷ năm trước, một đám mây khí-dust khổng lồ xoáy cuộn trong không gian đã kết tụ từng mảnh li ti, hình thành nên “hạt mầm” Trái Đất đầu tiên. Qua hàng triệu năm va chạm và nung chảy, hành tinh xanh dần định hình với lõi kim loại, lớp vỏ cứng và đại dương mênh mông – mở đầu cho cuộc sống kỳ diệu sau này. Hãy cùng KidsUP tìm hiểu chi tiết hơn xem “Trái đất được hình thành như thế nào” nhé!
– Tinh vân Mặt Trời và sự tích tụ vật chất
Khoảng 4,6 tỷ năm trước, vật chất trong một đám mây khí–bụi khổng lồ dưới tác động của trọng lực bắt đầu tụ lại. Những hạt bụi bay lượn trong không gian va vào nhau rồi dính chặt, tạo thành các mầm thiên thể nhỏ. Ở trung tâm, khi vật chất càng ngày càng đặc, nhiệt độ và áp suất tăng mạnh để “đánh thức” sao Mặt Trời sơ khai.
– Giai đoạn tụ hạt (planetesimal) và hình thành tiền hành tinh
Sau khi các hạt bụi lớn lên thành những khối đá nhỏ (planetesimal), chúng tiếp tục va chạm và sát nhập, ngày một nặng hơn. Lực hấp dẫn của các khối đá này kéo nhiều vật chất xung quanh vào, hình thành những “tiền hành tinh” cỡ vài chục đến vài trăm kilômét. Dần dần, một trong số đó phát triển thành Trái Đất non trẻ với lõi sắt–nickel nóng chảy và lớp vỏ silic–oxi bao phủ bên ngoài.
– Thuyết vụ va chạm lớn (Giant Impact) và nguồn gốc Mặt Trăng
Khi Trái Đất mới khoảng 50–100 triệu năm tuổi, một thiên thể cỡ sao Hỏa tên Theia đâm sầm vào nó. Vụ va chạm mạnh mẽ đã bắn hàng tỉ mảnh vụn lên không gian, và những mảnh này kết tụ thành Mặt Trăng. Sự kiện này không chỉ tạo ra vệ tinh của chúng ta mà còn giúp Trái Đất nguội dần, mở đường cho đại dương và sự sống sau này.
Trải qua hàng tỷ năm, những dấu vết địa chất và hóa thạch vũ trụ đã hé lộ chân dung hình thành hành tinh xanh. Từ phân tích đồng vị phóng xạ trên đá cổ đến mô phỏng va chạm hành tinh trong máy tính, mỗi phương pháp đều góp phần khắc họa bức tranh chi tiết về nguồn gốc và tiến hóa của Trái Đất.
Ngay khi lõi Trái Đất bắt đầu phân lớp, bề mặt hành tinh vẫn là một biển nham thạch đỏ rực với nhiệt độ vượt trên 1.500 °C. Các hoạt động núi lửa liên tục giải phóng khí CO₂, H₂O, SO₂, NH₃… vào không gian gần bề mặt, tạo nên một bầu khí quyển dày đặc và ngột ngạt.
Khi Trái Đất từ từ nguội đi (khoảng 4,4–4,2 tỷ năm trước), hơi nước trong khí quyển bắt đầu ngưng tụ, hình thành mây dày đặc và mưa kéo dài hàng triệu năm. Nước mưa thấm vào các khe nứt, làm nguội bề mặt nham thạch và dần lấp đầy những “rãnh” giữa các thềm đá nóng chảy, tạo nên những đại dương đầu tiên với độ sâu chừng vài kilômét. Quá trình này không chỉ làm ổn định nhiệt độ bề mặt mà còn hòa tan các ion khoáng, chuẩn bị cho tương lai hóa học biển phong phú.
Dưới áp lực khổng lồ (gần 360 GPa) và nhiệt độ lên tới hơn 4.000 °C ở độ sâu hơn 2.900 km, quặng sắt–nickel trong lõi ngoài giữ ở trạng thái lỏng siêu nóng. Dưới tác dụng của chuyển động đối lưu (do chênh lệch nhiệt độ giữa lõi trong và ngoại vi) cùng với chuyển động quay của Trái Đất, dòng kim loại lỏng này vận hành như một tua-bin khổng lồ, sinh ra các dòng điện mạnh mẽ.
Hệ quả là xuất hiện trường địa từ bao quanh hành tinh, hoạt động như tấm khiên bảo vệ bức xạ vũ trụ và gió Mặt Trời. Nhờ có “máy phát” từ trường này, các phân tử khí trong tầng khí quyển không bị thổi bay, giúp giữ lại hơi nước và các khí cần thiết cho sự sống hình thành.
Khi nhiệt độ bề mặt giảm xuống dưới ngưỡng hóa rắn của đá (khoảng 1.200 °C), vỏ Trái Đất bắt đầu đông cứng, tạo ra hàng loạt mảng kiến tạo mỏng manh. Những mảng này trôi dạt, va chạm và phân tách theo chu kỳ hàng trăm triệu năm, dẫn đến sự xuất hiện của núi lửa, thềm biển và thềm lục địa sơ khai.
Dưới tác động của phong hóa, trầm tích từ trên cạn cùng sự kết tủa khoáng chất của đại dương, silic và nhôm tích tụ tạo nên các tảng đá granite – nền tảng của lớp vỏ lục địa. Khi những mảng lục địa đầu tiên hình thành, chúng dày lên, nhẹ hơn đáy đại dương nên nổi cao, mở đường cho việc phát triển các lục địa nguyên thủy và môi trường sống đa dạng sau này.
– Đo niên đại phóng xạ trên mẫu đá cổ nhất
Các nhà địa chất sử dụng phương pháp đồng vị phóng xạ (radiometric dating) để xác định tuổi tuyệt đối của đá. Thông qua tỉ lệ phân rã của uranium thành chì trong các tinh thể zircon – được tìm thấy trong những tảng đá cổ nhất như Acasta (Canada) hay Jack Hills (Úc) – họ tính ra Trái Đất có tuổi khoảng 4,54 tỷ năm. Kỹ thuật này không chỉ cho độ chính xác cao (±1–2%), mà còn giúp tái lập chuỗi thời gian hình thành vỏ Trái Đất và các sự kiện địa chất sơ khai.
– Phân tích isotope chì – neodymium trong thiên thạch
Thiên thạch, nhất là loại chondrite carbonaceous, được xem như “hóa thạch” của Hệ Mặt Trời ban đầu. Bằng cách đo tỉ số các đồng vị chì (Pb) và neodymium (Nd) trong mẫu thiên thạch, các nhà khoa học có thể so sánh thành phần nguyên tố với Trái Đất sơ khai. Chỉ số εNd và tỉ lệ Pb-Pb cho thấy vật chất tạo nên Trái Đất được tích tụ từ cùng một kho dự trữ nguyên tố trong tinh vân Mặt Trời, đồng thời xác nhận thời điểm phân lớp lõi-manti diễn ra chỉ vài chục triệu năm sau khi hành tinh hình thành.
– Mô hình máy tính & mô phỏng tiến hóa hành tinh
Nhờ sức mạnh tính toán ngày càng tăng, các nhà thiên văn và địa chất đã xây dựng mô hình số mô phỏng quá trình va chạm, tích tụ vật chất và phân lớp bên trong hành tinh. Những mô phỏng này sử dụng dữ liệu về lực hấp dẫn, nhiệt động lực học và thành phần khoáng vật để tái tạo cả giai đoạn tinh vân, planetesimal lẫn vụ va chạm khổng lồ Theia. Kết quả cho phép hình dung chi tiết cách lõi sắt–nickel hóa lỏng, khí quyển sơ khai được hình thành và từ trường dần mạnh lên, từ đó khớp với các quan sát địa chất, đồng vị và khoáng vật thực tế.
– Đĩa protoplanetary “mỏng” với “dày”
Đĩa “mỏng”
Đĩa “dày”
Tiềm năng quan sát: Khảo sát đĩa quanh các sao trẻ bằng kính thiên văn hồng ngoại, radio.
– Vai trò của sao chổi, thiên thạch trong việc cung cấp nước
Nguồn gốc nước
Quá trình va chạm:
Ý nghĩa sinh quyển: Bổ sung oxy tự do, thúc đẩy sự xuất hiện của các hợp chất hữu cơ.
– Các giả thuyết ít được biết đến
Các phép đo đồng vị phóng xạ trên tinh thể zircon trong đá cổ nhất cho thấy Trái Đất được hình thành khoảng 4,54 tỷ năm trước. Con số này có sai số chỉ ±1–2%, khẳng định hành trình phát triển hành tinh kéo dài hàng tỷ năm.
Tinh vân Mặt Trời ban đầu chứa chủ yếu hydrogen và helium, cùng với các hạt bụi silic, sắt, nickel và các nguyên tố nặng khác. Qua quá trình va chạm và kết dính, những hạt bụi này trở thành “hạt mầm” hành tinh, tích tụ dần để hình thành lõi, manti và lớp vỏ.
Theo thuyết va chạm lớn, một vụ đụng độ giữa Trái Đất non trẻ và hành tinh Theia đã tạo ra mảnh vụn tích tụ quanh quỹ đạo thấp. Mặt Trăng ra đời từ những mảnh vụn này, ổn định ở kích thước và khoảng cách hiện tại nhờ tỉ lệ năng lượng va chạm và lực hấp dẫn giữa hai vật thể.
Áp suất và nhiệt độ cao khiến lõi ngoài (chủ yếu là sắt–nickel) ở trạng thái lỏng, chuyển động đối lưu kết hợp với quay quanh trục tạo ra dòng điện. Hiệu ứng dynamo từ dòng điện này sinh ra và duy trì từ trường, bảo vệ bầu khí quyển và sự sống trên bề mặt.
Như vậy, qua các giai đoạn từ tinh vân Mặt Trời, giai đoạn tụ hạt đến vụ va chạm khổng lồ, chúng ta đã hiểu rõ trái đất được hình thành như thế nào. Ba mẹ hãy cùng con yêu tìm hiểu khoa học qua app giáo dục KidsUP Pro để con khám phá thêm những bài học sinh động và bổ ích về chủ đề khoa học, lịch sử khác, giúp con yêu hứng khởi chinh phục tri thức mỗi ngày!
Chào các độc giả của KidsUP, mình là Khả Như – tác giả tại chuyên mục “Kiến thức giáo dục sớm”. Mình đã có 3 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực biên soạn nội dung và chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm trong các lĩnh vực giáo dục trẻ nhỏ, nuôi dạy con,…. Mình hy vọng rằng với những nội dung tâm huyết mình đăng tải trên sẽ đem tới cho các bậc phụ huynh cũng như các bé nhiều giá trị hữu ích.
