Trái Đất Kết Thúc Trước Mặt Trời?

Người ta thường nói Mặt Trời còn khoảng 5 tỷ năm nữa mới tàn, và từ đó suy ra nhân loại cùng mọi sinh vật còn rất nhiều thời gian để sống yên ổn. Cách hiểu này nghe có vẻ an tâm, nhưng nó bỏ sót một điều. Trái Đất không cần đợi đến lúc Mặt Trời chết mới mất khả năng nuôi dưỡng sự sống. Ngôi sao này đang sáng dần lên theo thời gian, và chính sự sáng lên đó sẽ làm hành tinh của chúng ta không còn ở được từ rất lâu trước khi Mặt Trời phình thành sao khổng lồ đỏ. Bài viết này đi qua từng cột mốc, từ vài trăm triệu năm tới đến hàng tỷ năm sau, kèm những chỗ khoa học còn chưa chắc chắn.

Dòng Thời Gian Tóm Tắt

Các mốc dưới đây đến từ những mô hình tính toán về sự tiến hóa của Mặt Trời và khí hậu Trái Đất. Con số cụ thể thay đổi tùy mô hình, nên nên đọc như thứ tự diễn biến và bậc độ lớn, không phải lịch chính xác.

• Vài trăm triệu năm tới: CO₂ trong khí quyển giảm dần vì đá phong hóa nhanh hơn, thực vật nhóm C3 bắt đầu thiếu nguyên liệu quang hợp.
• Khoảng 1 tỷ năm nữa: Mặt Trời sáng hơn hiện nay khoảng 10%, đại dương bốc hơi mạnh và Trái Đất có thể bắt đầu mất nước ra không gian.
• Khoảng 3,5 tỷ năm nữa: Độ sáng tăng khoảng 40%, bề mặt không còn nước lỏng, hành tinh giống sao Kim.
• Khoảng 5 đến 7 tỷ năm nữa: Hydro trong lõi cạn, Mặt Trời trở thành sao khổng lồ đỏ và nuốt sao Thủy, sao Kim. Số phận Trái Đất còn tranh cãi.

(Xem thêm: 400 Triệu Đồng: Mua Máy Chủ Hay MacBook Pro M5 Max Mới Nhất?)

Vì Sao Mặt Trời Càng Già Càng Sáng?

Mặt Trời không phải một khối than đang cháy mà là một lò phản ứng nhiệt hạch. Ở lõi, áp suất và nhiệt độ cực cao ép các hạt nhân hydro hợp nhất thành heli, giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng và nhiệt. Điều ít người ngờ tới là khi ngôi sao già đi, nó không yếu đi mà sáng hơn.

Lý do nằm ở phần "tro" của phản ứng. Heli tích tụ dần ở trung tâm, làm lõi đặc hơn và nặng hơn, lực hấp dẫn ép lõi chặt hơn. Để chống lại sức ép đó, phản ứng nhiệt hạch phải diễn ra mạnh hơn. Kết quả là độ sáng Mặt Trời tăng khoảng 10% sau mỗi tỷ năm. Con số nghe nhỏ, nhưng với một hệ khí hậu cân bằng tinh tế như của Trái Đất, mức tăng này đủ để thay đổi mọi thứ.

Vài Trăm Triệu Năm Tới: Thực Vật Thiếu CO₂

Khi Mặt Trời sáng hơn, nhiệt độ toàn cầu tăng và đá silicat trên bề mặt phong hóa nhanh hơn. Quá trình hóa học này hút CO₂ khỏi khí quyển và khóa nó trong đá dưới dạng carbonat. Hiện nay đây là cơ chế tự điều chỉnh có lợi, nhưng ở quy mô hàng trăm triệu năm nó đi quá đà: nồng độ CO₂ cứ thế giảm.

Thực vật nhóm C3, gồm lúa gạo và phần lớn cây gỗ, cần nồng độ CO₂ tối thiểu khoảng 150 phần triệu để quang hợp. Khi CO₂ rơi xuống dưới ngưỡng này, nhóm thực vật ấy suy sụp, kéo theo chuỗi thức ăn dựa vào chúng. Mốc thời gian chính xác khác nhau giữa các nghiên cứu. Tính toán năm 1982 của Lovelock và Whitfield cho kết quả khoảng 100 triệu năm. Mô hình chi tiết hơn của Caldeira và Kasting năm 1992 chỉ ra rằng thực vật nhóm C4 chịu được nồng độ CO₂ thấp hơn nhiều, dưới 10 phần triệu, nên một hệ sinh thái dựa vào C4 có thể tồn tại thêm ít nhất 0,9 đến 1,5 tỷ năm. Nói cách khác, sự sống không biến mất đột ngột ở mốc này, nhưng nó nghèo đi rõ rệt.

Khoảng 1 Tỷ Năm Nữa: Hiệu Ứng Nhà Kính Ẩm

Khi độ sáng Mặt Trời tăng khoảng 10%, nhiệt độ bề mặt Trái Đất có thể vượt 40°C theo một số mô hình. Đại dương bốc hơi mạnh hơn, và hơi nước là khí nhà kính rất hiệu quả. Hơi nước nhiều làm Trái Đất nóng thêm, Trái Đất nóng thêm lại làm nước bốc hơi nhanh hơn. Đây là vòng phản hồi dương được gọi là hiệu ứng nhà kính ẩm.

Hơi nước còn bay lên tới tầng bình lưu. Ở đó, tia cực tím của Mặt Trời phá vỡ phân tử nước. Hydro nhẹ thoát vào không gian và không quay lại, nên nước bị mất vĩnh viễn. Caldeira và Kasting nhận định rằng trong khoảng 1 tỷ năm nữa Trái Đất có thể mất nước vào không gian, đi theo con đường của sao Kim. Các đại dương cạn dần, và phần lớn sự sống phức tạp khó còn chỗ đứng.

Khoảng 3,5 Tỷ Năm Nữa: Một Hành Tinh Giống Sao Kim

Đến lúc này độ sáng Mặt Trời cao hơn hiện nay khoảng 40%, và bề mặt Trái Đất không còn nước lỏng. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng nước đóng vai trò chất bôi trơn của kiến tạo mảng, nên khi nước mất đi, hoạt động kiến tạo có thể chậm lại hoặc ngừng. Bầu khí quyển còn lại sẽ dày và nóng, nhiệt độ bề mặt lên tới hàng trăm độ C hoặc hơn, tương tự sao Kim.

Điều đáng nhớ là ở mốc này Mặt Trời vẫn chưa chết. Nó vẫn là một ngôi sao thuộc dãy chính, vẫn đốt hydro bình thường. Chỉ một mức nóng lên khá khiêm tốn theo thước đo vũ trụ cũng đã đủ xóa sạch di sản sinh học của hành tinh.

Sau 5 Đến 7 Tỷ Năm: Sao Khổng Lồ Đỏ

Khi hydro ở lõi cạn kiệt, lõi heli co lại, nóng lên và đốt lớp hydro bao quanh. Mặt Trời phình to thành sao khổng lồ đỏ và nuốt sao Thủy rồi sao Kim. Số phận của Trái Đất vẫn là chủ đề tranh luận. Lực cản từ lớp khí mở rộng của Mặt Trời có thể kéo Trái Đất rơi vào trong. Ngược lại, nếu Mặt Trời mất đủ khối lượng do gió sao, quỹ đạo Trái Đất có thể giãn ra vừa đủ để thoát khỏi việc bị nuốt. Dù theo kịch bản nào, hành tinh khi ấy cũng chỉ còn là một khối đá cháy xém quay quanh ngôi sao đã già.

Nhân Loại Còn Bao Nhiêu Thời Gian?

Tất cả các kịch bản trên diễn ra trên thang thời gian hàng trăm triệu đến hàng tỷ năm. Loài người hiện đại, Homo sapiens, mới xuất hiện khoảng 300.000 năm. So với khoảng cách đó, 100 triệu năm dài gần như vô tận đối với sự phát triển của trí tuệ và công nghệ. Nếu nhân loại không tự hủy diệt, có thể trước khi những mốc ở trên đến, chúng ta đã tìm ra cách sống ngoài Trái Đất, hoặc cách giảm lượng nhiệt hành tinh nhận được. Những ý tưởng như vậy hiện chỉ ở mức giả thuyết, nhưng chúng cho thấy câu chuyện này không nhất thiết kết thúc ở đây.

Những Điểm Cần Đọc Thận Trọng

Các mốc thời gian trong bài là kết quả mô hình hóa, không phải quan sát trực tiếp. Chúng phụ thuộc vào giả định về khí quyển, đại dương, thực vật và chu trình carbon, nên các nghiên cứu khác nhau cho con số khác nhau, như ví dụ giữa mốc 100 triệu năm và mốc hơn 0,9 tỷ năm ở trên. Nhiệt độ bề mặt trong các giai đoạn xa cũng chỉ là ước tính. Cũng cần phân biệt rõ rằng sự sáng dần của Mặt Trời diễn ra cực chậm, và không liên quan trực tiếp đến biến đổi khí hậu do con người gây ra trong vài thế kỷ gần đây.

Câu Hỏi Thường Gặp Về Tương Lai Của Trái Đất Và Mặt Trời

• Mặt Trời còn sống bao lâu nữa? Khoảng 5 đến 7 tỷ năm trước khi rời dãy chính và trở thành sao khổng lồ đỏ.
• Trái Đất sẽ hết khả năng nuôi sống sinh vật khi nào? Sớm hơn nhiều so với lúc Mặt Trời chết, trong khoảng từ vài trăm triệu đến vài tỷ năm tới, tùy mô hình và loại sinh vật.
• Vì sao Mặt Trời ngày càng sáng? Heli tích tụ ở lõi làm lõi co đặc lại, khiến phản ứng nhiệt hạch mạnh lên. Độ sáng tăng khoảng 10% sau mỗi tỷ năm.
• Trái Đất có bị Mặt Trời nuốt không? Chưa chắc. Các nhà khoa học vẫn tranh luận giữa khả năng bị nuốt và khả năng quỹ đạo giãn ra đủ để thoát.
• Con người có bị ảnh hưởng không? Các mốc này quá xa so với lịch sử loài người, nhưng chúng cho thấy cửa sổ ở được của Trái Đất là hữu hạn.

Kết Luận

Điều đã được xác lập là Mặt Trời sáng dần lên, và một mức tăng sáng vài chục phần trăm đủ để làm Trái Đất mất nước và mất khả năng nuôi dưỡng sự sống từ rất lâu trước khi ngôi sao tàn. Điều còn bỏ ngỏ là thời điểm cụ thể của từng mốc và số phận cuối cùng của hành tinh. Hiểu như vậy không để lo sợ, mà để thấy rằng điều kiện cho sự sống hiện nay vừa quý vừa có hạn, và còn rất nhiều thời gian để con người tìm cách thích nghi.

Nguồn tham khảo:

Nature (1992) - The life span of the biosphere revisited

NASA Technical Reports Server - The life span of the biosphere revisited