Giai đoạn khởi thủy là giai đoạn khởi đầu cho lịch sử hình thành và phát triển của Trái đất tương ứng với thời gian 4,6 đến 4 tỷ năm trước.

Giai đoạn khởi thủy tương ứng với thời kỳ Hadean trong thang thời địa tầng quốc tế. Tên “Hadean” có nguồn gốc từ “Hades”, theo tiếng Hy Lạp có nghĩa là địa ngục. Sự kiện nổi bật trong giai đoạn này là sự hình thành ban đầu của Trái đất, sự hình thành Mặt trăng cũng như sự phát triển của bầu khí quyển và đại dương. Trong suốt giai đoạn này, các tác động từ các thiên thể ngoài Trái đất đã giải phóng một lượng nhiệt khổng lồ khiến cho Trái đất lúc đó như một lò magma (dung thể đá ở dạng lỏng, nóng chảy) khổng lồ.

Bề mặt Trái đất rất không ổn định trong thời gian đầu của Giai đoạn khởi thủy. Các dòng đối lưu trong manti đưa magma nóng chảy lên bề mặt và đá nguội trên bề mặt sẽ lắng xuống đáy. Các nguyên tố nặng hơn, ví dụ sắt, lắng xuống và tập trung ở phần lõi tạo thành nhân Trái đất, trong khi các nguyên tố nhẹ hơn, như silic nổi lên và tạo thành lớp vỏ. Lớp vỏ đại dương đã được hình thành vào khoảng 4,5 tỷ năm trước, sớm hơn thời gian hình thành lớp vỏ lục địa đầu tiên. Mặc dù một số nhà khoa học cho rằng vỏ lục địa cổ nhất được hình thành vào 4 tỷ năm trước nhưng kết quả phân tích tuổi đồng vị stronti (Sr) trong bao thể apatit của hạt zircon được lấy trong đá phiến lục ở Nuvvuagittuq ở Quebec, Canada cho thấy vỏ lục địa ít nhất đã hình thành vào khoảng 4,2 tỷ năm trước, thậm chí có thể sớm hơn vào khoảng 4,4 tỷ năm trước. Đây được coi là thành tạo đá cổ nhất trên Trái đất hiện nay. Kể từ Giai đoạn khởi thủy, gần như toàn bộ lớp vỏ nguyên thủy này đã bị phá hủy do chuyển động kiến tạo hoặc hoạt động phong hóa về sau, vì thế các loại đá cổ được hình thành trong giai đoạn này còn lại rất ít.

Hiện nay vẫn còn nhiều tranh luận về thời điểm hình thành khí quyển cũng như thành phần ban đầu của nó. Mặc dù nhiều nhà khoa học cho rằng bầu khí quyển và đại dương được hình thành trong thời gian cuối của giai đoạn Khởi Thủy, việc phát hiện ra hạt zircon ở Úc cung cấp bằng chứng thuyết phục rằng khí quyển và đại dương hình thành trước 4,4 tỷ năm trước. Bầu khí quyển ban đầu có thể phát sinh từ một vùng thoát khí hydro và heli. Thông thường, người ta cho rằng amoniac, mêtan và neon xuất hiện sau khi lớp vỏ Trái đất nguội đi, và sự thoát khí của núi lửa đã đưa thêm hơi nước, nitơ và hydro bổ sung vào bầu khí quyển. Một số nhà khoa học khác lại cho rằng, các sao chổi rơi vào Trái đất ở giai đoạn ban đầu này có thể bổ sung vào khí quyển một lượng hơi nước từ hợp phần băng mà nó mang theo. Lượng hơi nước trong khí quyển, sau đó ngưng tụ thành mây và mưa và để lại lượng lớn nước ở dạng lỏng trên bề mặt Trái đất.

Mặt Trăng cũng được cho là đã hình thành trong Giai đoạn khởi thủy này và một số giả thuyết về nguồn gốc của Mặt trăng đã được đưa ra. Giả thuyết được ủng hộ nhất hiện nay cho rằng Mặt trăng hình thành từ vật chất bị phá hủy từ một vụ va chạm giữa Trái đất và một thiên thể có kích thước bằng Sao Hỏa. Bằng chứng cho giả thuyết này là tỷ lệ đồng vị oxy của Mặt trăng dường như giống hệt với Trái đất cũng như sự khác biệt về tỷ lệ của Fe và Mg của đá Mặt trăng so với tỷ lệ này trong manti của Trái đất.

Tài liệu tham khảo

1. K.C. Condie, Origin of the Earth’s crust, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 75(1-2): 57-811989.
2. Van Thienen P, Van den Berg AP, Vlaar NJ., Production and recycling of oceanic crust in the early Earth, Tectonophysics, 386(1-2): 41-65, 2004.
3. Mloszewskaa A.M., Pecoits E., Cates N.L., Mojzsis S.J., O’Neil J., Robbins L.J., Konhauser K.O., The composition of Earth's oldest iron formations: The Nuvvuagittuq Supracrustal Belt (Québec, Canada), Earth and Planetary Science Letters, 317-318: 331-342, 1 February 2012.