Muốn xếp thứ tự sự kiện trên một vách đá, bạn dùng ba nguyên lý: cái gì cắt qua lớp khác thì trẻ hơn lớp bị cắt; mảnh đá nằm lọt trong lớp khác thì cổ hơn lớp chứa nó; và mặt bất chỉnh hợp đánh dấu một quãng thời gian bị bào mòn hoặc không để lại lớp nào.
Nguyên lý chồng chất chỉ cho biết lớp nào lắng trước. Nhưng vách đá thật hiếm khi chỉ có lớp chồng lớp. Chúng bị nghiêng, bị đứt, bị mắc ma chen vào, bị bào mòn rồi lại phủ lớp mới. Mỗi sự kiện ấy để lại dấu vết riêng, và ba nguyên lý dưới đây cho phép biến một vách đá rối mắt thành một câu chuyện có đầu có cuối. Đây cũng là dạng bài tập quen thuộc trong sách Địa lí và Khoa học tự nhiên.
Nguyên lý cắt ngang hoạt động thế nào?
Nguyên lý cắt ngang nói rằng một cấu trúc cắt qua các lớp đá phải xuất hiện sau các lớp đó. Lý do đơn giản: không thể cắt một thứ chưa tồn tại. Cấu trúc cắt ngang có thể là đứt gãy, mạch đá xâm nhập, khe nứt được khoáng chất lấp đầy, hay một mặt bào mòn vạt ngang đầu các lớp nghiêng.
Hãy tưởng tượng một chiếc bánh nhiều tầng, sau đó ai đó cắm một que xiên thẳng đứng qua tất cả các tầng. Que xiên chắc chắn được cắm sau khi bánh đã làm xong. Mạch đá xâm nhập cũng vậy: mắc ma len qua khe nứt, xuyên qua các lớp trầm tích rồi nguội thành một dải đá khác màu, thường sáng hoặc sẫm hơn hẳn đá xung quanh.
Một chi tiết hữu ích: đá bị mắc ma chạm vào thường bị nung biến đổi thành một viền mỏng dọc hai bên mạch. Viền nung ấy là bằng chứng mạch nóng chảy chen vào đá có sẵn, chứ không phải đá kia phủ lên sau.
Nguyên lý thể bao: mảnh đá nằm trong lớp khác nói gì?
Nguyên lý thể bao nói rằng mảnh đá bị bao bọc trong một khối đá khác phải có trước khối đá chứa nó. Ví dụ, một lớp cuội kết chứa những viên cuội granit thì granit phải tồn tại, bị bào mòn thành cuội, rồi mới được gắn vào lớp cuội kết. Lớp cuội kết vì thế trẻ hơn granit.
Nguyên lý này giúp phân biệt hai tình huống trông giống nhau. Nếu granit nằm dưới và lớp cát kết phía trên chứa cuội granit, thì granit có trước, sau đó bị bào mòn rồi bị phủ. Nếu ngược lại granit chứa những mảnh cát kết bị cuốn vào và có viền nung, thì granit xâm nhập vào cát kết, tức trẻ hơn. Cùng hai loại đá, hai thứ tự khác hẳn nhau.
Trong khảo cổ, ý tưởng tương tự cũng được dùng: một bức tường xây có lẫn mảnh gạch của công trình cũ thì muộn hơn công trình cũ. Vật liệu tái sử dụng là một dạng thể bao.
Ba kiểu bất chỉnh hợp và dấu hiệu nhận ra
Bất chỉnh hợp là mặt tiếp xúc giữa hai tập đá, đại diện cho một khoảng thời gian không để lại lớp, thường vì bị bào mòn. Người ta hay chia thành ba kiểu.
| Kiểu | Hình dạng trên vách | Câu chuyện phía sau |
|---|---|---|
| Bất chỉnh hợp góc | Lớp dưới nghiêng bị vạt bằng, lớp trên nằm ngang phủ lên | Lắng đọng, bị uốn nghiêng, nâng lên, bào mòn, rồi chìm xuống và lắng đọng tiếp |
| Bất chỉnh hợp song song | Hai tập lớp cùng nằm ngang, ranh giới lồi lõm, có thể có lớp cuội ở đáy | Lắng đọng, nổi lên bị bào mòn một thời gian, rồi lại bị phủ mà không bị nghiêng |
| Bất chỉnh hợp trên đá kết tinh (nonconformity) | Lớp trầm tích nằm thẳng trên đá kết tinh như granit hay đá biến chất | Đá sâu được nâng lên, lớp phủ bị bào mòn hết, rồi trầm tích mới lắng lên trên |
Kiểu song song khó nhận nhất vì hai bên trông như liền mạch. Dấu hiệu gợi ý là một bề mặt gồ ghề, lớp đất cổ hoặc cuội nằm ngay trên ranh giới, hay khi định tuổi hoá thạch hai bên thấy thiếu hẳn một quãng.
Bất chỉnh hợp góc nổi tiếng nhất trong lịch sử địa chất là ở bờ biển Scotland, nơi James Hutton quan sát vào cuối thế kỷ 18. Từ đó ông suy ra Trái Đất phải trải qua những chu kỳ lắng đọng, nâng lên và bào mòn rất dài, một bước ngoặt trong cách con người hình dung thời gian sâu.
Giải một bài xếp thứ tự sự kiện từ hình vẽ mặt cắt
Sách giáo khoa và đề thi hay cho một hình mặt cắt gồm vài lớp đá, một đứt gãy, một mạch xâm nhập và một mặt bào mòn, rồi yêu cầu sắp xếp. Cách làm chắc chắn nhất là đi từ cái cổ nhất lên, mỗi bước tự hỏi cái gì cắt cái gì.
- Tìm tập lớp nằm dưới cùng và bị nhiều thứ cắt qua nhất; đó thường là nhóm cổ nhất. Xếp các lớp trong tập ấy từ dưới lên theo nguyên lý chồng chất.
- Nếu tập lớp đó nghiêng, ghi sự kiện “uốn nghiêng” ngay sau lớp trên cùng của tập.
- Xét từng cấu trúc cắt ngang: đứt gãy hay mạch đá cắt tới lớp nào thì xảy ra sau lớp đó. Nếu nó bị mặt bào mòn vạt cụt, nó xảy ra trước bào mòn.
- Đánh dấu mặt bất chỉnh hợp là sự kiện “bào mòn”, đặt sau mọi thứ bị nó cắt cụt.
- Xếp các lớp phía trên bất chỉnh hợp từ dưới lên.
- Cuối cùng xét những cấu trúc cắt qua cả các lớp trên; chúng là sự kiện trẻ nhất.
Khi hai cấu trúc không chạm nhau, bạn không xếp được thứ tự giữa chúng từ hình vẽ. Viết thẳng điều đó ra là câu trả lời đúng, không phải câu trả lời thiếu. Người trong nghề gọi đó là quan hệ không xác định, và chỉ định tuổi tuyệt đối mới giải được.
Từ thứ tự sự kiện đến con số năm
Ba nguyên lý trên cho bạn một trật tự, chưa cho một con số. Nhưng chúng lại là khung để đặt con số vào. Nếu một mạch đá xâm nhập được định tuổi bằng đồng vị phóng xạ, mọi lớp nó cắt qua chắc chắn cổ hơn con số ấy, và mọi lớp phủ lên mặt bào mòn vạt cụt nó chắc chắn trẻ hơn. Một con số tuyệt đối, đặt đúng vào trật tự tương đối, giới hạn được tuổi của cả một chồng lớp không thể định tuổi trực tiếp.
Đây là lý do định tuổi tương đối không bị thay thế khi có kỹ thuật phòng thí nghiệm. Đá trầm tích thường khó định tuổi trực tiếp bằng đồng vị, trong khi đá núi lửa và mạch xâm nhập lại phù hợp hơn. Địa tầng học nối hai thứ ấy lại với nhau.
Những nhầm lẫn hay gặp
- Thấy mạch đá nằm sâu thì cho là cổ; vị trí sâu không quan trọng bằng việc nó cắt qua cái gì.
- Nhầm lớp đá núi lửa phun trào phủ lên mặt đất với tấm mắc ma chen giữa các lớp; phun trào chỉ nung lớp bên dưới, còn tấm chen giữa nung cả hai phía.
- Bỏ qua mặt bất chỉnh hợp vì nó chỉ là một đường mảnh; thật ra đó có thể là quãng thời gian dài hơn cả các lớp cộng lại.
- Nghĩ thứ tự trong hình vẽ là duy nhất; nhiều hình có hai cách xếp đều hợp lý ở những cặp không chạm nhau.
- Đứng sát vách đá dựng hay taluy đang sạt để xem cho rõ; quan sát thực địa cần người hướng dẫn và mũ bảo hộ.
Câu hỏi thường gặp
Nguyên lý cắt ngang là gì?
Đó là nguyên lý cho rằng cấu trúc cắt qua các lớp đá, như đứt gãy hay mạch đá xâm nhập, phải xuất hiện sau các lớp bị nó cắt. Không thể cắt qua một lớp chưa hình thành.
Bất chỉnh hợp khác ranh giới lớp bình thường ở chỗ nào?
Ranh giới bình thường ghi lại sự lắng đọng gần như liên tục. Bất chỉnh hợp là mặt bào mòn hoặc gián đoạn, đại diện cho một khoảng thời gian không còn lớp nào ghi lại, có khi rất dài.
Làm sao phân biệt mạch xâm nhập với lớp dung nham phủ lên?
Mạch hoặc tấm xâm nhập nung biến đổi đá ở cả hai phía tiếp xúc. Dung nham phun trào chỉ nung lớp bên dưới, còn lớp trầm tích phủ lên sau có thể chứa mảnh vụn của chính lớp dung nham ấy.
Nguyên lý thể bao áp dụng trong khảo cổ thế nào?
Một công trình có dùng lại gạch, đá của công trình cũ thì muộn hơn công trình cũ. Mảnh vật liệu nằm lọt trong một khối luôn có trước khối chứa nó.
Có xếp được thứ tự hai cấu trúc không chạm vào nhau không?
Thường là không, nếu chỉ dựa vào hình vẽ địa tầng. Khi đó cần định tuổi tuyệt đối từng cấu trúc, hoặc tìm một điểm lộ khác nơi chúng có quan hệ trực tiếp.