Định tuổi vỏ ốc trong hang đá vôi: vì sao kết quả có thể già hơn thật

Vỏ ốc trong hang đá vôi có thể cho tuổi carbon-14 già hơn thật vì ốc sống ở suối đá vôi lấy carbon từ đá hoà tan, vốn rất cổ và gần như không còn carbon-14. Độ lệch có thể từ vài trăm tới hơn một nghìn năm, nên kết quả từ vỏ ốc phải được đối chiếu với than hoặc xương.

Ai từng xem ảnh khai quật hang ở vùng núi đá vôi phía Bắc đều thấy những tầng đất lẫn dày đặc vỏ ốc, có chỗ dày hàng mét. Đó là dấu tích bữa ăn của cư dân thời đá cũ muộn và đá mới, thường được xếp vào văn hoá Hoà Bình, Bắc Sơn và các văn hoá liên quan. Với người làm niên đại, chúng vừa là kho mẫu quý vừa là nguồn sai số lớn. Bài này giải thích cơ chế, cách các nhà nghiên cứu xử lý, và cách bạn đọc một niên đại dựa trên vỏ ốc.

Vì sao người ta lại đi định tuổi vỏ ốc?

Ở các hang thời tiền gốm, mẫu hữu cơ để đo không nhiều. Than bếp có nhưng phân tán, xương động vật bị hoà tan collagen trong môi trường ẩm nóng, còn vỏ ốc thì rất nhiều, nằm đúng trong lớp cư trú và gắn trực tiếp với hoạt động của con người. Vỏ ốc là canxi cacbonat, chứa carbon lấy từ môi trường lúc ốc còn sống, nên về nguyên lý đo carbon-14 được như các vật liệu khác.

Thời kỳ đầu, khi chưa có nhiều lựa chọn, nhiều niên đại cho các văn hoá đá cũ muộn và đá mới ở Việt Nam dựa phần lớn vào vỏ ốc. Đây là lý do một số con số cũ được xem lại cẩn thận.

Hiệu ứng nước cứng hoạt động thế nào?

Carbon chết từ đá vôi

Đá vôi hình thành từ hàng triệu năm trước, nên carbon trong đá đã phân rã hết carbon-14 từ lâu; người ta gọi đó là carbon chết. Nước mưa thấm qua núi đá vôi hoà tan một phần đá, mang theo carbon chết vào suối, hang ngầm. Nước như vậy gọi là nước cứng.

Ốc ăn và xây vỏ bằng carbon pha trộn

Ốc suối, ốc sống trong nước chảy qua vùng đá vôi lấy carbon cho vỏ từ nước. Carbon trong nước là hỗn hợp giữa carbon từ khí quyển và carbon chết từ đá. Phần carbon chết làm loãng lượng carbon-14, khiến vỏ ốc mới chết trông như đã chết từ lâu. Kết quả đo vì thế già hơn tuổi thật.

Mức lệch không cố định

Độ lệch tuỳ con suối, tuỳ loài ốc, tuỳ mùa, có nơi vài trăm năm, có nơi hơn một nghìn năm theo các nghiên cứu ở vùng đá vôi trên thế giới. Ốc cạn sống trên mặt đất, ăn lá cây, cũng có thể hấp thu đá vôi khi gặm đá lấy canxi, nhưng thường ở mức khác ốc nước. Vì không cố định, không thể trừ đi một con số chung cho mọi mẫu.

So sánh các loại mẫu trong hang đá vôi

Người khai quật cân nhắc nhiều loại mẫu cùng lúc. Bảng dưới so điểm mạnh và điểm yếu của từng loại trong môi trường hang ở Việt Nam.

Dòng cuối là một hướng bổ sung: lớp màng thạch nhũ phủ lên trên tầng cư trú có thể định tuổi bằng chuỗi urani – thori, cho biết tầng bên dưới không trẻ hơn lớp màng đó.

Các nhà nghiên cứu hiệu chỉnh hiệu ứng này ra sao?

Không có công thức một bước. Cách làm cẩn thận thường gồm các bước sau:

1. Đo cặp mẫu: lấy vỏ ốc và than hoặc hạt cháy nằm cùng một vị trí trong lớp, đo cả hai. Độ chênh giữa chúng ước được mức lệch tại chỗ.
2. Đo ốc hiện đại: thu ốc đang sống ở chính con suối gần hang, đo carbon-14. Ốc sống hôm nay mà cho tuổi vài trăm năm nghĩa là nước ở đây có hiệu ứng mạnh.
3. Chọn loài: ưu tiên loài ít chịu ảnh hưởng hơn nếu có đủ mẫu, ghi rõ loài trong báo cáo.
4. Đọc theo chuỗi: so nhiều mẫu trong cùng cột địa tầng. Nếu vỏ ốc luôn già hơn than một khoảng tương đối ổn định, có thể dùng khoảng ấy để điều chỉnh, kèm sai số rộng hơn.

Báo cáo tốt nêu rõ mẫu là vỏ ốc và có hiệu chỉnh hay không. Thiếu thông tin này, con số nên được hiểu là giới hạn trên của tuổi, tức tuổi thật có thể trẻ hơn.

Ở các cồn sò điệp ven biển thì sao?

Ven biển miền Trung và miền Bắc có những di chỉ là cồn vỏ nhuyễn thể do người xưa ăn rồi bỏ lại thành gò, như các cồn sò điệp thường được nhắc tới khi học về văn hoá Quỳnh Văn. Ở đây gặp một hiện tượng tương tự nhưng do biển gây ra, gọi là hiệu ứng nguồn chứa biển.

Nước biển, nhất là nước sâu, trao đổi carbon với khí quyển chậm, nên lượng carbon-14 trong nước biển thấp hơn trong không khí. Sinh vật biển vì thế cho tuổi già hơn sinh vật trên cạn cùng thời. Mức lệch trung bình toàn cầu khoảng vài trăm năm, được tính sẵn trong đường cong hiệu chỉnh riêng cho mẫu biển, rồi cộng thêm một phần điều chỉnh theo từng vùng biển. Ở cửa sông nơi nước ngọt pha nước mặn, hai hiệu ứng có thể chồng lên nhau, khiến việc hiệu chỉnh càng phải thận trọng.

Với người đọc, nguyên tắc vẫn giống trong hang: biết mẫu là gì, sống ở môi trường nào, và báo cáo có nói đã điều chỉnh cho môi trường ấy hay chưa.

Một tình huống khi đọc tài liệu

Một sinh viên viết khoá luận về văn hoá Bắc Sơn gom niên đại từ nhiều tài liệu, thấy một hang có tuổi sớm hơn hẳn các hang khác cùng văn hoá, chênh hơn một nghìn năm. Cô định viết rằng văn hoá bắt đầu từ hang này.

Người hướng dẫn hỏi lại mẫu là gì. Tra báo cáo gốc thì thấy niên đại sớm nhất dựa trên một mẫu vỏ ốc suối, còn các hang khác dùng than. Kết luận đúng hơn là chưa đủ căn cứ để nói hang này sớm hơn, vì độ chênh nằm trong phạm vi hiệu ứng nước cứng có thể gây ra. Bài học rút ra: so niên đại giữa các di chỉ, hãy so cùng loại mẫu trước.

Đọc một niên đại vỏ ốc, kiểm những gì?

Lần tới gặp niên đại thời đồ đá trong hang đá vôi, bạn có thể dò:

• Mẫu đo là vỏ ốc, than, xương hay hạt; tài liệu có ghi rõ không.
• Có cặp mẫu vỏ ốc và than cùng lớp để so không.
• Kết quả là tuổi carbon-14 thô hay đã hiệu chỉnh sang năm lịch, và đã tính đến hiệu ứng nước cứng chưa.
• Con số sớm bất thường có đến từ một mẫu duy nhất không.

Việc không nên làm: không loại bỏ toàn bộ niên đại vỏ ốc. Khi được đối chiếu đúng cách, chúng vẫn là nguồn dữ liệu dồi dào nhất cho các hang thời tiền gốm.

Câu hỏi thường gặp