“Đinh vàng” GSSP: ranh giới giữa hai kỷ địa chất được đóng ở đâu

Mỗi ranh giới giữa hai kỷ, thế hay kỳ địa chất được neo vào một điểm cụ thể trong một mặt cắt đá thật ở đâu đó trên Trái Đất, gọi là GSSP hay “đinh vàng”. Điểm ấy được chọn ở nơi có một dấu hiệu dễ nhận ra toàn cầu, thường là sự xuất hiện của một loài hoá thạch.

Bạn có thể hỏi: sao không ghi đơn giản “kỷ Jura bắt đầu từ 201,4 triệu năm trước” là xong? Vấn đề là con số định tuổi luôn có sai số và được đo lại liên tục. Nếu ranh giới gắn vào con số, mỗi lần phòng thí nghiệm sửa con số thì ranh giới lại trôi đi, và hai nhà địa chất ở hai nước có thể xếp cùng một lớp đá vào hai kỷ khác nhau. Đinh vàng giải quyết chuyện đó bằng cách neo định nghĩa vào vật thể chứ không vào con số.

GSSP là viết tắt của gì và hoạt động ra sao?

GSSP là Global Boundary Stratotype Section and Point, có thể dịch là mặt cắt và điểm chuẩn ranh giới toàn cầu: một mặt cắt đá được chọn làm mẫu, và một điểm trên đó đánh dấu đáy của một đơn vị thời gian.

Hình dung một vách đá trầm tích có hàng trăm lớp chồng nhau. Các nhà địa tầng học chọn một mức cụ thể, có khi chỉ dày vài centimet, và tuyên bố: mọi thứ từ đây trở lên thuộc kỷ mới, từ đây trở xuống thuộc kỷ cũ. Tại nhiều điểm như vậy, người ta gắn một chiếc đĩa đồng thật vào đá để đánh dấu, nên mới có tên gọi thân mật là đinh vàng, mượn hình ảnh chiếc đinh cuối cùng nối hai đoạn đường sắt.

Ranh giới ở mọi nơi khác trên Trái Đất được xác định bằng cách đối chiếu với điểm chuẩn này: tìm cùng dấu hiệu ấy trong lớp đá địa phương. Vì thế đinh vàng là một định nghĩa, còn tuổi tính bằng triệu năm của nó chỉ là một phép đo gắn kèm, có thể được tinh chỉnh mà định nghĩa không đổi.

Một điểm muốn thành đinh vàng phải đạt những gì?

Việc chọn điểm có thể kéo dài nhiều năm, vì nhiều nước đề cử mặt cắt của mình và các nhóm chuyên gia tranh luận. Những tiêu chí chính thường được nêu:

• Trầm tích liên tục, không có khoảng bị bào mòn hay gián đoạn quanh ranh giới.
• Có dấu hiệu chính, thường là lần xuất hiện đầu tiên của một loài hoá thạch phân bố rộng, kèm các dấu hiệu phụ như đảo cực từ trường hay biến đổi đồng vị carbon.
• Có lớp tro núi lửa hoặc khoáng vật để định tuổi tuyệt đối gần đó.
• Đá ít bị biến chất, ít bị uốn nếp, hoá thạch còn rõ.
• Dễ tiếp cận và được bảo vệ lâu dài để thế hệ sau còn tới kiểm tra.

Đề xuất đi qua tiểu ban chuyên trách, rồi Uỷ ban Địa tầng Quốc tế, cuối cùng được Liên đoàn Khoa học Địa chất Quốc tế phê chuẩn. Đến nay phần lớn các kỳ của liên đại Hiển sinh đã có đinh vàng, nhưng vẫn còn một số ranh giới chưa chốt và đang được nghiên cứu.

Vài đinh vàng nổi tiếng nằm ở đâu?

Các ví dụ dưới đây cho thấy dấu hiệu dùng để đánh dấu ranh giới rất đa dạng, từ dấu vết hang của sinh vật đến một lớp đất sét giàu kim loại hiếm.

Đáy thế Holocen là trường hợp đặc biệt: điểm chuẩn không nằm trên vách đá mà trong một ống lõi băng được lưu trữ ở kho lạnh. Điều này cho thấy tiêu chuẩn không bắt buộc phải là đá, miễn là một bản ghi liên tục, có thể đối chiếu toàn cầu.

Còn Tiền Cambri thì sao, có đinh vàng không?

Phần lớn Tiền Cambri chưa có đinh vàng; ranh giới của nó được định bằng con số tuổi cố định, gọi là GSSA.

Trước kỷ Cambri, sinh vật nhỏ và hiếm, gần như không có hoá thạch chỉ thị để đối chiếu toàn cầu. Vì thế các liên đại và đại cổ được chia bằng các mốc tuổi tròn như 2.500 triệu năm, ranh giới giữa Thái cổ và Nguyên sinh. GSSA là viết tắt của Global Standard Stratigraphic Age, tức tuổi chuẩn toàn cầu.

Cách này tiện nhưng bị nhiều nhà địa chất phê bình, vì con số không gắn với sự kiện nào xảy ra thật trên Trái Đất. Xu hướng hiện nay là dần thay các mốc số bằng ranh giới dựa trên sự kiện. Ví dụ rõ nhất là kỷ Ediacara, kỷ cuối của Tiền Cambri, được thông qua năm 2004 với một đinh vàng ở Úc, đặt tại đáy một lớp đá vôi phủ ngay trên trầm tích băng hà.

Dời một đinh vàng: chuyện đáy kỷ Đệ tứ

Đinh vàng có thể được xem lại, và trường hợp đáy kỷ Đệ tứ là ví dụ dễ hiểu nhất: ranh giới từng ở khoảng 1,8 triệu năm, nay được đặt ở khoảng 2,58 triệu năm.

Trong nhiều thập kỷ, đáy Đệ tứ gắn với một điểm chuẩn ở miền nam nước Ý, tuổi khoảng 1,8 triệu năm. Nhưng các nhà nghiên cứu khí hậu cổ chỉ ra rằng chu kỳ băng hà lớn ở bán cầu bắc đã bắt đầu sớm hơn, quanh 2,6 triệu năm trước. Sau tranh luận kéo dài, năm 2009 Liên đoàn Khoa học Địa chất Quốc tế phê chuẩn việc hạ đáy Đệ tứ xuống trùng với đáy kỳ Gelas, cũng neo ở một mặt cắt tại đảo Sicily, kéo cả kỳ này từ thế Pliocen sang thế Pleistocen.

Hệ quả cho người đọc: sách in trước khoảng năm 2010 thường ghi Đệ tứ bắt đầu khoảng 1,8 hoặc 2 triệu năm, sách mới ghi 2,58 triệu năm. Cả hai đều đúng theo định nghĩa của thời mình.

Đinh vàng giúp gì cho việc định niên đại?

Một ngôn ngữ chung

Khi nhà địa chất ở Việt Nam và ở Brazil cùng viết “ranh giới Permi – Trias”, họ đều ngầm đối chiếu với cùng một điểm ở Meishan. Nhờ đó các bản đồ địa chất, các bài báo ở hàng trăm nước nói được với nhau.

Tách định nghĩa khỏi phép đo

Tuổi của ranh giới Permi – Trias từng được ghi khoảng 251 triệu năm, nay là khoảng 251,9 triệu năm nhờ định tuổi urani – chì trên các lớp tro núi lửa ở chính mặt cắt chuẩn. Con số dịch đi nhưng lớp đá thuộc kỷ nào thì không thay đổi.

Nơi kiểm tra lại

Vì điểm chuẩn tồn tại thật, bất kỳ ai có phương pháp mới đều có thể tới lấy mẫu, đo lại và công bố. Đó là bản chất của khoa học: định nghĩa phải kiểm chứng được.

Hiểu nhầm hay gặp về đinh vàng

Tưởng đinh vàng làm bằng vàng. Thường là đĩa đồng hoặc chỉ là một mức được mô tả trong tài liệu; chữ vàng là cách gọi hình ảnh.

Tưởng ranh giới là một sự kiện tức thời trên toàn cầu. Dấu hiệu sinh vật có thể lan ra toàn cầu trong một khoảng thời gian; đinh vàng chọn một điểm quy ước, chấp nhận chênh lệch nhỏ ở nơi khác.

Nghĩ mọi ranh giới đã chốt từ lâu. Vẫn còn ranh giới chưa có điểm chuẩn và vẫn có đề xuất mới, như cuộc tranh luận về thế Nhân sinh.

Nghĩ con số triệu năm là định nghĩa. Ở liên đại Hiển sinh, định nghĩa là điểm trong đá; con số chỉ là kết quả đo hiện tại.

Câu hỏi thường gặp