Hoá thạch chỉ thị là loài sinh vật tồn tại trong một khoảng thời gian địa chất ngắn nhưng phân bố rộng. Lớp đá chứa nó được xác định thuộc đúng khoảng thời gian ấy, và hai lớp đá ở hai nơi xa nhau cùng chứa loài này được coi là gần cùng tuổi.
Nguyên lý chồng chất chỉ xếp được lớp ở một chỗ. Muốn biết lớp đá trên núi này có cùng tuổi với lớp đá dưới thung lũng cách đó vài chục cây số hay không, cần một cái gì đó vượt qua khoảng cách. Hoá thạch làm được việc ấy. Đây là nền tảng của ngành địa tầng sinh vật, và cũng là cách thang thời gian địa chất được dựng lên trước khi có đồng hồ phóng xạ.
Nguyên lý kế tục sinh vật nói gì?
Nguyên lý kế tục sinh vật nói rằng các nhóm sinh vật hoá thạch nối tiếp nhau theo một trật tự nhất định, có thể nhận ra, và trật tự ấy giống nhau ở mọi nơi. Một loài đã tuyệt chủng thì không xuất hiện lại ở lớp trẻ hơn. Vì vậy, tập hợp hoá thạch trong một lớp giống như dấu vân tay của một quãng thời gian.
Người thường được nhắc tới gắn với nguyên lý này là William Smith, một kỹ sư khảo sát người Anh cuối thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19. Khi đào kênh và khảo sát mỏ, ông nhận thấy mỗi lớp đá chứa một tập hợp hoá thạch riêng và có thể nhận ra lớp ấy ở nơi khác nhờ hoá thạch. Từ quan sát này, ông vẽ được một trong những bản đồ địa chất đầu tiên cho cả một vùng rộng lớn.
Điều đáng nói là Smith làm được việc này trước khi thuyết tiến hoá ra đời. Ông chỉ cần quan sát rằng trật tự là ổn định; lời giải thích vì sao các loài nối tiếp nhau đến sau, với lý thuyết tiến hoá và tuyệt chủng.
Bốn tiêu chuẩn của một hoá thạch chỉ thị tốt
Không phải hoá thạch nào cũng dùng để định tuổi được. Ốc, sò sống dai qua nhiều thời kỳ thì gần như vô ích. Một hoá thạch chỉ thị lý tưởng cần:
- Tồn tại ngắn: loài xuất hiện và tuyệt chủng trong một khoảng thời gian địa chất hẹp, nên lớp chứa nó được khoanh tuổi chặt.
- Phân bố rộng: có mặt ở nhiều vùng, lý tưởng là trên nhiều châu lục, để nối được các lớp xa nhau.
- Nhiều: dễ tìm thấy, không phải đợi may mắn.
- Dễ nhận: có đặc điểm hình thái rõ, người được đào tạo phân biệt được với loài gần giống.
Sinh vật biển trôi nổi hoặc bơi tự do thường đạt tiêu chuẩn phân bố rộng tốt hơn sinh vật sống bám đáy hay trên cạn, vì dòng biển mang chúng đi khắp nơi. Đó là lý do nhiều hoá thạch chỉ thị kinh điển là sinh vật biển.
Một số nhóm hoá thạch chỉ thị hay được nhắc trong sách
Các khoảng thời gian dưới đây là khoảng tồn tại của cả nhóm theo tài liệu phổ thông, viết tròn. Khi định tuổi thật, người ta dùng từng loài hoặc chi, với khoảng ngắn hơn nhiều.
| Nhóm | Đặc điểm nhận dạng | Thời gian tồn tại của cả nhóm |
|---|---|---|
| Bọ ba thuỳ (trilobite) | Chân khớp biển, thân chia ba thuỳ dọc | Đại Cổ sinh, kết thúc khoảng 252 triệu năm trước |
| Bút đá (graptolite) | Tập đoàn sinh vật nhỏ, hoá thạch như vệt răng cưa mảnh trên đá phiến | Chủ yếu trong nửa đầu đại Cổ sinh |
| Cúc đá (ammonite) | Vỏ xoắn ốc phẳng có vách ngăn, đường nối vách phức tạp | Phát triển mạnh ở đại Trung sinh, tuyệt chủng khoảng 66 triệu năm trước |
| Trùng lỗ (foraminifera) | Sinh vật đơn bào có vỏ, rất nhỏ, cần kính hiển vi | Từ đại Cổ sinh tới nay, nhiều loài ngắn ngủi |
| Phấn hoa và bào tử | Hạt rất nhỏ, vỏ bền, hình dạng đặc trưng theo loài | Dùng nhiều cho trầm tích trên cạn và gần đây |
Trùng lỗ và phấn hoa là ví dụ cho thấy hoá thạch chỉ thị không nhất thiết phải to và đẹp. Trong ngành dầu khí, mẫu vụn khoan từ giếng sâu thường được định tuổi nhờ vi hoá thạch, vì mũi khoan nghiền nát mọi thứ lớn hơn.
Từ một hoá thạch đến tuổi của lớp đá
Khoanh tuổi bằng nhiều loài
Một loài đơn lẻ cho một khoảng thời gian. Hai loài có khoảng chồng lên nhau một phần thì lớp chứa cả hai phải nằm trong phần chồng lấn. Càng nhiều loài, khoảng càng hẹp. Các nhà nghiên cứu chia địa tầng thành những đới sinh vật, mỗi đới được nhận ra bởi một loài hay một tập hợp loài.
Gắn số năm
Đới sinh vật chỉ là thứ tự. Con số năm đến từ chỗ một số đới nằm kẹp giữa các lớp tro núi lửa đã được định tuổi bằng đồng vị phóng xạ. Khi đã có con số, mọi lớp đá chứa đới đó ở khắp nơi đều được hưởng con số ấy, dù bản thân chúng không định tuổi trực tiếp được.
Ranh giới các kỷ
Nhiều ranh giới trong thang thời gian địa chất được xác định bằng lần xuất hiện đầu tiên của một loài hoá thạch tại một mặt cắt chuẩn được quốc tế công nhận. Hoá thạch vì thế không chỉ dùng để định tuổi mà còn dùng để định nghĩa chính các đơn vị thời gian.
Đối sánh hai vách đá xa nhau: một bài tập giả định
Giả sử vách X có năm lớp, vách Y cách đó khá xa có bốn lớp, đá trông khác nhau vì môi trường lắng đọng khác. Cách nối chúng bằng hoá thạch:
- Lập danh sách hoá thạch trong từng lớp của mỗi vách, ghi từ dưới lên.
- Tìm loài có mặt ở cả hai vách; ưu tiên loài có khoảng tồn tại ngắn.
- Nối lớp chứa cùng loài chỉ thị ở hai vách bằng một đường; lặp lại với loài khác.
- Kiểm tra các đường nối không cắt chéo nhau; nếu cắt chéo, có thể đã nhận nhầm loài hoặc gặp hoá thạch tái trầm tích.
- Ghi những lớp chỉ có ở một vách: có thể vách kia bị bào mòn mất quãng ấy, hoặc quãng ấy không lắng đọng ở đó.
Bài tập này cho thấy vì sao hai vách đá rất khác nhau về màu sắc, độ hạt vẫn có thể cùng tuổi, và hai lớp trông giống hệt nhau vẫn có thể khác tuổi. Đá kể về môi trường, hoá thạch kể về thời gian.
Giới hạn và bẫy khi dùng hoá thạch
Hoá thạch tái trầm tích. Đá cổ bị bào mòn, hoá thạch trong đó rơi ra và bị chôn lại trong lớp trẻ. Lớp trẻ trông như chứa hoá thạch cổ. Dấu hiệu là hoá thạch bị mài mòn, vỡ, lẫn lộn với hoá thạch trẻ hơn.
Xuất hiện không đồng thời. Một loài có thể xuất hiện ở vùng này sớm hơn vùng kia do di cư. Sai lệch thường nhỏ so với độ phân giải địa chất, nhưng không bằng không.
Môi trường khác nhau. Lớp đá hình thành trên cạn và dưới biển sâu cùng lúc chứa hoá thạch hoàn toàn khác nhau. Không có hoá thạch biển trong đá trên cạn không có nghĩa là khác tuổi.
Không áp dụng cho khảo cổ thời gần. Với vài nghìn năm, sinh vật gần như không thay đổi loài. Khảo cổ học thời gần dùng hiện vật người làm thay cho hoá thạch, theo cùng một cách nghĩ.
Nhặt được hoá thạch thì nên làm gì?
Hoá thạch có giá trị khoa học lớn nhất khi còn gắn với lớp đá chứa nó. Nếu bạn thấy hoá thạch lộ ở vách đá, hãy chụp ảnh cả hoá thạch lẫn vách, ghi vị trí và báo cho bảo tàng địa chất hoặc khoa địa chất của một trường đại học. Một số khu vực có hoá thạch được bảo vệ như di sản địa chất hoặc nằm trong khu bảo tồn, nơi việc đục đẽo là không được phép. Mua bán hoá thạch trôi nổi không rõ nguồn gốc cũng làm mất dữ liệu và có thể vi phạm quy định.
Câu hỏi thường gặp
Hoá thạch chỉ thị là gì?
Là hoá thạch của loài sinh vật tồn tại trong khoảng thời gian địa chất ngắn nhưng phân bố rộng, phổ biến và dễ nhận. Lớp đá chứa nó được xác định thuộc khoảng thời gian loài đó sinh sống.
Vì sao ốc, sò bình thường ít dùng để định tuổi?
Vì nhiều loài như vậy sống qua những khoảng thời gian rất dài hoặc chỉ sống ở một môi trường hẹp, nên chúng không khoanh được tuổi lớp đá cho chặt và không nối được các vùng xa nhau.
Hoá thạch có cho biết tuổi tính bằng năm không?
Bản thân hoá thạch chỉ cho thứ tự và đới thời gian. Con số năm có được khi các đới đó được neo vào lớp tro núi lửa hay đá đã định tuổi bằng đồng vị phóng xạ.
William Smith đóng góp gì cho địa tầng học?
William Smith là kỹ sư khảo sát người Anh nhận ra mỗi lớp đá có tập hợp hoá thạch riêng, dùng nó để nhận ra lớp ở nơi khác và vẽ bản đồ địa chất cho cả một vùng rộng.
Hoá thạch tái trầm tích là gì?
Là hoá thạch rơi ra từ đá cổ bị bào mòn rồi bị chôn lại trong lớp trẻ hơn. Nếu không nhận ra, người ta sẽ định tuổi lớp trẻ quá cổ.