Năm cuộc đại tuyệt chủng: các nhà địa chất định niên đại thế nào

Năm cuộc đại tuyệt chủng lớn xảy ra khoảng 445, 372, 252, 201 và 66 triệu năm trước. Các con số này chủ yếu đến từ định tuổi urani – chì trên hạt zircon trong lớp tro núi lửa nằm sát ranh giới, với sai số nhỏ nhất chỉ vài chục nghìn năm.

Tuyệt chủng hàng loạt là lúc một tỷ lệ lớn loài sinh vật biến mất trong thời gian ngắn theo thước đo địa chất. Năm sự kiện lớn nhất cũng là những mốc đánh dấu ranh giới trên thang địa chất, nên hiểu cách định tuổi chúng giúp bạn hiểu cả thang. Bài không kể lại từng giả thuyết nguyên nhân mà tập trung vào câu hỏi của trang này: làm sao biết chúng xảy ra khi nào, và chắc đến đâu.

Năm cuộc đại tuyệt chủng xảy ra khi nào?

Bảng dưới đây dùng con số làm tròn theo các tài liệu phổ thông. Tỷ lệ loài mất đi là ước lượng từ hồ sơ hoá thạch, nhất là sinh vật biển có vỏ, và luôn có biên độ rộng.

Đừng coi các phần trăm như số đếm chính xác: không ai đếm được mọi loài sống cách đây hàng trăm triệu năm. Con số được suy ra từ những nhóm hoá thạch phổ biến rồi ngoại suy, nên hai tài liệu có thể chênh nhau vài chục điểm phần trăm.

Đồng hồ nào đo được thời điểm tuyệt chủng?

Không có máy nào đo trực tiếp xem một loài chết năm nào. Người ta đo tuổi của lớp đá kẹp quanh lúc loài ấy biến mất.

Zircon trong tro núi lửa

Đây là công cụ chính. Khi núi lửa phun, tro rơi xuống biển hoặc hồ và tạo thành lớp mỏng xen giữa trầm tích. Trong tro có hạt zircon kết tinh ngay trước khi phun; zircon nhận urani nhưng hầu như không nhận chì lúc kết tinh, nên chì đo được về sau gần như toàn bộ do phân rã. Lớp tro nằm ngay dưới và ngay trên ranh giới cho hai mốc kẹp lấy sự kiện.

Argon trong thuỷ tinh va chạm

Với sự kiện cuối Creta, cú va chạm thiên thạch làm bắn ra những hạt thuỷ tinh nhỏ. Định tuổi argon – argon trên các hạt này và trên tro núi lửa gần ranh giới cho con số khoảng 66 triệu năm, với sai số rất nhỏ so với tuổi.

Hoá thạch và tín hiệu hoá học

Đồng hồ phóng xạ cho tuổi tuyệt đối; còn việc xác định chính xác lớp nào là lúc tuyệt chủng thì dựa vào hoá thạch biến mất, tỷ lệ đồng vị carbon thay đổi đột ngột, hoặc lớp sét giàu iridi. Hai loại bằng chứng phải được ghép với nhau.

Vì sao sự kiện cuối Permi được định tuổi kỹ nhất?

Vì mặt cắt chuẩn ở Meishan, Trung Quốc có nhiều lớp tro núi lửa xen ngay quanh ranh giới, cho phép kẹp sự kiện trong một khung rất hẹp.

Các nghiên cứu urani – chì độ phân giải cao trên những lớp tro này đặt ranh giới vào khoảng 251,9 triệu năm trước và cho thấy pha tuyệt chủng chính có lẽ chỉ kéo dài vài chục nghìn năm, tức là rất nhanh theo thước đo địa chất. Cùng thời gian, các đợt phun trào bazan ở Siberia cũng được định tuổi, và hai khung thời gian chồng lên nhau. Sự trùng khớp ấy là một lý do khiến nhiều nhà khoa học coi phun trào là thủ phạm chính, dù chuỗi cơ chế cụ thể vẫn còn bàn.

Bài học về phương pháp: khi hai sự kiện có sai số chồng nhau, ta chỉ nói được chúng có thể cùng lúc, chưa chứng minh được cái này gây ra cái kia.

Thời lượng của một cuộc tuyệt chủng là bao lâu?

Câu trả lời trung thực là: khác nhau cho từng sự kiện và còn đang tranh luận, từ vài nghìn năm đến vài triệu năm.

Sự kiện cuối Creta có lẽ nhanh nhất, vì cú va chạm gây biến động khí hậu ngay lập tức. Sự kiện cuối Devon thì gồm nhiều đợt rải rác trong vài triệu năm, đến mức có nhà nghiên cứu cho rằng không nên gọi là một sự kiện. Khó khăn nằm ở chỗ hồ sơ hoá thạch có khoảng trống: một loài biến mất khỏi đá không có nghĩa là nó chết đúng lúc ấy, có thể chỉ là chưa ai tìm thấy hoá thạch trẻ hơn. Hiện tượng này khiến tuyệt chủng đột ngột trông như từ từ trong đá, và các nhà cổ sinh phải dùng thống kê để hiệu chỉnh.

Ranh giới Creta – Paleogen được phát hiện ra sao?

Ranh giới này nổi tiếng vì một lớp sét mỏng giàu nguyên tố iridi, phát hiện quanh năm 1980, dẫn tới giả thuyết va chạm thiên thạch và về sau tới việc tìm thấy hố va chạm.

Nhóm nghiên cứu của cha con nhà Alvarez đo lượng iridi trong lớp sét ranh giới ở gần thị trấn Gubbio, nước Ý, và thấy cao hơn nhiều lần so với các lớp trên dưới. Iridi hiếm trong vỏ Trái Đất nhưng phổ biến hơn trong thiên thạch, nên nhóm đề xuất một vật thể lớn từ ngoài không gian đã va vào hành tinh. Khi đó giả thuyết bị hoài nghi nhiều. Đầu thập niên 1990, một hố va chạm lớn đường kính khoảng 180 km bị vùi dưới bán đảo Yucatán, Mexico, được xác định có tuổi trùng với ranh giới.

Câu chuyện này là ví dụ đẹp về phối hợp phương pháp: tín hiệu hoá học chỉ ra lớp đá, định tuổi phóng xạ chỉ ra thời điểm, và địa vật lý tìm ra hố. Không phương pháp nào một mình đủ sức thuyết phục. Đến nay, vai trò của các đợt phun trào bazan cùng thời ở Ấn Độ vẫn được nghiên cứu song song.

Tuyệt chủng nằm ở đâu trên thang địa chất?

Hai cuộc lớn nhất trở thành ranh giới đại: cuối Permi ngăn Cổ sinh với Trung sinh, cuối Creta ngăn Trung sinh với Tân sinh. Ba cuộc còn lại không phải lúc nào cũng trùng ranh giới kỷ.

Tuyệt chủng cuối Ordovic nằm gần ranh giới Ordovic – Silur, tuyệt chủng cuối Trias trùng ranh giới Trias – Jura. Riêng đợt chính của tuyệt chủng Devon nằm bên trong kỷ Devon, giữa hai kỳ của thế Devon muộn, chứ không phải ở cuối kỷ. Đây là điểm sách phổ thông hay viết gọn thành “cuối kỷ Devon” và khiến người đọc nghĩ mọi ranh giới kỷ đều là một thảm hoạ. Thực tế đa số ranh giới kỷ được chọn theo sự xuất hiện của loài mới chứ không theo sự biến mất.

Đọc tin “tuyệt chủng” trên báo thế nào cho tỉnh táo?

Hỏi con số đến từ phương pháp nào. Tuổi lấy từ zircon hay argon khác hẳn tuổi suy từ vị trí trong lớp đá.

Tìm sai số. Một bài viết nói “cách đây chính xác 66.038.000 năm” mà không có sai số là đã bỏ mất thông tin quan trọng.

Phân biệt trùng thời gian và nguyên nhân. Hai sự kiện xảy ra cùng khoảng thời gian chưa chắc có quan hệ nhân quả.

Cẩn thận với cụm “cuộc tuyệt chủng thứ sáu”. Đó là cách nói của nhiều nhà sinh học về mất đa dạng sinh học hiện nay, nhưng việc so sánh với năm sự kiện trong đá đòi hỏi thang thời gian rất khác; đọc kỹ tác giả đang so cái gì.

Câu hỏi thường gặp