Lớp dưới thường cổ hơn lớp trên vì đất, cát, bùn và rác sinh hoạt tích tụ dần theo thời gian: thứ lắng xuống trước nằm dưới, thứ đến sau phủ lên trên. Đó là nguyên lý chồng chất, nền của mọi phép định tuổi tương đối, và nó chỉ đúng khi các lớp chưa bị lật, đào xuyên hay xáo trộn.
Nghe thì hiển nhiên như chồng báo cũ trong góc nhà: tờ nằm dưới cùng là tờ mua sớm nhất. Nhưng chính vì hiển nhiên nên người học hay dùng nó sai, chẳng hạn coi lớp dày là lớp lâu, hay coi mọi thứ tìm thấy ở dưới đều cổ hơn mọi thứ ở trên. Bài này nói rõ nguyên lý chồng chất cho phép kết luận điều gì, không cho phép kết luận điều gì, và người làm địa chất, khảo cổ kiểm tra nó ra sao trước khi tin.
Nguyên lý chồng chất nói chính xác điều gì?
Nguyên lý chồng chất nói rằng trong một chuỗi lớp trầm tích chưa bị biến động, lớp nằm dưới được hình thành trước lớp nằm trên. Câu này chỉ nói về thứ tự, không nói về số năm. Từ một vách đất, bạn biết lớp A có trước lớp B, nhưng không biết A cổ hơn B mười năm hay mười nghìn năm. Vì thế người ta gọi đây là định tuổi tương đối: xếp được trước sau, chưa đo được khoảng cách.
Nguyên lý này thường được gắn với nhà tự nhiên học Nicolaus Steno ở thế kỷ 17, khi ông quan sát đá trầm tích và hoá thạch ở Ý. Về sau các nhà địa chất mở rộng nó thành nền móng của ngành địa tầng học, môn học về thứ tự và mối quan hệ giữa các lớp đá. Khảo cổ học mượn lại đúng cách nghĩ ấy cho các lớp đất do con người tạo ra.
Điều đáng nhớ là nguyên lý chồng chất áp dụng cho lúc lớp được hình thành, không áp dụng cho tuổi của từng hạt bên trong. Một lớp cát bồi năm ngoái có thể chứa hạt thạch anh đã tồn tại hàng triệu năm, vì cát bị bào mòn từ đá rất cổ rồi được dòng sông mang tới. Lớp thì trẻ, vật liệu thì già. Phân biệt hai thứ này giúp bạn tránh nhiều kết luận vội.
Ba nguyên lý đi cùng nguyên lý chồng chất
Nguyên lý nằm ngang ban đầu. Trầm tích lắng trong nước hoặc trải trên mặt đất thường tạo lớp gần nằm ngang. Nếu bạn thấy lớp đá dựng đứng hay nghiêng mạnh, nhiều khả năng nó đã bị uốn, nghiêng sau khi hình thành. Độ nghiêng vì thế là một sự kiện, xảy ra sau lớp.
Nguyên lý liên tục theo chiều ngang. Một lớp trầm tích trải rộng cho tới khi mỏng dần hoặc gặp vật cản. Khi một con suối cắt qua, hai bên bờ lộ ra cùng một lớp, ta có quyền nối chúng lại với nhau dù ở giữa đã bị bào mất.
Nguyên lý chồng chất. Khi các lớp còn ở tư thế ban đầu, lớp dưới hình thành trước lớp trên. Ba nguyên lý dùng chung: nằm ngang cho biết lớp có còn nguyên tư thế hay không, liên tục giúp nối lớp qua khoảng trống, chồng chất cho biết thứ tự.
Cách dùng ba nguyên lý ngoài thực tế. Người quan sát thường đi theo đúng thứ tự trên: kiểm tra xem lớp có bị nghiêng hay đảo không, nối lớp giữa các điểm lộ, rồi mới đọc trước sau. Bỏ qua bước đầu là bước dễ sai nhất.
Lớp dày có phải là lớp lâu?
Không. Độ dày của một lớp phụ thuộc tốc độ tích tụ, mà tốc độ này thay đổi rất lớn giữa các môi trường. Bảng dưới so sánh định tính để bạn thấy vì sao không quy đổi được độ dày ra số năm.
| Môi trường | Tốc độ tích tụ thường gặp | Hệ quả khi đọc lớp |
|---|---|---|
| Lũ lớn tràn bờ sông | Rất nhanh, một trận có thể để lại lớp dày | Lớp dày nhưng chỉ ứng với vài ngày |
| Đáy hồ yên tĩnh | Chậm, đều theo mùa | Lớp mỏng nhưng có thể đếm được theo năm ở một số hồ |
| Đáy biển sâu | Rất chậm | Vài phân có thể ứng với thời gian rất dài |
| Tro núi lửa phun | Tức thời | Một lớp đánh dấu một khoảnh khắc, rất hữu ích để nối lớp |
| Nơi con người cư trú | Thất thường, theo sinh hoạt | Lớp dày lên khi đổ rác, dựng nhà, san nền |
Ngoài ra còn có những khoảng trống không để lại lớp nào: thời gian bị bào mòn, hay đơn giản là thời gian không có gì lắng xuống. Ranh giới giữa hai lớp kề nhau có khi ứng với vài giờ, có khi ứng với rất nhiều thế kỷ. Muốn biết khoảng cách, cần thêm phương pháp định tuổi tuyệt đối hoặc lớp đếm được theo năm.
Khi nào lớp dưới lại trẻ hơn lớp trên?
Nguyên lý chồng chất có điều kiện đi kèm: các lớp phải còn ở tư thế ban đầu. Những trường hợp dưới đây phá điều kiện ấy, và người đọc lớp phải loại trừ chúng trước khi dùng nguyên lý.
Đá bị uốn nếp đảo lộn
Trong vùng núi bị ép mạnh, cả một tập lớp có thể bị gập lại như gập chăn. Ở cánh bị lật, thứ tự đảo ngược hoàn toàn: lớp trẻ nằm dưới, lớp cổ nằm trên. Nhà địa chất nhận ra nhờ các dấu hiệu chỉ hướng đỉnh lớp, chẳng hạn vết gợn sóng, vết nứt khô hay lớp hạt thô dần về phía đáy.
Đứt gãy chờm nghịch
Một khối đá cổ có thể bị đẩy trượt lên trên khối đá trẻ hơn dọc theo một mặt đứt gãy. Nhìn từ xa, ta thấy đá cổ nằm trên đá trẻ, nhưng ranh giới giữa chúng là mặt trượt chứ không phải mặt lắng đọng.
Đá nóng chảy chen vào giữa
Mắc ma có thể len giữa hai lớp trầm tích rồi đông cứng thành một tấm đá nằm ngang. Tấm đá ấy nằm dưới lớp trên nhưng trẻ hơn cả lớp trên lẫn lớp dưới. Dấu hiệu là đá xung quanh bị nung ở cả mặt trên và mặt dưới.
Hố đào, hang thú, rễ cây
Ở khảo cổ, ngoại lệ hay gặp nhất là con người đào hố, chôn mộ, dựng cột nhà xuyên qua các lớp cũ. Vật trong hố nằm sâu nhưng trẻ hơn lớp xung quanh. Chuột, giun, mối và rễ cây cũng kéo vật nhỏ lên xuống. Vì thế người khai quật luôn tìm đường viền của hố trước khi gán vật vào lớp.
Lớp do con người tạo ra có theo nguyên lý chồng chất không?
Có, và đây là chỗ khảo cổ học dựa vào nhiều nhất. Nơi người ta sống lâu đời, rác bếp, tro than, mảnh gốm vỡ, nền nhà sập, đất san lấp chồng lên nhau thành các lớp gọi là lớp văn hoá. Ở vùng ven biển miền Trung nước ta có những cồn vỏ nhuyễn thể do người xưa ăn rồi đổ thành đống qua nhiều thế hệ; ở Cận Đông có những gò đất cao hàng chục mét hình thành từ các làng xây chồng lên nhau trên nền làng cũ.
Khác với trầm tích tự nhiên, lớp do người tạo ra thường không nằm ngang và không liên tục. Một nền nhà có thể dốc, một đống rác có thể dày ở giữa và mỏng ở mép. Người khai quật vì thế ít dựa vào độ ngang của lớp, mà dựa vào ranh giới giữa các đơn vị đất: cái gì cắt cái gì, cái gì phủ lên cái gì. Nguyên lý vẫn vậy, chỉ là đơn vị nhỏ hơn và quan hệ rối hơn.
Quan sát một vách đất lộ thiên mà không cần đào
Bạn có thể luyện mắt đọc lớp ở những nơi đất đã tự lộ ra: bờ sông lở, taluy đường mới xẻ, vách hố móng công trình nhìn từ ngoài rào. Chỉ quan sát và ghi chép, không leo vách, không moi đất.
- Đứng cách vách một khoảng an toàn, nhìn tổng thể trước, đếm xem có bao nhiêu dải màu hoặc dải hạt khác nhau.
- Với mỗi dải, ghi màu, độ thô của hạt (sét, cát, sỏi), có lẫn vỏ ốc, than hay rễ cây không.
- Nhìn ranh giới giữa các dải: thẳng và sắc hay lượn sóng và nhoè. Ranh giới sắc thường cho thấy một thay đổi đột ngột.
- Kiểm tra các lớp có nằm ngang không; nếu nghiêng, ghi lại hướng nghiêng.
- Tìm chỗ một dải bị cắt ngang bởi rãnh, hố hay rễ cây lớn; đó là các sự kiện xảy ra sau.
- Vẽ phác vách vào sổ, đánh số lớp từ trên xuống, rồi viết thứ tự hình thành từ dưới lên.
Nếu thấy mảnh gốm, xương hay đồ kim loại lộ ra, đừng cạy lấy. Vật đã rời khỏi lớp thì mất gần hết giá trị định tuổi. Hãy chụp ảnh, ghi vị trí và báo cho Uỷ ban nhân dân cấp xã hoặc cơ quan văn hoá địa phương; việc khai quật di chỉ do cơ quan chuyên môn được cấp phép thực hiện theo Luật Di sản văn hoá.
Lỗi hay gặp khi học nguyên lý chồng chất
- Quy độ dày ra số năm, kiểu “lớp dày gấp đôi nên lâu gấp đôi”.
- Quên rằng lớp thì trẻ nhưng vật liệu bên trong có thể rất cổ, như cát, sỏi hay mảnh gốm bị cuốn trôi từ nơi khác tới.
- Áp nguyên lý cho đá đã bị uốn, đứt gãy mà không kiểm tra tư thế lớp.
- Gán vật trong hố đào hay hang chuột vào lớp xung quanh.
- Nghĩ rằng ranh giới giữa hai lớp kề nhau luôn là khoảng thời gian ngắn.
- Nói “lớp này 3.000 năm tuổi” khi chỉ có địa tầng; địa tầng chỉ cho thứ tự, con số phải đến từ phương pháp khác.
Câu hỏi thường gặp
Nguyên lý chồng chất có cho biết tuổi chính xác của một lớp đất không?
Không. Nguyên lý chồng chất chỉ cho biết lớp nào hình thành trước, lớp nào sau. Muốn có con số năm, cần các phương pháp định tuổi tuyệt đối như carbon-14 cho vật hữu cơ, hoặc lớp đếm được theo năm.
Ai là người nêu ra nguyên lý chồng chất?
Nguyên lý thường được gắn với Nicolaus Steno, nhà tự nhiên học thế kỷ 17. Ý tưởng sau đó được các nhà địa chất phát triển thành ngành địa tầng học và được khảo cổ học áp dụng cho lớp đất do con người tạo ra.
Vì sao lớp đất dày chưa chắc đã hình thành lâu?
Vì tốc độ tích tụ khác nhau rất nhiều. Một trận lũ có thể để lại lớp bùn dày trong vài ngày, còn đáy biển sâu có khi cần thời gian rất dài để tích được vài phân.
Có trường hợp lớp dưới trẻ hơn lớp trên không?
Có. Đá bị uốn nếp đảo lộn, đứt gãy chờm nghịch, mắc ma chen giữa các lớp, hay hố đào và hang thú đều làm vật trẻ nằm dưới vật cổ. Người đọc lớp phải loại trừ các trường hợp này trước.
Học sinh có thể tự quan sát địa tầng ở đâu?
Ở bờ sông lở, taluy đường mới xẻ hoặc vách hố móng nhìn từ ngoài rào. Chỉ quan sát, chụp ảnh và vẽ phác, không leo vách và không đào bới, nhất là ở nơi có thể là di chỉ.