Măng đá trong hang và san hô khối ngoài biển đều lớn thêm từng lớp theo thời gian và chứa urani, nên định tuổi được bằng phương pháp urani – thori tới vài trăm nghìn năm. San hô còn có dải năm đếm được, măng đá ghi lại lượng mưa gió mùa.
Nói tới kho lưu trữ khí hậu, người ta hay nghĩ tới băng vùng cực và cây xứ lạnh. Vùng nhiệt đới, trong đó có Việt Nam, thiếu cả hai: không có chỏm băng, và phần lớn cây không có vòng năm rõ. Nhưng thiên nhiên nhiệt đới có hai thứ khác thay thế rất tốt. Trong lòng núi đá vôi, nước nhỏ giọt bồi từng lớp đá thành măng đá. Ngoài biển, san hô xây bộ xương đá vôi lớn dần mỗi năm. Cả hai đều là đồng hồ và đều là cuốn nhật ký thời tiết.
Măng đá lớn lên và ghi thời gian thế nào?
Từ giọt nước thành lớp đá
Nước mưa thấm qua đất hấp thụ carbon dioxide, trở nên hơi chua, hoà tan đá vôi trên đường đi. Khi giọt nước nhỏ xuống trần hang, nơi không khí ít carbon dioxide hơn, khí thoát ra và canxi cacbonat kết tủa. Phần đọng trên trần là thạch nhũ, phần rơi xuống sàn và bồi dần lên là măng đá. Các nhà nghiên cứu thích măng đá hơn vì nó lớn thành từng lớp chồng lên nhau, dễ cắt dọc và đọc theo trục.
Tốc độ lớn chậm
Măng đá thường chỉ cao thêm từ vài phần trăm milimét tới khoảng một milimét mỗi năm, tuỳ lượng nước và độ bão hoà. Vì thế một măng đá cao bằng người có thể ghi lại hàng chục nghìn năm. Ở một số hang, lớp năm hiện ra như những vân mảnh đếm được; còn phần lớn trường hợp, tuổi được đo bằng đồng vị.
Urani – thori đo tuổi măng đá và san hô ra sao?
Nước ngầm và nước biển hoà tan một lượng nhỏ urani, nhưng gần như không hoà tan thori. Khi canxi cacbonat kết tủa, nó nhốt urani vào mà hầu như không có thori. Urani-234 sau đó phân rã dần thành thori-230. Đo tỷ lệ thori-230 so với urani trong một lớp, người ta tính được lớp đó hình thành cách nay bao lâu, giống như xem một chiếc đồng hồ cát đã chảy được bao nhiêu.
Phương pháp dùng tốt cho mẫu từ vài trăm năm tới khoảng năm, sáu trăm nghìn năm. Với máy khối phổ hiện đại, sai số ở mẫu vài chục nghìn năm tuổi có thể chỉ cỡ dưới một phần trăm. Điểm yếu là mẫu bị nhiễm thori từ đất sét, bụi lẫn vào lớp đá, khiến tuổi già hơn thật; người ta phải đo thêm đồng vị thori-232 để hiệu chỉnh.
Măng đá kể gì về gió mùa châu Á?
Tỷ lệ đồng vị oxy trong canxi cacbonat của măng đá phản ánh nước mưa thấm xuống. Ở vùng gió mùa, tỷ lệ này thay đổi theo cường độ gió mùa mùa hè. Các măng đá trong những hang ở miền nam Trung Quốc đã cho một bản ghi gió mùa châu Á kéo dài hàng trăm nghìn năm, mỗi đoạn có tuổi urani – thori chính xác, được dùng rộng rãi như một thước đo chuẩn cho khí hậu vùng.
Việt Nam có nhiều vùng núi đá vôi với hệ thống hang lớn, như vùng Phong Nha – Kẻ Bàng ở Quảng Trị hay các khối đá vôi ở miền Bắc. Đã có những nghiên cứu lấy măng đá ở một số hang miền Bắc để dựng lại lượng mưa gió mùa vài nghìn năm gần đây, và đây là hướng còn nhiều chỗ để mở rộng. Mỗi hang mới được nghiên cứu là một điểm dữ liệu bổ sung cho bức tranh gió mùa ở đúng nơi người Việt sống.
Khoảng trống trong măng đá đọc thế nào?
Măng đá không lớn liên tục mãi. Khi khí hậu quá khô, nguồn nước nhỏ giọt cạn, măng đá ngừng lớn; khi đường nước trong đá vôi đổi hướng, giọt nước rơi sang chỗ khác. Trên lát cắt, những lần ngừng này hiện ra như một đường ranh có lớp bụi sẫm hoặc mặt đá bị ăn mòn. Đo tuổi ngay trên và ngay dưới đường ranh, người ta biết khoảng trống kéo dài bao lâu.
Bản thân khoảng trống cũng là thông tin. Nhiều măng đá ở cùng một vùng cùng ngừng lớn trong một giai đoạn gợi ý thời kỳ khô hạn hoặc lạnh. Ở vùng ven biển, những hang nay nằm dưới mực nước biển nhưng có măng đá chứng tỏ hang đó từng khô ráo, tức mực nước biển khi ấy thấp hơn. Vì vậy người nghiên cứu không bao giờ dựng bản ghi từ một măng đá đơn lẻ: họ ghép nhiều mẫu, mỗi mẫu lấp một đoạn, và kiểm chéo ở những đoạn chồng nhau.
San hô khối ghi năm tháng như thế nào?
Dải mật độ hằng năm
Những tập đoàn san hô khối, điển hình là chi Porites, lớn đều đặn và có thể sống vài trăm năm. Bộ xương của chúng có các dải đặc và xốp xen nhau theo mùa. Khi khoan một lõi dọc trục lớn của khối san hô, cắt lát và chụp tia X, các dải hiện lên rõ như vòng cây, đếm được theo năm.
Nhiệt độ nước biển trong từng lớp
Tỷ lệ stronti so với canxi và tỷ lệ đồng vị oxy trong xương san hô thay đổi theo nhiệt độ nước. Đo dày đặc dọc lõi, người ta có nhiệt độ mặt biển theo từng tháng qua hàng trăm năm, ở những vùng biển chưa từng có nhiệt kế.
San hô hoá thạch và mực nước biển
San hô sống gần mặt nước, nên một rạn san hô hoá thạch có tuổi urani – thori cho biết mực nước biển ở thời điểm đó. San hô hoá thạch cũng góp phần vào đường cong hiệu chỉnh carbon-14 cho các thời kỳ xa hơn vòng cây.
So sánh măng đá và san hô khối
Hai kho lưu trữ bổ sung cho nhau: một trên đất liền, một ngoài biển.
| Tiêu chí | Măng đá trong hang | San hô khối |
|---|---|---|
| Cách định tuổi chính | Urani – thori, đôi khi đếm lớp năm | Đếm dải năm, urani – thori cho mẫu hoá thạch |
| Khoảng thời gian thường gặp | Vài nghìn đến vài trăm nghìn năm | Vài trăm năm với san hô sống; xa hơn với hoá thạch |
| Ghi lại | Lượng mưa, gió mùa, thảm thực vật trên hang | Nhiệt độ, độ mặn nước biển, dao động đại dương |
| Độ nét | Từ vài năm tới vài chục năm mỗi mẫu | Có thể tới từng tháng |
| Rủi ro khi lấy mẫu | Hang bị tổn hại vĩnh viễn nếu khai thác bừa | Rạn san hô đang chịu áp lực, cần giấy phép |
Vì sao không ai được tự bẻ thạch nhũ hay khoan san hô?
Câu trả lời ngắn: vì lớp đá mất hàng nghìn năm mới hình thành, mất đi là không lấy lại được. Cụ thể hơn:
- Hang động và rạn san hô thường nằm trong vườn quốc gia, khu bảo tồn biển hoặc danh thắng được pháp luật bảo vệ; mọi việc lấy mẫu phải có phép.
- Các nhóm nghiên cứu chỉ lấy măng đá đã gãy đổ tự nhiên hoặc khoan một lõi nhỏ, ghi chép đầy đủ, và thường chụp ảnh, đo đạc trước khi động vào.
- Một mẩu thạch nhũ bẻ làm kỷ niệm không có giá trị khoa học vì không biết vị trí, hướng lớn, bối cảnh hang.
- Chạm tay vào măng đá đang lớn để lại dầu và bụi làm đổi màu, có khi làm ngừng kết tủa ở chỗ đó.
- Với du khách và học sinh, việc có ích nhất là đi đúng lối, không chạm, không khắc tên, và đọc bảng giới thiệu của ban quản lý.
Câu hỏi thường gặp
Măng đá định niên đại bằng phương pháp gì?
Chủ yếu bằng urani – thori: đo tỷ lệ thori-230 sinh ra từ urani phân rã trong lớp đá. Dùng tốt cho mẫu từ vài trăm năm tới khoảng năm, sáu trăm nghìn năm.
Thạch nhũ lớn nhanh hay chậm?
Rất chậm, thường chỉ từ vài phần trăm milimét tới khoảng một milimét mỗi năm tuỳ lượng nước nhỏ giọt, nên một măng đá cao có thể ghi hàng chục nghìn năm.
San hô có vòng năm như cây không?
San hô khối như Porites có các dải đặc và xốp xen nhau theo mùa, thấy rõ khi chụp tia X lát cắt, đếm được theo năm giống vòng cây.
Măng đá cho biết gì về khí hậu?
Tỷ lệ đồng vị oxy trong măng đá phản ánh nước mưa thấm xuống, nên ở vùng gió mùa nó ghi lại cường độ gió mùa qua hàng nghìn đến hàng trăm nghìn năm.
Du khách có được lấy mẩu thạch nhũ gãy làm kỷ niệm không?
Không nên và thường bị cấm trong khu bảo tồn, danh thắng. Mẩu đá rời khỏi bối cảnh mất giá trị khoa học, và hang bị tổn hại thêm.